Доброго времени суток любимые мои подписчики, читатели и просто гости моего канала. Сегодня я решил посвятить статью теме, не характерную для моей специальности вообще. Но столь же волнующую, как синтетическая теория эволюции, сама палеонтология или геология. И в общем-то местами эта тема интересна и для геологов. Хотя этим вопросом занимаются в основном астрофизики.
Знали ли в древности о существовании Вселенной и о том, что это такое? Конечно знали. И как умели - объясняли. Мудрецы из разных эпох смотрели на одни и те же звезды, и пытались понять что это такое. Египтяне и шумеры говорили, что это боги зрят с высоких небес на нас. Финикийцы составляли по ним карты-путеводители для морских торговых караванов. Вавилоняне увидели в некоторых планеты Солнечной системы. Греческие пифии по звездам предсказывали судьбы целых государств. Звезды манили своей недоступностью и загадкой. И везде, во всех народах они были так или иначе связаны с богами. Путеводная Звезда возвещала о рождении Спасителя.
В Библии говорится о сотворении Вселенной Богом, причем сначала Бог творит Землю, а уж Звезды, Солнце и Луну Он зажигает позже. Люди в древности, как могли, объясняли мерцание звездного неба. Но то, что это были такие-же светила, как и наше Солнце, прознали позже. Говорят, что этим человеком был известный Джордано Бруно. Я не уверен в точности данного утверждения. Но вот в том, что одним из первых просветителей в данном вопросе был человек по имени Мирзо Улугбек я уверен абсолютно. Век Мирзо Улугбека (Мухаммед Тарагай ибн Шахрух ибн Тимур Улугбек Гураган) пришелся на рубеж XIV-XV веков. Знатного происхождения, имевший в своем распоряжении свою обсерваторию, он первым утверждал, что звезды - это не просто фонарики включенные Аллахом, но это те же светила, подобные нашему Солнцу, что согревает нас своими лучами. Улугбеку присваиваются расчеты наклона Земной оси, расчет длинны "звездного" года (365 дней, 6 часов, 10 минут, 8 секунд), а также начало составления Гурганского зиджа - звездного каталога.
Но все-таки, никто особенно не разбирал вопрос о том, как именно происходило само рождение Вселенной и как появились звезды в небе. Этот вопрос часто упирался в религиозные догмы. Бог (Яхве, Аллах, Буда, Шива, Зевс, Мардук, Амон-Ра, et cetera) сотворил Вселенную, по своему повелению и в очень короткие сроки, точка!
И только в 1927 году бельгийский астроном Жорж Леметр (член Папской академии наук между прочим) стал первым, кто предложил теорию расширяющейся Вселенной (позже подтвержденную Эдвином Хабблом). Он предположил, что расширяющаяся Вселенная может быть прослежена до особой точки, которую он назвал "первичным атомом", назад во времени. Это заложило основу современной теории Большого Взрыва.
По мимо этой теории есть еще множество других. От теории Разумного сотворения Вселенной, которая отрицает все разумное и агрессивно (особенно последнее время) навязывает проведение некой сверхъестественной силы. Помните, я уже говорил о некоем Боге, который все сотворил по хлопку в ладошки. До вполне научных, но еще весьма спорных теорий, таких как Квантовая теория флуктуации (Предполагается, что наша Вселенная появилась в следствии спонтанного возникновения и аннигиляции частиц и античастиц, создающие временные колебания энергии. Но вместо того, что бы аннигилироваться, эти частицы стали расширяться, рождая более существенное.), Теория вечной инфляции (Теория утверждает, что инфляционная фаза Вселенной продолжается вечно; это не конец для Вселенной в целом. Другими словами, космическая инфляция продолжается в одних частях Вселенной и прекращается в других.), Конформная циклическая модель (Циклическая или осциллирующая модель, в которой Вселенная повторяется снова и снова в неопределенном цикле). Есть и другие теории, но дабы не нагромождать статью, я не стану их все перечислять.
Каждая из них имеет свои недочеты и множество вопросов. Но что если в какой-то степени все они имеют место быть и дополняют друг-друга?
Прежде чем начнем наше путешествие во времени, расскажу, с чего все началось вообще. Около 14 миллиардов лет назад не было ничего. Своеобразный абсолют пустоты. Ни Времени, ни Пространства, ни того, что в этих двух понятиях находится - материальной Вселенной. Абсолютно ничего. Так ранее утверждалось. Но что же тогда, в этом "ничего", взорвалось и как оно там оказалось?
Еще в самой теории Большого взрыва говорилось о некой сверх малой частице, которая под силой мощного давления и высокой температуры взорвалась и расширилась до размеров нашей Вселенной. Но если ничего не было, то откуда взялась эта материальная частица, которая пошла по процессу, называемый сингулярностью?
Вот тут и начинается самое любопытное.
Простой астрономический факт — расширение нашей Вселенной — привел к полному пересмотру всех космогонических концепций и разработке новой физики — физики возникающих и исчезающих миров. Менее 100 лет назад Эдвин Хаббл обнаружил, что свет от более далеких галактик «краснее» света от более близких. Причем скорость разбегания оказалась пропорциональна расстоянию от Земли (закон расширения Хаббла).
Обнаружить это удалось благодаря эффекту Доплера (зависимости длины волны света от скорости источника света). Поскольку более далекие галактики кажутся более «красными», то предположили, что и удаляются они с большей скоростью. Кстати, разбегаются не звезды и даже не отдельные галактики, а скопления галактик. Ближайшие от нас звезды и галактики связаны друг с другом гравитационными силами и образуют устойчивые структуры. Причем в каком направлении ни посмотри, скопления галактик разбегаются от Земли с одинаковой скоростью, и может показаться, что наша Галактика является центром Вселенной, однако это не так. Где бы ни находился наблюдатель, он будет везде видеть все ту же картину — все галактики разбегаются от него.
Но такой разлет вещества обязан иметь начало. Значит, все галактики должны были родиться в одной точке. В момент такого взрыва температура была очень большой, и должно было появиться очень много квантов света. Конечно, со временем все остывает, а кванты разлетаются по возникающему пространству, но отзвуки Большого взрыва должны были сохраниться до наших дней.
Первое подтверждение факта взрыва пришло в 1964 году, когда американские радиоастрономы Р. Вильсон и А. Пензиас обнаружили реликтовое электромагнитное излучение с температурой около 3° по шкале Кельвина (–270°С). Именно это открытие, неожиданное для ученых, убедило их в том, что Большой взрыв действительно имел место и поначалу Вселенная была очень горячей.
Теория Большого взрыва позволила объяснить множество проблем, стоявших перед космологией. Но, к сожалению, а может, и к счастью, она же поставила и ряд новых вопросов. В частности: Что было до Большого взрыва? Почему наше пространство имеет нулевую кривизну и верна геометрия Евклида, которую изучают в школе? Если теория Большого взрыва справедлива, то отчего нынешние размеры нашей Вселенной гораздо больше предсказываемого теорией 1 сантиметра? Почему Вселенная на удивление однородна, в то время как при любом взрыве вещество разлетается в разные стороны крайне неравномерно? Что привело к начальному нагреву Вселенной до невообразимой температуры - более 1000 нониллионов (10 с 30 нулями) градусов?
Все это указывало на то, что теория Большого взрыва неполна. Долгое время казалось, что продвинуться далее уже невозможно. Только в 1970-80-х благодаря работам российских физиков Э. Глинера и А. Старобинского, а также американца А. Гута было описано новое явление — сверх-быстрое инфляционное расширение Вселенной. Описание этого явления основывается на хорошо изученных разделах теоретической физики — общей теории относительности Эйнштейна и квантовой теории поля. Сегодня считается общепринятым, что именно такой период, получивший название «инфляция», предшествовал Большому взрыву.
Суть этой теории заключалась в том, что было некое "поле", в котором все-же что-то есть. Пусть вульгарно, но обзову это "кашей из протоматерии" (такого понятия в физике нет, это мой перл и прошу его серьезно не воспринимать). В физике же это "поле" называется "инфлатонным" (от слова "инфляция"). Собственно им самим пришлось ввести такое понятие, так как иного просто не было. В данном поле частицы и античастицы постоянно возникали и аннигилировались. Помните, я уже выше говорил о подобном? Да, речь о Квантовой теории флуктуации, но не совсем.
Благодаря случайным колебаниям оно принимало разные значения в произвольных пространственных областях и в различные моменты времени. И тут читатель справедливо возмутиться: "А как же "не было ни Пространства, ни Времени"? Ну значит в какой-то доле вероятности все-же пространство и время существовали, причем всегда. Просто ничего существенного в этой "каше" не происходило. Горшочек варил себе и варил, но "каша" не пригорала, ни выкипала, ни переливалась и горелым не пахло, но и готовой "каша" тоже не была. До какого-то определенного момента.
Момент этот нечаянно нагрянул, когда его совсем никто не ждал. Проведем другую аналогию, не с "волшебным горшочком". Представьте себе целое, прости господи, кладбище спящих царевен внутри бесконечной пещеры. Все красавицы, как на подбор, все нагло дрыхнут в своих хрустальных гробах, обожравшись отравленных яблок и все ждут своего царевича с "поцелуем истиной любви". Но одна из них, без помощи какого либо царевича, вдруг вскочила, сладко зевнула и начала... плясать и петь. Ее не смутило ни наличие других спящих царевен, ни то что все они в хрустальных гробах, ни то что она в какой-то холодной пещере и что рядом нет никакого, даже самого захудалого, царевича. И просто взяла, откинула весело хрустальную крышку гроба, встала на ноги и начала петь и плясать. Причем уже вся вспотевшая, разгоряченная, но с постепенным замедлением. Вот тоже самое с нашей частицей. Она просто решила стать Вселенной. Начала моментально расширяться. В первые мгновения новорожденная Вселенная была уже размером в десять в двадцать седьмой степени (1 октиллиону) сантиметров. И это за несколько мгновений.
Вселенная расталкивала всю "кашу" во круг себя, расширялась, снижала давление и температуру по дороге. А внутри неё уже бурлили процессы, которые заложили кирпичики к строительству звезд и целых галактик — электронов, нейтринов, фотонов, кварков и лептонов. По мере расширения и охлаждения шаг за шагом возникали структуры: нейтроны и протоны, атомные ядра, атомы, молекулы. Они создавали простые элементы – водород и гелий. Физические процессы в отдельных точках нарождающейся Вселенной создавали гравитационные поля. Сразу после рождения Вселенная продолжала расти и охлаждаться. При этом охлаждение происходило в том числе и благодаря банальному расширению пространства. Электромагнитное излучение характеризуется длиной волны, которую можно связать с температурой — чем больше средняя длина волны излучения, тем меньше температура.
Присутствуют также и античастицы. Свойства частиц и античастиц практически идентичны. Казалось бы, и количество их должно быть одинаковым сразу после инфляции. Но тогда все частицы и античастицы взаимно уничтожились бы и строительного материала для галактик и нас самих не осталось бы.
И здесь нам опять повезло. Природа позаботилась о том, чтобы частиц было немного больше, чем античастиц. Именно благодаря этой небольшой разнице и существует наш мир. А реликтовое излучение — это как раз последствие аннигиляции (то есть взаимоуничтожения) частиц и античастиц.
Конечно, на начальном этапе энергия излучения была очень велика, но благодаря расширению пространства и как следствие — охлаждению излучения эта энергия быстро убывала. Сейчас энергия реликтового излучения примерно в десять тысяч раз меньше энергии, заключенной в массивных элементарных частицах.
Из них стали формироваться протоны и нейтроны, фотоны и электроны, а из них уже и звезды, из звезд - галактики, из галактик - скопления галактик и, наконец, сверхскопления. Каждая звезда, это такое же Солнце, как наше. А каждое Солнце - это невероятно огромный термоядерный реактор. Все они разные. Есть коричневые карлики, белые карлики, красные гиганты, новые, сверхновые и гиперновые звезды, пульсары, материнские и дочерние (два солнца, причем дочернее вращается вокруг материнского), звездные системы, состоящие из крупной звезды и находящейся рядом с ней черной дыры, блуждающие звезды (с невероятно сильной гравитацией, которая способна разрушить целую солнечную систему с её планетами) и многие другие. В наблюдаемой части Вселенной сейчас содержится более 100 миллиардов галактик, в каждой из них около 100 миллиардов звезд и, вероятно, столько же планет. Сами галактики удерживаются от расширения гравитацией загадочной темной материи. А Вселенная продолжает расширяться и даже делает это с ускорением под действием темной энергии — еще более загадочной формы энергии, чья гравитационная сила не притягивает, а отталкивает.
Во вселенной можно наблюдать явление, называемое Квазар - активные ядра галактик на начальном этапе развития, в которых сверхмассивная чёрная дыра поглощает окружающее вещество, формируя аккреционный диск. Он и является источником излучения, исключительно мощного (иногда в десятки и сотни раз превышающего суммарную мощность всех звёзд таких галактик, как наша).
Еще в древние времена различные народы смотрели на звездное небо в ночи и составляли «Звездные карты». Человечество разделило звезды на «созвездия», дала им условные имена. Так появились различные названия, которыми астрономы и астрофизики пользуются до сих пор: Телец, Рак, Скорпион, Стрелец, Орион, Персей, Андромеда, Большая и Малая медведицы, Гончие Псы, Лебедь и многие другие.
Люди имена дали даже галактикам. Наша например, где мы находимся, называется «Млечный путь». Примерно 4,5 миллиарда лет назад, во внутреннем крае рукава Ориона, которое, считается ответвлением от рукава Стрельца, на расстоянии 26000 световых лет от гравитационного центра «Млечного пути» в открытом Космосе находилось образование, которое мы называем «Облаком» газа и космической пыли. Оно состояло из различных химических элементов, но в основном из гелия и водорода. Это облако имело невообразимо яркий окрас, периодически освещаемый электро-магнитными разрядами. Шумовой эффект от них был в триллион раз громче чем от самой сильной грозы. А вспышки были непрекращающимися и яркими. Так рождалась звездная гравитация. Именно она, частичку за частичкой, притягивала к себе необходимый материал для будущей звезды. И снова повышалась температура, снова сжималось облако и снова Взрыв. Но мощной силы гравитация сформировала этот взрыв в виде спирали, в центре которой засиял яркий объект - очень радиоактивный и холодный - наше Солнце. А вслед за ним, а может и одновременно с ним, формировались планеты всей Солнечной системы. Но это уже тема для следующей статьи.
Друзья, автор не является профессиональным астрофизиком, от слова вообще. Но согласитесь - тема увлекательная. Много нового я, напечатав эту статью, узнал и для самого себя. Но все-же, если вы заметили ошибку - прошу аккуратно поправить меня в комментариях. Если у вас есть другая версия - также прошу предоставить информацию в комментариях. Понравилась статья - ставьте лайк. И конечно не забудьте подписаться на канал. С вами "Страницы Земли".
P.S.: Большая благодарность за предоставленный материал сайту New-science.ru, сайту "Вокруг света" и сайту Edp-sciences.org.