După ce am aflat despre teoria Big Bang, ne punem întrebarea, de unde a explodat?

Întrebarea originii Universului cu toate proprietățile sale cunoscute și totuși necunoscute a fost o preocupare pentru om din timpuri imemoriale. Dar abia în secolul al XX-lea, după descoperirea expansiunii cosmologice, problema evoluției universului a început să devină treptat mai clară. Datele științifice recente au condus la concluzia că universul nostru s-a născut acum 15 milioane de ani, ca urmare a Big Bang-ului. Dar ce anume a explodat în acel moment și ceea ce, de fapt, a existat înainte de Big Bang, a rămas încă un mister. Teoria inflaționistă a apariției lumii noastre, creată în secolul al XX-lea, a făcut posibilă realizarea unor progrese semnificative în rezolvarea acestor probleme, tabloul general al primelor momente ale Universului este deja bine desenat astăzi, deși multe probleme încă așteaptă. în aripi.

Până la începutul secolului trecut, existau doar două puncte de vedere asupra originii Universului nostru. Oamenii de știință credeau că este etern și neschimbător, iar teologii spuneau că lumea a fost creată și va avea un sfârșit. Secolul al XX-lea, după ce a distrus mult din ceea ce fusese creat în mileniile precedente, a reușit să dea propriile răspunsuri la majoritatea întrebărilor care au ocupat mintea oamenilor de știință din trecut. Și poate unul dintre cele mai mari realizări a secolului trecut este clarificarea întrebării cum a apărut Universul în care trăim și ce ipoteze există despre viitorul său. Un simplu fapt astronomic - expansiunea Universului nostru - a dus la o revizuire completă a tuturor conceptelor cosmogonice și la dezvoltarea unei noi fizici - fizica lumilor emergente și care dispar. Cu doar 70 de ani în urmă, Edwin Hubble a descoperit că lumina din galaxiile mai îndepărtate este „mai roșie” decât lumina din cele mai apropiate. Mai mult, viteza recesiunii s-a dovedit a fi proporțională cu distanța de la Pământ (legea de expansiune a lui Hubble). Acest lucru a fost descoperit datorită efectului Doppler (dependența lungimii de undă a luminii de viteza sursei de lumină). Deoarece galaxiile mai îndepărtate par mai „roșii”, s-a presupus că se îndepărtează cu un ritm mai rapid. Apropo, nu stelele și chiar galaxiile individuale se împrăștie, ci grupurile de galaxii. Cele mai apropiate stele și galaxii sunt conectate între ele prin forțe gravitaționale și formează structuri stabile. Mai mult, în orice direcție ai privi, grupuri de galaxii se împrăștie de pe Pământ cu aceeași viteză și poate părea că Galaxia noastră este centrul Universului, dar nu este așa. Oriunde se află observatorul, el va vedea peste tot aceeași imagine - toate galaxiile fug de el. Dar o astfel de expansiune a materiei trebuie să aibă un început. Aceasta înseamnă că toate galaxiile trebuie să se fi născut în același punct. Calculele arată că acest lucru s-a întâmplat acum aproximativ 15 miliarde de ani. În momentul unei astfel de explozii, temperatura era foarte ridicată și ar fi trebuit să apară multe cuante de lumină. Desigur, totul se răcește în timp, iar cuantele se împrăștie în spațiul în curs de dezvoltare, dar ecourile Big Bang-ului ar fi trebuit să supraviețuiască până astăzi. Prima confirmare a faptului exploziei a venit în 1964, când radioastronomii americani R. Wilson și A. Penzias au descoperit radiații electromagnetice relicve cu o temperatură de aproximativ 3 ° Kelvin (-270 ° C). Această descoperire, neașteptată pentru oamenii de știință, a fost cea care i-a convins că Big Bang-ul a avut loc cu adevărat și că Universul a fost foarte fierbinte la început. Teoria Big Bang a ajutat la explicarea multor probleme cu care se confruntă cosmologia. Dar, din păcate, sau poate din fericire, a ridicat și o serie de întrebări noi. În special: Ce s-a întâmplat înainte de Big Bang? De ce spațiul nostru are curbură zero și de ce este corectă geometria lui Euclid, care este studiată la școală? Dacă teoria Big Bang este corectă, atunci de ce dimensiunea actuală a universului nostru este mult mai mare decât 1 centimetru prezis de teorie? De ce este Universul surprinzător de omogen, în timp ce în orice explozie materia se împrăștie în diferite direcții extrem de neuniform? Ce a dus la încălzirea inițială a Universului la o temperatură inimaginabilă de peste 10 13 K?

Toate acestea au indicat că teoria Big Bang a fost incompletă. Multă vreme părea că a merge mai departe era imposibil. În urmă cu doar un sfert de secol, datorită muncii fizicienilor ruși E. Gliner și A. Starobinsky, precum și americanului A. Gus, a fost descris un nou fenomen - expansiunea inflaționistă superrapidă a Universului. Descrierea acestui fenomen se bazează pe secțiuni bine studiate ale fizicii teoretice - teoria generală a relativității a lui Einstein și teoria cuantică a câmpurilor. Astăzi este general acceptat că această perioadă, numită „inflație”, a precedat Big Bang-ul.

Când încercați să faceți o idee despre esența perioadei inițiale a vieții Universului, trebuie să operați cu numere atât de ultra-mici și super-mari, încât imaginația noastră cu greu le percepe. Să încercăm să folosim o analogie pentru a înțelege esența procesului inflației.

Imaginați-vă un versant de munte acoperit de zăpadă, presărat cu obiecte mici eterogene - pietricele, ramuri și bucăți de gheață. Cineva din vârful acestei pante a făcut un mic bulgăre de zăpadă și l-a lăsat să se rostogolească pe munte. Mișcându-se în jos, bulgărele de zăpadă crește în dimensiune, pe măsură ce noi straturi de zăpadă cu toate incluziunile se lipesc de el. Și cu cât bulgărele de zăpadă este mai mare, cu atât va crește mai repede. Foarte curând, dintr-un mic bulgăre de zăpadă, se va transforma într-un bulgăre uriaș. Dacă panta se termină într-un abis, atunci el va zbura în ea cu o viteză din ce în ce mai mare. După ce a ajuns la fund, bulgărea va lovi fundul prăpastiei și componentele sale se vor împrăștia în toate direcțiile (apropo, o parte din energia cinetică a bulgărelui va merge pentru a încălzi mediul și a zbura zăpada).

Să descriem acum principalele prevederi ale teoriei folosind analogia de mai sus. În primul rând, fizicienii au trebuit să introducă un domeniu ipotetic, care se numea „inflaton” (de la cuvântul „inflație”). Acest câmp a umplut întreg spațiul (în cazul nostru, zăpadă pe pârtie). Din cauza fluctuațiilor aleatorii, a fost nevoie sensuri diferiteîn regiuni spațiale arbitrare și în momente diferite în timp. Nimic semnificativ nu s-a întâmplat până când s-a format accidental o configurație uniformă a acestui câmp cu o dimensiune mai mare de 10 -33 cm.În ceea ce privește Universul pe care îl observăm, se pare că a avut o dimensiune de 10 -27 cm în primele momente ale vieții sale. astfel de scale, legile de bază ale fizicii cunoscute astăzi de noi sunt deja valabile, astfel încât este posibil să se prezică comportamentul ulterioar al sistemului. Se pare că imediat după aceasta, regiunea spațială ocupată de fluctuație (din latinescul fluctuatio - „fluctuație”, abateri aleatorii ale observatelor mărimi fizice din valorile lor medii), începe să crească foarte rapid în dimensiune, iar câmpul de inflaton tinde să ia o poziție în care energia sa este minimă (bulgărele de zăpadă s-a rostogolit). O astfel de expansiune durează doar 10 -35 de secunde, dar de această dată este suficient pentru ca diametrul Universului să crească de cel puțin 1027 de ori și până la sfârșitul perioadei inflaționiste, Universul nostru a căpătat o dimensiune de aproximativ 1 cm. Inflația se termină atunci când câmpul de inflaton atinge un minim de energie - nu există altundeva unde să cadă. În acest caz, energia cinetică acumulată este convertită în energia particulelor născute și în expansiune, cu alte cuvinte, are loc încălzirea Universului. Acest moment este numit astăzi Big Bang.

Muntele menționat mai sus poate avea un relief foarte complex - mai multe coborâșuri diferite, văi dedesubt și tot felul de dealuri și denivelări. Bulgări de zăpadă (universuri viitoare) se nasc continuu în vârful muntelui din cauza fluctuațiilor câmpului. Fiecare bulgăre poate aluneca în oricare dintre minime, dând astfel naștere propriului univers cu parametri specifici. Mai mult, universurile pot diferi semnificativ unele de altele. Proprietățile universului nostru sunt uimitor de adaptate la faptul că viata inteligenta. Este posibil ca alte universuri să nu fi fost la fel de norocoase.

Încă o dată, aș dori să subliniez că procesul descris de naștere a Universului „practic din nimic” se bazează pe calcule strict științifice. Cu toate acestea, orice persoană care se familiarizează pentru prima dată cu mecanismul inflaționist descris mai sus are multe întrebări.

Astăzi, universul nostru este format dintr-un număr mare de stele, ca să nu mai vorbim de masă ascunsă. Și ar putea părea că energia și masa totală a universului sunt enorme. Și este complet de neînțeles cum s-ar putea încadra toate acestea în volumul original de 10-99 cm3. Cu toate acestea, în Univers nu există doar materie, ci și un câmp gravitațional. Se știe că energia acestuia din urmă este negativă și, după cum sa dovedit, în Universul nostru, energia gravitației compensează exact energia conținută în particule, planete, stele și alte obiecte masive. Astfel, legea conservării energiei este perfect îndeplinită, iar energia totală și masa Universului nostru sunt practic egale cu zero. Această împrejurare explică parțial de ce Universul în curs de dezvoltare nu s-a transformat într-o gaură neagră imensă imediat după apariția sa. Masa sa totală era complet microscopică și, la început, pur și simplu nu avea nimic de prăbușit. Și numai în stadiile ulterioare de dezvoltare au apărut aglomerări locale de materie, capabile să creeze astfel de câmpuri gravitaționale în apropierea lor, din care nici măcar lumina nu poate scăpa. În consecință, particulele din care sunt „facute” stelele pur și simplu nu existau în stadiul inițial de dezvoltare. Particulele elementare au început să se nască în acea perioadă a dezvoltării Universului, când câmpul de inflaton a atins un minim de energie potențială și a început Big Bang-ul.

Suprafața ocupată de câmpul inflaton a crescut cu o viteză mult mai mare decât viteza luminii, dar acest lucru nu contrazice deloc teoria relativității a lui Einstein. Numai corpurile materiale nu se pot mișca mai repede decât lumina și, în acest caz, granița imaginară, nematerială a regiunii în care s-a născut Universul s-a deplasat (un exemplu de mișcare superluminală este mișcarea unui punct de lumină pe suprafața Lunii în timpul rotirea rapidă a laserului care îl iluminează).

Și mediu inconjurator nu a rezistat deloc expansiunii spațiului acoperit de câmpul inflatonului din ce în ce mai rapid în creștere, deoarece părea să nu existe pentru lumea în curs de dezvoltare. Teoria generală a relativității afirmă că imaginea fizică pe care o vede un observator depinde de locul în care se află și de cum se mișcă. Deci, poza descrisă mai sus este valabilă pentru „observatorul” aflat în interiorul acestei zone. Mai mult, acest observator nu va ști niciodată ce se întâmplă în afara regiunii spațiului în care se află. Un alt „observator”, privind această zonă din exterior, nu va găsi deloc expansiune. În cel mai bun caz, va vedea doar o mică scânteie, care, conform ceasului său, va dispărea aproape instantaneu. Chiar și cea mai sofisticată imaginație refuză să perceapă o astfel de imagine. Și totuși pare a fi adevărat. Cel puțin, așa cred oamenii de știință moderni, atrăgând încredere în legile naturii deja descoperite, a căror corectitudine a fost verificată în mod repetat.

Trebuie spus că acest câmp de inflație continuă să existe și să fluctueze. Dar numai noi, observatorii interni, nu suntem capabili să vedem acest lucru - la urma urmei, pentru noi, o zonă mică s-a transformat într-un Univers colosal, ale cărui limite nici măcar lumina nu le poate atinge.

Deci, imediat după sfârșitul inflației, un observator intern ipotetic ar vedea Universul plin de energie sub formă de particule materiale și fotoni. Dacă toată energia care ar putea fi măsurată de un observator intern este convertită într-o masă de particule, atunci vom obține aproximativ 1080 kg. Distanțele dintre particule cresc rapid datorită expansiunii generale. Forțele gravitaționale de atracție dintre particule își reduc viteza, astfel încât expansiunea universului după sfârșitul perioadei inflaționiste încetinește treptat.

Imediat după naștere, universul a continuat să crească și să se răcească. În același timp, s-a produs și răcirea, printre altele, din cauza expansiunii banale a spațiului. Radiația electromagnetică se caracterizează printr-o lungime de undă care poate fi asociată cu temperatura - cu cât lungimea medie de undă a radiației este mai mare, cu atât temperatura este mai scăzută. Dar dacă spațiul se extinde, atunci distanța dintre cele două „cocoașe” ale undei va crește și, în consecință, lungimea acesteia. Aceasta înseamnă că în spațiul în expansiune, temperatura radiației trebuie să scadă și ea. Acest lucru este confirmat de temperatura extrem de scăzută a radiațiilor relicve moderne.

Pe măsură ce se extinde, se schimbă și compoziția materiei care umple lumea noastră. Quarcii se unesc în protoni și neutroni, iar Universul se dovedește a fi plin cu particule elementare deja familiare nouă - protoni, neutroni, electroni, neutrini și fotoni. Există și antiparticule. Proprietățile particulelor și ale antiparticulelor sunt aproape identice. S-ar părea că numărul lor ar trebui să fie același imediat după inflație. Dar apoi toate particulele și antiparticulele s-ar anihila reciproc și nu ar exista niciun material de construcție pentru galaxii și noi înșine. Și aici suntem din nou norocoși. Natura s-a asigurat că există puțin mai multe particule decât antiparticule. Datorită acestei mici diferențe, lumea noastră există. Iar radiația relicvă este doar o consecință a anihilării (adică anihilării reciproce) a particulelor și antiparticulelor. Desigur, în stadiul inițial, energia radiației a fost foarte mare, dar din cauza expansiunii spațiului și, ca urmare, a răcirii radiației, această energie a scăzut rapid. Acum, energia radiației relicve este de aproximativ zece mii de ori (de 104 ori) mai mică decât energia conținută în particulele elementare masive.

Treptat, temperatura universului a scăzut la 1010 K. În acest moment, vârsta universului era de aproximativ 1 minut. Abia acum protonii și neutronii s-au putut combina în nuclee de deuteriu, tritiu și heliu. Acest lucru s-a datorat reacțiilor nucleare, pe care oamenii le-au studiat deja bine, detonând bombe termonucleare și exploatând reactoare atomice pe Pământ. Prin urmare, se poate prezice cu încredere câte și ce elemente pot apărea într-o astfel de grămadă nucleară. S-a dovedit că abundența de elemente ușoare observată în prezent este în acord cu calculele. Aceasta înseamnă că legile fizice cunoscute de noi sunt aceleași în întreaga parte observabilă a Universului și au fost astfel deja în primele secunde după apariția lumii noastre. Mai mult, aproximativ 98% din heliul existent în natură s-a format tocmai în primele secunde după Big Bang.

Imediat după naștere, Universul a trecut printr-o perioadă de dezvoltare inflaționistă - toate distanțele au crescut rapid (din punctul de vedere al unui observator intern). Cu toate acestea, densitatea de energie în diferite puncte din spațiu nu poate fi exact aceeași - unele neomogenități sunt întotdeauna prezente. Să presupunem că într-o anumită zonă energia este puțin mai mare decât în ​​cele învecinate. Dar, deoarece toate dimensiunile cresc rapid, atunci și dimensiunea acestei zone trebuie să crească. După sfârșitul perioadei inflaționiste, această zonă extinsă va avea puțin mai multe particule decât spațiul din jurul ei, iar temperatura sa va fi puțin mai ridicată.

Dându-și seama de inevitabilitatea apariției unor astfel de zone, susținătorii teoriei inflaționiste s-au îndreptat către experimentatori: „este necesar să se detecteze fluctuațiile de temperatură...” - au afirmat aceștia. Și în 1992 această dorință a fost îndeplinită. Aproape simultan, satelitul rus „Relikt-1” și americanul „COBE” au detectat fluctuațiile necesare ale temperaturii radiației cosmice de fond cu microunde. După cum sa menționat deja, Universul modern are o temperatură de 2,7 K, iar abaterile de temperatură față de media găsită de oamenii de știință au fost de aproximativ 0,00003 K. Nu este surprinzător că astfel de abateri au fost greu de detectat înainte. Deci teoria inflaționistă a primit o altă confirmare.

Odată cu descoperirea fluctuațiilor de temperatură, a apărut o altă oportunitate interesantă - de a explica principiul formării galaxiilor. Într-adevăr, pentru ca forțele gravitaționale să comprima materia, este nevoie de un germen inițial - o zonă cu densitate crescută. Dacă materia este distribuită uniform în spațiu, atunci gravitația, ca măgarul lui Buridan nu știe în ce direcție să ia. Dar tocmai zonele cu exces de energie sunt cele care generează inflație. Acum fortele gravitationale stiu asupra ce sa actioneze, si anume zonele mai dense create in perioada inflationista. Sub influența gravitației, aceste regiuni inițial puțin mai dense se vor micșora și tocmai din ele se vor forma stelele și galaxiile în viitor.

Momentul actual al evoluției Universului este extrem de bine adaptat vieții și va dura încă multe miliarde de ani. Stelele se vor naște și vor muri, galaxiile se vor roti și se vor ciocni, iar grupurile de galaxii vor zbura din ce în ce mai departe. Prin urmare, omenirea are suficient timp pentru auto-îmbunătățire. Adevărat, însuși conceptul de „acum” pentru un univers atât de uriaș ca al nostru este prost definit. Așa că, de exemplu, viața quasarului observată de astronomi, îndepărtată de Pământ cu 10-14 miliarde de ani lumină, este separată de „acum” nostru doar de aceiași 10-14 miliarde de ani. Și cu cât privim mai departe în adâncurile Universului cu ajutorul diferitelor telescoape, perioada anterioară a dezvoltării sale pe care o observăm.

Astăzi, oamenii de știință sunt capabili să explice majoritatea proprietăților universului nostru, de la 10 -42 de secunde până în prezent și nu numai. De asemenea, pot urmări formarea galaxiilor și pot prezice viitorul universului cu o oarecare încredere. Cu toate acestea, mai rămâne o serie de „mici” neînțelesuri. În primul rând, aceasta este esența masei ascunse (materia întunecată) și a energiei întunecate. În plus, există multe modele care explică de ce Universul nostru conține mult mai multe particule decât antiparticule și am dori să decidem în cele din urmă asupra alegerii unui model corect.

După cum ne învață istoria științei, de obicei „imperfecțiunile minore” sunt cele care deschid căi de dezvoltare ulterioare, astfel încât generațiile viitoare de oameni de știință vor avea cu siguranță ceva de făcut. În plus, întrebări mai profunde sunt deja pe agenda fizicienilor și matematicienilor. De ce spațiul nostru este tridimensional? De ce toate constantele din natură sunt parcă „potrivite” astfel încât să apară viața inteligentă? Și ce este gravitația? Oamenii de știință încearcă deja să răspundă la aceste întrebări.

Și bineînțeles, lăsați loc pentru surprize. Nu trebuie uitat că descoperiri atât de fundamentale precum expansiunea Universului, prezența fotonilor relicve și a energiei în vid au fost făcute, s-ar putea spune, întâmplător și nu au fost așteptate de comunitatea științifică.

Posibile scenarii pentru dezvoltarea lumii noastre

• 1. Modelul pulsatoriu al Universului, în care după perioada de expansiune vine perioada de contracție și totul se termină cu Big Bang
• 2. Un univers cu o densitate medie strict ajustată exact egală cu cea critică. În acest caz, lumea noastră este euclidiană, iar expansiunea ei încetinește tot timpul
• 3. Expansiunea uniformă prin inerție Universul. Până de curând, datele privind calculul densității medii a Universului nostru au mărturisit în favoarea unui astfel de model deschis al lumii.
• 4. O lume care se extinde într-un ritm din ce în ce mai mare. Cele mai recente date experimentale și cercetări teoretice sugerează că Universul se extinde din ce în ce mai repede și, în ciuda naturii euclidiene a lumii noastre, majoritatea galaxiilor ne vor fi inaccesibile în viitor. Iar energia întunecată care este astăzi asociată cu un fel de energie internă a vidului care umple tot spațiul este de vină pentru o astfel de aranjare ciudată a lumii.

Ce așteaptă Universul nostru în viitor? Până acum câțiva ani, teoreticienii aveau doar două opțiuni în acest sens. Dacă densitatea de energie din univers este scăzută, atunci se va extinde pentru totdeauna și se va răci treptat. Dacă densitatea de energie este mai mare decât o anumită valoare critică, atunci treapta de expansiune va fi înlocuită cu etapa de compresie. Universul se va micșora în dimensiune și se va încălzi. Aceasta înseamnă că unul dintre parametrii cheie care determină dezvoltarea Universului este densitate medie energie. Deci, observațiile astrofizice efectuate înainte de 1998 au arătat că densitatea de energie este de aproximativ 30% din valoarea critică. Iar modelele inflaționiste au prezis că densitatea de energie ar trebui să fie egală cu cea critică. Apologeții teoriei inflaționiste nu erau foarte stânjeniți. Și-au dat din umeri pe adversari și au spus că cei 70% lipsă „vor fi găsite cumva”. Și chiar au făcut-o. Aceasta este o mare victorie pentru teoria inflației, deși energia găsită a fost atât de ciudată încât a ridicat mai multe întrebări decât răspunsuri. Se pare că energia întunecată pe care o căutăm este energia vidului în sine.

În viziunea oamenilor care nu au legătură cu fizica, vidul este „când nu există nimic” - indiferent, fără particule, fără câmpuri. Cu toate acestea, acest lucru nu este chiar adevărat. Definiția standard a vidului este o stare în care nu există particule. Deoarece energia este conținută exact în particule, atunci, așa cum aproape toată lumea credea în mod rezonabil, inclusiv oamenii de știință, nu există particule - nici energie nu există. Deci energia vidului este zero. Toată această imagine fericită s-a prăbușit în 1998, când observațiile astronomice au arătat că recesiunea galaxiilor se abate ușor de la legea lui Hubble. Șocul provocat de aceste observații în rândul cosmologilor nu a durat mult. Foarte repede a început să publice articole care explică acest fapt. Cea mai simplă și naturală dintre ele a fost ideea existenței energiei pozitive a vidului. La urma urmei, vidul înseamnă pur și simplu absența particulelor, dar de ce numai particulele pot avea energie? Energia întunecată descoperită s-a dovedit a fi surprinzător de uniform distribuită în spațiu. O astfel de omogenitate este greu de realizat, deoarece dacă această energie ar fi conținută în unele particule necunoscute, interacțiunea gravitațională le-ar forța să se adune în conglomerate grandioase, asemănătoare galaxiilor. Prin urmare, energia ascunsă în spațiu-vid, explică foarte elegant structura lumii noastre.

Totuși, sunt posibile și alte variante, mai exotice, ale ordinii mondiale. De exemplu, modelul Quintessence, ale cărui elemente au fost propuse de fizicianul sovietic A.D. Dolgov în 1985, sugerează că încă alunecăm pe dealul care a fost menționat la începutul poveștii noastre. Mai mult decât atât, ne rulăm de foarte mult timp și acest proces nu este în vedere. Numele neobișnuit, împrumutat de la Aristotel, denotă un fel de „nouă esență” menită să explice de ce lumea funcționează așa și nu altfel.

Astăzi, există mult mai multe opțiuni pentru a răspunde la întrebarea despre viitorul Universului nostru. Și ele depind în esență de ce teorie care explică energia latentă este corectă. Să presupunem că cea mai simplă explicație este adevărată, în care energia vidului este pozitivă și nu se modifică în timp. În acest caz, Universul nu se va micșora niciodată și nu vom fi amenințați cu supraîncălzirea și Big Bang-ul. Dar toate lucrurile bune au un preț. În acest caz, după cum arată calculele, nu vom putea niciodată să ajungem la toate stelele în viitor. Mai mult, numărul galaxiilor vizibile de pe Pământ va scădea, iar în 10-20 de miliarde de ani doar câteva galaxii învecinate vor rămâne la dispoziția omenirii, inclusiv Calea Lactee, precum și Andromeda vecină. Omenirea nu va mai putea crește cantitativ, iar atunci va fi necesar să se ocupe de componenta ei calitativă. Ca o consolare, putem spune că câteva sute de miliarde de stele care ne vor fi disponibile într-un viitor atât de îndepărtat sunt, de asemenea, destul de multe.

Totuși, avem nevoie de stele? 20 de miliarde de ani este mult timp. La urma urmei, în doar câteva sute de milioane de ani, viața a evoluat de la trilobiți la omul modern. Deci, descendenții noștri îndepărtați, probabil, vor fi și mai diferiți de noi ca aspect și capacități decât suntem noi din trilobiți. Ce le promite un viitor și mai îndepărtat, conform previziunilor oamenilor de știință moderni? Este clar că stelele vor „morri” într-un fel sau altul, dar se vor forma și altele noi. Acest proces nu este, de asemenea, nesfârșit - în aproximativ 10-14 ani, conform oamenilor de știință, în Univers vor rămâne doar obiecte slab luminoase - pitice albe și întunecate, stele neutronice și găuri negre. Aproape toți vor muri și în 10-37 de ani, după ce și-au epuizat toate rezervele de energie. Până în acest moment, vor rămâne doar găurile negre, care au absorbit tot restul materiei. Ce poate distruge o gaură neagră? Oricare dintre încercările noastre de a face acest lucru nu face decât să-și mărească masa. Dar „nimic nu durează pentru totdeauna sub lună”. Se pare că găurile negre lent, dar radiază particule. Aceasta înseamnă că masa lor scade treptat. Toate găurile negre ar trebui, de asemenea, să dispară în aproximativ 10.100 de ani. După aceea, vor rămâne doar particule elementare, distanța dintre care va depăși cu mult dimensiunea Universului modern (de aproximativ 1090 de ori) - la urma urmei, Universul s-a extins în tot acest timp! Și, desigur, va rămâne energia vidului, care va domina absolut Universul. Apropo, proprietățile unui astfel de spațiu au fost studiate pentru prima dată de W. De Sitter încă din 1922. Deci, descendenții noștri vor trebui fie să schimbe legile fizice ale universului, fie să se mute în alte universuri. Acum pare incredibil, dar vreau să cred în puterea omenirii, indiferent cum ar putea arăta omenirea într-un viitor atât de îndepărtat. Pentru că are destul timp.

Apropo, este posibil ca și acum noi, fără să știm, să creăm noi universuri. Pentru ca un nou univers să apară într-o regiune foarte mică, este necesar să se inițieze un proces inflaționist, care este posibil doar la densități mari de energie. Dar experimentatorii creează de mult timp astfel de zone prin ciocnirea particulelor în acceleratoare... Și, deși aceste energii sunt încă foarte departe de inflaționiste, probabilitatea de a crea un univers pe un accelerator nu mai este egală cu zero. Din păcate, suntem același „observator la distanță” pentru care durata de viață a acestui univers „facut de om” este prea scurtă și nu putem pătrunde în el și să vedem ce se întâmplă acolo...

Deși aceasta nu este singura teorie a originii Lumii. Teologii credeau că Universul a fost creat de Dumnezeu, Creatorul. În plus, popoare diferite au existat diferite teorii, precum teoria biblică. Crearea lumii a durat șase zile.

În prima zi „La început Dumnezeu a făcut cerurile și pământul. Pământul era fără fund și gol, și întunericul era peste prăpastie…”, apoi Dumnezeu a spus: „Să fie lumină!”

În a doua zi, Dumnezeu a zis: „Să fie o întindere în mijlocul apelor și să despartă apa de apă!”

În a treia zi, Dumnezeu a zis: „Să se strângă apele care sunt sub cer într-un loc și să apară uscatul!”

A venit a patra zi, Dumnezeu a spus: „Să fie lumini în întinderea cerului, pentru a despărți ziua și noaptea, și pentru semne și timpuri, și zile și ani; și să fie lămpi în firmamentul cerului care să strălucească pe Pământ!” „Aceasta a însemnat apariția Soarelui, a Lunii și a stelelor.

În ziua a cincea, Dumnezeu a creat reptile, animale, pești și „orice pasăre cu pene”, iar în a șasea zi a creat primul om.

Din altă carte sfântă, Coranul, se poate afla, de asemenea, despre crearea de șase zile a Lumii, despre cum Dumnezeu (Allah) a creat „șapte ceruri” și „șapte pământuri”, iar la început cerurile și pământurile au fost conectate și apoi separate.

Teoriile inflaționiste și teologice sunt cele mai comune pe Pământ și vor exista întotdeauna susținători ai unei teorii sau alteia. Aș dori să arunc o privire mai atentă asupra subiectului originii și evoluției stelelor și planetelor. Să discutăm mai detaliat care sunt stelele - aceste puncte luminoase de pe cer - în lumina conceptului modern.

În primul rând, se formează o protostea. Particulele unui nor gigant de gaz și praf în mișcare într-o anumită regiune a spațiului sunt atrase unele de altele datorită forțelor gravitaționale. Acest lucru se întâmplă foarte lent, deoarece forțele proporționale cu masele atomilor (în principal atomii de hidrogen) și particulele de praf care intră în nor sunt extrem de mici. Cu toate acestea, particulele se apropie treptat una de alta, densitatea norului crește, devine opac, „bulgărele” sferică rezultată începe să se rotească puțin, iar forța de atracție crește, de asemenea, deoarece acum masa „comei” este mare. Din ce în ce mai multe particule sunt captate, din ce în ce mai multă densitate a materiei. Straturile exterioare le apasă pe cele interioare, presiunea în adâncime crește și, prin urmare, crește și temperatura. (Acesta este exact cazul gazelor care au fost studiate în detaliu pe Pământ). În cele din urmă, temperatura devine atât de ridicată - câteva milioane de grade - încât se creează condiții în miezul acestui corp de formare pentru ca reacția de fuziune nucleară să poată continua: hidrogenul începe să se transforme în heliu. Puteți afla despre acest lucru înregistrând fluxurile de neutrini - particule elementare eliberate în timpul unei astfel de reacții. Reacția este însoțită de un flux puternic de radiații electromagnetice, care presează (prin forța presiunii ușoare, măsurată mai întâi în laboratorul Pământului de P. Lebedev) pe straturile exterioare ale materiei, contracarând compresia gravitațională. În cele din urmă, contracția se oprește pe măsură ce presiunile se echilibrează și protostea devine o stea. Pentru a trece prin această etapă a evoluției sale, o protostea are nevoie de câteva milioane de ani dacă masa sa este mai mare decât cea a soarelui și de câteva sute de milioane de ani dacă masa sa este mai mică decât cea a soarelui. Există foarte puține stele a căror masă este mai mică de 10 ori mai mare decât cea a Soarelui.

Masa este una dintre caracteristicile importante ale stelelor. Este curios de observat că stelele duble sunt destul de comune - se formează una lângă alta și se rotesc în jurul unui centru comun. Ele reprezintă 30 până la 50 la sută din numărul total de stele. Apariția binarelor este probabil asociată cu distribuția momentului unghiular al norului inițial. Dacă o astfel de pereche formează un sistem planetar, atunci mișcarea planetelor poate fi destul de complicată, iar condițiile de pe suprafețele lor vor varia foarte mult în funcție de locația planetei pe orbită în raport cu luminarii. Este foarte posibil ca orbitele staționare, cum ar fi cele care pot exista în sistemele planetare ale stelelor unice (și există în sistemul solar), să nu fie deloc. Stele obișnuite, singure, în procesul de formare, încep să se rotească în jurul axei lor.

O altă caracteristică importantă este raza stelei. Există stele - pitice albe, a căror rază nu depășește raza Pământului, există și astfel de - giganți roșii, a căror rază ajunge la raza orbitei lui Marte. Compoziție chimică stele conform datelor spectroscopice, în medie, aceasta este: pentru 10.000 de atomi de hidrogen există 1000 de atomi de heliu, 5 atomi de oxigen, 2 atomi de azot, 1 atom de carbon și chiar mai puține alte elemente. Din cauza temperaturilor ridicate, atomii ionizează, astfel încât materia stelei este în mare parte plasmă hidrogen-heliu - un amestec în general neutru din punct de vedere electric de ioni și electroni. În funcție de masa și compoziția chimică a norului inițial, steaua formată se încadrează într-una sau alta secțiune a așa-numitei secvențe principale din diagrama Hertzsprung-Russell. Acesta din urmă este un plan de coordonate, pe axa verticală a căruia este trasată luminozitatea stelei (adică, cantitatea de energie emisă de aceasta pe unitatea de timp), iar pe axa orizontală - tipul său spectral (care caracterizează culoarea stelei). stea, care la rândul său depinde de temperatura suprafeței sale) . În același timp, stelele „albastre” sunt mai fierbinți decât cele „roșii”, iar Soarele nostru „galben” are o temperatură intermediară la suprafață de aproximativ 6000 de grade) (Fig. 2). În mod tradițional, clasele spectrale de la cald la rece sunt notate cu literele O, B, A, F, G, K, M, fiecare clasă împărțită în zece subclase. Deci, Soarele nostru are un tip spectral G2. Diagrama arată că cele mai multe dintre stele sunt situate de-a lungul unei curbe netede care merge din colțul din stânga sus spre dreapta jos. Aceasta este secvența principală. Soarele nostru este și el pe el. Pe măsură ce hidrogenul „arde” în centrul stelei, masa acestuia se modifică ușor și steaua se deplasează ușor spre dreapta de-a lungul secvenței principale. Stelele cu mase din ordinul solar se află pe secvența principală de 10-15 miliarde de ani (Soarele nostru se află pe ea de aproximativ 4,5 miliarde de ani). Treptat, în centrul stelei se eliberează din ce în ce mai puțină energie, presiunea scade, miezul se contractă și temperatura din el crește. Reacțiile nucleare au loc acum doar într-un strat subțire la limita nucleului din interiorul stelei. Drept urmare, steaua în ansamblu începe să se „umfle”, iar luminozitatea ei crește. Steaua coboară din secvența principală și se deplasează în colțul din dreapta sus al diagramei Hertzsprung-Russell, transformându-se în așa-numita „gigant roșie”. După ce temperatura nucleului care se micșorează (acum heliu) al gigantului roșu ajunge la 100-150 de milioane de grade, un nou reacție nucleară fuziune - conversia heliului în carbon. Când această reacție se epuizează și ea, carcasa este ejectată - o parte semnificativă din masa stelei se transformă într-o nebuloasă planetară. Straturile interioare fierbinți ale stelei sunt „în exterior”, iar radiația lor „umflă” învelișul separat. După câteva zeci de mii de ani, coaja se risipește și rămâne o stea mică, foarte fierbinte și densă. Se răcește încet, se deplasează în colțul din stânga jos al diagramei și se transformă într-o „pitică albă”. Piticile albe par să reprezinte etapa finală în evoluția normală a majorității stelelor.

Dar există și anomalii. Unele stele se ard din când în când, transformându-se în noi stele. În același timp, de fiecare dată își pierd aproximativ o sutime de procent din masă. Afară bine vedete celebre putem aminti unul nou în constelația Cygnus, care a izbucnit în august 1975 și a rămas pe cer câțiva ani. Dar uneori apar și explozii de supernove - evenimente catastrofale care duc la distrugerea completă a unei stele, în care un timp scurt este emisă mai multă energie decât de la miliarde de stele din galaxia căreia îi aparține supernova. Un astfel de eveniment a fost consemnat în cronicile chineze în 1054: pe cer a apărut o stea atât de strălucitoare încât putea fi văzută chiar și în timpul zilei. Rezultatul acestui eveniment ne este acum cunoscut sub numele de Nebuloasa Crabului (Fig. 3), al cărei „lent” s-a răspândit pe cer pe care l-am observat în ultimii 300 de ani. Viteza de expansiune a gazelor sale ca urmare a exploziei este de aproximativ 1500 m / s, dar este foarte departe. Comparând rata de expansiune cu dimensiunea aparentă a Nebuloasei Crabului, putem calcula timpul în care era un obiect punctual și putem găsi locul său pe cer - aceste timpuri și locuri corespund timpului și locului apariției stelei. menţionate în cronici.

Dacă masa stelei rămase după scoaterea învelișului de către „giganta roșie” o depășește pe cea solară de 1,2-2,5 ori, atunci, după cum arată calculele, nu se poate forma o „pitică albă” stabilă. Steaua începe să se micșoreze, iar raza ei atinge o dimensiune nesemnificativă de 10 km, iar densitatea materiei unei astfel de stele depășește densitatea nucleului atomic. Se presupune că o astfel de stea constă din neutroni împachetate dens, motiv pentru care este numită așa - o stea neutronică. Conform acestui model teoretic, o stea neutronică are un câmp magnetic puternic și ea însăși se rotește cu o viteză extraordinară - câteva zeci sau sute de rotații pe secundă. Și doar pulsarii descoperiți (mai exact în Nebuloasa Crabului) în 1967 - surse punctuale de emisie radio pulsată de înaltă stabilitate - au exact proprietățile pe care ne-am aștepta de la stelele neutronice. Fenomenul observat a confirmat conceptul.

Dacă masa rămasă este și mai mare, atunci contracția gravitațională comprimă în mod necontrolat materia și mai mult. Intră în joc una dintre predicțiile teoriei generale a relativității, potrivit căreia materia se va micșora într-un punct. Acest fenomen se numește colaps gravitațional, iar rezultatul său este o „gaură neagră”. Acest nume se datorează faptului că masa gravitațională a unui astfel de obiect este atât de mare, forțele de atracție sunt atât de semnificative încât nu numai orice corp material nu poate părăsi vecinătatea unei găuri negre, dar chiar și lumina - un semnal electromagnetic - nu poate părăsi. să fie reflectat sau să iasă „în afară””. Astfel, este imposibil să observați direct o gaură neagră; se poate doar ghici despre existența ei din efectele indirecte. Deplasându-te în spațiu spre o gaură neagră (despre care nu știm încă nimic), poți constata că modelul constelațiilor situate direct de-a lungul cursului începe să se schimbe. Acest lucru se datorează faptului că lumina care vine de la stele și care trece în apropierea găurii negre este deviată de gravitația sa. Pe măsură ce vă apropiați de gaură, va apărea o zonă goală, înconjurată de puncte-stele luminoase, inclusiv cele care nu au fost observate înainte. Lumina de la unele stele poate, trecând pe lângă gaură, să se întoarcă în jurul ei și apoi să cadă în receptorii observatorului. Astfel, o stea poate oferi mai multe imagini în locuri diferite. Toate acestea, desigur, contrazic atât experiența noastră de viață, cât și ideile clasice, conform cărora lumina se propagă în linie dreaptă. Cu toate acestea, o serie întreagă de observații astronomice indirecte vorbește în favoarea existenței găurilor negre, iar deviația luminii sub influența atracției gravitaționale este înregistrată deja atunci când fasciculul trece pe lângă un astfel de obiect „normal” precum Soarele.

Acum putem trece la subiectul formării planetelor.

Mișcarea planetelor din sistemul solar este ordonată: ele se învârt în jurul soarelui în aceeași direcție și aproape în același plan. Distanțele de la o planetă la alta cresc în mod natural. Orbitele planetelor sunt apropiate de cercuri, ceea ce le permite să se învârtească în jurul Soarelui timp de miliarde de ani fără a se ciocni între ele.

Dacă mișcarea planetelor este supusă aceleiași ordine, atunci procesul de formare a acestora trebuie să fie același. Acest lucru a fost arătat în secolul al XVIII-lea. Immanuel Kant și Pierre Laplace. Ei au ajuns la concluzia că, în locul planetelor, o nebuloasă de gaz și praf s-a rotit inițial în jurul Soarelui.

Dar de unde a venit această nebuloasă? Și cum s-au transformat gazul și praful în corpuri planetare mari? Aceste întrebări au rămas nerezolvate în cosmogonia secolului XIX și începutul secolului XX. Piesa de poticnire a fost problema impulsului planetelor. Masa tuturor planetelor din sistem este de 750 de ori mai mică decât masa Soarelui. În același timp, doar 2% din momentul unghiular total cade pe ponderea Soarelui, iar restul de 98% sunt conținute în rotația orbitală a planetelor.

Știința a abordat aceste probleme îndeaproape abia în a doua jumătate a secolului al XX-lea. Aproape până la sfârșitul anilor 80. istoria timpurie a sistemului nostru planetar a trebuit să fie „recreată” doar pe baza datelor despre sine. Și abia prin anii 90. obiecte invizibile anterior au devenit disponibile pentru observare - discuri de gaz și praf care se învârteau în jurul unor stele tinere asemănătoare cu Soarele.

Nebuloasa gaz-praf, în care au apărut planetele, sateliții lor, corpurile solide mici - meteoriți, asteroizi și comete, se numește nor protoplanetar (sau preplanetar). Planetele se învârt în jurul Soarelui în aproape același plan, ceea ce înseamnă că norul de gaz și praf însuși avea o formă lenticulară aplatizată, motiv pentru care este numit și disc. Oamenii de știință cred că atât Soarele, cât și discul s-au format din aceeași masă rotativă de gaz interstelar - nebuloasa protosolară.

Faza inițială a nebuloasei protosolare face obiectul cercetărilor în astrofizică și cosmogonie stelară. Studiul evoluției sale, care a dus la apariția planetelor, este sarcina centrală a cosmogoniei planetare.

Vârsta Soarelui este puțin mai mică de 5 miliarde de ani. Vârsta celor mai vechi meteoriți este aproape aceeași: 4,5-4,6 miliarde de ani. Părți la fel de vechi și întărite timpurii ale scoarței lunare. Prin urmare, este general acceptat că Pământul și alte planete s-au format acum 4,6 miliarde de ani. Soarele aparține stelelor așa-numitei a doua generații a galaxiei. Cele mai vechi stele ale sale sunt semnificativ (8-10 miliarde de ani) mai vechi decât sistemul solar. Există, de asemenea, stele tinere în Galaxie, care au doar 100 de mii - 100 de milioane de ani (pentru o stea aceasta este o vârstă foarte tânără). Multe dintre ele sunt similare cu Soarele și pot fi folosite pentru a judeca starea inițială a sistemului nostru. Observând câteva zeci de astfel de obiecte, oamenii de știință au ajuns la următoarele concluzii.

Dimensiunea norului preplanetar al sistemului solar ar fi trebuit să depășească raza orbitei ultimei planete - Pluto. Compoziția chimică a tânărului Soare și a norii-disc de gaz și praf care îl înconjura, aparent, era aceeași. Conținutul total de hidrogen și heliu din el a ajuns la 98%. Ponderea tuturor celorlalte elemente mai grele a reprezentat doar 2%; printre ei au predominat compușii volatili, inclusiv carbonul, azotul și oxigenul: metan, amoniac, apă, dioxid de carbon. Alte metode și în alte ramuri ale cunoașterii.

Calculele arată că în interiorul orbitei lui Pluto, i.e. disc cu o rază de 40 AU. Adică masa totală a tuturor planetelor, împreună cu substanțele volatile pierdute până acum, ar fi trebuit să fie de 3-5% din masa Soarelui. Un astfel de model de nor se numește nor de masă moderat scăzută și este confirmat și de observațiile discurilor circumstelare.

Dacă masa norului ar fi comparabilă cu masa corpului central, atunci ar trebui să se formeze o stea - un însoțitor al Soarelui (sau trebuie găsită o explicație pentru ejectarea exceselor uriașe de materie din sistemul solar).

Cea mai puțin studiată este cea mai timpurie etapă - separarea nebuloasei protosolare de norul molecular părinte gigant aparținând Galaxiei. În anii 40. Academicianul Otto Yulievich Schmidt a prezentat o ipoteză care a devenit general acceptată cu privire la formarea Pământului și a altor planete din corpuri solide preplanetare reci - planetezimale. Punctul de vedere larg răspândit anterior, conform căruia planetele sunt mici rămășițe ale aglomerărilor de gaze gigantice înroșite ale compoziției solare, care au pierdut substanțe volatile, a intrat în conflict cu științele Pământului.

Pământul, după cum arată studiile, nu a trecut niciodată printr-un lichid de foc, adică. stare complet topită. Explorând pas cu pas evoluția discului preplanetar, oamenii de știință au obținut o succesiune de etape principale în dezvoltarea discului de gaz și praf care a înconjurat Soarele într-un sistem de planete.

Dimensiunea inițială a norului a depășit dimensiunea modernă a sistemului planetar, iar compoziția sa corespundea cu cea observată în nebuloasele interstelare: 99% particule de gaz și 1% particule de praf, cu dimensiuni cuprinse între fracțiuni de micrometru până la sute de micrometri. În timpul prăbușirii, adică căderea gazului cu praf pe miezul central (viitorul Soare), substanța a fost puternic încălzită și praf interstelar s-ar putea evapora parțial sau complet. Astfel, în prima etapă, norul era format aproape în întregime din gaz, în plus, era bine amestecat din cauza turbulenței mari - mișcare multidirecțională, haotică a particulelor.

Pe măsură ce discul se formează, turbulența scade. Este nevoie de puțin timp - aproximativ 1000 de ani. În acest caz, gazul se răcește și se formează din nou solide în el. Particule de praf. Aceasta este prima etapă în evoluția discului.

Un nor pre-planetar care se răcește este caracterizat de o presiune foarte scăzută - mai puțin de zece miimi din atmosferă. La această presiune, substanța din gaz se condensează direct în particule solide, ocolind faza lichidă. Cei mai refractari compuși de calciu, magneziu, aluminiu și titan condensează mai întâi, urmați de silicații de magneziu, fier și nichel. După aceea, în mediul gazos rămân doar sulful, oxigenul liber, azotul, hidrogenul, toate gazele inerte și unele elemente volatile.

În procesul de condensare, vaporii de apă devin activi, oxidând fierul și formând compuși hidralizați. Principalele elemente cosmice - hidrogenul și heliul - rămân în formă gazoasă. Condensarea lor ar necesita temperaturi apropiate de zero absolut, în niciun caz atinse într-un nor.

Compoziția chimică a boabelor de praf din discul preplanetar a fost determinată de temperatură, care a scăzut odată cu distanța de la Soare. Din păcate, este foarte dificil de calculat schimbarea temperaturii în norul preplanetar. Compoziția chimică a planetelor grup terestru arată că acestea constau în principal din substanţe condensate la temperaturi ridicate. Compoziția părții apropiate a centurii de asteroizi este dominată de corpuri pietroase. Odată cu distanța de Soare crește și numărul corpurilor din centura de asteroizi, care conțin minerale îmbogățite cu apă și unele substanțe volatile. Au fost găsite în meteoriți, care sunt fragmente de asteroizi. Printre planetele minore, aparent, nu există sau foarte puține corpuri de gheață. În consecință, granița condensului gheții de apă ar fi trebuit să treacă în spatele lor, nu mai aproape de marginea exterioară a centurii de asteroizi - mai mult de trei ori mai departe de Soare decât de Pământ.

În același timp, cele mai mari luni ale lui Jupiter, Ganimede și Callisto, sunt jumătate de apă. Sunt la o distanță mult mai mare de Soare decât centura de asteroizi. Aceasta înseamnă că gheața de apă s-a condensat în întreaga zonă de formare a lui Jupiter. Pornind de pe orbita lui Jupiter și mai departe în norul preplanetar, ar fi trebuit să prevaleze boabele de gheață cu incluziuni de substanțe mai refractare. În zona planetele exterioare, la o temperatură și mai scăzută, compoziția particulelor de praf s-a dovedit a fi gheață de metan, amoniac, dioxid de carbon solid și alți compuși volatili înghețați. O compoziție similară are în prezent nuclee cometare care zboară în vecinătatea Pământului de la periferia îndepărtată a sistemului solar.

Primele condensate - particule de praf, slouri de gheață - imediat după apariția lor au început să se deplaseze prin gaz spre planul central al norului. Cu cât particulele erau mai mari, cu atât s-au sedimentat mai repede, deoarece în timpul mișcării lor particulele mai mari (spre deosebire de cele mici) întâlnesc mai puțină rezistență la gaz pe unitatea de masă.

În a doua etapă, a fost finalizată formarea unui strat subțire de praf - un subdisc de praf - în planul central al norului. Stratificarea norului a fost însoțită de o creștere a dimensiunii particulelor de până la câțiva centimetri. Ciocnându-se între ele, particulele s-au lipit împreună, în timp ce viteza de mișcare a lor spre planul central a crescut și creșterea s-a accelerat.

La un moment dat, densitatea prafului din subdisc s-a apropiat de valoarea critică, depășind densitatea gazului cu un factor de zece. Când densitatea critică este atinsă, stratul de praf devine instabil gravitațional. Chiar și sigiliile foarte slabe care apar la întâmplare în ea nu se risipesc, ci, dimpotrivă, se îngroașă în timp. La început, s-a putut forma în el un sistem de inele care, atunci când au fost compactate, și-au pierdut stabilitatea și, în a treia etapă a evoluției discului, s-au rupt în multe aglomerații mici separate. Din cauza rotației moștenite de la discul care se rotește, aceste aglomerări nu se pot comprima imediat la densitatea solidelor. Dar, ciocnindu-se între ele, se unesc și devin din ce în ce mai dense. În a patra etapă, se formează un roi de corpuri preplanetare de aproximativ un kilometru; numărul lor inițial ajunge la multe milioane.

Calea descrisă de formare a corpurilor este posibilă dacă subdiscul de praf este foarte plat: grosimea sa trebuie să fie de multe ori mai mică decât diametrul său. Astfel de obiecte există și astăzi, cum ar fi inelele lui Saturn.

O altă modalitate de formare a corpurilor preplanetare, pe lângă condensarea gravitațională, este creșterea lor directă în timpul ciocnirilor de particule mici. Ele se pot lipi numai la viteze mici de impact, cu o suprafață de contact suficient de slăbită sau în cazul unei forțe de lipire crescute.

Astfel de corpuri, oricare dintre cele două moduri au apărut, au servit drept materiale de construcție pentru formarea planetelor, sateliților și meteorizilor.

Oamenii de știință sugerează că corpurile preplanetare formate la periferia norului la o temperatură foarte scăzută au supraviețuit până astăzi în norul cometar, unde au fost aruncate de perturbațiile gravitaționale ale planetelor gigantice.

Formarea corpurilor preplanetare în norul de gaze și praf a durat zeci de mii de ani - o perioadă extrem de nesemnificativă pe scara de timp cosmogonică. Asocierea în continuare a corpurilor în planete - acumularea de planete - este un proces mult mai lung care a durat sute de milioane de ani. Este foarte dificil să o restabiliți în detaliu: etapa geologică ulterioară, care a durat mai bine de 4 miliarde de ani, a șters până acum trăsăturile stării inițiale a planetelor.

Roiul preplanetar era un sistem complex al unui număr mare de corpuri planetezimale. Aveau mase inegale și se mișcau cu viteze diferite. În plus față de viteza orbitală comună pentru toate corpurile aflate la o anumită distanță de Soare, aceste corpuri aveau viteze individuale suplimentare cu direcții distribuite aleatoriu. În norul preplanetar, particulele și corpurile mici au fost întotdeauna cele mai numeroase. O proporție mai mică au fost corpuri de dimensiuni intermediare. Existau foarte puține corpuri mari comparabile cu Luna sau Marte.

Evoluția norului a dus la faptul că în câteva corpuri mari era concentrată cea mai mare parte a materiei planetare. Această ierarhie a fost păstrată până astăzi: masa totală a planetelor este mult mai mare decât masa totală a tuturor corpurilor mici - sateliți, asteroizi, comete și particule de praf.

Corpurile mari, cu influența lor gravitațională, cresc treptat vitezele haotice ale planetezimale. Fiecare apropiere a două corpuri schimbă natura mișcării lor pe orbite circumsolare. De regulă, orbitele devin mai alungite și mai înclinate spre planul central. Astfel, în această etapă, are loc o „acumulare” a sistemului de la un disc foarte plat la unul mai gros. În acest caz, corpurile dobândesc viteze haotice mai mari, cu atât masa lor este mai mică și invers.

Corpurile cresc foarte neuniform. Cel mai mare dintre ele din orice zonă de inel, unde orbitele altor corpuri se intersectează cu orbita sa, primește o poziție privilegiată și în viitor poate deveni embrionul planetei.

Rolul coliziunilor poate fi explicat prin exemplul centurii moderne de asteroizi, unde consecințele impacturilor nu sunt aceleași pentru corpuri diferite. În prezent, vitezele haotice ale asteroizilor sunt de aproximativ 5 km/s; cu aceleași viteze se ciocnesc cu corpuri mici. Energia de impact în timpul căderii unui corp pe suprafața unui asteroid este de obicei atât de mare încât nu numai corpul căzut în sine este distrus, ci și o parte a asteroidului. Se formează un crater de impact, ejecta din care se împrăștie la viteze de sute de metri pe secundă. Materialul în expansiune cade înapoi la suprafața asteroidului numai dacă are suficientă gravitație.

Toți asteroizii moderni din centură pierd masa în ciocniri. Doar câteva dintre cele mai mari (cu raze de peste 200 km) sunt în cel mai bun caz capabil să-și mențină masa. În același mod, ciocnirile planetezimale au dus la creșterea doar a celor mai mari dintre ele.

Partea interioară a sistemului solar este formată din planetele grupului terestru - Mercur, Venus, Pământ și Marte. Compoziția acestor planete indică faptul că creșterea lor a avut loc în absența gazelor ușoare din cauza particulelor pietroase și a corpurilor care conțin diferite cantități de fier și alte metale.

Condiția principală pentru creșterea corpurilor în timpul ciocnirilor este vitezele relative scăzute ale acestora în stadiul inițial. Ca să ajungă corpurile dimensiuni de kilometri, vitezele haotice nu trebuie să depășească 1 m/s. Acest lucru este posibil numai dacă nu există o influență puternică din exterior. În zona de creștere a planetelor terestre, influențele externe au fost slabe, doar în zona lui Marte influența lui Jupiter a afectat, încetinind creșterea acestuia și reducându-i masa. În centura de asteroizi, dimpotrivă, influența perturbatoare a planetei gigantice vecine Jupiter este clar vizibilă. Etapa de asociere a planetezimalelor în planete și creșterea lor a durat mai mult de 100 de milioane de ani.

Perioada de disipare (împrăștiere) a gazelor din zona planetelor terestre nu a durat mai mult de 10 milioane de ani. Gazul a fost suflat în principal de vântul solar; fluxuri de particule încărcate (protoni și electroni) ejectate de pe suprafața Soarelui cu viteze de sute de kilometri pe secundă.

Vântul solar a curățat de gaz nu numai regiunea planetelor din grupul terestru, ci și spații mai îndepărtate ale sistemului planetar. Cu toate acestea, gigantele planete Jupiter și Saturn au reușit deja să absoarbă o cantitate imensă de materie, marea majoritate a masei întregului sistem planetar.

Cum s-au format planetele gigantice? Embrionii lor ar putea apărea în două moduri: prin instabilitatea gravitațională a maselor gazoase ale discului preplanetar sau prin captarea tot mai mare a atmosferei gazoase pe nucleul masiv al planetezimale.

În primul caz, masa norului preplanetar ar fi trebuit să fie o fracțiune semnificativă din masa Soarelui, iar compoziția planetelor gigantice ar fi trebuit să coincidă cu cea solară. Niciuna dintre acestea nu corespunde faptelor. Cercetare anii recenti a arătat că în nucleele lui Jupiter și Saturn, aparent, există elemente mai grele decât hidrogenul și heliul, constituind cel puțin 5-6% din masa planetei. Acest lucru este substanțial mai mult decât ar fi de așteptat cu un conținut solar elemente chimice. Aceasta înseamnă că a doua cale este mai probabilă: mai întâi, ca și în cazul planetelor terestre, se formează un nucleu embrionar masiv din planetezimale stâncoase și înghețate, apoi formează o înveliș de hidrogen-heliu.

Procesul de adăugare a materiei se numește acreție. Pornind de la una sau două mase ale Pământului, corpul poate nu numai să mențină atmosfera gazoasă la suprafață, ci și să capteze noi porțiuni de gaz cu o rată accelerată dacă există un mediu gazos în calea mișcării sale. Acreția se oprește numai atunci când gazul este complet epuizat. Durata acestui proces este mult mai scurtă decât etapa de formare a nucleului-embrion. Conform calculelor oamenilor de știință, creșterea nucleului lui Jupiter a durat zeci, iar nucleul lui Saturn - sute de milioane de ani.

Atâta timp cât miezul, scufundat în gaz, este mic, atașează doar o mică atmosferă care este în echilibru. Dar la o anumită masă critică (2-3 mase Pământului), gazul începe să cadă pe corp într-un ritm din ce în ce mai mare, crescându-i foarte mult masa. Într-o etapă de acumulare rapidă în doar câteva sute de ani, Jupiter a crescut până la o masă de peste 50 de mase Pământului, absorbind gaz din sfera sa de influență gravitațională. Apoi rata de acumulare a scăzut, deoarece gazul putea ajunge pe planetă doar prin difuzie lentă din zona mai largă a discului.

În același timp, Jupiter a continuat să crească în detrimentul planetezimalelor solide, iar cele care nu au fost absorbite de el puteau fi aruncate înapoi de gravitația sa fie în interior, în zona asteroizilor și în zona Marte, fie departe de sistemul solar. Jupiter a transmis corpurilor solide viteze mai mari decât viteza de eliberare: pentru a părăsi sistemul solar de pe orbita lui Jupiter, doar 18 km/s este suficientă viteză, iar un corp care zboară de Jupiter la o distanță de câteva dintre razele sale accelerează până la zeci de kilometri pe secundă.

Saturn s-a format într-un mod similar. Dar miezul său nu a crescut la fel de repede și a atins masa critică mai târziu. Până în acest moment, datorită acțiunii vântului solar, a rămas mai puțin gaz decât în ​​zona lui Jupiter la începutul acreției sale. De aceea, în comparație cu Jupiter, Saturn conține de câteva ori mai multă materie condensată și diferă și mai mult ca compoziție de Soare.

Uranus și Neptun au crescut și mai încet, iar gazele din zona exterioară s-au disipat mai repede. Când aceste planete au atins masa critică, aproape că nu a mai rămas gaz în zonele lor. Prin urmare, hidrogenul și heliul reprezintă doar aproximativ 10% din masa lui Uranus, în timp ce Neptun le conține și mai puține. Principalele componente ale acestor corpuri sunt apa, metanul și amoniacul, precum și oxizii elementelor grele; gazele pătrund în atmosferele planetare.

Schema în două etape pentru formarea planetelor gigantice (formarea nucleelor ​​din materie condensată și acumularea de gaze pe aceste nuclee) este confirmată de fapte. În primul rând, s-a dovedit că masele moderne ale nucleelor ​​lui Jupiter și Saturn, precum și masele lui Uranus și Neptun fără atmosfera lor, au valori apropiate: 14-20 mase Pământului, în timp ce proporția gazelor - hidrogen și heliu - în ele scade în mod natural odată cu distanţa de la Soare. În al doilea rând, există astfel de „dovezi materiale” ale istoriei timpurii a planetelor gigantice precum sateliții și inelele lor. Acumularea de gaze pe planete este însoțită de formarea de discuri de gaz și praf în jurul lor, în care se formează sateliți.

În stadiul de acumulare rapidă, a fost eliberată o cantitate imensă de energie, iar straturile superioare ale planetelor au devenit foarte fierbinți. Temperatura maximă de suprafață a lui Jupiter și Saturn, aparent, a fost de câteva mii de grade - aproape ca cea a stelelor. În discul lui Jupiter, unde s-au format sateliții săi, la distanțe apropiate de planetă temperatura era mai mare decât punctul de condensare al vaporilor de apă, iar la cei mai îndepărtați era mai scăzută. Într-adevăr, cei mai apropiați sateliți ai lui Jupiter, inclusiv Io și Europa, sunt compuși din substanțe pietroase, iar cei mai îndepărtați - Ganimede și Callisto - sunt jumătate din gheață de apă. La Saturn, temperatura din disc era mai scăzută, așa că gheața s-a condensat acolo la toate distanțele (particulele inelelor lui Saturn și toți sateliții săi apropiați sunt înghețate).

Bibliografie

• 1. Revista „În jurul lumii” februarie 2004, p. 56-65
• 2. Singel F.Yu. Astronomie: Toate evoluțiile, 1988
• 3. Levitan E.P. Astronomie. Iluminismul, 1994 / Levitan E.P. Universul tău. Iluminismul 1995
• 4. Cernin A.D. Stele și fizică. Moscova: Nauka, 1994.
• 5. Şklovski I.S. Stele: nașterea, viața, moartea lor. M., 1984

Problema originii tuturor lucrurilor a fost pusă de om încă din cele mai vechi timpuri. Părea destul de logic: o persoană a văzut în mod constant cum totul în lume se naște, trece printr-o perioadă de formare, atinge apogeul și în cele din urmă - moare ... nu ar trebui ca întreaga lume să se supună acestei legi?

Un om străvechi, un om al Evului Mediu, nu avea nicio îndoială că Universul a avut un început: a fost creat de Dumnezeu (sau zei), a apărut din haosul primitiv sau chiar dintr-un ou mondial depus de o pasăre divină... Viziunea științifică asupra lumii a New Age a respins însăși ideea de început al Universului: este infinit în timp, deci la fel ca în spațiu - prin urmare, nu poate avea un început în timp... cu alte cuvinte, Universul a existat dintotdeauna! Este dificil pentru o persoană să-și imagineze așa ceva - dar în fizica modernă, în general, există o mulțime de lucruri care depășesc sfera conștiinței obișnuite...

Și cine ar fi crezut că în secolul al XX-lea se va întoarce ideea începutului Universului! Da, a revenit – desigur, sub forma unei teorii științifice riguroase – dar oricum, știința a spus: da, Universul are un început! Și dacă Creatorul a avut sau nu o mână în creația sa - este încă o chestiune personală pentru toată lumea - să creadă sau să nu creadă, acest lucru este deja dincolo de sfera științei.

Primul pas spre o astfel de idee a fost făcut în 1929, când astronomul american E. Hubble a descoperit că galaxiile se mișcă și se îndepărtează de noi cu o viteză mare, iar cu cât merg mai departe, cu atât se îndepărtează mai repede... Universul nu este static, așa cum se credea anterior - se extinde! Teoretic, a rezultat că a existat un anumit punct de la care această expansiune a început...

Așa s-a născut ipoteza Big Bang. Pentru prima dată acest termen a fost folosit de astronomul englez (care s-a arătat și ca scriitor de science fiction) F. Hoyle (este de remarcat faptul că acest om de știință, care a dat numele ipotezei Big Bang, nu a susținut-o el însuși, considerându-l „nesatisfăcător”). În forma sa cea mai generală, se rezumă la următoarele: în trecut a existat un anumit moment finit în timp când dimensiunile Universului erau egale cu zero, iar densitatea și temperatura erau infinite (această stare se numește singularitate cosmologică). ), iar din acest punct spațiu-timp începe să se extindă.

Rata de expansiune a universului a permis oamenilor de știință să calculeze când este eveniment istoric s-a întâmplat: acum 13 miliarde 700 de milioane de ani. A fost momentul în care Nimic a devenit Ceva; și este inutil să întrebăm unde s-a întâmplat Big Bang - s-a întâmplat peste tot, acest punct a fost întregul Univers!

Așadar, înainte rapid până la 13 miliarde, cu 700 de milioane de ani în urmă, când exista o particulă de energie pură infinit de densă, infinit de fierbinte și inimaginabil de mică (mai puțin de un atom) - nici măcar o substanță încă. Cea mai veche epocă despre care pot fi construite unele prevederi teoretice se numește epoca Planck (numită după fizicianul german M. Planck) - la acea vreme densitatea sa era de 10 până la gradul 97 kg pe metru cub, iar temperatura era de zece până la Gradul 32 K Cât a durat această epocă? 10 la minus a 43-a putere a secundelor (o astfel de perioadă de timp se numește timp Planck) - pentru a vă imagina acest lucru, va trebui să împărțiți o secundă în milioane iar și iar (și să vă imaginați de câte ori s-a extins Universul în această perioadă). timp, va trebui să înmulțiți milioane în același mod) ... La sfârșitul erei Planck, apar toate forțele care guvernează universul, iar prima dintre acestea este gravitația, care a decis cu adevărat totul. Astăzi, oamenii de știință creează modele de calculator Universuri ipotetice cu gravitație diferită și se dovedește că dacă gravitația ar fi puțin mai mică decât este, nimic nu s-ar putea forma (nici stele, nici galaxii, nici orice altceva), ar fi puțin mai mult - nimic nu s-ar dovedi, cu excepția găurilor negre. ... deci poate fi gravitatea noastră. Cineva a calculat? Sau un accident fericit într-o serie nesfârșită de Big Bang-uri nereușite (sau poate de succes)? Nu știm asta...

Oricum, universul s-a extins de la mai puțin de un atom la aproximativ dimensiunea unei mingi de golf (este ca și cum aceeași minge s-ar extinde până la dimensiunea Pământului) - ai putea să o ții în palmă. Într-o fracțiune de secundă, se extinde la dimensiunea Pământului, într-o altă fracțiune - la dimensiunea sistemului solar... Cum arată Universul în acest moment? Este încă o masă de energie furioasă (densă decât orice știm acum) - chiar și „căzanele clocotite” ale stelelor nu sunt nimic în comparație cu această stare, temperatura este estimată la trilioane de grade (deci nu vă sfătuiesc să mergeți acolo pe timpul mașinii: nu veți reuși să faceți un costum spațial suficient de fiabil - la o astfel de temperatură, orice atom va fi distrus ... de fapt, nu existau atunci).

Dar în expansiune, Universul s-a răcit – iar scăderea temperaturii a dus la apariția particulelor subatomice: energia a trecut în materie – prima substanță din Univers! Era încă instabil - au apărut și au dispărut particule, mișcându-se aleatoriu cu mare viteză (știau cu adevărat acest lucru, vorbind despre apariția Universului din haos?). Dar, pe măsură ce temperatura a scăzut, s-au mișcat mai încet, mai ordonat și au încetat să se transforme înapoi în energie - era mai multă materie (reamintim că în această etapă, numărul timpului continuă în fracțiuni de secundă). Și aici apare în scenă un alt „actor” - antimateria.

Antimateria s-a născut împreună cu materia – și nu diferă de ea în nimic, cu excepția încărcăturii (antimateria are opusul). Astăzi, fizicienii îl creează în laboratoare și, în general, nu este nimic în neregulă cu el - până când intră în contact cu materia. Dacă te-ai întâlni cu omologul tău antimaterie, ai fi convins că el nu este diferit de tine și nu s-ar întâmpla nimic groaznic până când ai decide să dai mâna - atunci ar urma o explozie monstruoasă... ceva asemănător s-ar întâmpla dacă ar fi fost cu Universul , dacă cantitatea de materie și antimaterie din ea ar fi egale - s-ar distruge reciproc, transformându-se în radiații, nu ar exista deloc materie! Dar s-a întâmplat (sau a fost planificat?) astfel încât pentru fiecare miliard de particule de antimaterie să existe un miliard și una de particule de materie - iar aceste „rămășițe” au scăpat de anihilare.

Și acum, când materia a câștigat bătălia cosmică cu antimateria – la aproape o secundă după Big Bang – este „timpul să strângem pietre”... adică. colectează particule. Temperatura universului a scăzut atât de mult încât particulele se pot uni - și așa apar atomii, iar primii au fost atomii de hidrogen (nu vorbește Biblia despre această dată: „și pământul era fără formă și gol, iar spiritul lui Dumnezeu plutea deasupra apei”?). În următoarele trei minute, mai apar două elemente - heliu și litiu. Dimensiunea universului este deja măsurată în ani lumină. Și timpul... pentru ca electronii să încetinească, astfel încât să se poată alătura noilor atomi este de 380 de mii de ani... și mesajul din acele vremuri a ajuns la noi!

În 1965, doi oameni de știință din SUA (statul New Jersey) - A. Penzias și R. Wilson - au urmărit semnale radio în Univers - dar un zgomot de fond de neînțeles a interferat cu munca... poate din cauza excrementelor de porumbei de pe antenă? Antena a fost curățată – dar nimic nu s-a schimbat... când cercetătorii au vorbit despre asta la Universitatea Princeton, unul dintre cei prezenți a răspuns: „Ați găsit fie efectul excrementelor de porumbei – fie crearea universului!” Fenomenul descoperit de A. Penzias și R. Wilson s-a numit radiație relicvă - s-a născut, însă, nu chiar în momentul big bang-ului, ci în momentul în care primii electroni s-au unit atomilor.

Acum Universul a încetat să mai fie omogen: undeva temperatura era mai mare, undeva mai scăzută, undeva era mai puțină materie - undeva mai mult. Acolo unde este mai multă materie, vor apărea în cele din urmă stele și galaxii, iar acolo unde este mai puțină, va fi spațiu gol...

Deci, Universul are 380 de mii de ani, nori de hidrogen și heliu se mișcă în el. După 200 de milioane de ani, primele stele se formează din ele, iar la un miliard de ani după Big Bang vor apărea primele galaxii...

Totuși, aceasta este o altă poveste... Nașterea Universului a avut loc!

Într-un anumit sens, putem spune că Big Bang-ul continuă până în zilele noastre - Universul continuă să se extindă, iar această expansiune nu încetinește, ci mai degrabă crește viteză. Teoretic, acest lucru ar trebui să conducă la faptul că nu numai galaxiile, ci și atomii se vor despărți, nu va fi nimic - astfel. Marea explozie, care a dat naștere Universului, o va ucide și ea... Dar care va fi sfârșitul Universului - nu știm. Poate fi o expansiune până la răcirea completă și absența luminii, poate fi o schimbare de la expansiune la contracție... Moartea Universului nostru poate duce la un nou Big Bang - care va da naștere unui nou Univers. Poate că Universul nostru este doar un altul dintr-o serie nesfârșită de Universuri care se nasc și mor...

Oamenii de știință nu au răspuns încă la aceste întrebări și la multe alte întrebări.

7 martie 2015, ora 18:50

Univers este întreaga lume din jurul nostru. Acestea sunt alte planete și stele, planeta noastră Pământ, plantele și animalele sale, tu și eu - toate acestea sunt Universul, inclusiv ceea ce este în afara Pământului - spațiul cosmic, planetele, stele. Aceasta este materie fără sfârșit și margine, luând cele mai diverse forme ale existenței sale.

Univers este tot ceea ce există. De la cele mai mici granule și atomi de praf până la acumulări uriașe de materie de lumi și sisteme stelare. Universul sau cosmosul este format din grupuri gigantice de stele.

De unde au venit toate astea?

Există mai multe teorii, dintre care cea mai populară este teoria Big Bang.

În urmă cu 70 de ani, astronomul american Edwin Hubble a descoperit că galaxiile sunt situate în partea roșie a spectrului de culori. Acest lucru, conform „efectului Doppler”, însemna că se îndepărtează unul de celălalt. Mai mult, lumina din galaxiile mai îndepărtate este „mai roșie” decât lumina din cele mai apropiate, ceea ce indica o viteză mai mică a celor îndepărtate. Imaginea expansiunii unor mase uriașe de materie semăna izbitor cu imaginea unei explozii. Apoi a fost propusă teoria Big Bang.

Conform calculelor, acest lucru s-a întâmplat în urmă cu aproximativ 13,7 miliarde de ani. Până la momentul exploziei, Universul avea o dimensiune de 10-33 de centimetri. Lungimea Universului actual este estimată de astronomi la 156 de miliarde de ani lumină (pentru comparație: un „punct” este de atâtea ori mai mic decât un proton - nucleul unui atom de hidrogen, de câte ori protonul în sine este mai mic decât Luna ).

Substanța din „punct” era extrem de fierbinte, ceea ce înseamnă că în timpul exploziei au apărut o mulțime de cuante de lumină. Desigur, totul se răcește în timp, iar cuantele se împrăștie în spațiul în curs de dezvoltare, dar ecourile Big Bang-ului ar fi trebuit să supraviețuiască până astăzi.
Prima confirmare a faptului exploziei a venit în 1964, când radioastronomii americani R. Wilson și A. Penzias au descoperit radiații electromagnetice relicve cu o temperatură de aproximativ 3 ° Kelvin (-270 ° C). Această descoperire, neașteptată pentru oamenii de știință, a fost privită în favoarea Big Bang-ului.

Deci, din norul superfierbinte de particule subatomice care se extinde treptat în toate direcțiile, atomi, substanțe, planete, stele, galaxii au început să se formeze treptat și, în sfârșit, a apărut viața. Universul încă se extinde și nu se știe cât timp va continua acest lucru. Poate că într-o zi își va atinge limita.

Teoria Big Bang a făcut posibil să se răspundă la multe întrebări care s-au confruntat cu cosmologia, dar, din păcate, sau poate din fericire, a ridicat și o serie de altele noi. În special: ce s-a întâmplat înainte de Big Bang? Ce a făcut ca universul să înceapă să se încălzească până la o temperatură inimaginabilă de peste 1032 de grade K? De ce este Universul surprinzător de omogen, în timp ce în orice explozie materia se împrăștie în diferite direcții extrem de neuniform?

Dar misterul principal este, desigur, „fenomenul”. Nu se știe de unde a venit, cum s-a format. În publicațiile științifice de popularitate, subiectul „fenomenului” este de obicei omis cu totul, iar în publicațiile științifice de specialitate scriu despre el ca un lucru care este inacceptabil din punct de vedere științific. Stephen Hawking, un om de știință de renume mondial, profesor la Universitatea din Cambridge, și J. F. R. Ellis, profesor de matematică la Universitatea din Cape Town, în cartea lor „The Long Scale of Space-Time Structure” spun așa direct: „Rezultatele am ajuns să susținem conceptul că Universul a apărut cu un număr finit de ani în urmă. Totuși, punctul de plecare al teoriei apariției universului ca urmare a Big Bang-ului – așa-numitul „fenomen” – este dincolo de legile cunoscute ale fizicii.

În același timp, trebuie luat în considerare faptul că problema „fenomenului” este doar o parte a unei probleme mult mai mari, problema însăși sursei stării inițiale a Universului. Cu alte cuvinte: dacă Universul a fost inițial comprimat într-un punct, atunci ce l-a adus în această stare?

În încercarea de a ocoli problema „fenomenului”, unii oameni de știință propun alte ipoteze. Una dintre ele este teoria „universului pulsatoriu”. Potrivit ei, Universul se micșorează din nou și din nou la infinit, fie se micșorează până la un punct, fie se extinde la anumite granițe. Un astfel de univers nu are nici început, nici sfârșit, există doar cicluri de expansiune-contracție. În același timp, autorii ipotezei susțin că Universul a existat întotdeauna, eliminând astfel problema „începutului lumii”.

Dar adevărul este că nimeni nu a oferit încă o explicație satisfăcătoare a mecanismului pulsației. De ce se întâmplă? Care sunt cauzele? Laureatul Nobel, fizicianul Steven Weinberg în cartea sa Primele trei minute indică faptul că, cu fiecare pulsație următoare din Univers, raportul dintre numărul de fotoni și numărul de nucleoni trebuie să crească inevitabil, ceea ce duce la dispariția noilor pulsații. Weinberg ajunge la concluzia că, prin urmare, numărul de cicluri de pulsații ale Universului este finit, ceea ce înseamnă că acestea trebuie să se oprească la un moment dat. În consecință, „Universul pulsatoriu” are un sfârșit și, prin urmare, are un început.

O altă teorie a originii Universului este teoria „găurilor albe” sau quasarii, care „scuipă” galaxii întregi din ei înșiși.
Curiosă este și teoria „tunelurilor spațio-temporale” sau „canalelor spațiale”. Ideea lor a fost exprimată pentru prima dată în 1962 de către fizicianul teoretician american John Wheeler în cartea Geometrodynamics, în care cercetătorul a formulat posibilitatea unei călătorii intergalactice extraspațiale, extraordinar de rapide. Unele versiuni ale conceptului de „canale spațiale” iau în considerare posibilitatea de a le folosi pentru a călători în trecut și viitor, precum și în alte universuri și dimensiuni.

Fizicianul de la Stanford Andrei Linde pune întrebări la care teoria Big Bang nu poate răspunde. Unii dintre ei au fost exprimați într-un articol din 2007 din revista Stanford Alumni: „What Exactly Exploded? De ce a explodat în acest moment special și peste tot deodată? Ce a existat înainte de Big Bang?

Din punctul de vedere al lui Linde, Big Bang-ul nu a fost un singur eveniment, ci mai degrabă o inflație dezordonată și dispersată. El și-a dezvoltat teoria haotică a inflației în anii 1980: expansiuni asemănătoare Big Bang-ului ar putea avea loc oriunde în spațiu, având suficientă energie potențială.

„Am presupus că întregul univers a fost creat la un moment dat”, spune Linde. – Dar de fapt nu este”.

Cercetările CMB din anii 1990 au arătat intensități diferite, oferind unele dovezi pentru a susține teoria haotică a inflației.

Linde consideră că atunci când este privit dintr-o perspectivă foarte largă, cosmosul nu se încadrează în cadrul creat de știință: „În loc de un univers în care există o singură lege a fizicii, inflația haotică eternă creează o imagine a unui multivers etern care se autoperpetuează. unde totul este posibil”, spune Linde. - Liniile paralele se pot intersecta la o distanta foarte mare. Legile fizicii se pot schimba... Pur și simplu nu putem vedea când se întâmplă. Suntem ca furnicile în interiorul unei mingi imense.”

Alte teorii despre originea universului:

Teoria epirotică

Adepții acestei teorii cred că există un univers paralel cu al nostru, care se ciocnește din când în când cu o „sora”. Energia coliziunii duce la perturbări uriașe ale spațiului, în urma cărora apar particule, care formează apoi nebuloase gazoase, galaxii, stele și alte corpuri cosmice.

După ciocnire, universurile se împrăștie, dar cu cât se împrăștie mai departe, cu atât mai puternic încep să se atragă unul pe celălalt (și de ce nu?). Treptat, ei încep să se apropie din nou și, în acel moment, nu există stele și alte obiecte în ambele Universuri, totul este distribuit uniform conform celei de-a doua legi a termodinamicii.

Universurile se ciocnesc din nou, iar energia coliziunii duce la particule și așa mai departe, este un ciclu fără sfârșit.

găuri albe

Cu toții am auzit despre existența găurilor negre. În general, în momentul de față, existența lor poate fi ghicită doar din perturbarea câmpurilor gravitaționale/deviația luminii. Dar oamenii de știință vorbesc deja despre existența găurilor albe. La urma urmei, dacă materia este absorbită de o gaură neagră, trebuie ejectată undeva, nu?

Și, teoretic, există puncte în care materia este emisă mai degrabă decât absorbită. Până acum nu au fost detectate, dar adepții acestei teorii nu lasă speranțe pentru descoperirea unei găuri albe în viitorul apropiat.

În general, existența găurilor albe, dacă sunt descoperite efectiv, încalcă simultan mai multe legi fundamentale ale fizicii. Și dacă se descoperă o gaură cu adevărat albă, atunci fundamentul științei actuale va trebui să fie remediat și foarte amănunțit (pentru a eneasima oară, de altfel).

Universul este crearea unei găuri negre

O teorie foarte interesantă, conform căreia găurile negre, aruncând materia din neant, de fapt, creează noi universuri care apar chiar mai repede decât ciupercile după ploaie. Fiecare particulă absorbită de o gaură neagră poate fi începutul unui nou univers, după ce particula, înzestrată cu o energie enormă, explodează. Va fi un Big Bang și există o mulțime de astfel de explozii.

Fiecare Univers generat, la rândul său, generează noi găuri negre, iar acelea - noi Universe. În întregime, capul mergeîn jur, este foarte greu de imaginat tot acest vârtej nesfârșit.

Teoria cuantică a lumilor

Această teorie este adesea folosită de scriitorii de science fiction în lucrările lor. Esența sa este în ramificarea constantă a variațiilor. De exemplu, acum decideți dacă mergeți la magazin sau porniți televizorul. Într-o invarianță mergi la magazin, în cealaltă pornești televizorul. Avem deja două Universuri, care diferă foarte puțin unul de celălalt, dar cu cât sunt mai departe, cu atât diferențele sunt mai puternice.

Și în general - variații „ramură” în funcție de mulți factori, inclusiv comportamentul atomilor care se mișcă în direcții diferite și așa mai departe. Drept urmare, miliarde de miliarde de noi invarianțe apar în fiecare moment și, cu cât sunt mai departe unele de altele, cu atât aceste Universuri diferă mai mult.

În mod figurat, acesta poate fi imaginat ca un ventilator, a cărui lamă este împărțită la infinit și fiecare dintre părțile ulterioare este împărțită din nou și așa mai departe ...

Cum a apărut universul nostru? A fost dintotdeauna? Și dacă nu, de la ce a venit? Și atunci când? Și dacă universul a avut un început, înseamnă oare că va exista un sfârșit?

Până la începutul secolului trecut, oamenii de știință credeau că universul este etern și neschimbător. Dar chiar înainte de teoriile științifice, a existat o altă părere: lumea a fost creată de Dumnezeu. Originea Universului, a vieții și a omului este un act creator rațional, realizat de Dumnezeu, Creatorul și omnipotentul, a cărui natură este de neînțeles pentru mintea umană. Până acum, jumătate din umanitate crede în această versiune a originii Universului într-o formă sau alta.

Și în secolul al XX-lea, a apărut o altă versiune a originii Universului - teoria „big bang-ului”. A început cu faptul că în 1929 Edwin Hubble a descoperit că lumina din galaxiile mai îndepărtate este „mai roșie” decât lumina din cele mai apropiate. Acest lucru a fost descoperit datorită efectului Doppler (dependența lungimii de undă a luminii de viteza sursei de lumină). Deoarece galaxiile mai îndepărtate par mai „roșii”, s-a presupus că se îndepărtează de galaxia noastră într-un ritm mai rapid. De fapt, nu galaxiile individuale se împrăștie, cu atât mai puțin stelele individuale. Galaxiile sunt conectate prin forțe gravitaționale și formează clustere. În orice direcție ați privi, grupuri de galaxii se împrăștie de pe Pământ cu aceeași viteză și poate părea că Galaxia noastră este centrul Universului, dar nu este așa. Oriunde se află observatorul, el va vedea peste tot aceeași imagine - toate galaxiile fug de el.

Dar grupurile de galaxii pot zbura separat doar de la un început. Aceasta înseamnă că toate galaxiile trebuie să se fi născut în același punct. Adică, a fost o vreme când Universul era infinit de mic și infinit de dens. Apoi acest punct a explodat cu mare forță. Calculele arată că acest lucru s-a întâmplat acum aproximativ 15 miliarde de ani. În momentul unei astfel de explozii, temperatura era foarte ridicată și ar fi trebuit să apară multe cuante de lumină.

Cum ar putea uriașul nostru univers să încapă într-un punct mic? Câte stele și galaxii sunt acum! Energia totală și masa universului pare a fi enormă. Cert este că în Univers nu există doar materie, ci și un câmp gravitațional. Se știe că energia sa este negativă și compensează exact energia conținută în particule, planete, stele și alte obiecte masive. Astfel, legea conservării energiei este perfect îndeplinită, iar energia totală și masa Universului nostru sunt practic egale cu zero. Procesul nașterii universului „practic din nimic” se bazează pe calcule strict științifice.

Prima confirmare a faptului exploziei a venit în 1964, când radioastronomii americani R. Wilson și A. Penzias au descoperit relicve de radiație electromagnetică. Această descoperire, neașteptată pentru oamenii de știință, a fost cea care i-a convins că Big Bang-ul a avut loc cu adevărat, iar chiar la începutul existenței sale, Universul era foarte fierbinte.

Ce este radiația relicve? ? Conform teoriei big bang-ului, Universul a apărut ca urmare a unei explozii grandioase care a creat spațiul și timpul, toată materia și energia care ne înconjoară. Universul nou-născut a trecut printr-o etapă de expansiune extrem de rapidă și până la vârsta de aproximativ 300 de mii de ani a fost un cazan fierbinte de electroni, protoni, neutrini și radiații. Expansiunea generală a universului a răcit treptat acest mediu, iar când temperatura a scăzut la o valoare de câteva mii de grade, a venit timpul pentru formarea atomilor stabili. Ca urmare a expansiunii, radiația inițială a devenit mult mai puțin intensă, dar nu a dispărut cu totul. El a fost descoperit de oamenii de știință americani.

Toate acestea sunt în regulă, dar întrebarea rămâne: dacă universul a fost inițial comprimat într-un punct, atunci ce l-a adus în această stare? După ce am făcut o întoarcere, ne-am întors la început. Cum a apărut universul nostru?

Cum s-a transformat într-un spațiu aparent fără sfârșit? Și ce va deveni după multe milioane și miliarde de ani? Aceste întrebări au chinuit (și continuă să chinuie) mintea filozofilor și a oamenilor de știință, se pare, încă de la începutul timpurilor, dând naștere la multe teorii interesante și uneori chiar nebune.
. Astăzi, majoritatea astronomilor și cosmologilor au ajuns la un acord general că universul așa cum îl cunoaștem a fost rezultatul unei explozii gigantice care a dat naștere nu numai la cea mai mare parte a materiei, ci a fost sursa legilor fizice de bază conform cărora cosmosul care ne înconjoară există. Toate acestea se numesc teoria Big Bang.

Bazele teoriei big bang-ului sunt relativ simple. Astfel, pe scurt, potrivit ei, toată materia care a existat și există acum în univers a apărut în același timp - în urmă cu aproximativ 13,8 miliarde de ani. La acel moment, toată materia exista ca o minge (sau punct) abstractă foarte compactă, cu densitate și temperatură infinite. Această stare a fost numită singularitate. Deodată, singularitatea a început să se extindă și a dat naștere universului așa cum îl cunoaștem.

Este de remarcat faptul că teoria big bang-ului este doar una dintre multele ipoteze propuse pentru originea universului (de exemplu, există și teoria unui univers staționar), dar a primit cea mai largă recunoaștere și popularitate. Nu numai că explică sursa tuturor materiei cunoscute, legile fizicii și marea structură a universului, ci descrie și motivele expansiunii universului și multe alte aspecte și fenomene.

Cronologia evenimentelor în teoria Big Bang.

Pe baza a ceea ce știm despre starea actuală a universului, oamenii de știință speculează că totul trebuie să fi început dintr-un singur punct de densitate infinită și timp finit care a început să se extindă. După expansiunea inițială, spune teoria, universul a trecut printr-o fază de răcire care a permis formarea particulelor subatomice și, mai târziu, a atomilor simpli. Norii giganți ai acestor elemente antice mai târziu, datorită gravitației, au început să formeze stele și galaxii.

Toate acestea, conform oamenilor de știință, au început acum aproximativ 13,8 miliarde de ani și, prin urmare, acest punct de plecare este considerat vârsta universului. Explorând diverse principii teoretice, efectuând experimente care implică acceleratori de particule și stări de înaltă energie și efectuând studii astronomice ale colțurilor îndepărtate ale universului, oamenii de știință au dedus și au propus o cronologie a evenimentelor care au început cu Big Bang și au condus universul în cele din urmă la acea stare de evoluție cosmică care are loc acum.

Oamenii de știință cred că cele mai timpurii perioade ale nașterii universului - care durează de la 10-43 la 10-11 secunde după Big Bang - sunt încă subiect de controverse și discuții. Atenţie! Doar dacă ținem cont de faptul că legile fizicii pe care le cunoaștem acum nu puteau exista la acel moment, este foarte greu de înțeles cum au fost reglementate procesele din acest univers timpuriu. În plus, experimentele care utilizează acele posibile tipuri de energii care ar putea fi prezente în acel moment nu au fost încă efectuate. Oricum ar fi, multe teorii despre originea universului sunt în cele din urmă de acord că la un moment dat a existat un punct de plecare de la care totul a început.

Epoca Singularității.

Cunoscută și ca epoca Planck (sau era Planck) este considerată cea mai veche perioadă cunoscută în evoluția universului. La acel moment, toată materia era conținută într-un singur punct de densitate și temperatură infinite. În această perioadă, potrivit oamenilor de știință, efectele cuantice ale interacțiunii gravitaționale au dominat fizicul și niciuna dintre forțele fizice nu a fost egală ca forță cu gravitația.

Se presupune că epoca Planck a durat de la 0 la 10-43 de secunde și este numită așa deoarece durata ei poate fi măsurată doar prin timpul Planck. Datorită temperaturilor extreme și a densității infinite a materiei, starea universului în această perioadă de timp a fost extrem de instabilă. După aceea, au existat perioade de expansiune și răcire, care au dus la apariția forțelor fundamentale ale fizicii.

Aproximativ în perioada de la 10-43 la 10-36 de secunde în univers a avut loc un proces de ciocnire a stărilor de temperaturi de tranziție. Se crede că în acest moment forțele fundamentale care guvernează universul actual au început să se separe unele de altele. Primul pas în această separare a fost apariția forțelor gravitaționale, a interacțiunilor nucleare puternice și slabe și a electromagnetismului.

Între aproximativ 10-36 și 10-32 de secunde după Big Bang, temperatura universului a devenit suficient de scăzută (1028 K) ceea ce a dus la separarea forțelor electromagnetice (forță puternică) și a forței nucleare slabe (forță slabă).

Epoca inflației.

Odată cu apariția primelor forțe fundamentale în univers, a început epoca inflației, care a durat de la 10-32 de secunde timp Planck până la un moment necunoscut în timp. Cele mai multe modele cosmologice sugerează că universul în această perioadă a fost umplut uniform cu energie de înaltă densitate, iar temperaturile și presiuni incredibil de ridicate au dus la expansiunea și răcirea sa rapidă.

Aceasta a început la 10-37 de secunde, când faza de tranziție care a determinat separarea forțelor a fost urmată de o expansiune exponențială a universului. În aceeași perioadă de timp, universul se afla într-o stare de bariogeneză, când temperatura era atât de ridicată încât mișcarea aleatorie a particulelor în spațiu a avut loc la viteza aproape de lumină.

În acest moment, se formează perechi de particule - antiparticule și se ciocnesc imediat sunt distruse, ceea ce se crede că a dus la dominația materiei asupra antimateriei în universul modern. După încetarea inflației, universul a constat din plasmă cuarc-gluon și alte particule elementare. Din acel moment, universul a început să se răcească, materia a început să se formeze și să se combine.

Era răcirii.

Odată cu scăderea densității și a temperaturii în interiorul universului, a început să aibă loc o scădere a energiei în fiecare particulă. Această stare de tranziție a durat până când forțele fundamentale și particulele elementare au ajuns la forma lor actuală. Deoarece energia particulelor a scăzut la valori care pot fi atinse astăzi în cadrul experimentelor, existența reală posibilă a acestei perioade de timp provoacă mult mai puține dispute în rândul oamenilor de știință.

De exemplu, oamenii de știință cred că la 10-11 secunde după Big Bang, energia particulelor a scăzut semnificativ. La aproximativ 10-6 secunde, quarcii și gluonii au început să formeze barioni - protoni și neutroni. Quarcii au început să predomine asupra antiquarcilor, ceea ce a dus la rândul său la predominarea barionilor asupra antibarionilor.

Deoarece temperatura nu mai era suficient de ridicată pentru a crea noi perechi proton-antiproton (sau perechi neutron-antineutron), a urmat o distrugere masivă a acestor particule, ceea ce a dus la restul de doar 1/1010 din protoni și neutroni inițiali și complet dispariția antiparticulelor lor. Un proces similar a avut loc la aproximativ 1 secundă după Big Bang. Doar „victimele” de această dată au fost electronii și pozitronii. După anihilarea în masă, protonii, neutronii și electronii rămași și-au oprit mișcarea aleatorie, iar densitatea de energie a universului a fost umplută cu fotoni și, într-o măsură mai mică, cu neutrini.

În primele minute ale expansiunii universului a început o perioadă de nucleosinteză (sinteza elementelor chimice), datorită scăderii temperaturii la 1 miliard de kelvin și scăderii densității energetice la valori aproximativ echivalente cu aerul. densitatea, neutronii și protonii au început să se amestece și să formeze primul izotop stabil de hidrogen (deuteriu), precum și atomii de heliu. Cu toate acestea, majoritatea protonilor din univers au rămas ca nuclee incoerente ale atomilor de hidrogen.

Aproximativ 379.000 de ani mai târziu, electronii s-au combinat cu aceste nuclee de hidrogen pentru a forma atomi (din nou predominant hidrogen), în timp ce radiația s-a separat de materie și a continuat să se extindă aproape nestingherită prin spațiu. Această radiație se numește radiație cosmică de fond cu microunde și este cea mai veche sursă de lumină din univers.

Odată cu expansiunea, radiația relictă și-a pierdut treptat densitatea și energia, iar în momentul de față temperatura sa este de 2,7260 0,0013 K (- 270,424 C), iar densitatea de energie este de 0,25 eV (sau 4,005x10-14 J/m²; 400-500). Fotoni/cm CMB se extinde în toate direcțiile și pe o distanță de aproximativ 13,8 miliarde de ani lumină, dar o estimare a propagării sale reale este la aproximativ 46 de miliarde de ani lumină de centrul universului.

Epoca structurii (epoca ierarhică).

În următoarele câteva miliarde de ani, regiuni mai dense ale materiei, distribuite aproape uniform în întregul univers, au început să se atragă reciproc. Ca urmare, au devenit și mai dense, au început să formeze nori de gaz, stele, galaxii și alte structuri astronomice pe care le putem observa în prezent. Această perioadă se numește era ierarhică. În acest moment, universul pe care îl vedem acum a început să prindă contur. Materia a început să se unească în structuri de diferite dimensiuni - stele, planete, galaxii, grupuri de galaxii, precum și superclustere galactice separate prin punți intergalactice care conțineau doar câteva galaxii.

Detaliile acestui proces pot fi descrise conform conceptului de cantitate și tip de materie distribuită în univers, care este reprezentată ca materie întunecată rece, caldă, fierbinte și materie barionică. Cu toate acestea, modelul big bang cosmologic standard modern este modelul lambda - CDM, conform căruia particulele de materie întunecată se mișcă mai încet decât viteza luminii. A fost aleasă pentru că rezolvă toate contradicțiile apărute în alte modele cosmologice.

Conform acestui model, materia întunecată rece reprezintă aproximativ 23% din toată materia/energia din univers. Proporția de materie barionică este de aproximativ 4,6 la sută. Lambda - CDM se referă la așa-numita constantă cosmologică: o teorie propusă de Albert Einstein care caracterizează proprietățile vidului și arată relația de echilibru dintre masă și energie ca mărime statică constantă. În acest caz, este asociată cu energia întunecată, care servește ca un accelerator pentru expansiunea universului și menține structurile cosmologice gigantice în mare măsură uniforme.

Previziuni pe termen lung despre viitorul universului.

Ipotezele conform cărora evoluția universului are un punct de plecare îi conduc în mod natural pe oamenii de știință la întrebări despre posibilul punct final al acestui proces. Numai în cazul în care universul și-a început istoria dintr-un punct mic cu densitate infinită, care a început brusc să se extindă, aceasta înseamnă că și el se va extinde la infinit, sau într-o zi forța sa expansivă se va termina și va începe procesul invers de contracție. , al cărui rezultat final devine același punct infinit de dens?

Răspunsul la aceste întrebări a fost scopul principal al cosmologilor încă de la începutul dezbaterii despre care model cosmologic al universului este corect. Odată cu acceptarea teoriei Big Bang, dar în mare parte datorită observării energiei întunecate în anii 1990, oamenii de știință au ajuns să cadă de acord asupra celor două scenarii cele mai probabile pentru evoluția universului.

Sub primul, numit „Big Crunch”, universul va atinge dimensiunea maximă și va începe să se prăbușească. Acest scenariu va fi posibil doar dacă densitatea de masă a universului devine mai mare decât densitatea critică în sine. Cu alte cuvinte, dacă densitatea materiei atinge o anumită valoare sau devine mai mare decât această valoare (1-3x10-26 kg de materie pe m), universul va începe să se micșoreze.

Un scenariu alternativ este că, dacă densitatea universului este egală cu sau sub valoarea critică a densității, atunci expansiunea sa va încetini, dar nu se va opri niciodată complet. Numită „Moartea la căldură a Universului”, această ipoteză spune că expansiunea va continua până când formarea stelelor încetează să consume gaz interstelar în fiecare dintre galaxiile înconjurătoare. Adică, transferul de energie și materie de la un obiect la altul se va opri complet. Toate stelele existente în acest caz se vor arde și se vor transforma în pitice albe, stele neutronice și găuri negre.

Treptat, găurile negre se vor ciocni cu alte găuri negre, ceea ce duce la formarea unora din ce în ce mai mari. Temperatura medie a universului se va apropia de zero absolut. Găurile negre se vor „evapora” în cele din urmă prin eliberarea radiației lor finale. În cele din urmă, entropia termodinamică din univers va fi la maxim. Moartea de căldură va veni.

Observațiile moderne care iau în considerare prezența energiei întunecate și influența acesteia asupra expansiunii cosmosului i-au determinat pe oamenii de știință să concluzioneze că, în timp, tot mai mult spațiu din univers va trece dincolo de orizontul nostru de evenimente și va deveni invizibil pentru noi. Rezultatul final și logic al acestui lucru nu este încă cunoscut oamenilor de știință, totuși, „Moartea de căldură” poate fi punctul final al unor astfel de evenimente.

Există și alte ipoteze privind distribuția energiei întunecate, sau mai degrabă, tipurile ei posibile (de exemplu, energia fantomă. Potrivit acestora, grupurile galactice, stele, planete, atomii, nucleele atomice și materia însăși vor fi sfâșiate ca urmare a expansiunea sa infinită.O astfel de evoluție a scenariului se numește „Big Rip.” Motivul morții universului conform acestui scenariu este expansiunea în sine.

Istoria teoriei Big Bang.

Cea mai veche mențiune despre big bang datează de la începutul secolului al XX-lea și este asociată cu observațiile spațiului. În 1912, astronomul american West Slipher a făcut o serie de observații ale galaxiilor spirale (care păreau inițial a fi nebuloase) și a măsurat deplasările lor Doppler spre roșu. În aproape toate cazurile, observațiile au arătat că galaxiile spirale se îndepărtează de Calea Lactee.

În 1922, remarcabilul matematician și cosmolog rus Alexander Fridman a derivat așa-numitele ecuații Friedmann din ecuațiile lui Einstein pentru relativitatea generală. În ciuda avansării teoriei de către Einstein în favoarea unei constante cosmologice, lucrările lui Friedmann au arătat că universul este mai degrabă într-o stare de expansiune.

În 1924, măsurătorile lui Edwin Hubble ale distanței până la cea mai apropiată nebuloasă spirală au arătat că aceste sisteme sunt, de fapt, galaxii cu adevărat diferite. În același timp, Hubble a început să dezvolte un set de măsuri pentru scăderea distanței folosind telescopul Hooker de 2,5 metri de la Observatorul Mount Wilson. Până în 1929, Hubble a descoperit o relație între distanță și viteza de retragere a galaxiilor, care mai târziu a devenit legea lui Hubble.

În 1927, matematicianul, fizicianul și preotul catolic belgian Georges Lemaitre a ajuns în mod independent la aceleași rezultate pe care le-au arătat ecuațiile lui Friedmann și a fost primul care a formulat relația dintre distanța și viteza galaxiilor, propunând prima estimare a coeficientului acesteia. relaţie. Lemaitre credea că la un moment dat în trecut, întreaga masă a universului a fost concentrată într-un singur punct (atom.

Aceste descoperiri și presupuneri au provocat multe controverse în rândul fizicienilor din anii 20 și 30, dintre care majoritatea credeau că universul se află într-o stare staționară. Conform modelului bine stabilit de atunci, o nouă materie se creează odată cu expansiunea infinită a universului, fiind distribuită uniform și egal în densitate pe toată lungimea sa. Printre oamenii de știință care au susținut-o, ideea unui big bang părea mai mult teologică decât științifică. Lemaitre a fost criticat pentru părtinire bazată pe părtinire religioasă.

De remarcat că în același timp au existat și alte teorii. De exemplu, modelul Milne al universului și modelul ciclic. Ambele s-au bazat pe postulatele teoriei generale a relativității a lui Einstein și au primit ulterior sprijinul omului de știință însuși. Conform acestor modele, universul există într-un flux nesfârșit de cicluri repetate de expansiuni și prăbușiri.

1. Epoca singularității (Planckian). Este considerat a fi primar, ca o perioadă evolutivă timpurie a Universului. Materia era concentrată într-un singur punct, având propria ei temperatură și densitate infinită. Oamenii de știință susțin că această eră este caracterizată de dominație efecte cuantice aparținând interacțiunii gravitaționale asupra celor fizice și nici o singură forță fizică din toate cele care existau în acele vremuri îndepărtate nu era identică ca forță cu gravitația, adică nu era egală cu aceasta. Durata erei Planck este concentrată în intervalul de la 0 la 10-43 de secunde. A primit un astfel de nume datorită faptului că numai timpul Planck și-a putut măsura pe deplin lungimea. Acest interval de timp este considerat a fi foarte instabil, ceea ce, la rândul său, este strâns legat de temperatura extremă și densitatea nemărginită a materiei. În urma epocii singularității, a existat o perioadă de expansiune, iar odată cu aceasta o perioadă de răcire, care a dus la formarea principalelor forțe fizice.

Cum s-a născut Universul. nastere la rece

Ce a fost înainte de Univers. Modelul Universului adormit

„Poate că, înainte de Big Bang, universul era un spațiu static foarte compact, care evolua lent”, teoretizează fizicieni precum Kurt Hinterbichler, Austin Joyce și Justin Khoury.

Acest Univers „pre-explozie” ar fi trebuit să aibă o stare metastabilă, adică să fie stabil până când apare o stare și mai stabilă. Prin analogie, imaginați-vă o stâncă, pe marginea căreia se află un bolovan în stare de vibrație. Orice atingere a bolovanului va duce la faptul că acesta va cădea în abis sau – ceea ce este mai aproape de cazul nostru – va avea loc un Big Bang. Potrivit unor teorii, Universul „pre-explozie” ar fi putut exista într-o formă diferită, de exemplu, sub forma unui spațiu oblat și foarte dens. Ca urmare, această perioadă metastabilă a luat sfârșit: s-a extins dramatic și a căpătat forma și starea a ceea ce vedem acum.

„Totuși, modelul universului adormit are și el problemele sale”, spune Carroll.

„De asemenea, presupune că universul nostru va avea un nivel scăzut de entropie și nu explică de ce este așa.”

Dar Hinterbichler, un fizician teoretician la Case Western Reserve University, nu vede entropia scăzută ca o problemă.

„Pur și simplu căutăm o explicație a dinamicii care a avut loc înainte de Big Bang, ceea ce explică de ce vedem ceea ce vedem acum. Până acum, acesta este singurul lucru care ne rămâne”, spune Hinterbichler.

Carroll, însă, crede că există o altă teorie a Universului „pre-explozie”, care poate explica nivelul scăzut de entropie care există în Universul nostru.

Cum a apărut universul din nimic. Cum funcționează universul

Să vorbim despre cum funcționează de fapt fizica, conform conceptelor noastre. De pe vremea lui Newton, paradigma fizicii fundamentale nu s-a schimbat; cuprinde trei părți. Primul este „spațiul de stare”: în esență o listă a tuturor configurațiilor posibile în care ar putea fi universul. A doua este o stare specifică care reprezintă universul la un moment dat în timp, de obicei cea actuală. A treia este o anumită regulă conform căreia Universul se dezvoltă în timp. Dă-mi universul pentru astăzi și legile fizicii îmi vor spune ce va fi cu el în viitor. Acest mod de gândire nu este mai puțin adevărat pentru mecanica cuantică sau relativitatea generală sau teoria cuantică a câmpului decât este pentru mecanica newtoniană sau electrodinamica maxwelliană.

Mecanica cuantică în special este o implementare specială, dar foarte versatilă a acestei scheme. (Teoria câmpului cuantic este doar un exemplu specific de mecanică cuantică, nu Metoda noua gândire). Stările sunt „funcții de undă”, iar setul tuturor funcțiilor de undă posibile ale unui anumit sistem se numește „spațiul Hilbert”. Avantajul său este că limitează sever setul de posibilități (pentru că este un spațiu vectorial: notă pentru experți). Odată ce îmi spuneți dimensiunea (numărul de dimensiuni), vă veți defini complet spațiul Hilbert. Acest lucru este drastic diferit de mecanica clasică, unde spațiul de stat poate deveni extrem de complex. Și apoi există o mașină - „Hamiltonian” - care indică exact cum să se dezvolte de la o stare la alta în timp. Repet că nu există multe varietăți de hamiltonieni; este suficient să notezi o anumită listă de cantități (valori proprii ale energiei - clarificare pentru tine, experți enervant).

Cum a apărut viața pe Pământ. Viața pe Pământ

Viața folosind chimie diferită de a noastră ar putea să apară de mai multe ori pe Pământ. Poate. Și dacă găsim dovezi ale unui astfel de proces, înseamnă că există o mare probabilitate ca viața să apară în multe locuri din univers independent unele de altele, așa cum viața a apărut pe Pământ. Dar, pe de altă parte, imaginați-vă cum ne-am simți dacă în cele din urmă am descoperi viața pe o altă planetă, poate orbitând o stea îndepărtată, și s-ar dovedi a avea chimie identică și poate chiar structură ADN identică cu a noastră.

Șansele ca viața pe Pământ să apară complet spontan și întâmplător par foarte mici. Șansele ca exact aceeași viață să apară în altă parte sunt incredibil de mici și practic zero. Dar există răspunsuri posibile la aceste întrebări, pe care astronomii englezi Fred Hoyle și Chandra Wickramasinghe le-au conturat în carte neobișnuită, scris în 1979 - Life nor.

Având în vedere șansa extrem de puțin probabilă ca viața de pe Pământ să apară singură, autorii oferă o altă explicație. Constă în faptul că apariția vieții a avut loc undeva în spațiu și apoi s-a răspândit în tot universul prin panspermie. Viața microscopică blocată în resturi de la coliziunile cosmice poate călători în stare de latenție pentru perioade foarte lungi de timp. După aceea, când ajunge la destinație, unde va începe din nou să se dezvolte. Astfel, toată viața din Univers, inclusiv viața de pe Pământ, este de fapt una și aceeași viață.

Video Cum a apărut Universul

Cum a apărut universul din nimic. nastere la rece

Totuși, căile către o astfel de unificare pot fi luate în considerare la nivel calitativ și aici apar perspective foarte interesante. Unul dintre ei a fost considerat de celebrul cosmolog, profesor al Universității din Arizona Lawrence Krauss în cartea sa recent publicată „A Universe From Nothing” („The Universe from Nothing”). Ipoteza lui pare fantastic, dar nu contrazice legile stabilite ale fizicii.

Se crede că universul nostru a ieșit dintr-o stare inițială foarte fierbinte, cu o temperatură de aproximativ 1032 kelvin. Cu toate acestea, este posibil să ne imaginăm și nașterea la rece a universurilor din vidul pur - mai exact, din fluctuațiile sale cuantice. Este bine cunoscut faptul că astfel de fluctuații dau naștere la o mare varietate de particule virtuale care au apărut literalmente din inexistență și au dispărut ulterior fără urmă. Potrivit lui Krauss, fluctuațiile de vid sunt în principiu capabile să dea naștere la protouniversuri la fel de efemere, care, în anumite condiții, trec de la o stare virtuală la una reală.

Întrebarea cum a apărut universul i-a îngrijorat mereu pe oameni. Acest lucru nu este surprinzător, pentru că toată lumea vrea să-și cunoască originile. Oamenii de știință, preoții și scriitorii se luptă cu această întrebare de câteva milenii. Această întrebare emoționează mintea nu numai a specialiștilor, ci și a oricărei persoane obișnuite. Cu toate acestea, trebuie spus imediat că nu există un răspuns sută la sută la întrebarea cum a apărut Universul. Există doar o teorie care este susținută de majoritatea oamenilor de știință.

• Aici o vom analiza.

Deoarece tot ceea ce înconjoară omul are începutul său, nu este de mirare că din cele mai vechi timpuri omul a încercat să găsească începutul universului. Pentru o persoană din Evul Mediu, răspunsul la această întrebare a fost destul de simplu - Dumnezeu a creat Universul. Cu toate acestea, odată cu dezvoltarea științei, oamenii de știință au început să pună la îndoială nu numai întrebarea lui Dumnezeu, ci, în general, că Universul a avut un început.

În 1929, datorită astronomului american Hubble, oamenii de știință au revenit la problema rădăcinilor universului. Cert este că Hubble a demonstrat că galaxiile care alcătuiesc Universul se mișcă constant. Pe lângă mișcare, ele pot crește, ceea ce înseamnă că și Universul crește. Și dacă crește, se dovedește că a existat cândva o etapă de începere a acestei creșteri. Și asta înseamnă că universul are un început.

Puțin mai târziu, astronomul britanic Hoyle a avansat o ipoteză senzațională: Universul a apărut în momentul Big Bang-ului. Teoria lui a intrat în istorie sub acest nume. Esența ideii lui Hoyle este simplă și complexă în același timp. El credea că a existat odată o etapă care se numește starea singularității cosmice, adică timpul stătea la zero, iar densitatea și temperatura erau egale cu infinitul. Și la un moment dat a avut loc o explozie, în urma căreia singularitatea a fost ruptă și, prin urmare, densitatea și temperatura s-au schimbat, a început creșterea materiei, ceea ce înseamnă că timpul a început să conteze. Mai târziu, Hoyle însuși și-a numit teoria neconvingătoare, dar acest lucru nu a împiedicat-o să devină cea mai populară ipoteză pentru originea universului.

Când s-a întâmplat ceea ce Hoyle a numit Big Bang? Oamenii de știință au făcut multe calcule, drept urmare, cei mai mulți au fost de acord asupra cifrei de 13,5 miliarde de ani. Atunci Universul a început să apară din nimic.În doar o fracțiune de secundă, Universul a căpătat o dimensiune mai mică decât un atom și procesul de creștere a fost lansat. Gravitația a jucat un rol cheie. Cel mai interesant este că dacă ar fi fost puțin mai puternic, atunci nu ar fi apărut nimic, cel mult o gaură neagră. Și dacă gravitația ar fi puțin mai slabă, atunci nu ar apărea absolut nimic.
La câteva secunde după explozie, temperatura din univers a scăzut ușor, ceea ce a dat impuls creării materiei și antimateriei. Ca urmare, au început să apară atomii. Așa că universul a încetat să mai fie monoton. Undeva erau mai mulți atomi, undeva mai puțini. În unele părți era cald, în altele temperatura era mai scăzută. Atomii au început să se ciocnească între ei, formând compuși, apoi noi substanțe și mai târziu corpuri. Unele dintre obiecte aveau o mare energie internă. Acestea au fost vedetele. Au început să adune în jurul lor (din cauza forței gravitaționale) alte corpuri, pe care le numim planete. Așa au apărut sistemele, dintre care unul este sistemul nostru solar.

Marea explozie. Probleme model și rezolvarea lor

1. Problema la scară largă și a izotropiei Universului poate fi rezolvată datorită faptului că în timpul etapei de inflație, expansiunea a avut loc într-un ritm neobișnuit de mare. De aici rezultă că întregul spațiu al Universului observabil este rezultatul unei regiuni conectate cauzal a erei premergătoare celei inflaționiste.
2. Rezolvarea problemei unui univers plat. Acest lucru este posibil deoarece în stadiul de inflație are loc o creștere a razei de curbură a spațiului. Această valoare este de așa natură încât permite parametrilor moderni de densitate să aibă o valoare aproape de critică.
3. Expansiunea inflaționistă duce la apariția fluctuațiilor de densitate cu o anumită amplitudine și formă de spectru. Acest lucru face posibil ca aceste oscilații (fluctuații) să se dezvolte în structura actuală a Universului, menținând în același timp omogenitatea și izotropia la scară largă. Aceasta este soluția la problema structurii pe scară largă a universului.

Principalul dezavantaj al modelului inflaționist poate fi considerat dependența acestuia de teorii care nu au fost încă dovedite și nu pe deplin dezvoltate.

De exemplu, modelul se bazează pe teoria câmpului unificat, care este încă doar o ipoteză. Nu poate fi testat experimental în laborator. Un alt dezavantaj al modelului este neînțelesul de unde provine materia supraîncălzită și în expansiune. Aici sunt luate în considerare trei posibilități:

1. Teoria standard Big Bang presupune că inflația a început într-un stadiu foarte timpuriu al evoluției universului. Dar atunci problema singularității nu este rezolvată.
2. A doua posibilitate este apariția Universului din haos. Diferite părți ale acestuia aveau temperaturi diferite, așa că în unele locuri a existat compresie, iar în altele - expansiune. Inflația trebuie să fi avut loc într-o regiune a universului care a fost supraîncălzită și în expansiune. Dar nu este clar de unde a venit haosul primar.
3. A treia opțiune este o cale mecanică cuantică, prin care a apărut o grămadă de materie supraîncălzită și în expansiune. De fapt, universul a apărut din nimic.