5 циклов жизни вселенной: на каком этапе мы живём?

Введение

Никто в семнадцатых,
восемнадцатых, девятнадцатых или ранних двадцатых
столетиях, не считал, что Вселенная могла
развиваться со временем. Ньютон и Эйнштейн
оба пропустили шанс предсказания, что
Вселенная могла бы или сокращаться, или
расширяться. Нельзя действительно ставить
это против Ньютона из-за того, что он жил
двести пятьдесят лет перед открытием
расширения Вселенной. Но Эйнштейн должен
был знать это лучше. Когда он сформулировал
теорию относительности, чтобы проверить
теорию Ньютона с его собственной специальной
теорией относительности, он добавил так
называемую «космическую константу».
Она представляла собой отталкивающий
гравитационный эффект, который мог бы
балансировать эффект притяжения материала
во Вселенной. Таким образом, было возможно
иметь статическую модель Вселенной.

Эйнштейн позже сказал: «Космическая
константа была величайшей ошибкой моей
жизни». Это произошло после наблюдений
отдаленных галактик Эдвином Хабблом
в 1920 году и показало, что они перемещаются
далеко от нас, со скоростями, которые
были приблизительно пропорциональными
их расстоянию от нас. Другими словами,
Вселенная не статическая, как прежде
было принято думать: она расширяется.
Расстояние между галактиками возрастает
со временем.

Понятие темной энергии

В астрономии понятие темное энергии включает в себя энергию (существующую в теории), которая была введена в математическую модель Вселенной, чтобы объяснить ее расширение с ускорением. Ученые предполагают, что эта энергия не способна собираться в сгустки (в отличие от темной материи), а равномерно распределяется по всем просторам Вселенной. Темная энергия присутствует в галактиках, в галактических скоплениях, а также за их пределами. Интересным является тот факт, что она действует против гравитационных сил, то есть испытывает антигравитацию.

С помощью современных астрономических технологий ученые способны не только измерить скорость расширения Вселенной, но и проанализировать, как этот процесс изменялся со временем. Дело в том, что ускорение расширения Вселенной только растет, что позволяет говорить об антигравитационных силах. Если бы в космическом пространстве гравитация была стандартной, то со временем отдаление галактик друг от друга замедлялось бы.

Астрономы предполагают, что темной энергией может выступать вакуум. Его плотность не изменяется во время расширения Вселенной, что может означать его отрицательное давление. Также есть мнение, что темная энергия – это сверхслабое поле, которое пронизывает все пространство Вселенной, научно его называют «квинтэссенция».

К сожалению, на сегодняшний день не существует возможности в земных условиях экспериментально исследовать темную энергию. Но это не означает, что в будущем человечество не сможет объяснить природу данного явления или выяснить другие причины, способствующие такому быстрому ускорению расширения Вселенной.

Насколько велика Вселенная?

Всякий, кто хоть что-то знает о Вселенной, ответит не задумываясь: «Ужасно велика!» А вот ученые так быстро и определенно ответить не берутся.

Мы привыкли к тому, что у любого объекта есть размер. Иногда его не так легко определить, но он есть. Есть размер у атома, живой клетки, человека, Земли, любой планеты, Солнечной системы. Мы можем заглянуть в справочники и найти все эти цифры. Но, открывая справочник на слове «Вселенная», видим, к удивлению, что ее размер не указан. Это потому, что Вселенная — объект, который не укладывается в обычные житейские представления. Но люди об этом обычно не задумываются. Чаще под влиянием фантастов и околонаучных энтузиастов интереснее поразмышлять об иных мирах и пришельцах из них. А между тем в последние десятилетия ученые наблюдают настоящую революцию в понимании устройства Вселенной. Это гораздо более крупное изменение представлений о строении окружающего нас мира, чем осознание человечеством того, что Земля — это шар.

Еще несколько десятков лет назад Вселенную считали бесконечной. Так думали потому, что нигде не заметно никаких признаков ее границ. Например, в наши дни через телескопы можно рассмотреть объекты, находящиеся на расстоянии 28 млрд световых лет, но границ так и не видно.

Ученые считают, что юная Вселенная была плотным сгустком вещества с высокой температурой и давлением, которое расширялось с момента Большого взрыва до наших дней и продолжает расширяться

Однако эти взгляды пришлось изменить, когда в 1929 году 40-летний американский астроном Эдвин Хаббл открыл, что галактики удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними. Из теоретических работ Альберта Эйнштейна и советского физика Александра Фридмана следовало, что Вселенная должна изменяться во времени. Таким образом, открытие Хаббла способствовало перевороту в науке: вместо вечной и неизменной мы получили расширяющуюся, эволюционирующую Вселенную, возникшую миллиарды лет назад.

Новые представления породили новые идеи и исследования. Их результаты привели к модели образования Вселенной в результате Большого взрыва, который произошел, по разным оценкам, от 13 до 17 млрд лет назад. С этого момента начало существовать и отсчитываться время. В результате взрыва образовались частицы, из них — вещество, а из него уже формировались звезды и планеты.

В нынешнем состоянии Вселенная по форме похожа на футбольный мяч, состоящий из 12 пятиугольников, плотно подогнанных друг к другу. Внутри него находятся все известные нам объекты, включая нас самих. Диаметр «мяча» составляет, по разным оценкам, от 60 до 80 млрд световых лет. (Световой год — это расстояние, которое свет проходит за год. Это примерно 10 000 млрд километров.) Считается, что «мяч» еще какое-то время будет расширяться, а потом начнется обратный процесс, так что общий цикл от начала до конца займет около 40 млрд световых лет.

Ученые полагают, что звезды и другие объекты Вселенной продолжают отдаляться друг от друга, двигаясь благодаря силе, которую придал им Большой взрыв

Некоторые модели, с помощью которых описываются процессы возникновения и эволюции Вселенной, предполагают, что вселенные могут возникать при высокоэнергетическом взаимодействии элементарных частиц. В этих моделях макромир и микромир оказываются взаимосвязанными. Из этого следует, что вселенных может быть много.

Конечно, и из-за гигантских отрезков времени, и из-за дистанций это никак не затрагивает нашу жизнь. Но это формирует наши представления об окружающем мире. И восхищает то, что люди на уютной планете Земля за свою короткую по космическим масштабам жизнь и историю своим разумом, страстью и упорством проникают в такие удивительные тайны мироздания. Этим можно гордиться.

Основные теории происхождения Вселенной

Большой взрыв не единственное современное представление о происхождении и эволюции Вселенной. Научный мир знает множество теорий возникновения мира, основными из которых являются:

• Теория струн. Ее основное утверждение заключается в том, что все существующее состоит из мельчающих энергетических нитей. Такие квантовые струны могут растягиваться, искривляться и располагаться в любых направлениях, что делает космическое пространство многомерным. И каждое
  из этих измерений имеет свою эволюционную стадийность.
• Теория стационарной Вселенной. По этой версии, в расширяющемся пространстве космоса постоянно возникает новая материя, что делают всю систему стабильной. Идея была популярна в середине 20-го века, но после открытия и изучения реликтового излучения у нее практически не
  осталось сторонников.

Не исключено, что все предположения о возникновении мироздания, признанные сейчас в научном мире, не будут опровергнуты в будущем. И чем дальше и дольше человечество исследует космические просторы, тем больше новых ответов и вопросов оно находит.

Небо в крапинку

Квантовые флуктуации приводили не только к рождению галактик, но и к возникновению анизотропии реликтового излучения с температурой примерно 2,7 К, приходящего к нам из дальних областей Вселенной.

Исследовать реликтовое излучение ученым помогают современные искусственные спутники Земли. Самые ценные данные удалось получить с помощью космического зонда WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), названного так в честь астрофизика Дэвида Уилкинсона (David Wilkinson). Разрешающая способность его аппаратуры в 30 раз больше, чем у его предшественника — космического аппарата COBE.

Ранее считалось, что температура неба всюду равна 2,7 К, однако WMAP смог измерить ее с точностью до 10–5 К с высокой угловой разрешающей способностью. Согласно данным, полученным за первые 3 года наблюдений, небо оказалось неоднородным: где-то горячее, а где-то холоднее. Простейшие модели инфляционной теории предсказали рябь на небе. Но пока телескопы не зафиксировали его пятнистость, наблюдалось только трехградусное излучение, служившее мощнейшим подтверждением теории горячей Вселенной. Теперь же выяснилось, что теории горячей Вселенной не хватает.

Удалось получить фотографии раздутых квантовых флуктуаций, которые появились спустя 10–30 с после рождения мироздания и сохранились до наших дней. Исследователи не только обнаружили пятнистость неба, но и изучили спектр пятен, т. е. интенсивность сигнала на разных угловых направлениях.

Результаты проведенных с помощью WMAP высокоточных измерений поляризации излучения подтвердили теорию расширения Вселенной и позволили установить, когда произошла ионизация межгалактического газа, вызванная самыми первыми звездами. Полученная со спутника информация подтвердила положение инфляционной теории о том, что мы живем в большой плоской Вселенной.

На рисунке красной линией показано предсказание инфляционной теории, а черные точки соответствуют экспериментальным данным WMAP. Если бы Вселенная не была плоской, то пик графика находился бы правее или левее.

Откуда мы знаем, что Вселенная расширяется?

Итак, проблема эволюции Вселенной является центральной в естествознании. Она привлекает к себе исследователей различных специальностей и биологов особенно. Это естественно, поскольку самое главное звено в эволюции Вселенной (с точки зрения разумных существ, конечно же) – жизнь, разум. Какова их судьба в дальнейшем, в ходе эволюции Вселенной? Может быть полное исчезновение, когда вся субстанция Вселенной через миллиарды лет распадется до фотонов и нейтрино, или циклы развития Вселенной будут периодически повторяться?

Схематично изображено развитие Вселенной: чем дальше мы от большого взрыва по времени, тем сильнее отдаляются друг от друга соседние галактики

Общепризнанным является тот факт, что Вселенная около 14 млрд. лет тому назад находилась в состоянии сингулярности, состоянии бесконечно большой плотности. Затем в результате Большого Взрыва она начала расширяться, и это расширение длится и в настоящее время.

Первым делом – откуда мы сейчас, по прошествию 14 миллиардов лет можем знать, что все было именно так, т.е. был “взрыв” и началось расширение вселенной? О расширяющейся Вселенной свидетельствует красное смещение длин волн света, испускаемых галактиками в связи с их удалением от наблюдателя согласно эффекта Доплера.

Это открытие американских астрономов Весто Мелвина Слайфера и Эдвина Пауэлла Хаббла не потеряло свое значение и в наше время. Обнаружено оно было так: В.М. Слайфер и Э.П. Хаббл исследовали скорости движения галактик. Они показали, что ближайшие к нам галактики во Вселенной удаляются от нас со скоростями от нескольких сотен до тысяч км/с., а скорости галактик во Вселенной возрастают с увеличением расстояний до них.

Это доказывает тот факт, что удаляющиеся галактики движутся по расширяющейся спирали (в искривлении их траекторий повинны силы тяготения) и наблюдается эффект, напоминающий вращательное движение тела – угловые скорости материальных точек (галактик) на различном удалении от оси вращения (в данном случае от наблюдателя) равны, а линейные возрастают пропорционально увеличению расстояния от наблюдателя (R2/R1). Иными словами, галактики (и вся материя) ведут себя так, будто разлетаются в разные стороны из некого исходного центра. Зная скорость, не трудно рассчитать время, и прочие начальные данные.

Вселенная Фридмана

Фридман допускал, что Вселенная имеет совершенно одинаковый вид во всех направлениях и данное условие характерно для всех ее точек. Исходя из этого и учитывая общую теорию относительности, ученый дал понять, что не стоит ожидать от Вселенной стационарности.

Если посмотреть на небосвод, можно увидеть светящуюся полосу – нашу Галактику Млечный путь. Сфокусировав свой взгляд на более отдаленных галактических системах, видно, что в разных частях космического пространства их число будет примерно одинаковым. Исходя из этого, можно говорить об относительной однородности Вселенной.

Модель Вселенной Фридмана была одной из самых удачных. Кроме того, она соответствовала наблюдениям Хаббла. Однако в западных странах о ней услышали только в 1935 г, после того, как подобные модели были разработаны Говардом Робертсоном и Артуром Уокером. Несмотря на то, что Вселенная Фридмана имела только одну модель, на ее основе можно построить еще три других:

• расширение Вселенной по Фридману настолько медленное, что силы притяжения между галактическими пространствами еще сильнее замедляют его, а со временем вообще останавливают. После этого галактики устремляются навстречу друг к другу, то есть запускается процесс сжатия космического пространства.Расширяющая Вселенная Фридмана достигает определенного максимума, а потом начинает снова возвращаться в начальную точку;
• вторая космологическая модель Вселенной Фридмана гласит, что расширение космического пространства происходит с незначительной скоростью. Ее хватает лишь для того, чтобы не начался обратный процесс сжатия. В данном предположении расширение начинается с начальной точки, но при этом оно всегда растет. Скорость процесса замедляется, но никогда не останавливается;
• расширение космического пространства происходит с огромной скоростью. Она настолько велика, что гравитационные силы никогда не смогут остановить данный процесс, разве что только слегка замедлить его. Разделение галактик начинается также с определенного нулевого расстояния.

Анализируя все вышесказанное, можно сделать вывод: модель Фридмана рассказывает, что Вселенная не бесконечна в космическом пространстве, но само пространство безгранично. В результате сильных гравитационных сил, пространство искривляется и замыкается, то есть напоминает чем-то сферическую форму Земного шара. Если человек путешествует по поверхности планеты в одном и том же направлении, он никогда не встретит препятствие, которое не смог бы преодолеть, кроме того, он никогда не упадет «с края Земли». Рано или поздно он просто вернется в точку, с которой начинал свое путешествие. Примерно такое же пространство изображено в модели нестационарной Вселенной Фридмана.

Звездная эра

Мы с вами живем в звездную эпоху – в это время большая часть материи, существующей во Вселенной, принимает форму звезд и галактик. Первые звезды во Вселенной – недавно мы рассказывали вам о ее обнаружении – были огромными и закончили свою жизнь в виде вспышек сверхновых, что привело к образованию множества других, более мелких звезд. Движимые силой гравитации, они сближались друг с другом образовывая галактики.

У звезд и галактик, как и у нас с вами, свой срок жизни

Одна из аксиом звездной эры состоит в том, что чем больше звезда, тем быстрее она сжигает свою энергию, а затем умирает, как правило, всего за пару миллионов лет. Более мелкие звезды, потребляющие энергию медленнее, дольше остаются активными. Ученые предсказывают, что наша галактика Млечный Путь, например, столкнется и объединится с соседней галактикой Андромеды примерно через 4 миллиарда лет, чтобы сформировать новую. Кстати, наша Солнечная система может пережить это слияние, но возможно, Солнце погибнет гораздо раньше.

3.4. Звездная эра.

После
«Большого взрыва» наступила продолжительная эра вещества, эпоха преобладания
частиц. Мы называем её звездной эрой. Она продолжается со времени завершения
«Большого взрыва» (приблизительно 300 000 лет) до наших дней. По сравнению с
периодом «Большого взрыва» её развитие представляется как будто замедленным.
Это происходит по причине низкой плотности и температуры. Таким образом,
эволюцию Вселенной можно сравнить с фейерверком, который окончился. Остались
горящие искры, пепел и дым. Мы стоим на остывшем пепле, вглядываемся в
стареющие звезды и вспоминаем красоту и блеск Вселенной. Взрыв суперновой или
гигантский взрыв галактики — ничтожные явления в сравнении с большим взрывом.

Общие сведения о строении

Звезды и планеты образуют галактики. Вопреки распространенному мнению, системы галактик чрезвычайно подвижны и практически все время перемещаются в пространстве. Звезды – также величина непостоянная. Они зарождаются и погибают, превращаясь в пульсары и черные дыры. Наше Солнце – звезда «среднего пошиба». Живут такие (по меркам Вселенной) очень мало, не более 10-15 миллиардов лет. Конечно же, во Вселенной существуют миллиарды светил, по своим параметрам напоминающим наше солнце, и столько же систем, походящих на Солнечную. В частности, поблизости от нас располагается Туманность Андромеды.

“Звездные дома”: классификация и особенности

Точная
информация о видах и границах галактик стала известна после проведенных исследований Эдвином
Хабллом. Астрофизик предложил следующую классификацию:

1. Спиральные. Это наиболее
   распространенные “звездные дома”. Они представлены в виде своеобразных
   спиралей, которые собраны вокруг ядра либо исходят от галактической
   “перемычки”. Наш Млечный
   путь относится к этому виду. Еще одним популярным представителем
   спиральных галактик является наша “соседка” — Андромеда. Она стремительно
   мчится по направлению к нам, из-за чего оба звездных дома могут столкнуться.
2. Эллиптические. Они обладают нестандартной
   формой. На вселенских просторах их много, но они не выразительны из-за
   отсутствия космической пыли и звездного газа. В “эллипсах” находятся
   исключительно звездные
   скопления.
3. Неправильные. Объекты, которые
   относятся к этому типу, не имеют четких границ и определенной формы. В их
   составе находятся облака газа и космическая пыль. Такие “звездные дома” могут
   поглощаться более крупными объектами.

Каждый из вселенских объектов — это уникальное формирование
с таинственной структурой.

Телескоп Hubble — не самый мощный

Благодаря колоссальному объему снимков и впечатляющим открытиям, совершенным телескопом Hubble, у многих существует представление, что этот телескоп обладает самым высоким разрешением и способен увидеть такие детали, которые не увидеть с Земли. Какое-то время так и было: несмотря на то, что на Земле можно собрать большие зеркала на телескопах, существенное искажение в изображения вносит атмосфера. Поэтому даже “скромное” по земным меркам зеркало диаметром 2,4 метра в космосе, позволяет добиться впечатляющих результатов.

Однако, за годы, прошедшие с момента запуска Hubble и земная астрономия не стояла на месте, было отработано несколько технологий, позволяющих, если не полностью избавиться от искажающего действия воздуха, то существенно снизить его воздействие. Сегодня самое впечатляющее разрешение способен дать Very Large Telescope Европейской Южной обсерватории в Чили. В режиме оптического интерферометра, когда вместе работают четыре основных и четыре вспомогательных телескопа, возможно достичь разрешающей способности превышающей возможности Hubble примерно в пятьдесят раз.

К примеру, если Hubble дает разрешение на Луне около 100 метров на пиксель (привет всем, кто думает, что так можно рассмотреть посадочные аппараты Apollo), то VLT может различить детали до 2 метров. Т.е. в его разрешении американские спускаемые аппараты или наши луноходы выглядели бы как 1-2 пикселя (но смотреть не будут из-за чрезвычайно высокой стоимости рабочего времени).

Пара телескопов обсерватории Keck, в режиме интерферометра, способны превысить разрешение Hubble в десять раз. Даже по отдельности, каждый из десятиметровых телескопов Keck, используя технологию адаптивной оптики, способны превзойти Hubble примено в два раза. Для примера фото Урана:

Эра черных дыр.

Единственными объектами во Вселенной остались черные дыры. Но они не вечны и испаряются, излучая с поверхности очень малую энергию в виде фотонов и элементарных частиц. Скорость излучения зависит от кривизны поверхности, т.е от размера и массы черной дыры.

Излучение для черной дыры с массой Солнца крайне мало и со временем ускоряется и заканчивается вспышкой гамма-излучения. Такая черная дыра имеет поверхностную температуру порядка 10-7К и сможет просуществовать 1065 лет. Черная дыра с массой крупной галактики имеет поверхностную температуру порядка 10-18 К и для испарения требуется 1098-10100 лет.

Структурирование Вселенной

Вот что произошло за 14 миллиардов лет.

В последующие несколько миллиардов лет более плотные регионы почти равномерно распределенной во Вселенной материи начали притягиваться друг к другу. В результате этого они стали еще плотнее, начали образовывать облака газа, звезды, галактики и другие астрономические структуры, за которыми мы можем наблюдать в настоящее время. Этот период носит название иерархической эпохи. В это время та Вселенная, которую мы видим сейчас, начала приобретать свою форму. Материя начала объединяться в структуры различных размеров — звезды, планеты, галактики, галактические скопления, а также галактические сверхскопления, разделенные межгалактическими перемычками, содержащими всего лишь несколько галактик.

Детали этого процесса могут быть описаны согласно представлению о количестве и типе материи, распределенной во Вселенной, которая представлена в виде холодной, теплой, горячей темной материи и барионного вещества. Однако современной стандартной космологической моделью Большого взрыва является модель Лямбда-CDM, согласно которой частицы темной материи двигаются медленнее скорости света. Выбрана она была потому, что решает все противоречия, которые появлялись в других космологических моделях.

Согласно этой модели на холодную темную материю приходится около 23 процентов всей материи/энергии во Вселенной. Доля барионного вещества составляет около 4,6 процента. Лямбда-CDM ссылается на так называемую космологическую постоянную: теорию, предложенную Альбертом Эйнштейном, которая характеризует свойства вакуума и показывает соотношение баланса между массой и энергией как постоянную статичную величину. В этом случае она связана с темной энергией, которая служит в качестве акселератора расширения Вселенной и поддерживает гигантские космологические структуры в значительной степени однородными.

Электромагнитное взаимодействие

Электрическая революция произошла в значительной степени благодаря человеку, который никогда не имел даже формального образования. Майкл Фарадей продемонстрировал свойства электричества во время своих публичных лекций. Он входил в стальные клетки и электрифицировал их, показывая, что сталь создает барьер для электричества, и что, пока вы сами не коснетесь барьера, вы будете в безопасности от электрических токов. Его закон заключается в том, что напряжение электричества может быть создано из магнитной среды. Движущийся провод в магнитном поле создает электрический ток, толкая электроны.

Если движущийся магнит создает электрическое поле, то верно и обратное. Движущееся электрическое поле приведет к магнитному полю. Они одно и то же. Единая объединяющая сила.

Джеймс Максвелл во время Гражданской войны в США рассчитал скорость волны, которая колебалась между магнитным и электрическим полями. Это волна, в которой магнитные поля создавали электрические, которые в свою очередь создавали магнитные поля, и так бесконечно. Скорость этой волны оказалась равна скорости света. На самом деле, это и был свет сам по себе!

Темная материя

Геометрия Вселенной связана с плотностью ее вещества: если она больше определенного значения (5,5 атома водорода на кубический метр. — Прим. T&P), Вселенная закрытая, если меньше — открытая, а если равна — плоская. Соответственно, если Ω — отношение плотности Вселенной и критической плотности — больше единицы, то Вселенная закрытая, если меньше — открытая, а если равна — плоская.

В 1936 году Альберт Эйнштейн опубликовал в журнале Science статью («Линзоподобное действие звезды при отклонении света в гравитационном поле». — Прим. T&P), в которой писал, что раз пространство искривляется из-за гравитации и есть такие тяжелые объекты, как звезды, то свет, находящийся за звездой, обходит мешающие ему объекты, а пространство может выступать в роли линзы

Он пришел к этим выводам еще в 1914 году, но забыл о них, потому что считал, что это не так важно. На самом деле феномен гравитационной линзы, конечно, крайне важен

Вследствие явления, описанного Эйнштейном, мы можем видеть на изображении выше не только отдельные галактики и их скопления, но и множественные изображения одной и той же галактики. Свет от этой галактики прошел через другую галактику, попал в гравитационную линзу и был искажен.

Мы также можем подсчитать массу галактики, которая так сильно исказила свет. Эту сложную задачу, математическую инверсию, ученые решили в конце 1990-х годов. Они получили диаграмму распределения масс, на которой галактики обозначены пиками, — но присутствуют также пики там, где галактик вроде бы не видно. Это невидимая материя, которой в 40 раз больше, чем видимой, а раз она невидима и не сияет, то ее назвали темной. Оказалось, что в галактиках гораздо больше темной материи, чем материи самих галактик.

Темная материя состоит не из обычных протонов и нейтронов, а из других элементарных частиц. Она везде, а раз так, мы можем провести эксперимент здесь, на Земле, чтобы ее найти. Можно попробовать зафиксировать взаимодействие какой-нибудь массивной темной частицы с обычной частицей. Этому мешает естественный радиационный фон, поэтому такие эксперименты проводятся глубоко под землей. В качестве мишеней используются кристаллы кремния или германия, охлажденные до 0,001°C. Такие детекторы расположены в разных частях земного шара, но пока что они не зафиксировали ничего, что можно было бы однозначно трактовать как темную материю. Можно еще попробовать создать темную материю в лабораторных условиях — для этого у нас есть Большой адронный коллайдер. Но сейчас для нас важнее не из чего состоит темная материя, а сколько она весит — коль скоро она составляет бóльшую часть массы Вселенной.

Глядя на диаграмму выше, мы можем подсчитать общую массу, массу видимых галактик и массу темной материи. Однако все обнаруженные учеными массы составляют только 30% массы, необходимой, чтобы Вселенная была плоской. Можно было бы сделать вывод, что наша Вселенная открытая и будет расширяться бесконечно. Но здесь есть подвох: все эти подсчеты касаются только галактик и их скоплений. А то, что находится между ними, мы взвесить не можем. Так что нам нужен какой-нибудь другой объект для измерения.

Похожее

• Эксперимент BICEP2 подтверждает важнейшее предсказание теории космической инфляции

  Специализированный телескоп BICEP2, работающий на Южном полюсе и измеряющий поляризацию космического микроволнового излучения, обнаружил реликтовые B-моды поляризации. Их наличие указывает на то, что по ранней Вселенной гуляли сильные гравитационные волны. Они, в свою очередь, могли возникнуть только на стадии инфляции — сверхбыстрого раздувания Вселенной, когда ей было примерно 10^–32 секунды от роду.

• Парадоксы Большого взрыва

  Даже астрономы не всегда правильно понимают расширение Вселенной. Раздувающийся воздушный шар – старая, но хорошая аналогия расширения Вселенной. Галактики, расположенные на поверхности шара, неподвижны, но поскольку Вселенная расширяется, расстояние между ними возрастает, а размеры самих галактик не увеличиваются.

• О начале Вселенной для начинающих
  Как зародилась вселенная и как она расширяется? Том Уитни, физик ЦЕРН, покажет, как космологи и физики, занимающиеся элементарными частицами, ищут ответы на эти вопросы, пытаясь воспроизвести температуру, энергию и события первых секунд после Большого взрыва.

• Что было до большого взрыва? / What Happened Before the Big Bang?
  BBC

  Откуда появилась наша Вселенная? Как это все началось? На протяжении почти ста лет, мы думали, что Большой взрыв был около 14 миллиардов лет назад. Но теперь некоторые ученые считают, что было на самом деле не «начало», наша Вселенная, возможно, была уничтожена «до». Этот фильм унесёт Вас в неизвестность, чтобы изучить головокружительный мир космоса и многочисленных вселенных, и Вы узнаете, что было до Большого взрыва.

• Теория инфляционной Вселенной, или теория Мультивселенной (Мультиверса)
  Линде А. Д.

  Андрей Дмитриевич Линде рассказывает о теории инфляционной Вселенной или теории Мультивселенной (Мультиверса). Термин «Multi-verse», заменяющий слово «Universe», означает, что вместо одной Вселенной — много вселенных сразу в одной.

• Наша Вселенная — лишь один из этапов в череде вселенных
  Наша Вселенная — лишь один из этапов в череде вселенных, регулярно порождаемых Большими взрывами. Этот результат работы ученых, о котором стало известно на днях, хотя и нуждается в серьезной проверке, демонстрирует, что в науке не закончилась эпоха фундаментальных открытий.

• Что было до Большого взрыва?
  Мозговой штурм
  Сегодня мы решили говорить о самой начальной точке, с которой ученые-космологи начинают историю нашей Вселенной. Многие думают, что такой начальной точкой может считаться Большой взрыв — начало расширения вселенной, которое продолжается до настоящего времени. Однако, простая логика подсказывает, что Большой взрыв тоже должен из-за чего-то произойти. А это значит, что какие-то процессы в нашей Вселенной шли и до него. Получается, что историю Вселенной можно начинать вести с какой-то еще более ранней точки. Мы пригласили в студию ученых, которые размышляют над началом всех начал.

• Мир многих миров. Физики в поисках иных вселенных
  Александр Виленкин

  Физик, профессор Университета Тафтса (США) Алекс Виленкин знакомит читателя с последними научными достижениями в сфере космологии и излагает собственную теорию, доказывающую возможность — и, более того, вероятность — существования бесчисленных параллельных вселенных. Выводы из его гипотезы ошеломляют: за границами нашего мира раскинулось множество других миров, похожих на наш или принципиально иных, населенных невообразимыми созданиями или существами, неотличимыми от людей.

• Параллельные вселенные
  Макс Тегмарк
  Статья этой статье Макса Тегмарка выдвигается гипотеза о строении предполагаемой сверхвселенной, теоретически включающей в себя четыре уровня. Однако уже в ближайшее десятилетие у ученых может появиться реальная возможность получить новые данные о свойствах космического простраства и, соответственно, подтвердить или опровергнуть данную гипотезу.

• Одна Вселенная или множество?
  Александр Виленкин

  Как выглядит Вселенная на очень больших расстояниях, в областях, недоступных наблюдению? И есть ли предел тому, как далеко мы можем заглянуть? Наш космический горизонт определяется расстоянием до самых далеких объектов, свет которых успел прийти к нам за 14 миллиардов лет с момента Большого взрыва. Из-за ускоренного расширения Вселенной эти объекты сейчас удалены уже на 40 миллиардов световых лет. От более далеких объектов свет к нам еще не дошел. Так что же находится там, за горизонтом?

Далее >>>

Мир галактик

Итак, как уже было отмечено, галактика – это одна из главнейших структур в составе Вселенной. Образование галактических систем является естественным процессом, на который уходит много времени. Все началось с появления протоскоплений – облаков, состоящих из газа и пыли, из которых образуются звездные скопления. Динамические процессы в них способствовали выделению галактических групп. Известно, что галактики могут иметь различные формы. Это объясняется отличием первостепенных условий их формирования.

Абсолютно в каждой галактической системе выделяют два поколения звезд. Первое – гелиево-водородные объекты, в составе которых также содержится незначительное количество тяжелых металлов. Иными словами – это самые старые звезды. К другому поколению относят объекты, обогащенные тяжелыми металлами. Такие звезды формируются из межзвездного газа.

Образование звезд происходит при сжатии галактической системы. Как правило, для данного процесса необходимо 3 млрд. лет. За это время облако газа превращается в звездную систему. В результате гравитационной силы газовое облако сжимается. В тот момент, когда в его центральной части плотность и температура достигают определенных показателей, происходит термоядерный взрыв и появляется новая звезда.

Процесс образования звезды из газопылевого облака Источник

Мир галактик настолько велик, что ученые до сих пор затрудняются ответить, сколько же таких структур существует во Вселенной. Принято считать, что их около 100 млрд., а в пространстве они располагаются неравномерно. Практически 95% из них сливаются в группы, образуя скопления и сверхскопления галактик. В каждом таком скоплении имеется главная эллиптическая или спиралевидная галактика. Ее гравитационные силы настолько мощные, что она притягивает к себе остальных «спутников», тем  самым разрушая их поле гравитации.

В космическом пространстве наблюдается постоянное перемещение и взаимодействие галактических систем между собой. Иногда происходит их столкновение и тогда одна галактика поглощает другую, а в космос выбрасывается огромное количество энергии. Бывает, что галактики проходят рядом друг с другом и только слегка меняют свою структуру. 

Новая инфляционная теория

В середине 1981 г. Линде предложил первый вариант нового сценария раздувающейся Вселенной, основывающийся на более детальном анализе фазовых переходов в модели Великого объединения. Он пришел к выводу, что в некоторых теориях экспоненциальное расширение не заканчивается сразу после образования пузырьков, так что инфляция может идти не только до фазового перехода с образованием пузырьков, но и после, уже внутри них. В рамках этого сценария наблюдаемая часть Вселенной считается содержащейся внутри одного пузырька.

В новом сценарии Линде показал, что разогрев после раздувания происходит за счет рождения частиц во время колебаний скалярного поля (см. ниже). Таким образом, соударения стенок пузырьков, порождающих неоднородности, стали не нужны, и тем самым была решена проблема крупномасштабной однородности и изотропности Вселенной.

Новый сценарий содержал два ключевых момента: во-первых, свойства физического состояния внутри пузырьков должен меняться медленно, чтобы обеспечивалось раздувание внутри пузырька; во-вторых, на более поздних стадиях должны происходить процессы, обеспечивающие разогрев Вселенной после фазового перехода. Спустя год исследователь пересмотрел свой подход, предложенный в новой инфляционной теории, и пришел к выводу, что фазовые переходы вообще не нужны, равно как переохлаждение и ложный вакуум, с которого начинал Алан Гус. Это был эмоциональный шок, т. к. предстояло отказаться от считавшихся истинными представлений о горячей Вселенной, фазовых переходах и переохлаждении. Необходимо было найти новый способ решения проблемы. Тогда была выдвинута теория хаотической инфляции.