Вселенная: ответы на самые известные вопросы космоса

Возникновение Солнца и планет Солнечной системы (5–4,5 млрд лет назад)

В одной из галактик (огромных скоплений звезд и их спутников-планет), которую называют Млечный Путь, находится звезда средней величины — Солнце. Восемь планет являются его спутниками и образуют Солнечную систему. На месте нашей галактики 5 млрд лет назад была пустота, или вакуум.

Для того чтобы из разбросанных в пустоте частиц возникла Солнечная система, необходимо было с колоссальной силой сжать первичное межзвездное облако. Как это произошло — мы можем только догадываться. Одно из объяснений заключается в том, что неподалеку взорвалась неизвестная нам большая звезда, ударная волна взрыва сжала межзвездное облако и привела к формированию небесных тел.

Галактика Млечный Путь

Микроскопические частицы, которые составляли облако, оказались достаточно близко друг к другу. При этом намного возросли и силы притяжения (как вы помните из физики, она обратно пропорциональна квадрату расстояния между объектами). Увеличилась плотность межзвездных облаков, и появились гигантские скопления пыли и газов — туманности.

Звездные свет и тепло плохо проходили сквозь туманности, в результате чего температура (а давление газа пропорционально ей) там понижалась почти до абсолютного нуля. В результате облака сжимались и разделялись на более мелкие части. Одна из них в итоге превратилась в Солнечную систему.

При падении давления и сжатии облака большее количество вещества переместилось к его середине. Так в центре туманности образовалось протосолнце (от греческого «протос» — первый), которое сохранило связь с оставшимися газами вокруг себя с помощью магнитного поля. Эти внешние части облака и дали начало планетам Солнечной системы.

Из протосолнца развилось наше родное Солнце. Новая звезда сконцентрировала в себе почти все вещество протосолнечной туманности. Огромное давление, которое возникло в ее ядре, вызвало цепочку термоядерных реакций.

Этапы формирования Солнечной системы

Нашему светилу около 4,57 млрд лет. Звезды такой массы и размера живут примерно 10 млрд лет, значит, Солнце сейчас находится в середине своего жизненного цикла.

Солнце, как и всякая звезда, для всех своих планет является источником энергии, выделяемой в виде света и тепла.

Поделиться ссылкой

«Красное смещение» и закон Хаббла

Одним из самых важных научных открытий Хаббла является природа синего и красного гравитационного смещения. С их помощью ученым удается распознать, приближается или удаляется от нас то или иное космическое тело.

В 1929 г Эдвин Хаббл с помощью 100-дюймового телескопа проводил измерение спектральных свойств галактических систем Гершеля и отметил интересный факт. С одной стороны галактики имели много общего с Млечным путем, вот только спектры их самых ярких звезд имели существенные отличия от спектров звезд из нашей Галактики. Все они были сдвинуты в более длинноволновую сторону спектра, то есть в красную. Данное явление Хаббл назвал эффект красного смещения. Ученый заметил, что в пределах одного галактического пространства, красное смещение звезд было более менее одинаковым, а вот с другими галактиками оно имело существенные отличия.

Он выделил закономерность:

Проще говоря: чем дальше расположена наблюдаемая галактика, тем эффект красного смещения будет больше. Так был сформирован закон Хаббла, который изображается формулой:

Постоянная Хаббла представляет собой коэффициент, который входит в состав закона Хаббла. С его помощью связали расстояние до определенной галактической системы или квазара со скоростью их удаления. Измеряется в км/с на мегапарсек (Мпк).Со временем значение постоянной Хаббла регулярно меняется, смысл слова «постоянная» заключается в том, что в определенный момент времени величина Н во всех точках Вселенной будет одинаковой. Изменения связаны с использованием разных методик расчета и с изобретением более новых исследовательских аппаратов. В данный момент значение постоянной 70,1 (км/с)/Мпк.

Согласно закону Хаббла ученым удалось вычислить теоретический возраст Вселенной. Для этого они оценивали величину красного смещения для самых отдаленных объектов Вселенной, зная, что в самом начале все было сжато в единую точку. Самое интересное, что хаббловский возраст Вселенной практически равен тому возрасту, который был рассчитан по космологической модели Фридмана – 13,8 млрд. лет.

Эффект красного смещения во Вселенной объясняется ее постоянным расширением. Представьте ситуацию, если человек неподвижно стоит в определенном месте, то постепенно звук, пролетающего над ним самолета, будет ослабевать и менять тон, в зависимости от увеличения расстояния.

Примерно такой же эффект происходит и с красным смещением, но его масштабы куда больше. Чем дальше находится заезда от наблюдателя, тем заметней будет изменение частоты света, исходящего от нее. Во время наблюдения красное смещение представляет собой сдвиг спектральных линий в звездном излучении в красную область спектра.

В космологии еще есть понятие синего смещения, которое представляет собой полную противоположность красному. Если происходит сдвиг спектральных линий в сторону синей области, то это означает, что галактика приближается к нам с определенной скоростью.

Большой взрыв. Проблемы модели и их разрешение

1. Проблема крупномасштабности и изотропности Вселенной может быть разрешена благодаря тому, что на стадии инфляции расширение происходило необычайно высокими темпами. Из этого следует, что всё пространство наблюдаемой Вселенной – результат одной причинно-связанной области эпохи, предшествующей инфляционной.
2. Разрешение проблемы плоской Вселенной. Это возможно потому, что на стадии инфляции происходит увеличение радиуса кривизны пространства. Эта величина такова, что позволяет современным параметрам плотности иметь значение, близкое к критическому.
3. Инфляционное расширение ведёт к возникновению колебаний плотности с определённой амплитудой и формой спектра. Это даёт возможность развития этих колебаний (флуктуаций) в нынешнюю структуру Вселенной, сохраняя крупномасштабную однородность и изотропность. Это разрешение проблемы крупномасштабной структуры Вселенной.

Основным недостатком инфляционной модели можно считать её зависимость от теорий, которые ещё не доказаны и разработаны не до конца.

 Например, модель базируется на теории единого поля, которая пока является просто гипотезой. Её невозможно проверить экспериментально в лабораторных условиях. Ещё один недостаток модели – непонятность, откуда взялась перегретая и расширяющаяся материя. Здесь рассматриваются три возможности:

Листовая и ячеистая структура Вселенной

Вопрос о крупномасштабной структуре Вселенной — один из самых сложных в космологии и астрофизике. Многое здесь пока неясно, существует множество теорий, часто противоположных одна другой.

По самым современным представлениям, Вселенная представляет собой совокупность довольно плоских «листов», разделенных областями, в которых практически нет светящейся материи. Эти области (их называют войдами — от английского слова voids — «пустоты») имеют размер порядка 500 млн световых лет.

Первым «листом», который удалось обнаружить астрономам, стала так называемая Великая Стена, находящаяся в 200 млн световых лет от нас.

Это видимая «сверху» блиноподобная структура из галактик, располагающаяся на расстоянии примерно 200 млн световых лет от нас и имеющая 300 млн световых лет в ширину и 15 млн световых лет «в толщину». Этот «суперобъект» был открыт совсем недавно — в 1989 г.

До сих пор полностью не известны его истинные размеры, так как облака пыли и газа Млечного Пути закрывают от нас часть Великой стены.

Астрономы считают, что такие структуры, как Великая стена, представляют собой смесь «темной» и нормальной материи, причем именно «темная материя» определяет структуру Вселенной на самых больших масштабах.

Еще один грандиозный «лист» — Великая Стена Слоуна. Это огромная группа галактик, расположенная на расстоянии 1 млрд световых лет от Земли и простирающаяся на 1,37 млрд световых лет. Великая Стена Слоуна почти в три раза больше Великой стены, которая до начала 21 в. считалась рекордсменом по протяженности.

Практически весь свет во Вселенной сосредоточен в «узлах» и «волокнах» ее ячеистой структуры. В узлах располагаются сверхскопления галактик, а в войдах на первый взгляд пусто.

Однако компьютерное моделирование показало, что каждый войд похож на Вселенную в миниатюре — его наполняет «темная материя», которая образует такую же структуру с волокнами и войдами.

Кроме того, там блуждает немало карликовых тусклых галактик, которые мы просто не видим, и газовых облаков, которые так и не превратились в галактики.

Ячеистая структура видимой Вселенной возникла во времена, непосредственно следующие за Большим Взрывом. Каким бы ни было состояние материи в тот момент, в ней неизбежно должны были возникнуть неоднородности — флуктуации.

Такие неоднородности возникали повсюду, а расширение Вселенной приводило к росту ячеек и уплотнению «узлов». Анализ этого процесса с помощью компьютеров показал, что для этого не требовалось ничего, кроме сил тяготения, которые присущи всем телам, обладающим массой.

Эксперимент Tokai to Kamioka

Результаты эксперимента под названием Tokai to Kamioka (T2K) показали, что существует 95% вероятность того, что нейтрино распадаются на неравномерную долю материи и антиматерии.

В ходе эксперимента ученые наблюдали нейтрино, когда те проносились 295 километров под землей и меняли свой сорт – это своеобразная способность нейтрино, называемая нейтринной осцилляцией. Подземный детектор в лаборатории города Камиока в Японии представляет собой резервуар, заполненный 55 000 тоннами чистой воды. Когда нейтрино взаимодействует с нейтроном в резервуаре, в результате может родиться мюон (неустойчивые элементарные частицы с отрицательным электрическим зарядом) или электрон. Именно этот переход мюонных нейтрино и мюонных антинейтрино в их «зеркальные» формы – электронные нейтрино и электронные антинейтрино интересовал ученых. Подробнее о том, что такое мюоны и какими еще способами ученые ищут нейтрино, читайте в нашем материале.

Полностью частицы нейтрино человечество пока не может изучить

Однако для точного измерения того, насколько сильно отличаются нейтрино и антинейтрино, потребуются дополнительные данные и, возможно, будущие эксперименты

Важно понимать, что полностью решить проблему космической антиматерии ученые не смогут. Дело в том, что для решения этого фундаментального вопроса необходимо еще одно требование: нейтрино и антинейтрино должны быть одним и тем же веществом

Но как такое возможно?

Если такая возможность действительно существует, то она может объяснить, почему нейтрино так легки – меньше одной шестимиллионной массы электрона. А если нейтрино и антинейтрино – это одно и то же, то они могут получить массу не за счет взаимодействия с полем Хиггса (которое связано с бозоном Хиггса), как это делает большинство частиц, а за счет нейтринной осцилляции. Это своего рода качели, которые позволяют призрачным частицам меняться – когда одна поднимается, другая опускается, и так далее. Однако полученные исследователями данные все еще нужно перепроверить. К тому же пока не известно, насколько они соответствуют наблюдаемому расхождению количества частиц и античастиц. И все же, невозможно не испытывать трепет, постепенно разгадывая тайны Вселенной. Согласны?

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.

Альтернативные гипотезы о зарождении Вселенной

Если вы пойдете дальше во времени назад на основании тех знаний, которые у нас есть сегодня, — на доли секунды после Большого взрыва, вы придете к ситуации, когда у вас есть начало: Большой взрыв. Это момент времени, когда во Вселенной была гигантская температура, гигантский темп расширения. Невозможно себе представить какой, но настолько гигантский, что мы уже перестаем иметь возможность описывать это в рамках наших представлений. Надо сказать, что Большой взрыв — это не взрыв из точки, а это сразу во всей Вселенной произошел такой поджог, если хотите.

Такая картинка не вяжется с тем, что мы знаем из этой фотографии… Если бы все было устроено так, как мы сейчас с вами обговорили, то у нас есть начало всех времен — ноликом обозначенное время. И есть распространение сигнала. С того момента, когда образовалась наша Вселенная, можно себе представить, что были испущены какие-то сигналы

Неважно какие, но они движутся со скоростью света, не быстрее. Тогда у вас есть световой конус, то есть размер, сколько пробежал этот сигнал..

Области вне этого размера друг с другом не «разговаривали» к этому моменту, не могли получить никаких сведений друг о друге и обменяться никакой информацией. Мы находимся далеко впереди во времени и видим много-много таких областей, которые друг с другом никак не связаны и ничего друг о друге не знают.

А теперь посмотрите: Вселенная абсолютно одинаковая везде. Как так получилось? Одна область с другой «разговаривать» не могла, а температура в них в точности одинаковая — с гигантской, фантастической точностью. Как же получилось так, что в большущей области Вселенной температура и плотность оказались чуть-чуть поменьше, а в другом месте — чуть-чуть побольше? (На фото более холодные области обозначены темно-синим и голубым цветом, а более теплые — желтым. — Прим. ред.) Как были созданы все эти неоднородности, которые мы видим? Чтобы это понять, нужно от этой картинки уйти назад во времени гораздо дальше: отправиться далеко-далеко в прошлое, в начало Вселенной.

Существует гипотеза о том, что горячая стадия началась гораздо позже, чем изначально предполагалось. Было что-то совершенно особенное еще раньше. Наиболее красивая и правдоподобная гипотеза об этом — инфляция. Она описывает ситуацию, когда Вселенная расширяется очень быстро, чрезвычайно, невероятно быстро, и за очень короткое время становится огромной. За мельчайшие доли секунды маленький кусочек Вселенной становится огромного размера — такое может быть. И вот тогда такая картинка начинает работать. Но для этого нужно, конечно, специальную теорию создать. Потому что горячая фаза такова, что в ней Вселенная так быстро не расширяется, нужно иметь какую-то другую материю…

Энергия этой изначальной субстанции должна была перейти в тепло, и тогда началась горячая стадия. И это еще одна задачка для ученых. Первая задача — понять, почему эта Вселенная так гигантски расширилась, а другая задача — понять, как это получилось, что энергия некой субстанции (ее еще называют «инфлатон» — гипотетическая элементарная частица. — Прим. ред.) перешла в энергию частиц, в тепло. Теоретически мы умеем отвечать на все эти вопросы, а экспериментально — нет. Поэтому все это остается популярной гипотезой.

А вообще, в теории можно представить себе другие сценарии и другие модели. Например, Вселенная в самом начале могла быть примерно такой же, как сегодня. Только сегодня Вселенная расширяется, а когда-то давным-давно она могла сжиматься: медленно-медленно, потихонечку. Потом должно было произойти чудо — сжатие должно было смениться расширением… Эта теория сегодня в работе. Не я один, а мы вместе с коллегами и многие другие группы пытаются придумать теоретически самосогласованные теории, модели, где такое бы происходило. Обсуждается и другая возможность: есть недавнее предположение о том, что Вселенная вообще может начинаться с пустого плоского пространства. Пустого в том смысле, что энергии никакой в нем нет, плоское, так как в нем ничего не эволюционирует. Потом потихонечку энергия нарастает, плотность энергии и темп расширения растут, и со временем Вселенная выходит ускоренно в гигантский темп расширения. И тут опять нужно, чтобы энергия, которая обеспечивает расширение, перешла в тепло. Рассматривается такая динамика и такие уравнения. Мои итальянские коллеги назвали эту модель «Генезис» — это английское название первой книги Библии.

Откуда появилась Вселенная?

Если Вселенная возникла из космологической сингулярности, то откуда взялась сама сингулярность? На данный вопрос дать точный ответ, пока, невозможно. Рассмотрим некоторые космологические модели, затрагивающие «рождение Вселенной».

Циклические модели

Данные модели строятся на утверждении, что Вселенная существовала всегда и со временем лишь меняется ее состояние, переходя от расширения к сжатию – и обратно.

Модель Стейнхардта-Турока. Данная модель строится на теории струн (М-теории), так как использует такой объект как «брана». Согласно этой модели видимая Вселенная располагается внутри 3-бране, которая периодически, раз в несколько триллионов лет, сталкивается с другой 3-браной, что вызывает подобие Большого Взрыва. Далее наша 3-брана начинает отдаляться от другой и расширяться. В какой-то момент доля темной энергии получает первенство и скорость расширения 3-браны растет. Колоссальное расширение рассеивает вещество и излучение настолько, что мир становится почти однородным и пустым. В конце концов происходит повторное столкновение 3-бран, в результате чего наша возвращается к начальной фазе своего цикла, вновь зарождая нашу «Вселенную».

Моделирование бран

• Теория Лориса Баума и Пола Фрэмптона также гласит о цикличности Вселенной. Согласно их теории последняя после Большого Взрыва будет расширяться за счет темной энергии до тех пор, пока не приблизится к моменту «распада» самого пространства-времени – Большой Разрыв. Как известно, в «замкнутой системе энтропия не убывает» (второе начало термодинамики). Из этого утверждения следует, что Вселенная не может вернуться к исходному состоянию, так как во время такого процесса энтропия должна убывать. Однако эта проблема решается рамках данной теории. Согласно теории Баума и Фрэмптона за миг до Большого Разрыва Вселенная распадается на множество «лоскутов», каждый из которых обладает довольно малым значением энтропии. Испытывая ряд фазовых переходов, данные «лоскуты» бывшей Вселенной порождают материю и развиваются аналогично первоначальной Вселенной. Эти новые миры не взаимодействуют друг с другом, так как разлетаются со скоростью больше скорости света. Таким образом, ученые избежали и космологической сингулярности, с которой начинается рождение Вселенной согласно большинству космологических теорий. То есть в момент конца своего цикла Вселенная распадается на множество других невзаимодействующих миров, которые станут новыми вселенными.
• Конформная циклическая космология – циклическая модель Роджера Пенроуза и Ваагна Гурзадяна. Согласно данной модели Вселенная способна перейти в новый цикл, не нарушая второе начало термодинамики. Данная теория опирается на предположение, что черные дыры уничтожают поглощенную информацию, что неким образом «законно» понижает энтропию Вселенной. Тогда каждый такой цикл существования Вселенной начинается с подобия Большого Взрыва и заканчивается сингулярностью.

Инфографика конформной циклической космологии

Другие модели возникновения Вселенной

Среди других гипотез, объясняющих появление видимой Вселенной наиболее популярны две следующие:

• Хаотическая теория инфляции — теория Андрея Линде. Согласно данной теории существует некоторое скалярное поле, которое неоднородно во всем своем объеме. То есть в различных областях вселенной скалярное поле имеет разное значение. Тогда в областях, где поле слабое – ничего не происходит, в то время как области с сильных полем начинают расширяться (инфляция) за счет его энергии, образуя при этом новые вселенные. Такой сценарий подразумевает существование множества миров, возникших неодновременно и имеющих свой набор элементарных частиц, а, следовательно, и законов природы.
• Теория Ли Смолина – предполагает, что Большой Взрыв не является началом существования Вселенной, а – лишь фазовым переходом между двумя ее состояниями. Так как до Большого Взрыва Вселенная существовала в форме космологической сингулярности, близкой по своей природе к сингулярности черной дыры, Смолин предполагает, что Вселенная могла возникнуть из черной дыры.

Рождение Вселенной из черной дыры

Охлаждение Вселенной

После взрыва все должно было снизить температуру.

Со снижением плотности и температуры внутри Вселенной начало происходить и снижение энергии в каждой частице. Это переходное состояние длилось до тех пор, пока фундаментальные силы и элементарные частицы не пришли к своей нынешней форме. Так как энергия частиц опустилась до значений, которые можно сегодня достичь в рамках экспериментов, действительное возможное наличие этого временного периода вызывает у ученых куда меньше споров.

Например, ученые считают, что на 10-11 секунде после Большого взрыва энергия частиц значительно уменьшилась. Примерно на 10-6 секунде кварки и глюоны начали образовывать барионы — протоны и нейтроны. Кварки стали преобладать над антикварками, что в свою очередь привело к преобладанию барионов над антибарионами.

Так как температура была уже недостаточно высокой для создания новых протонно-антипротонных пар (или нейтронно-антинейтронных пар), последовало массовое разрушение этих частиц, что привело к остатку только 1/1010 количества изначальных протонов и нейтронов и полному исчезновению их античастиц. Аналогичный процесс произошел спустя около 1 секунды после Большого взрыва. Только «жертвами» на этот раз стали электроны и позитроны. После массового уничтожения оставшиеся протоны, нейтроны и электроны прекратили свое беспорядочное движение, а энергетическая плотность Вселенной была заполнена фотонами и в меньшей степени нейтрино.

В течение первых минут расширения Вселенной начался период нуклеосинтеза (синтез химических элементов). Благодаря падению температуры до 1 миллиарда кельвинов и снижения плотности энергии примерно до значений, эквивалентных плотности воздуха, нейтроны и протоны начали смешиваться и образовывать первый стабильный изотоп водорода (дейтерий), а также атомы гелия. Тем не менее большинство протонов во Вселенной остались в качестве несвязных ядер атомов водорода.

Спустя около 379 000 лет электроны объединились с этими ядрами водорода и образовали атомы (опять же преимущественно водорода), в то время как радиация отделилась от материи и продолжила практически беспрепятственно расширяться через пространство. Эту радиацию принято называть реликтовым излучением, и она является самым древнейшим источником света во Вселенной.

С расширением реликтовое излучение постепенно теряло свою плотность и энергию и в настоящий момент его температура составляет 2,7260 ± 0,0013 К (-270,424 °C), а энергетическая плотность 0,25 эВ (или 4,005×10-14 Дж/м³; 400–500 фотонов/см³). Реликтовое излучение простирается во всех направлениях и на расстояние около 13,8 миллиарда световых лет, однако оценка его фактического распространения говорит примерно о 46 миллиардах световых годах от центра Вселенной.

Как рождаются звезды?

Научно доказано, что ядра звезд выступают своеобразными термоядерными реакторами, где из легких химических элементов синтезируются более тяжелые. В частности, из гелия постепенно образуется углерод, а последний формируется из водорода.

Также установлено время, на протяжении которого будет жить та или иная звезда. Чем массивнее небесное светило, тем больше энергии оно воспроизводит. Если наше Солнце может существовать порядка 10 миллиардов лет, то гигантские звезды способны сохранять стабильную структуру ядра не настолько долго. В свою очередь, карликовые звезды, масса которых равняется половине Солнца, могут жить около 100 миллиардов лет.

Когда термоядерные реакции заканчиваются, звезды «сбрасывают» верхний слой вещества. Процесс сопровождается массивным взрывом с высвобождением огромного количества энергии. Из массивных светил образуются сверхновые звезды. Космос вокруг погибших источников термоядерных реакций меньшего размера заполняется газовыми туманностями и свободной материей.

Мы выяснили, как погибают звезды. Но что приводит к рождению новых небесных светил? Формируются они в результате сжатия газовых облаков и материи, что осталась после взрыва предыдущей звезды. Во многом, процесс окутан загадкой, поскольку его невозможно отследить на протяжении определенного времени. Ведь на это могут уйти миллиарды лет.

Креационизм

Кто создал Вселенную? Согласно мнению верующих людей, все сущее является результатом замысла и деятельности Творца. Сторонники теории основывают свое мнение на изложениях о сотворении мира, которые отмечены в Ветхом Завете. В конце 19-го века такая позиция подверглась серьезной критике благодаря технической революции и прогрессивному развитию научной сферы знаний, в частности физики, биологии, астрономии. Противниками креационизма стали последователи теории эволюции. Все это вызвало значительные противоречия в обществе, поскольку результаты научных открытий абсолютно противоречат библейской картине сотворения Вселенной.

Несмотря на современный прогресс науки, на планете остается немало сторонников креационизма. Такие люди основывают свои взгляды на следующих положениях:

• Сведения из Библии являются единственным объективным источником в вопросах естествознания.
• Вселенная была создана из ничего согласно воле Творца.
• Все известные на данный момент группы животных изначально существовали на планете и не подвергались изменениям.
• Человек разумный не является результатом эволюционных процессов.
• Современные материки и геологический рельеф сформирован в результате Всемирного Потопа.
• Тот, кто создал Вселенную, первоначально предусмотрел «идеальный порядок» вещей. Последующие негативные процессы являются результатом дисгармонии, которую в мир принесли грешные мысли и поступки.

Мираж четырехмерной черной дыры

Исследование, проведенное группой исследователей в 2013 году, предположило, что наша Вселенная могла возникнуть из обломков, выброшенных из коллапсировавшей четырехмерной звезды или черной дыры.

По мнению космологов, участвовавших в исследовании, одно из ограничений теории Большого взрыва — объяснение температурного равновесия, обнаруженного во Вселенной.

Хотя большинство ученых согласны с тем, что инфляционная теория дает адекватное объяснение того, как маленький участок с однородной температурой быстро расширится и превратится во Вселенную, которую мы наблюдаем сегодня, группа сочла это неправдоподобным в силу хаотичной природы Большого взрыва.

Для решения этой проблемы команда предложила модель космоса, в которой наша трехмерная Вселенная является мембраной и плавает внутри четырехмерной «объемной вселенной». Они утверждали, что если в четырехмерной «объемной вселенной» есть четырехмерные звезды, то, скорее всего, они обрушатся в четырехмерные черные дыры. Эти четырехмерные черные дыры будут иметь трехмерный горизонт событий (точно так же, как трехмерные имеют двухмерный горизонт событий), который они назвали «гиперсферой».

Когда команда смоделировала коллапс 4-D звезды, они обнаружили, что выброшенные обломки умирающей звезды, скорее всего, образуют 3-D мембрану вокруг этого 3-мерного горизонта событий. Наша Вселенная могла бы быть одной из таких мембран.

Модель «четырехмерной черной дыры» космоса действительно объясняет, почему температура во Вселенной почти равномерна. Она также может дать ценную информацию о том, что именно спровоцировало космическую инфляцию через несколько секунд после ее возникновения. Однако недавнее наблюдение, проведенное спутником Planck ЕКА, выявило небольшие вариации температуры космического микроволнового фона (CMB). Эти спутниковые показания отличаются от предложенной модели примерно на четыре процента.

Война материи и антиматерии

Группа ученых из Японии опубликовала исследование в журнале Nature об обнаружении фундаментальных частиц, которые могут отвечать за неравномерное распределение материи и антиматерии во Вселенной. Согласитесь, было бы логично предположить, что если бы при рождении Вселенной появилось одинаковое количество частиц и античастиц, то они бы просто уничтожили друг друга. В таком случае нас с вами и космоса как такового не существовало бы. Но мы существуем, а значит, этого не произошло.

Как полагают авторы исследования, существование Вселенной оказалось возможным потому, что вещество немного превысило количество антивещества. Грубо говоря, всего одна частица на миллиард пар частица-античастица изменила все. Это нарушение симметрии между материей и антиматерией называется барионной асимметрией. Благодаря огромному протонному ускорителю и 9 годам изучения данных о проведенных экспериментах, ученые смогли раскрыть самое убедительное на сегодня доказательство того, что причиной асимметрии стало поведение нейтрино – субатомных частиц, огромный выброс которых произошел во время Большого взрыва. Когда нейтрино в конце концов распались, то согласно этой теории образовали больше побочных продуктов материи, чем антиматерии.

Причина, по которой во Вселенной больше материи чем антиматерии интересует ученых почти 100 лет

Все дело в том, что нейтрино намного легче кварков и проходят сквозь космос практически не останавливаясь для взаимодействия с чем-либо вообще. Но так как существуют материя и антиматерия, существуют как обычные нейтрино, о которых мы знаем, так и чрезвычайно тяжелые нейтрино. Эти частицы настолько гигантские, что могли быть созданы только из огромных энергий и температур, присутствующих сразу после Большого Взрыва, когда Вселенная была очень горячей и плотной.

Неизбежный распад этих частиц на более мелкие и более стабильные виды, мог привести к чуть большему количеству материи, чем побочные продукты антиматерии, что и привело бы к существующему устройству нашей Вселенной, – пишет Scientific American.

Критика и выводы

В завершении следует сказать, что когда кто-то говорит о теории мультивселенной, это может звучать и дерзко и смиренно одновременно. Но у многих физиков совершенно иная реакция: по их мнению, идея мультивселенной ненаучна и, возможно, даже «опасна» тем, что может привести к неверно направленным научным усилиям.

Сегодня современная наука пока не может ни доказать, ни опровергнуть существование Мультивселенной.

Так или иначе, несмотря на критику теории множественности миров, данные научных исследований (о некоторых из которых рассказано в этой статье) позволяют выдвигать даже такие, кажущиеся на первый взгляд, безумными теории. В конце концов, возвращаясь к аналогии с муравейником, что мы знаем о мире, в котором живем?