Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

История вселеннойspace_digital_art_concept_art_planet_Drummer-242040.png

Сколько лет длится человеческая история? Сейчас самой древней считается Индская цивилизация. Она существовала как минимум за 11000 лет до нас. Представьте, сколько событий произошло за это время. Сильно ли изменился мир? Вы ответите: да. Однако в масштабах Вселенной 11000 лет, которые существует человеческая цивилизация, да даже 200000 лет, которые существует человек разумный, просто ничтожны. Нашей Вселенной около 13,77 миллиардов лет. Конечно, мне бы не хватило всей бумаги мира (а в данном случае даже самого мощного компьютера), чтобы описать всё, что произошло за это время. Поэтому в этой статье мы лишь рассмотрим 8 вопросов, которые человечество задаёт на протяжении тысячелетий: 

1.       Как возникла Вселенная?

2.       Как возникла материя?

3.       Как возникли первые звёзды?

4.       Что ждёт звёзды после смерти (и как возникли элементы, из которых мы состоим)?

5.       Как возникли галактики?

6.       Как возникла наша планета?

7.       Что ждёт нашу галактику?

8.    Что ждёт Вселенную?

 Давайте посмотрим, как на эти вопросы отвечает наука. Ей и только ей мы должны быть благодарны за то, что сейчас мы имеем имеем знания, о которых 100 лет назад могли лишь мечтать. Надеюсь, что вы, как и я, почувствуете эту благодарность.

Как возникла Вселенная?

Начать историю Вселенной надо было бы с теории Большого Взрыва, но в таком случае у вас сразу бы возник вопрос: что было до Взрыва? Так вот: на данный момент наука не может точно ответить на этот вопрос. Однако есть две гипотезы, которые в какой-то степени дают на него ответ. Сразу говорю – это лишь гипотезы, так что сильно доверять им не стоит.

Первая – гипотеза Большого Отскока. Она говорит, что наша Вселенная возникла в результате взрыва, который возник после сжатия предыдущей Вселенной. И что в конце своего существования наша Вселенная сожмётся в точку, из которой появилась, а затем снова «взорвётся». Однако откуда взялся самый первый взрыв, который запустил череду всех этих расширений и сжатий? Как я говорил выше, ответа нет.

Вторая гипотеза – гипотеза Мультивселенной. Эта гипотеза гласит, что кроме нашей Вселенной, существует ещё множество других. Она, как и теория Большого Отскока, если не даёт ответ на вопрос о первопричине, то помогает ответить на вопрос: «Почему нам так повезло со Вселенной?». А повезло нам неслабо: если бы нейтрон не был тяжелее протона и электрона вместе взятых, то атом водорода превратился бы в нейтрон, если бы сила взаимодействия протон-нейтрон была чуть меньше, то водород бы не сгорал в звёздах и в них бы не происходил термоядерный синтез (о его роли в образовании элементов Вселенной я ещё расскажу) и т.д. В результате мы не могли бы существовать. Как объяснить такие невероятные совпадения? На этот вопрос отвечает антропный принцип. Он звучит так: «Наблюдатели необходимы для обретения Вселенной бытия». Проще говоря, наша Вселенная имеет такие удивительные свойства только потому, что мы можем её наблюдать. В оставшихся же Вселенных или в предыдущих Вселенных реализовались сценарии, несовместимые с нашим существованием.

У религии тоже нет окончательного ответа на вопрос о возникновении Вселенной. Религия лишь вводит новую переменную – Бога (да ещё и не приводя никаких доказательств в пользу его существования). Да и вопрос тот же - откуда он взялся? На это креационизм может сказать лишь: «Бог был вечно». Что ж, может и сингулярность, из которой возникла наша Вселенная, тоже была вечно? Может, рождение Вселенной выходит за рамки нашей логики, и для Большого Взрыва не требовалась причина? Может, погоня за первопричиной не имеет смысла, потому что по нашей логике причина должна быть у всего?

Но давайте наконец выйдем за рамки гипотез и философских размышлений. Теперь я буду рассказывать историю Вселенной с того момента, когда она стала нам известна. Это – 10-43 секунд после Большого взрыва. В период с 10-43 секунд до 10-32секунд фундаментальные силы, управляющие нашей Вселенной, разделились на слабые и сильные ядерные взаимодействия, электромагнетизм и гравитацию. С этого момента она начала расширяться с невероятной скоростью: она удваивалась каждые 10-35 секунд. После последовала эпоха охлаждения, а также возникновение реликтового излучения.

Как возникла эта теория? Началось всё с советского математика А.А.Фридмана, который нашёл нестационарные решения гравитационного уравнения Эйнштейна и предсказал расширение Вселенной. Затем к выводу о расширении Вселенной пришёл немецкий физик Г.Вейль. Первую статью на эту тему написал бельгийский теоретик Жорж Леметр в 1926 году. В 1929 году Хаббл нашёл скорость расширения Вселенной. Ну а первым человеком, чётко сформулировавший теорию Большого Взрыва, стал Г.А.Гамов. Его теория подтвердилась, когда астрономы А.Пензиас и Р. Вилсон обнаружили реликтовое излучения.

Как возникла материя?


Что дальше? Всё-таки я не совсем корректно сформулировал второй вопрос. Скорее он должен звучать так: а почему мы состоим из материи, а не из антиматерии? Так вот, это ещё один пробел, который наука пока что восполнить не в состоянии. Дело в том, что в первые секунды рождения Вселенной началась битва между частицами и античастицами. Частицы сталкивались и аннигилировали, и нам снова крупно повезло - количество частиц материи немного превысило количество частиц антиматерии, и материя выиграла битву. Впрочем, это не означает, что антивещества не осталось. Более того, оно находится рядом с нами: частицы антиматерии выделяются при распаде калия-40, который находится в банане и нас вами! Человек уже использует антиматерию для получения высококачественного изображения органов человека, а в будущем её будут использовать для лечения от рака и для ракетных двигателей.

Как возникли звёзды?

На протяжении 180 миллионов лет после Большого Взрыва ничего интересного не происходило. Вселенная увеличивалась в размерах, и всё. Водород и гелий – единственные элементы во Вселенной – распространялись по пространству. Однако спустя полмиллиарда лет водород начал скапливаться в некоторых местах, сжиматься и разогреваться до тех пор, пока в нём не начинались термоядерные реакции. В двух словах, термоядерная реакция – это процесс объединения двух лёгких атомных ядер в более тяжёлое (у звёзд это превращение водорода в гелий) с выделением огромного количества энергии. Когда сжатие завершается, звезда появляется на свет. Длится этот процесс десятки миллионов лет. Продолжительность жизни звёзд зависит от их размеров: чем больше звезда, тем меньше она живёт. Наше Солнце является жёлтым карликом (во Вселенной есть звёзды, превосходящие Солнце по размерам в сотни раз) , сейчас ему 4,5 миллиарда лет, и оно проживёт примерно столько же. Что ждёт звёзды в конце их жизненного пути? Об этом в следующем пункте.

Что ждёт звёзды после смерти (и как возникли элементы, из которых мы состоим)?

Начало конца у всех звёзд выглядит одинаково. Сначала кончается водород, синтез гелия из водорода прекращается, и начинается синтез углерода из гелия. Для звёзд с массой примерно равной солнечной это становится финальным этапом. Дальше начинается расширение звезды, превращение в красного гиганта (в случае нашего светила это означает поглощение планет и уничтожение Земли) и сброс оболочки в космос. После смерти такой звезды остаётся лишь белый карлик (объект, имеющий массу приблизительно 0,6 масс Солнца и диаметр близкий к диаметру Земли), который со временем превращается в чёрный карлик, который и становится конечной точкой в жизненном пути звезды.

Если звезда имеет массу, в 5 превышающую массу Солнца, то она заканчивает свой жизненный цикл намного эффектнее. Термоядерный синтез в ней продолжается вплоть до синтеза железа. Дальше вещество в ядре звезды сжимается настолько, что ядра атомов в нём притягивают к себе электроны и от атомов остаются лишь нейтроны. В конце концов происходит взрыв невероятной мощности. После взрыва от ядра остаётся либо нейтронная звезда, либо, если звезда имеет ещё большие размеры, чёрная дыра. А вместе с оболочкой в космос выбрасываются все элементы таблицы Менделеева вплоть до железа. Более того, вылетающая из звезды материя бомбардируется нейтронами из ядра звезды, в результате чего образуются ещё более тяжёлые элементы (вплоть до урана или калифорния). Так и появились элементы, из которых мы состоим. Поэтому можно сказать, что мы с вами – дети звёзд.

r.png

Но вернёмся к самим звёздам. Прежде всего, нейтронные звёзды обладают ФАНТАСТИЧЕСКОЙ плотностью – масса таких объектов сравнима с массой Солнца, а радиус равен всего лишь 10-20 километрам. Одна горошина материи с нейтронной звезды весит более 100 миллионов тонн. Гипотетически, могут существовать кварковые звёзды, имеющие ещё меньший радиус и ещё большую плотность и состоящие не из нейтронов, а из ещё меньших частиц – кварков.

 Поражает и сила магнитного поля нейтронных звезд: оно в 1012 раз сильнее, чем магнитное поле Земли. Эти звёзды вращается с огромной скоростью – от одного до сотни оборотов в секунду. Нейтронные звёзды делятся на пульсары и магнетары. Отличительной чертой пульсаров являются два луча, которые содержат в себе весь спектр электромагнитных излучений от радиоволн до гамма-лучей. Некоторые пульсары воруют вещество у соседних звёзд, за что их называют чёрными вдовами.  

Магнетары же имеют ещё более сильное магнитное поле, чем пульсары – самое сильное во Вселенной. В отличии от пульсаров, они выбрасывают в космос только гамма-излучение и X-лучи.

Но по сравнению с чёрными дырами даже нейтронные звёзды не кажутся удивительными. Эти всеядные монстры холодного космоса давно будоражат воображение фантастов и притягивают к себе внимание научного сообщества. Чёрная дыра обладает невообразимой плотностью – она обладает массой в несколько раз (а то и в несколько миллионов раз) больше солнечной, а радиуса у неё, вполне возможно, нет. Просто нет. А, следовательно, нет и объёма. Поэтому плотность и невообразима. Невообразимая плотность порождает невообразимую гравитацию – даже двигаясь со скоростью света, её невозможно преодолеть. А невообразимая гравитация вызывает невероятные искривления в пространстве-времени. Например, если вы будете падать в чёрную дыру, то для внешнего наблюдателя ваше падение будет длиться вечность, и вы будете превращаться в пепел на горизонте чёрной дыры. Но с вашей точки зрения, вы, вполне вероятно, останетесь живы и даже проживёте остаток жизни, приближаясь к сингулярности в центре чёрной дыры. В сингулярности отменяются все законы физики, а пространство и время исчезают. Существует одна теория – космология чёрной дыры – по которой наша Вселенная находится внутри сингулярности в центре чёрной дыры в другой Вселенной, и чёрные дыры – это порталы в другие Вселенные. Впрочем, я бы не рискнул проверить эту гипотезу.

Есть два типа чёрных дыр: звёздные и гигантские. Звёздные – это те, которые возникли в результате коллапса умирающих звёзд. Но в центре большинства галактик есть сверхмассивные чёрные дыры с массой около 105-1010 масс Солнца. Об их происхождении до сих пор идут споры. Есть версия, что это – обычные чёрные дыры, которые за миллиарды лет поглотили огромное количество вещества. Возможно, что такие дыры появились после взрыва гиперновых – звёзд с массой более 100 солнечных. Кстати, есть теория, что именно всплеск гамма-излучения после взрыва гиперновой 440 миллионов лет назад вызвал массовое вымирание на нашей планете, в результате которого исчезло 60% морских беспозвоночных. А может быть, такие дыры возникли в результате коллапса звёздных систем. И есть вероятность, что некоторые из них дошли до нас со времён Большого Взрыва. В любом случае, в центре нашей галактики располагается чёрная дыра с массой от двух до пяти миллионов солнечных, и нам очень повезло, что мы находимся в рукаве млечного пути!  

Кроме того, сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик порождают квазары – самые яркие источники света во Вселенной. Мощность света квазаров в сотни раз больше суммарной мощности света всех звёзд в нашей галактики! Возникают они из-за разогревания газа, вращающегося вокруг чёрной дыры.

 Ждёт ли смерть чёрные дыры? Возможно. Стивен Хокинг выяснил, что чёрные дыры могут излучать частицы и испаряться со временем. Впрочем, излучение Хокинга – это только гипотеза.

Как возникли галактики?

Мы так и не выяснили, как появилась галактика, где мы живём. Что уж там – мы даже не успели выяснить, в каком именно месте Вселенной мы живём, наш космический адрес. Для начала вернёмся к моменту, когда водород начал скапливаться в некоторых местах. Иногда водород образовывал дисковые скопления вещества, которые сформировали протогалактические структуры, а уже в этих структурах начинался процесс фрагментации вещества и образования из него звёзд. Возникли первые галактики спустя 400 миллионов лет после Большого Взрыва. Например, наша галактика возникла спустя 420 миллионов лет после зарождения мира.

Делятся галактики на спиральные, эллиптические и неправильные. Млечный Путь – спиральная галактика типа SBbc, или галактика с перемычкой.

Sovremennaya-klassifikatsiya-galaktik.jpg

Диаметр Млечного пути – 100000 световых лет (то есть, свету необходимо 100000 лет, чтобы пройти через нашу галактику). Количество звёзд в нём – от 100 до 400 миллиардов. Наша Солнечная система делает один оборот вокруг центра галактики за 220 миллионов лет. Но галактика – далеко не самая крупная единица в Вселенной. Наша галактика является центром подгруппы Млечного пути, содержащей в себе нашу галактику и 14 её гравитационных спутников. В свою очередь, она входит в состав Местной группы галактик, включающей в себя подгруппу Андромеды, подгруппу Треугольника и подгруппу Млечного Пути (в общей сложности – 50 галактик). Местная группа галактик входит в состав Местного листа галактик – плоского облака галактик с диаметром 23 миллиона световых лет. Местный лист галактик – часть сверхскопления Девы, которое содержит около 30000 галактик и имеет радиус в 200 миллионов световых лет. А оно, в свою очередь, входит в состав Ланиакеи с диаметром в 520 миллионов световых лет. Центром притяжения Ланиакеи является Великий Аттрактор – огромное сверхскопление галактик, весящее в 100000 раз больше Млечного Пути. На данный момент известно 38 таких сверхскоплений. Но и это ещё не всё. Самые большие структуры во Вселенной – галактические нити и стены. Мы с вами пока не входим в состав какой-либо стены или нити, но учёными уже была предложена Местная Великая Стена, которая включала бы в себя сверхскопление Девы. Самой же большой структурой из известных нам является Великая стена Геркулес-Северная Корона, имеющая диаметр около 10 миллиардов световых лет. Размер наблюдаемой Вселенной равен 46 миллиардам световых лет. А из-за того, что Вселенная расширяется быстрее скорости света, и свет от самых удалённых её объектов до нас просто не дошёл, никто не знает, какой размер она имеет на самом деле.

В итоге наш космический адрес выглядит так:

Земля – Солнечная Система – Млечный Путь – подгруппа Млечного Пути – Местная группа галактик – Местный лист галактик – сверхскопление Девы – Ланиакея – Местная Великая Стена (но это не точно) – Вселенная.

Как возникла наша планета?

Давайте уменьшим масштаб. Вам ведь интересно, откуда возник тот маленький мирок, где мы живём, наша родина-Земля? Все планеты появляются из газо-пылевых дисков, вращающихся вокруг их звёзд. Эти диски возникли после смерти первого поколения звёзд во Вселенной. В них частицы сталкиваются и соединяются друг с другом, образуя астероиды, а астероиды сталкиваются, образуя планетезимали. В центре планетезималей из-за высокого давления вещество нагревается и плавится, образуя жидкое ядро. В результате планетезимали становятся протопланетами. Дальше протопланета либо поглощает более мелкие протопланеты и превращается в планету земного типа, либо притягивает к себе газ из газо-пылевого диска и становится газовым гигантом вроде Юпитера.

Так возникла наша Земля, а также миллиарды экзопланет – планет, находящихся в других звёздных системах. Об истории Земли и жизни на ней я расскажу в другой раз, а теперь давайте приглядимся к экзопланетам – среди них есть весьма интересные экземпляры.

На момент написания статьи (10 марта 2018 г.) обнаружено 3744 экзопланеты. Долгое время обнаружение этих планет было невозможным. Из-за того, что они не излучают собственного света, экзопланеты обнаруживают, следя за изменениями в блеске звезды, когда между наблюдателем и звездой проходит планета. Впервые это удалось Б. Кэмпбеллу, Г. Уолкеру и С. Янгу в 1988 году.

Несмотря на сложности в получении данных, астрономам удалось выяснить удивительные факты о некоторых экзопланетах. Я подготовил для вас топ 3 самых интересных.

3 место. Самая одинокая планета - HD 106906 b.

Эта планета находится приблизительно в 300 световых годах от Земли. Несмотря на ее огромный размер (в 11 раз больше Юпитера), планета вращается вокруг своей звезды на расстоянии в 650 раз больше пространства между Солнцем и Землёй, что составляет приблизительно 97 миллиардов километров. Это делает её одной из самых одиноких планет во вселенной. Та теория формирования планет, о которой я рассказал выше, не может объяснить возникновение такой планеты.

2 место. Глизе 436 b – место, где не тает лёд.

 Планета Глизе 436 b в 22 раза больше, чем Земля, но её орбита находится всего в 4.8 миллионах километрах от ее звезды, в отличии от Земли, орбита которой находится в 150 миллионах километров от Солнца. Температура на Gliese 436 b составляет 300 градусов Цельсия. При этом она покрыта людом, который держится на планете огромными силами тяготения. Эти силы препятствуют тому, чтобы молекулы воды испарились и покинули планету. 

1 место. 55 Рака е – алмазная планета.

 55 Рака е - планета класса «Суперземля», которая в 8 раз тяжелее Земли, а температура её поверхности достигает 1648 градусов Цельсия. Астрономы предполагают, что эта планета состоит из углерода, превратившегося в алмаз и графит. Алмаз составляет треть массы планеты. Если попробовать подсчитать стоимость всех алмазов, содержащихся в этой планете, то получится примерно 3981*10^32 долларов (МЗ(5,972*10^24 кг)*8/3*стоимость 1 карата алмаза (5000$)*кол-во каратов в 1кг (5000)), или 398 дециллионов долларов, что превышает ВВП всего мира в 5 секстильонов раз. Проблема в том, что 55 Рака е располагается «всего лишь» в 40 световых годах от нашей планеты.

Вот такие необычные миры существуют в нашей Вселенной. И – кто знает – может, в одном из них есть жизнь?

Что ждёт нашу галактику?

В космосе, как и в животном мире, идёт конкуренция и эволюция. Только масштабы намного больше – конкуренты крупнее, а конкуренция идёт в миллионы раз медленнее. И спустя 5 миллиардов лет мы, вполне вероятно, станем жертвами своей соседки – галактики Андромеды. Она поглотит Млечный Путь, и вместе наши галактики сформируют новую – Млекомеду. Говорят, что для нас это не будет страшным событием – вероятность столкновения Солнечной системы с каким-либо объектом крайне мала. В худшем случае Солнечная система будет выброшена из Млечного пути в межгалактическое пространство, но магнитосфера Солнца спасёт нас от радиации. Впрочем, через 5 миллиардов лет наше Солнце может стать белым карликом, а наша планета будет сожжена и поглощена им. Интересно, что случится раньше?

Что ждёт Вселенную?

Вот мы и подошли к концу нашего путешествия (и к концу всего). Как видите, и планеты, и галактики, и звёзды – всё имеет неприятное свойство умирать. Скорее всего, наша Вселенная не является исключением. Что нас ждёт? Наука, конечно, не машина времени, но она предоставляет возможность заглянуть как в очень далёкое прошлое, так и в ещё более далёкое будущее. Есть три варианта развития событий. Первый – тепловая смерть Вселенной. Он воплотится в жизнь, если скорость расширения Вселенной будет неизменной. В таком случае, спустя 1014 лет количество межзвёздного вещества будет слишком мало, чтобы образовывать звёзды. Останутся лишь нейтронные звёзды, белые карлики и чёрные дыры. Все галактики сольются в одну. Спустя 1040 степени лет после Большого Взрыва всё вещество во Вселенной распадётся на элементарные частицы. Останутся только чёрные дыры. Но из-за излучения Хокинга и отсутствия материи для поглощения они испарятся через 10100 лет. И тогда останутся лишь элементарные частицы. Впереди у этой холодной и тёмной Вселенной вечность. Впрочем, есть и более интересный сценарий – все чёрные дыры Вселенной соединятся в одну огромную дыру, она разогреется до огромной температуры, и из сингулярности в её центре возникнет новая Вселенная.

Второй вариант – Большой Разрыв. Он реализуется, если скорость расширения будет увеличиваться. Тогда расстояние между всем во Вселенной будет увеличиваться, и объекты в ней будут постепенно разрываться. За миллиард лет до Большого Разрыва распадутся скопления галактик, за 60 миллионов лет до него – наша галактика, за 3 месяца до конца света – Солнечная система, и всего за 30 минут – наша планета. Затем разорвутся атомы, и будущее этой Вселенной угадать будет невозможно. По мнению сторонников Большого Разрыва, Вселенной осталось жить 22 миллиарда лет – немало, но намного меньше, чем по сценарию тепловой смерти Вселенной.

Противоположный сценарий – Большое Сжатие. Он реализуется, если скорость расширения Вселенной будет уменьшаться, и верх в конце концов возьмёт гравитация. В результате вся материя во Вселенной соединится в одну сингулярность. Есть и относительно хорошая новость - как я говорил вначале, эта сингулярность может взорваться и породить новую Вселенную.

В завершение своей статьи я хотел бы сказать, что только наука способна творить настоящие чудеса. Ей не нужны карты, чтобы предсказать будущее, и учёные не призывают духов, чтобы узнать истину, которая скрыта от человеческого взгляда расстоянием, газом, пылью. Науке не нужен третий глаз, чтобы увидеть незримое. Сила человеческого разума – единственная сила, которая способна творить волшебство. И, если вы поддержите мой сайт и сделаете репост этой статьи, я расскажу вам намного больше о настоящих чудесах, которые скрывает в себе наш мир.

Для amp версии:

Поделиться в вк

Поделиться в фейсбуке

Поделиться в одноклассниках

Поделиться в твиттере

Поделиться в телеграме