Всем привет. Недавно закончилась серия моих легендарных постов | про | Бесконечность. Создавалась она для трёх целей:
Кто-то понял Бесконечность, кто-то нет, но мы должны продолжать. И ко мне в голову пришла идея: а что если написать серию постов про Вселенную? И вот эту задумку я сейчас буду воплощать в реальность. Формул тут будет гораздо меньше, как и текста, поэтому читать должно быть легче. Приятного прочтения.
* * *
В научном мире сегодня существуют разные теории о происхождении Вселенной, но основной считается одна — теория Большого взрыва. 13,8 миллиардов лет назад произошло событие, запустившее хронометр вселенской истории. Все, что сегодня существует во Вселенной, тогда было сосредоточено в крошечной точке — космологической сингулярности.
— Она была крошечного размера, много-много меньше атома и раздулась до гигантских размеров, больше, чем видимая сегодня часть Вселенной. Скорость расширения у нее была гигантская, — Валерий Рубаков.
Наша новорожденная Вселенная стала невероятно быстро расти подобно воздушному шару во всех направлениях сразу. Эту стадию молниеносного роста ученые называют «инфляцией». Произошло практически мгновенное расширение пространства.
— Представьте себе бутылку с шампанским. Она закупорена, там ничего мы не видим. Мы открываем пробку, и вдруг в ней рождаются миллионы пузырьков, потому что в этом шампанском есть энергия — закачанный туда газ. И рождение Вселенной — это рождение одного из пузырьков, который появился в какой-то точечке этой бутылки. Так и наша Вселенная — она по виду является одной из множества миллиардов других Вселенных, которые рождаются в вакууме, якобы из ничего, — Юрий Балега.
В любом случае, наука до сих пор не может дать ответа на вопрос, что именно было до Большого взрыва и есть ли что-то за пределами нашей Вселенной.
Так или иначе, мир вступил на путь долгой эволюции. Большинство ученых считают, что процессы образования вещества запустились в момент расширения Вселенной.
— На самом деле ядро водорода — это протон, то есть одна одиночная элементарная частица. И вот эти частицы, протоны и нейтроны, во Вселенной присутствовали действительно с самого раннего времени. То есть начало химической эволюции Вселенной в первые пары десятков минут — это водород и гелий, — Дмитрий Вибе.
Это была так называемая горячая стадия, которая длилась примерно 380 тысяч лет. Вселенная в то время представляла собой раскаленную плазму, частицы носились в ней с невероятной скоростью, сталкивались, но не соединялись, выделяя при этом большое количество энергии. Благодаря экспериментальным исследованиям в ускорителях ученые смогли найти самые малые единицы вещества, которые легли в основу будущих атомов и молекул.
— На сегодня это лептоны и кварки — кирпичики мироздания, из которых все состоит. Они появились в момент Большого взрыва и были в очень горячем состоянии. В дальнейшем, остывая, они сформировали тот вид вещества, из которого мы с вами состоим. Из кварков образовались протоны и нейтроны. Из протонов и нейтронов — ядра. Из ядер — атомы. Из атомов — молекулы. И так далее, — Владимир Кекелидзе.
Итак, в возрасте примерно 380 тысяч лет молодая Вселенная стала значительно холоднее, горячая стадия ее развития завершилась. Из состояния плазмы она начала переходить в состояние горячего газа. Фотоны, частицы света, которые до этого были в плену горячей плазмы, вырвались на свободу.
По мере того, как газ остывал, Вселенная становилась все более прозрачной. Очень медленно она превращалась в ту, какой мы знаем ее сегодня, наполненную звездами и галактиками.
Но почему звезды и галактики распределились по Вселенной не равномерно? На самом деле, после Большого взрыва содержимое Вселенной — та самая раскаленная плазма — вовсе не была однородной. И после завершения горячей стадии, когда Вселенная стала прозрачной, эти неоднородности остались — едва различимые, будто крошечные узелки на ткани.
Похоже на то, как если бы вы варили кашу, но не перемешивали ее, а предоставили высокой температуре. В остывшей каше, скорее всего, появятся комочки. Похожий процесс протекал и во вселенском котле: именно из неоднородностей вещества, из сгустков материи в остывающей Вселенной сформировались звезды и галактики.
Открытое в XX веке радиоволновое реликтовое излучение сегодня считается одним из главных доказательств инфляционной модели формирования Вселенной. Астрономы составили карту, на которой видно, как распределено это реликтовое излучение.
— Там, где есть синие пятна — меньше радиоизлучение, там, где красные — больше. Но разница между ними — примерно одна миллионная. В чем смысл вот этой замечательной карты реликтового радиоизлучения? Мы поймали, сфотографировали момент, когда вещество и свет отклеиваются друг от друга. И, соответственно, свет несет в себе отпечаток более плотных областей вещества. Там где света, радиоизлучения, больше, там плотнее вещество, — Владимир Самодуров.
Судя по всему, первыми родились звезды-гиганты, которые стали прародителями других звезд, в том числе и нашего Солнца.
— Это были очень массивные светила, которые жили очень быстро, быстро сжигали запас топлива: чем массивнее звезда, тем быстрее она сгорает, тем интенсивнее происходят реакции. И вот в этих очень массивных звездах начали синтезироваться первые тяжелые элементы, начиная с углерода. Звезды быстро взрывались, разбрасывали вещество, обогащали Вселенную, а из этого обогащенного вещества уже формировались те звезды и галактики, которые мы сейчас наблюдаем, — Дмитрий Вибе
В недрах первых звезд под воздействием колоссальной температуры на уровне атомных ядер происходили сложные реакции. Так, из трех ядер гелия образовался углерод, из двух атомов углерода — магний, из магния — неон и так далее, пока из кремния не получилось железо. Этот процесс преобразования химических элементов продолжается в раскаленных ядрах звезд и сейчас, называется он «термоядерный синтез». Так что появление планет, и в частности нашей с вами Земли, стало возможным именно благодаря звездам.
Параллельно с процессом зарождения звезд формировались и их скопления, которые объединялись в галактики.
— По-видимому, самые массивные звезды или группы звезд становились ядрами протогалактик. Потом массы звезд поменьше начинали динамически концентрироваться вокруг этого ядра, — Юрий Балега.
Так, спустя примерно миллиард лет, Вселенная уже была населена звездами и галактиками, в которых позже начали формироваться планеты. Они рождались из пыли и газа, из остатков вещества, невостребованного после большого взрыва, а также из элементов, рожденных в недрах звезд.
— Эпоха массового образования планет началась, вероятно, через несколько миллиардов лет после Большого взрыва, когда процессы термоядерного синтеза позволили накопить нужное вещество в достаточной мере, чтобы у него появилась возможность объединяться в планеты, — Дмитрий Вибе.
В процессе зарождения звезды сгусток пыли и газа похож на волчок, который вращается все быстрее и быстрее, уплотняясь в центре. Так внутри появляется звезда, а вокруг нее образуется диск.
— В этом диске вещество плотное, пылинки начинают часто сталкиваться друг с другом и просто слипаться. В какой-то момент, когда эти сгустки вырастают до многокилометровых размеров, вступает в действие гравитация, которая притягивает их друг к другу и «обкатывает» в шар, — Дмитрий Вибе.
Однако звезды, планеты, космические тела — все то, что сегодня ученые называют барионной материей — лишь небольшой компонент во вселенском супе. Это блюдо из разных ингредиентов, и барионная материя здесь, скорее, приправа, ведь в общем составе Вселенной ее не более 5%.
Примерно ¼ составляет темная материя. Она не излучает и не поглощает свет, со светом вообще практически не взаимодействует. Однако она собирается в сгустки, ее особенно много в галактиках. К ней нельзя прикоснуться: она повсюду, но мы ее никак не ощущаем. Установить факт существования этой материи удалось в ХХ веке лишь благодаря наблюдениям за вращением галактик и расчетам. Однако пока ученые не знают, из каких именно частиц состоит эта материя.
Темная материя вместе с барионной — это лишь треть от всей массы Вселенной. Основную ее часть составляет нечто и вовсе непонятное — ученые называют это темной энергией.
— С помощью наблюдений астрономы установили, что примерно в середине возраста, примерно 5 миллиардов лет назад, Вселенная вдруг начинает расширяться с ускорением. Значит, на это какая-то действует сила. Эту силу назвали темной энергией, — Юрий Балега.
На нашей планете и на нашем Солнце расширение Вселенной не сказывается, мы его просто не ощущаем. А вот удаленные галактики, которые друг с другом связаны уже слабо, разъезжаются, расстояния между ними увеличивается. Предполагается, что оно будет расширяться и дальше, по крайней мере, в обозримой перспективе.
Есть разные взгляды. Возможно, однажды расширение остановится, и начнется обратный процесс — Вселенная схлопнется в крошечную точку, вроде той, с которой все и началось. Есть и другой вариант: Вселенная расширится настолько, что вся материя в ней просто растворится и исчезнет — темная энергия просто растащит ее на атомы, обратно к великому ничто. А потом, быть может, даст начало новой Вселенной. Но это уже будет другой космос и другая история.
* * *
Ну... Вот и всё. Да, я сам в шоке. Написал понятным языком без формул и даже не заставил KKKJ читать всё это... Со мной что-то не то. В следующий раз ждите огромный монолог на 100500 страниц без картинков и с кучей формул. А на этом всё, спасибо за прочтение.
Какой лучший тип объектов во Вселенной?6
