Cum iubim, așa, fără să ne gândim la nimic, doar uită-te la cerul întunecat, presărat la nesfârșit cu stele și visează. Te-ai întrebat vreodată ce este acolo deasupra noastră, ce fel de lume este, cum funcționează, dacă a existat dintotdeauna sau nu, de unde s-au format stelele și planetele, de ce exact așa și nu în alt fel, aceste întrebări pot fi enumerate până la infinit. De-a lungul întregii sale existențe, omul a încercat și încearcă să răspundă la aceste întrebări și probabil vor trece sute, și poate mii de ani și tot nu va putea da un răspuns complet la ele.

După mii de ani de observare a stelelor, omul și-a dat seama că de la seară la seară acestea rămân mereu aceleași și nu își schimbă pozițiile relative. Dar, cu toate acestea, nu a fost întotdeauna cazul, de exemplu, acum 40 de mii de ani, stelele nu arătau la fel ca acum. Carul Mare arăta ca ciocanul Mare; nu exista nicio figură familiară a lui Orion cu centură. Toate acestea se explică prin faptul că nimic nu stă pe loc, ci este în continuă mișcare. Luna se rotește în jurul, Pământul, la rândul său, trece printr-un ciclu circular în jurul Soarelui și, odată cu el, întregul, se învârte în jurul centrului Galaxiei, care, la rândul său, se mișcă în jurul centrului Universului. Cine știe, poate și Universul nostru se mișcă în raport cu celălalt, doar cu dimensiuni mai mari.

Cum s-a format Universul

În 1922, savantul și astronomul rus Alexander Alexandrovich Friedman a prezentat o teorie generală origine al nostru Univers, care a fost confirmat ulterior de astronomul american Edwin Hubble. Această teorie este cunoscută în mod obișnuit ca Teoria Big Bang" . În acest moment originea universului, și asta cu aproximativ 12-15 miliarde de ani în urmă, dimensiunile sale erau cât mai mici posibil, în mod formal se poate presupune că Universul a fost tras într-un singur punct și în același timp a avut o densitate infinit de mare egală cu 10 90 kg/cm³ . Aceasta înseamnă că 1 centimetru cub din substanța din care consta Universul în momentul exploziei cântărea între 10 și a 90-a putere de kilograme. După aproximativ 10 −35 s. după debutul așa-numitei ere Planck (când materia era comprimată la limita maximă posibilă și avea o temperatură de aproximativ 10 32 K), a avut loc o explozie, în urma căreia a început procesul de expansiune exponențială instantanee a Universului. , ceea ce încă se întâmplă. Ca urmare a exploziei, dintr-un nor superfierbinte de particule subatomice care se extinde treptat în toate direcțiile, s-au format treptat atomi, substanțe, planete, stele, galaxii și, în cele din urmă, viața.

Big bang- aceasta este eliberarea în toate direcțiile a unei cantități colosale de energie cu o scădere treptată a temperaturii și, deoarece Universul se extinde constant, se răcește în mod continuu. Procesul de expansiune al Universului în sine în cosmologie și astronomie a primit un nume comun ca „inflație cosmică”. La scurt timp după ce temperatura a scăzut la anumite valori, primele particule elementare, precum protonii și neutronii, au apărut în spațiu. Când temperatura spațiului a scăzut la câteva mii de grade, fostele particule elementare au devenit electroni și au început să se combine cu protoni și nuclee de heliu. În acest stadiu a început formarea atomilor în Univers, în principal hidrogen și heliu.

Cu fiecare secundă, Universul nostru crește în volum, acest lucru este confirmat de teoria generală a Expansiunii Universului. Mai mult decât atât, crește (se extinde) doar pentru că nu este legat de forța gravitației universale. De exemplu, al nostru nu se poate extinde din cauza forțelor gravitaționale pe care le posedă orice corp cu masă. Întrucât Soarele este mai greu decât orice planetă din sistemul nostru, datorită forțelor gravitaționale, le menține la o anumită distanță, care se poate schimba doar atunci când masa planetei în sine se schimbă. Dacă forțele gravitaționale nu ar exista, atunci planeta noastră, ca oricare alta, s-ar îndepărta din ce în ce mai mult de noi în fiecare minut. Și, desigur, nicio viață nu ar putea apărea nicăieri în Univers. Adică, gravitația, așa cum ar fi, conectează toate corpurile într-un singur sistem, într-un singur obiect și, prin urmare, expansiunea poate avea loc numai acolo unde nu există corpuri cerești - în spațiul dintre galaxii. Procesul în sine Expansiuni ale Universului Ar fi mai corect să o numim „împrăștierea” galaxiilor. După cum se știe, distanța dintre galaxii este foarte mare și poate ajunge până la câteva milioane, sau chiar sute de milioane de ani lumină (unul an lumină- aceasta este distanța pe care o va parcurge o rază de lumină într-un an pământesc (365 de zile), numeric este egală cu 9.460.800.000.000 de kilometri, sau 9,46 trilioane de kilometri, sau 9,46 mii miliarde de kilometri). Și dacă luăm în considerare faptul Expansiunii Universului, atunci această cifră este în continuă creștere.

Structura calculată a Universului conform simulării Millennium. Marcat cu alb

Distanța liniei este de aproximativ 141 de milioane de ani lumină. Indicat cu galben

materie, în violet - materie întunecată observată doar indirect.

Fiecare punct galben reprezintă o galaxie.

Ce se va întâmpla lângă noi Univers, va crește mereu? La începutul anilor 20, s-a stabilit că soarta ulterioară a Universului depinde doar de densitatea medie a substanței care îl umple. Dacă această densitate este egală sau mai mică decât un anumit densitate critică, atunci expansiunea va continua pentru totdeauna. Dacă densitatea se dovedește a fi mai mare decât critică, atunci va avea loc faza inversă - compresie. Universul se va micșora până la un punct și apoi se va întâmpla din nou Big bang iar procesul de dezvoltare va începe din nou. Este posibil ca acest ciclu (expansiune-compresie) să se fi întâmplat deja Universului nostru și să se întâmple în viitor. Care este această misterioasă densitate critică a lumii? Valoarea sa este determinată doar de valoarea modernă a constantei Hubble și este o valoare nesemnificativă - aproximativ 10 -29 g/cm³ sau 10 -5 unități de masă atomică în fiecare centimetru cub. La această densitate, 1 gram de substanță este conținut într-un cub cu o latură de aproximativ 40 de mii de kilometri.
Omenirea a fost întotdeauna surprinsă și admirată de dimensiunea lumii noastre, a Universului nostru, dar este într-adevăr ceea ce și-a imaginat omul sau este de multe ori mai mare? Sau poate că Universul este infinit, iar dacă nu, atunci unde este granița lui? Deși volumele de spațiu sunt colosale, ele au totuși anumite limite. Conform observațiilor lui Edwin Hubble, a fost stabilită dimensiunea aproximativă a Universului, numită după el - raza Hubble, care este de aproximativ 13 miliarde de ani lumină (12,3 * 10 22 kilometri). Pe cea mai modernă navă spațială, pentru a depăși o astfel de distanță o persoană ar avea nevoie de aproximativ 354 de trilioane de ani sau 354 de mii de miliarde de ani.
Cea mai importantă întrebare rămâne încă nerezolvată: ce a existat înainte de începerea expansiunii Universului? Este același Univers cu al nostru, doar că nu se extinde, ci se contractă? Sau o lume complet nefamiliară nouă, cu proprietăți complet diferite ale spațiului și timpului. Poate că era o lume care se supunea unor legi complet diferite ale naturii, necunoscute nouă. Aceste întrebări sunt atât de complexe încât depășesc înțelegerea umană.

Încă nu există claritate cu privire la problema originii Universului, în ciuda cunoștințelor enorme acumulate de umanitate. Cea mai comună versiune astăzi este așa-numita teorie a Big Bang.

A ieșit totul dintr-un punct mic?

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

Potrivit calculelor, acest lucru s-a întâmplat acum aproximativ 13,7 miliarde de ani. La momentul exploziei, Universul era un „punct” care măsoară 10-33 de centimetri. Întinderea Universului actual este estimată de astronomi la 156 de miliarde de ani lumină (pentru comparație: un „punct” este de atâtea ori mai mic decât un proton - nucleul unui atom de hidrogen, cu cât protonul în sine este mai mic decât Luna).

Substanța din „punct” era extrem de fierbinte, ceea ce înseamnă că în timpul exploziei au apărut o mulțime de cuante de lumină. Desigur, în timp totul se răcește, iar quanta se împrăștie în spațiul emergent, dar ecourile Big Bang-ului ar fi trebuit să supraviețuiască până în zilele noastre.

Prima confirmare a exploziei a venit în 1964, când radioastronomii americani R. Wilson și A. Penzias au descoperit radiații electromagnetice relicte cu o temperatură de aproximativ 3° pe scara Kelvin (–270° C). Această descoperire, neașteptată pentru oamenii de știință, a fost considerată în favoarea Big Bang-ului.

Deci, dintr-un nor superfierbinte de particule subatomice care se extinde treptat în toate direcțiile, atomi, substanțe, planete, stele, galaxii au început să se formeze treptat și, în sfârșit, a apărut viața. Universul este încă în expansiune și nu se știe cât timp va continua acest lucru. Poate că într-o zi își va atinge limita.

Nimic nu poate fi dovedit

Există o altă teorie a originii Universului. Potrivit acesteia, întregul univers, viața și omul sunt rezultatul unui act creator rațional, realizat de un anumit Creator și Atotputernic, a cărui natură este de neînțeles pentru mintea umană. Materialiștii sunt înclinați să ridiculizeze această teorie, dar din moment ce jumătate din umanitate crede în ea într-o formă sau alta, nu avem dreptul să o trecem în tăcere.

Explicând originea Universului și a omului dintr-o poziție mecanicistă, tratând Universul ca un produs al materiei, a cărui dezvoltare este supusă legilor obiective ale naturii, susținătorii raționalismului, de regulă, neagă factorii non-fizici. Mai ales când vine vorba de existența unui fel de minte universală sau cosmică, deoarece aceasta este „neștiințifică”. Ceea ce poate fi descris folosind formule ar trebui să fie considerat științific. Dar problema este tocmai că niciunul dintre scenariile de origine a Universului propuse de susținătorii teoriei Big Bang nu poate fi descris matematic sau fizic.

Starea inițială a Universului - un „punct” de dimensiuni infinit de mici, cu o densitate infinit de mare și o temperatură infinit de mare - depășește limitele logicii matematice și nu poate fi descrisă formal. Deci nimic cert nu se poate spune despre asta, iar calculele eșuează aici. Prin urmare, această stare a Universului a primit numele de „fenomen” în rândul oamenilor de știință.

„Fenomen” - principalul mister

Teoria Big Bang a făcut posibil să se răspundă la multe întrebări cu care se confruntă cosmologia, dar, din păcate, și poate din fericire, a ridicat și o serie de altele noi. În special: ce s-a întâmplat înainte de Big Bang? Ce a dus la încălzirea inițială a Universului la o temperatură inimaginabilă de peste 1032 de grade K? De ce este Universul surprinzător de omogen, în timp ce în timpul oricărei explozii materia se împrăștie în diferite direcții extrem de neuniform?

Dar misterul principal este, desigur, „fenomenul”. Nu se știe de unde a venit sau cum s-a format. În publicațiile de popularitate științifică, subiectul „fenomenului” este de obicei omis cu totul, iar în publicațiile științifice de specialitate ei scriu despre el ca pe ceva inacceptabil din punct de vedere științific. Stephen Hawking, om de știință de renume mondial și profesor la Universitatea din Cambridge, și J. F. R. Ellis, profesor de matematică la Universitatea din Cape Town, spun acest lucru direct în cartea lor „The Long Scale of Space-Time Structure”: „Our rezultatele confirmă conceptul că Universul a luat ființă cu un număr finit de ani în urmă. Cu toate acestea, punctul de plecare al teoriei originii Universului ca urmare a Big Bang-ului – așa-numitul „fenomen” – este dincolo de legile cunoscute ale fizicii”.

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

Universul „pulsează”?

Edwin Hubble a descoperit că galaxiile sunt situate în partea roșie a spectrului de culori

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

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

O altă teorie a originii Universului este teoria „găurilor albe” sau quasarii, care „scuipă” galaxii întregi din ei înșiși.

Interesantă este și teoria „tunelurilor spațiu-timp” sau „canalelor spațiale”. Ideea lor a fost exprimată pentru prima dată în 1962 de către fizicianul teoretician american John Wheeler în cartea sa „Geometrodinamică”, în care cercetătorul a formulat posibilitatea unei călătorii intergalactice transdimensionale, neobișnuit de rapide. Unele versiuni ale conceptului de „canale spațiale” iau în considerare posibilitatea de a le folosi pentru a călători în trecut și viitor, precum și în alte universuri și dimensiuni.

Planul de neînțeles al Creatorului

John Wheeler a formulat posibilitatea unei călătorii intergalactice rapide

În același timp, în publicațiile științifice se poate întâlni tot mai mult recunoașterea indirectă sau directă a existenței unor forțe supranaturale dincolo de controlul științei. Numărul de oameni de știință, inclusiv matematicieni proeminenti și fizicieni teoreticieni, care sunt înclinați să admită existența unui anume Demiurg, sau Inteligență Supremă, este în creștere.

Renumit om de știință sovietic, doctor în științe, fizician și matematician O.V. Tupitsyn a dovedit matematic că Universul și, odată cu el, omul, au fost creați de o Minte nemăsurat mai puternică decât cea umană. „Este de netăgăduit că viața, inclusiv viața inteligentă, este întotdeauna un proces strict ordonat”, scrie O. V. Tupitsyn. – Viața se bazează pe ordine, un sistem de legi după care materia se mișcă. Moartea, dimpotrivă, este dezordine, haos și, în consecință, distrugerea materiei. Fără influență externă și influență rezonabilă și intenționată, nicio ordine nu este posibilă - procesul de distrugere începe imediat, adică moartea. Fără a înțelege acest lucru și, prin urmare, fără a recunoaște ideea de Creator, știința nu va fi niciodată destinată să descopere cauza principală a Universului, care a apărut din materia primordială ca urmare a unor procese strict ordonate sau, așa cum le numește fizica, fundamentale. legi. Fundamental înseamnă fundamental și neschimbabil, fără de care existența lumii ar fi complet imposibilă.”

Potrivit opiniilor științifice, la „punctul” inițial nu ar fi trebuit să existe nici spațiu, nici timp. Au apărut abia în momentul Big Bang-ului. În fața lui era doar un mic „punct” situat, strict vorbind, într-un loc necunoscut. În acest „punct”, care nu se știa ce era, întreaga noastră lume, cu toate legile și constantele ei fundamentale, stelele și planetele viitoare, viața și omul era deja întemeiată.

Poate că „punctul” era în mâinile Creatorului undeva într-o altă lume paralelă. Și acest Creator a pus în mișcare mecanismul creării unui nou Univers. Poate că spațiul și timpul nu există deloc pentru Creator. El este capabil să observe simultan toate evenimentele de la începutul până la sfârșitul lumii. El știe tot ce a fost și va fi în Universul nostru, pe care l-a creat într-un scop de neînțeles pentru noi.

Dar este foarte greu pentru o persoană modernă, în special pentru cea crescută în ateism, să includă Creatorul în sistemul viziunii sale asupra lumii. Deci trebuie să credem în „pulsație”, „canale spațiale” și „găuri albe”.

Ce știm despre univers, cum este spațiul? Universul este o lume fără margini, greu de înțeles de mintea umană, care pare ireală și intangibilă. De fapt, suntem înconjurați de materie, nelimitată în spațiu și timp, capabilă să îmbrace diverse forme. Pentru a încerca să înțelegem adevărata scară a spațiului cosmic, cum funcționează Universul, structura universului și procesele de evoluție, va trebui să trecem pragul propriei noastre viziuni asupra lumii, să privim lumea din jurul nostru dintr-un unghi diferit, din interior.

Educația Universului: primii pași

Spațiul pe care îl observăm prin telescoape este doar o parte a Universului stelar, așa-numita Megagalaxie. Parametrii orizontului cosmologic al lui Hubble sunt colosali - 15-20 de miliarde de ani lumină. Aceste date sunt aproximative, deoarece în procesul de evoluție Universul se extinde constant. Expansiunea Universului are loc prin răspândirea elementelor chimice și a radiațiilor cosmice de fond cu microunde. Structura Universului este în continuă schimbare. În spațiu apar clustere de galaxii, obiecte și corpuri ale Universului - acestea sunt miliarde de stele care formează elementele spațiului apropiat - sisteme stelare cu planete și sateliți.

Unde este începutul? Cum a luat ființă Universul? Probabil că vârsta Universului este de 20 de miliarde de ani. Poate că sursa materiei cosmice a fost proto-materia fierbinte și densă, a cărei acumulare a explodat la un moment dat. Cele mai mici particule s-au format ca urmare a exploziei împrăștiate în toate direcțiile și continuă să se îndepărteze de epicentru în timpul nostru. Teoria Big Bang, care domină acum cercurile științifice, descrie cel mai exact formarea Universului. Substanța care a apărut ca urmare a cataclismului cosmic a fost o masă eterogenă formată din particule minuscule instabile care, ciocnindu-se și împrăștiindu-se, au început să interacționeze între ele.

Big Bang-ul este o teorie a originii Universului care explică formarea lui. Conform acestei teorii, a existat inițial o anumită cantitate de materie, care, ca urmare a anumitor procese, a explodat cu o forță colosală, împrăștiind masa mamei în spațiul înconjurător.

După ceva timp, după standardele cosmice - o clipă, după cronologia pământească - milioane de ani, a început etapa de materializare a spațiului. Din ce este făcut Universul? Materia împrăștiată a început să se concentreze în aglomerări, mari și mici, în locul cărora au început să apară ulterior primele elemente ale Universului, mase uriașe de gaze - pepiniere de viitoare stele. În cele mai multe cazuri, procesul de formare a obiectelor materiale în Univers este explicat prin legile fizicii și termodinamicii, dar există o serie de puncte care nu pot fi încă explicate. De exemplu, de ce materia în expansiune este mai concentrată într-o parte a spațiului, în timp ce într-o altă parte a universului materia este foarte rarefiată? Răspunsurile la aceste întrebări pot fi obținute numai atunci când mecanismul de formare a obiectelor spațiale, mari și mici, devine clar.

Acum, procesul de formare a Universului se explică prin acțiunea legilor Universului. Instabilitatea gravitațională și energia în diferite zone au declanșat formarea protostelelor, care, la rândul lor, sub influența forțelor centrifuge și a gravitației, au format galaxii. Cu alte cuvinte, în timp ce materia a continuat și continuă să se extindă, procesele de compresie au început sub influența forțelor gravitaționale. Particulele de nori de gaz au început să se concentreze în jurul unui centru imaginar, formând în cele din urmă o nouă compactare. Materialele de construcție din acest proiect de construcție gigantic sunt hidrogenul molecular și heliul.

Elementele chimice ale Universului sunt materialul de construcție primar din care s-au format ulterior obiectele Universului.

Apoi, legea termodinamicii începe să funcționeze, iar procesele de dezintegrare și ionizare sunt activate. Moleculele de hidrogen și heliu se dezintegrează în atomi, din care se formează miezul unei protostele sub influența forțelor gravitaționale. Aceste procese sunt legile Universului și au luat forma unei reacții în lanț, care au loc în toate colțurile îndepărtate ale Universului, umplând universul cu miliarde, sute de miliarde de stele.

Evoluția Universului: evidențieri

Astăzi, în cercurile științifice există o ipoteză despre natura ciclică a stărilor din care este țesută istoria Universului. Apărând ca urmare a exploziei promaterialului, clusterele de gaze au devenit pepiniere pentru stele, care, la rândul lor, au format numeroase galaxii. Cu toate acestea, după ce a ajuns într-o anumită fază, materia din Univers începe să tindă spre starea sa originală, concentrată, adică. explozia și expansiunea ulterioară a materiei în spațiu este urmată de compresie și revenirea la o stare superdensă, la punctul de plecare. Ulterior, totul se repetă, nașterea este urmată de final și tot așa timp de multe miliarde de ani, la infinit.

Începutul și sfârșitul universului în conformitate cu evoluția ciclică a Universului

Cu toate acestea, omițând subiectul formării Universului, care rămâne o întrebare deschisă, ar trebui să trecem la structura universului. În anii 30 ai secolului XX, a devenit clar că spațiul cosmic este împărțit în regiuni - galaxii, care sunt formațiuni uriașe, fiecare cu propria populație stelară. Mai mult, galaxiile nu sunt obiecte statice. Viteza cu care se îndepărtează galaxiile de centrul imaginar al Universului este în continuă schimbare, fapt dovedit de convergența unora și îndepărtarea altora unele de altele.

Toate procesele de mai sus, din punct de vedere al duratei vieții pământești, durează foarte încet. Din punctul de vedere al științei și al acestor ipoteze, toate procesele evolutive au loc rapid. În mod convențional, evoluția Universului poate fi împărțită în patru etape - ere:

• era hadronului;
• era leptonică;
• era fotonică;
• era stelelor.

Scala de timp cosmică și evoluția Universului, conform căreia apariția obiectelor cosmice poate fi explicată

În prima etapă, toată materia a fost concentrată într-o picătură nucleară mare, constând din particule și antiparticule, combinate în grupuri - hadroni (protoni și neutroni). Raportul dintre particule și antiparticule este de aproximativ 1:1,1. Urmează procesul de anihilare a particulelor și antiparticulelor. Protonii și neutronii rămași sunt blocurile de construcție din care este format Universul. Durata erei hadronului este neglijabilă, doar 0,0001 secunde - perioada de reacție explozivă.

Apoi, după 100 de secunde, începe procesul de sinteză a elementelor. La o temperatură de un miliard de grade, procesul de fuziune nucleară produce molecule de hidrogen și heliu. În tot acest timp, substanța continuă să se extindă în spațiu.

Din acest moment, începe o etapă lungă, de la 300 mii până la 700 mii de ani, de recombinare a nucleelor ​​și electronilor, formând atomi de hidrogen și heliu. În acest caz, se observă o scădere a temperaturii substanței, iar intensitatea radiației scade. Universul devine transparent. Hidrogenul și heliul formate în cantități colosale sub influența forțelor gravitaționale transformă Universul primar într-un șantier uriaș. După milioane de ani, începe era stelară - care este procesul de formare a protostelelor și a primelor protogalaxii.

Această împărțire a evoluției în etape se încadrează în modelul Universului fierbinte, care explică multe procese. Adevăratele cauze ale Big Bang-ului și mecanismul expansiunii materiei rămân neexplicate.

Structura și structura Universului

Era stelară a evoluției Universului începe cu formarea hidrogenului gazos. Sub influența gravitației, hidrogenul se acumulează în aglomerări uriașe. Masa și densitatea unor astfel de clustere sunt colosale, de sute de mii de ori mai mari decât masa galaxiei formate în sine. Distribuția neuniformă a hidrogenului, observată în stadiul inițial al formării universului, explică diferențele de dimensiuni ale galaxiilor rezultate. Megagalaxiile s-au format acolo unde ar trebui să existe acumularea maximă de hidrogen gazos. Acolo unde concentrația de hidrogen a fost nesemnificativă, au apărut galaxii mai mici, asemănătoare cu casa noastră stelară - Calea Lactee.

Versiunea conform căreia Universul este un punct de început-sfârșit în jurul căruia se învârt galaxiile în diferite stadii de dezvoltare

Din acest moment, Universul primește primele sale formațiuni cu limite clare și parametri fizici. Acestea nu mai sunt nebuloase, acumulări de gaz stelar și praf cosmic (produse ale unei explozii), protoclustere de materie stelară. Acestea sunt țări-stele, a căror zonă este uriașă din punctul de vedere al minții umane. Universul devine plin de fenomene cosmice interesante.

Din punct de vedere al justificării științifice și al modelului modern al Universului, galaxiile s-au format mai întâi ca urmare a acțiunii forțelor gravitaționale. A avut loc o transformare a materiei într-un vârtej universal colosal. Procesele centripete au asigurat fragmentarea ulterioară a norilor de gaz în grupuri, care au devenit locul de naștere al primelor stele. Protogalaxiile cu perioade de rotație rapide s-au transformat în timp în galaxii spirale. Acolo unde rotația a fost lentă și s-a observat în principal procesul de comprimare a materiei, s-au format galaxii neregulate, cel mai adesea eliptice. Pe acest fundal, în Univers au avut loc procese mai grandioase - formarea de superclustere de galaxii, ale căror margini sunt în contact strâns unele cu altele.

Superclusterele sunt numeroase grupuri de galaxii și grupuri de galaxii din structura pe scară largă a Universului. În termen de 1 miliard St. Există aproximativ 100 de superclustere de ani de zile

Din acel moment, a devenit clar că Universul este o hartă uriașă, unde continentele sunt grupuri de galaxii, iar țările sunt megagalaxii și galaxii formate cu miliarde de ani în urmă. Fiecare dintre formațiuni este formată dintr-un grup de stele, nebuloase și acumulări de gaz și praf interstelar. Totuși, toată această populație constituie doar 1% din volumul total al formațiunilor universale. Cea mai mare parte a masei și volumului galaxiilor este ocupată de materie întunecată, a cărei natură nu este posibil de determinat.

Diversitatea Universului: clase de galaxii

Datorită eforturilor astrofizicianului american Edwin Hubble, avem acum granițele Universului și o clasificare clară a galaxiilor care îl locuiesc. Clasificarea se bazează pe caracteristicile structurale ale acestor formațiuni gigantice. De ce galaxiile au forme diferite? Răspunsul la aceasta și la multe alte întrebări este dat de clasificarea Hubble, conform căreia Universul este format din galaxii din următoarele clase:

• spirală;
• eliptic;
• galaxii neregulate.

Primele includ cele mai comune formațiuni care umplu universul. Trăsăturile caracteristice ale galaxiilor spirale sunt prezența unei spirale clar definite care se rotește în jurul unui nucleu luminos sau tinde spre o bară galactică. Galaxiile spirale cu un nucleu sunt desemnate S, în timp ce obiectele cu o bară centrală sunt desemnate SB. Din această clasă aparține și galaxia noastră Calea Lactee, în centrul căreia nucleul este împărțit de o punte luminoasă.

O galaxie spirală tipică. În centru, se vede clar un miez cu un pod de la capetele căruia emană brațe spiralate.

Formațiuni similare sunt împrăștiate în tot Universul. Cea mai apropiată galaxie spirală, Andromeda, este un gigant care se apropie rapid de Calea Lactee. Cel mai mare reprezentant al acestei clase cunoscut de noi este galaxia gigantică NGC 6872. Diametrul discului galactic al acestui monstru este de aproximativ 522 de mii de ani lumină. Acest obiect este situat la o distanță de 212 milioane de ani lumină de galaxia noastră.

Următoarea clasă comună de formațiuni galactice sunt galaxiile eliptice. Desemnarea lor în conformitate cu clasificarea Hubble este litera E (eliptică). Aceste formațiuni au formă elipsoidală. În ciuda faptului că există destul de multe obiecte similare în Univers, galaxiile eliptice nu sunt deosebit de expresive. Ele constau în principal din elipse netede care sunt umplute cu grupuri de stele. Spre deosebire de spiralele galactice, elipsele nu conțin acumulări de gaz interstelar și praf cosmic, care sunt principalele efecte optice ale vizualizării unor astfel de obiecte.

Un reprezentant tipic al acestei clase cunoscut astăzi este nebuloasa inel eliptică din constelația Lyra. Acest obiect este situat la o distanță de 2100 de ani lumină de Pământ.

Vedere a galaxiei eliptice Centaurus A prin telescopul CFHT

Ultima clasă de obiecte galactice care populează Universul sunt galaxiile neregulate sau neregulate. Denumirea conform clasificării Hubble este simbolul latin I. Caracteristica principală este o formă neregulată. Cu alte cuvinte, astfel de obiecte nu au forme simetrice clare și modele caracteristice. În forma sa, o astfel de galaxie seamănă cu o imagine a haosului universal, unde grupurile de stele alternează cu nori de gaz și praf cosmic. La scara Universului, galaxiile neregulate sunt un fenomen comun.

La rândul lor, galaxiile neregulate sunt împărțite în două subtipuri:

• Galaxiile neregulate de subtipul I au o structură neregulată complexă, o suprafață mare densă și se disting prin luminozitate. Adesea, această formă haotică a galaxiilor neregulate este o consecință a spiralelor prăbușite. Un exemplu tipic al unei astfel de galaxii este Norul Mare și Micul Magellanic;
• Galaxiile neregulate, neregulate de subtipul II au o suprafață joasă, o formă haotică și nu sunt foarte luminoase. Din cauza scăderii luminozității, astfel de formațiuni sunt greu de detectat în vastitatea Universului.

Marele Nor Magellanic este cea mai apropiată galaxie neregulată de noi. Ambele formațiuni, la rândul lor, sunt sateliți ai Căii Lactee și ar putea în curând (în 1-2 miliarde de ani) să fie absorbite de un obiect mai mare.

Galaxie neregulată Norul Mare de Magellan - un satelit al galaxiei noastre Calea Lactee

În ciuda faptului că Edwin Hubble a clasificat destul de precis galaxiile în clase, această clasificare nu este ideală. Am putea obține mai multe rezultate dacă am include teoria relativității a lui Einstein în procesul de înțelegere a Universului. Universul este reprezentat de o multitudine de forme și structuri diferite, fiecare dintre ele având proprietățile și trăsăturile sale caracteristice. Recent, astronomii au putut descoperi noi formațiuni galactice care sunt descrise ca obiecte intermediare între galaxiile spirale și eliptice.

Calea Lactee este cea mai faimoasă parte a Universului

Două brațe spiralate, situate simetric în jurul centrului, formează corpul principal al galaxiei. Spiralele, la rândul lor, constau din brațe care curg lin unul în celălalt. La joncțiunea brațelor Săgetător și Cygnus se află Soarele nostru, situat la o distanță de 2,62·10¹⁷km de centrul galaxiei Calea Lactee. Spiralele și brațele galaxiilor spirale sunt grupuri de stele a căror densitate crește pe măsură ce se apropie de centrul galactic. Restul masei și volumului spiralelor galactice este materie întunecată și doar o mică parte este reprezentată de gazul interstelar și praful cosmic.

Poziția Soarelui în brațele Căii Lactee, locul galaxiei noastre în Univers

Grosimea spiralelor este de aproximativ 2 mii de ani lumină. Toată această prăjitură stratificată este în continuă mișcare, rotindu-se cu o viteză extraordinară de 200-300 km/s. Cu cât este mai aproape de centrul galaxiei, cu atât viteza de rotație este mai mare. Soarele și Sistemul nostru Solar vor avea nevoie de 250 de milioane de ani pentru a finaliza o revoluție în jurul centrului Căii Lactee.

Galaxia noastră este formată dintr-un trilion de stele, mari și mici, super-grele și medii. Cel mai dens grup de stele din Calea Lactee este Brațul Săgetător. În această regiune se observă luminozitatea maximă a galaxiei noastre. Partea opusă a cercului galactic, dimpotrivă, este mai puțin strălucitoare și greu de distins prin observație vizuală.

Partea centrală a Căii Lactee este reprezentată de un nucleu, ale cărui dimensiuni sunt estimate la 1000-2000 de parsecs. În această regiune cea mai strălucitoare a galaxiei este concentrat numărul maxim de stele, care au clase diferite, căi proprii de dezvoltare și evoluție. Acestea sunt în principal stele vechi super-grele în etapele finale ale secvenței principale. Confirmarea prezenței unui centru îmbătrânit al galaxiei Calea Lactee este prezența în această regiune a unui număr mare de stele neutronice și găuri negre. Într-adevăr, centrul discului spiral al oricărei galaxii spirale este o gaură neagră supermasivă, care, asemenea unui aspirator gigant, aspiră obiecte cerești și materie reală.

O gaură neagră supermasivă situată în partea centrală a Căii Lactee este locul morții tuturor obiectelor galactice.

În ceea ce privește clusterele stelare, oamenii de știință de astăzi au reușit să clasifice două tipuri de clustere: sferice și deschise. Pe lângă grupurile de stele, spiralele și brațele Căii Lactee, ca orice altă galaxie spirală, constau din materie împrăștiată și energie întunecată. Ca o consecință a Big Bang-ului, materia se află într-o stare foarte rarefiată, care este reprezentată de particule de gaz interstelar și de praf. Partea vizibilă a materiei este formată din nebuloase, care la rândul lor sunt împărțite în două tipuri: nebuloase planetare și nebuloase difuze. Partea vizibilă a spectrului nebuloaselor se datorează refracției luminii din stele, care emit lumină în interiorul spiralei în toate direcțiile.

Sistemul nostru solar există în această supă cosmică. Nu, nu suntem singurii din această lume imensă. La fel ca Soarele, multe stele au propriile lor sisteme planetare. Întreaga întrebare este cum să detectăm planete îndepărtate, dacă distanțele chiar și în interiorul galaxiei noastre depășesc durata existenței oricărei civilizații inteligente. Timpul din Univers este măsurat prin alte criterii. Planetele cu sateliții lor sunt cele mai mici obiecte din Univers. Numărul de astfel de obiecte este incalculabil. Fiecare dintre acele stele care se află în intervalul vizibil poate avea propriile sisteme stelare. Putem vedea doar planetele existente cele mai apropiate de noi. Ce se întâmplă în vecinătate, ce lumi există în alte brațe ale Căii Lactee și ce planete există în alte galaxii rămâne un mister.

Kepler-16 b este o exoplaneta langa steaua dubla Kepler-16 din constelatia Cygnus

Concluzie

Având doar o înțelegere superficială a modului în care a apărut Universul și a modului în care acesta evoluează, omul a făcut doar un mic pas spre înțelegerea și înțelegerea dimensiunii universului. Dimensiunea enormă și amploarea cu care se confruntă oamenii de știință astăzi sugerează că civilizația umană este doar un moment în acest pachet de materie, spațiu și timp.

Modelarea Universului în conformitate cu conceptul de prezență a materiei în spațiu, ținând cont de timp

Studiul Universului merge de la Copernic până în zilele noastre. La început, oamenii de știință au pornit de la modelul heliocentric. De fapt, s-a dovedit că spațiul nu are un centru real și toată rotația, mișcarea și mișcarea au loc conform legilor Universului. În ciuda faptului că există o explicație științifică pentru procesele care au loc, obiectele universale sunt împărțite în clase, tipuri și tipuri, niciun corp din spațiu nu este similar cu altul. Dimensiunile corpurilor cerești sunt aproximative, la fel ca și masa lor. Locația galaxiilor, stelelor și planetelor este arbitrară. Chestia este că nu există un sistem de coordonate în Univers. Observând spațiul, facem o proiecție pe întregul orizont vizibil, considerând Pământul nostru ca punct de referință zero. De fapt, suntem doar o particulă microscopică, pierdută în întinderile nesfârșite ale Universului.

Universul este o substanță în care toate obiectele există în strânsă legătură cu spațiul și timpul

Similar cu legătura cu dimensiunea, timpul din Univers ar trebui să fie considerat componenta principală. Originea și vârsta obiectelor spațiale ne permite să creăm o imagine a nașterii lumii și să evidențiem etapele evoluției universului. Sistemul cu care avem de-a face este strâns legat de intervalele de timp. Toate procesele care au loc în spațiu au cicluri - început, formare, transformare și sfârșit, însoțite de moartea unui obiect material și de trecerea materiei într-o altă stare.

Cum s-a transformat într-un spațiu aparent fără sfârșit? Și ce va deveni după multe milioane și miliarde de ani? Aceste întrebări au chinuit (și continuă să chinuie) mintea filozofilor și a oamenilor de știință, se pare, încă de la începutul timpurilor, dând naștere la multe teorii interesante și uneori chiar nebune.

Astăzi, majoritatea astronomilor și cosmologilor au ajuns la un acord general că universul așa cum îl cunoaștem a fost rezultatul unei explozii gigantice care nu numai că a creat cea mai mare parte a materiei, dar a fost sursa legilor fizice de bază conform cărora cosmosul care care ne înconjoară există. Toate acestea se numesc teoria big bang-ului.

Bazele teoriei big bang-ului sunt relativ simple. Astfel, pe scurt, conform acesteia, toată materia care a existat și există acum în univers a apărut în același timp - acum aproximativ 13,8 miliarde de ani. În acel moment, toată materia exista sub forma unei mingi (sau punct) abstracte foarte compacte, cu densitate și temperatură infinite. Această stare a fost numită singularitate. Deodată, singularitatea a început să se extindă și a dat naștere universului pe care îl cunoaștem.

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

Cronologia evenimentelor în teoria Big Bang.

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

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

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

Era singularității.

Cunoscută și sub denumirea de epoca Planck (sau era Planck), este considerată cea mai veche perioadă cunoscută din evoluția universului. În acest moment, toată materia era conținută într-un singur punct de densitate și temperatură infinite. În această perioadă, cred oamenii de știință, efectele cuantice ale interacțiunilor gravitaționale le-au dominat pe cele fizice și nicio forță fizică nu a fost egală ca forță cu gravitația.

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

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

În perioada de la aproximativ 10-36 până la 10-32 de secunde după Big Bang, temperatura universului a devenit suficient de scăzută (1028 K), ceea ce a dus la separarea forțelor electromagnetice (forța puternică) și forța nucleară slabă ( forța slabă).

Epoca inflației.

Odată cu apariția primelor forțe fundamentale în univers, a început epoca inflației, care a durat de la 10-32 de secunde în timpul Planck până la un moment necunoscut în timp. Cele mai multe modele cosmologice sugerează că universul în această perioadă a fost umplut uniform cu energie de înaltă densitate, iar temperaturile și presiunile incredibil de ridicate l-au determinat să se extindă și să se răcească rapid.

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

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

Era răcirii.

Pe măsură ce densitatea și temperatura din interiorul universului au scăzut, energia din fiecare particulă a început să scadă. Această stare de tranziție a durat până când forțele fundamentale și particulele elementare au ajuns la forma lor actuală. Deoarece energia particulelor a scăzut la valori care pot fi obținute astăzi prin experimente, existența reală posibilă a acestei perioade de timp este mult mai puțin controversată în rândul oamenilor de știință.

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

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

În primele minute ale expansiunii universului, a început o perioadă de nucleosinteză (sinteza elementelor chimice), cu temperatura coborând la 1 miliard de kelvin și densitatea de energie scăzând la valori aproximativ echivalente cu cea a aerului, neutronilor și protonii au început să se amestece și să formeze primul izotop stabil de hidrogen (deuteriu) și atomii de heliu Cu toate acestea, majoritatea protonilor din univers au rămas ca nuclee deconectate ale atomilor de hidrogen.

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

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

Epoca structurii (era ierarhică).

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

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

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

Previziuni pe termen lung privind viitorul universului.

Ipotezele conform cărora evoluția universului are un punct de plecare îi conduc în mod natural pe oamenii de știință la întrebări cu privire la posibilul punct final al acestui proces. Doar dacă universul și-a început istoria dintr-un punct mic cu densitate infinită, care brusc a început să se extindă, asta nu înseamnă că și el se va extinde la infinit, sau într-o zi va rămâne fără forță expansivă și va începe procesul invers de compresie. , al cărui rezultat final va fi în continuare același punct infinit de dens?

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

Potrivit primei, numită Big Crunch, universul va atinge dimensiunea maximă și va începe să se prăbușească. Acest scenariu va fi posibil doar dacă densitatea de masă a universului devine mai mare decât densitatea critică în sine. Cu alte cuvinte, dacă densitatea materiei atinge sau crește peste o anumită valoare (1-3x10-26 kg de materie pe m), universul va începe să se contracte.

O alternativă este un alt scenariu, care afirmă că, dacă densitatea din univers este egală cu sau sub valoarea critică a densității, atunci expansiunea sa va încetini, dar nu se va opri niciodată complet. Conform acestei ipoteze, numită „Moartea de căldură a Universului”, expansiunea va continua până când formarea stelelor încetează să consume gazul interstelar din interiorul fiecărei galaxii din jur. Adică, transferul de energie și materie de la un obiect la altul se va opri complet. Toate stelele existente în acest caz se vor arde și se vor transforma în pitice albe, stele neutronice și găuri negre.

Treptat, găurile negre se vor ciocni cu alte găuri negre, ducând la formarea unora din ce în ce mai mari. Temperatura medie a universului se va apropia de zero absolut. Găurile negre se vor „evapora” în cele din urmă, eliberând ultima lor radiație. În cele din urmă, entropia termodinamică din univers va atinge maximul. Moartea prin căldură va avea loc.

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

Există și alte ipoteze privind distribuția energiei întunecate, sau mai exact, tipurile ei posibile (de exemplu, energia fantomă. Potrivit acestora, clusterele galactice, stele, planetele, atomii, nucleele atomice și materia însăși vor fi sfâșiate ca rezultat). a expansiunii sale nesfârșite. O astfel de evoluție a scenariului se numește „Big Rip.” Conform acestui scenariu, cauza morții universului este expansiunea în sine.

Istoria teoriei Big Bang.

Cea mai veche mențiune despre Big Bang datează de la începutul secolului al XX-lea și este asociată cu observațiile spațiului. În 1912, astronomul american Vesto Slifer a făcut o serie de observații ale galaxiilor spirale (care inițial se credeau a fi nebuloase) și le-a măsurat deplasarea către roșu Doppler. În aproape toate cazurile, observațiile au arătat că galaxiile spirale se îndepărtează de Calea Lactee.

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

În 1924, măsurătorile lui Edwin Hubble ale distanței până la o nebuloasă spirală din apropiere au arătat că aceste sisteme erau de fapt galaxii cu adevărat diferite. În același timp, Hubble a început să dezvolte o serie de metrici de scădere a distanței folosind telescopul Hooker de 2,5 metri de la Observatorul Mount Wilson. Până în 1929, Hubble a descoperit o relație între distanță și viteza cu care galaxiile se retrag, care mai târziu a devenit legea lui Hubble.

În 1927, matematicianul, fizicianul și preotul catolic belgian Georges Lemaître a ajuns independent la aceleași rezultate ca și ecuațiile lui Friedmann și a fost primul care a formulat relația dintre distanța și viteza galaxiilor, oferind prima estimare a coeficientului acestei relații. Lemaitre credea că la un moment dat în trecut întreaga masă a universului a fost concentrată într-un punct (atom.

Aceste descoperiri și presupuneri au provocat multe dezbateri în rândul fizicienilor în anii 20 și 30, dintre care majoritatea credeau că universul se află într-o stare staționară. Conform modelului care a fost stabilit la acea vreme, s-a creat o nouă materie odată cu expansiunea infinită a universului, distribuită uniform și egal în densitate pe toată întinderea sa. Printre oamenii de știință care au susținut-o, ideea big bang părea mai mult teologică decât științifică. Lemaitre a fost criticat pentru că este părtinitor pe baza prejudecăților religioase.

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

1. Epoca singularității (Planckian). Este considerat a fi primar, ca fiind perioada de evoluție timpurie a Universului. Materia era concentrată într-un punct, care avea propria temperatură și densitate infinită. Oamenii de știință susțin că această eră este caracterizată de dominația efectelor cuantice aparținând interacțiunii gravitaționale asupra celor fizice și nici o singură forță fizică care a existat în acele vremuri îndepărtate nu a fost identică ca forță cu gravitația, adică nu a fost egală cu aceasta. Durata erei Planck este concentrată în intervalul de la 0 la 10-43 de secunde. A primit acest nume deoarece numai timpul Planck i-a putut măsura pe deplin întinderea. Acest interval de timp este considerat a fi foarte instabil, ceea ce, la rândul său, este strâns legat de temperatura extremă și densitatea nelimitată a materiei. În urma erei singularității, a avut loc o perioadă de expansiune și, odată cu ea, răcirea, care a dus la formarea forțelor fizice de bază.

Cum s-a născut Universul. Naștere la rece

Ce s-a întâmplat înainte de Univers? Modelul Universului „Adormit”.

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

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

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

„De asemenea, presupune că Universul nostru are un nivel scăzut de entropie, dar nu explică de ce este așa.”

Cu toate acestea, Hinterbichler, un fizician teoretician la Case Western Reserve University, nu vede apariția unei entropii scăzute ca o problemă.

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

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

Cum a apărut Universul din nimic. Cum funcționează Universul

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

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

Cum a apărut viața pe Pământ. Viața pe Pământ

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

Șansele ca viața pe Pământ să apară complet spontan și întâmplător par foarte mici. Șansele ca exact aceeași viață să apară într-un alt loc sunt incredibil de mici și practic egale cu zero. Există însă posibile răspunsuri la aceste întrebări, pe care astronomii englezi Fred Hoyle și Chandra Wickramasinghe le-au conturat în cartea lor neobișnuită, scrisă în 1979, Life cloud.

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

Video Cum a apărut Universul

Cum a apărut Universul din nimic. Naștere la rece

Totuși, calea către o astfel de unificare poate fi gândită la nivel calitativ și aici apar perspective foarte interesante. Unul dintre ei a fost considerat de celebrul cosmolog, profesor la Universitatea din Arizona Lawrence Krauss în cartea sa recent publicată „A Universe From Nothing”. Ipoteza lui pare fantastic, dar nu contrazice deloc legile stabilite ale fizicii.

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

Întrebarea cum a luat ființă Universul i-a îngrijorat întotdeauna pe oameni. Acest lucru nu este surprinzător, pentru că toată lumea vrea să-și cunoască originile. Oamenii de știință, preoții și scriitorii se luptă cu această întrebare de câteva milenii. Această întrebare excită mintea nu numai a specialiștilor, ci și a oricărei persoane obișnuite. Cu toate acestea, merită să spunem imediat că nu există un răspuns 100% la întrebarea cum a luat ființă Universul. Există doar o teorie care este susținută de majoritatea oamenilor de știință.

• Aici o vom analiza.

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

În 1929, datorită astronomului american Hubble, oamenii de știință au revenit la problema rădăcinilor Universului. Cert este că Hubble a demonstrat că galaxiile care alcătuiesc Universul se mișcă constant. Pe lângă mișcare, ele pot crește, ceea ce înseamnă că Universul crește. Și dacă crește, se dovedește că a existat cândva o etapă în care a început această creștere. Aceasta înseamnă că Universul are un început.

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

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

Big bang. Probleme model și rezolvarea lor

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

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

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

1. Teoria standard Big Bang sugerează debutul inflației într-un stadiu foarte incipient al evoluției Universului. Dar atunci problema singularității nu este rezolvată.
2. A doua posibilitate este apariția Universului din haos. Părți diferite ale acestuia au avut temperaturi diferite, astfel încât compresia a avut loc în unele locuri, iar expansiunea a avut loc în altele. Inflația ar fi avut loc într-o regiune a Universului care era supraîncălzită și în expansiune. Dar nu este clar de unde a venit haosul primar.
3. A treia opțiune este calea mecanică cuantică, prin care a apărut un pâlc de materie supraîncălzită și în expansiune. De fapt, Universul a luat ființă din nimic.

Metodele științifice în studierea Universului au dus la formarea unor concepte clare și bazate pe dovezi ale originii sale, dar nu toată lumea a fost de acord cu acestea.

Cele două războaie mondiale nu numai că au adus durere și moarte, dar au contribuit și la dezvoltarea dramatică a tehnologiei și a cunoștințelor științifice, care, la rândul lor, au permis oamenilor de știință să caute mai adânc în cutia Pandorei în căutarea răspunsurilor la întrebările lor. Aceasta a fost urmată de un adevărat boom al teoriilor, ipotezelor și opiniilor despre originea Universului, dar vor ajunge vreodată la un numitor comun?

Teoriile științifice moderne

Astăzi, majoritatea comunității științifice ia teoria Big Bang ca bază pentru studiul Universului (și nu, nu vorbim despre serie), dar este departe de a fi perfectă.

Începutul teoriilor moderne despre originea și formarea Universului a fost pus de unul dintre cei mai mari oameni de știință ai secolului al XX-lea. - . În cadrul binecunoscutei teorii a relativității, el a lucrat la așa-numitele ecuații. Combinate într-un singur sistem, ele reprezentau o descriere a fenomenului cosmic fundamental - gravitația. Cu toate acestea, a existat o eroare în modelul Universului creat de Einstein. El a introdus constanta cosmologică în ecuație, reprezentată de litera greacă lambda (Λ). Aici, o eroare sa strecurat în ideile inițiale ale marelui om de știință despre Univers: el și-a asumat natura staționară a Universului. Mai târziu, Einstein și-a schimbat punctul de vedere, dar lambda a rămas în ecuație ca mărime opțională, amintind că până și cele mai mari minți ale omenirii sunt dependente de dezvoltarea tehnologiei.

Albert Einstein. janeb13/pixabay.com (CC0 1.0)

Țestoasa și elefanții care stau pe ea sunt un lucru din trecut - știința a avansat cu salturi și limite. După cum a susținut omul de știință rus Vernadsky la începutul secolului al XX-lea, există un element care nu este niciodată luat în considerare atunci când studiem universul - noosfera. Ea, în mintea omului de știință, reprezintă mintea umanității în totalitatea ei. Viața științifică de-a lungul istoriei existenței sale a șters granițele, contopindu-se într-un singur organism: teorii, opinii și opinii ale oamenilor de știință din întreaga lume au fost publicate pe paginile revistelor internaționale. Într-una dintre ele, în 1922, a fost publicată lucrarea matematicianului sovietic Alexander Fridman, în care a pus bazele teoriilor despre modelele non-staționare ale Universului. Omul de știință a respins ideea caracterului finit al spațiului cosmic și s-a confruntat cu critici din partea lui Einstein, dar valoarea cunoștințelor științifice a prevalat, iar conceptul lui Friedman a fost considerat adevărat în această etapă. Ulterior a fost confirmată de descoperirea unei deplasări către roșu (o scădere a frecvenței radiațiilor cauzată de îndepărtarea surselor sale) Edwin Hubble.

O sută de ani mai târziu, munca ambilor oameni de știință a stat la baza modelului cosmologic modern ΛCDM, unde lambda este o variabilă pentru materia întunecată recent descoperită.

Lambda-Materia întunecată rece, expansiunea accelerată a universului, Big Bang-inflația (cronologia universului) Design: Alex Mittelmann, Coldcreation / wikimedia.org (CC BY-SA 3.0)

Următorul pas în formarea teoriei Big Bang a fost dezvoltarea științei după cel de-al Doilea Război Mondial. om de știință sovietic Gheorghi Antonovici Gamov, forțat să emigreze în SUA din cauza unei neînțelegeri a poziției sale în patria sa și a unui conflict cu comunitatea științifică a Academiei de Științe (a fost exmatriculat în 1938), a propus teoria unui univers fierbinte. În opinia sa, originea Universului a început cu o stare „fierbinte”, a cărei confirmare ar fi trebuit să fie la acel moment radiația teoretică cu microunde (relicte) - ecourile termice ale Big Bang-ului, ajungând încă până la noi. Teoria lui Gamow s-a născut în 1946, a fost prezentată în 1948, dar a fost confirmată abia în 1965. Nu este de mirare că s-a confruntat cu critici, dar absența ei a fost cea care ar putea duce la cea mai proastă situație pentru om de știință - uitarea. Pentru conceptele științifice, poate fi vitală nu numai recunoașterea, ci și controversa care a izbucnit împotriva lor. Este demn de remarcat faptul că Gamow a fost implicat activ în popularizarea științei și și-a scris lucrările într-un limbaj accesibil, încercând să atragă atenția oamenilor asupra nesfârșitului Univers întunecat.

Teoriile unui univers staționar

Ca răspuns la teoria emergentă, s-au auzit exclamații puternice din tribunele astronomului britanic Fred Hoyle, care, împreună cu colegii săi, a aderat la teoriile universului staționar. Potrivit fundamentelor sale, nu există un singur punct de formare sau „explozie”, iar expansiunea Universului are loc ca urmare a formării materiei între galaxii. Știința știe și cum să glumească: când și-a prezentat conceptul în 1949, Hoyle, încercând să vină cu un nume disprețuitor pentru teoria oponenților săi, a creat de fapt o astfel de frază memorabilă - „Big Bang”.

După cum sa menționat mai sus, în 1965 teoria a dobândit cea de-a doua componentă a dovezii a acceptabilității sale (prima a fost deplasarea la roșu) după ce a fost confirmată existența radiației cosmice de fond cu microunde.

S-ar părea că acum teoria Big Bang ar fi trebuit să devină dominantă în rândul comunității științifice, dar totul s-a dovedit diferit.

Arhiva RIA Novosti, imagine #25981 / Vladimir Fedorenko / (CC BY 3.0)

Teoria Universului Rece

Teoria Universului rece propusă de oamenii de știință sovietici Andrei Saharov și Yakov Zeldovich nu a putut rezista „teoriei fierbinți”, dar nu toate legile care stau la baza acesteia și-au pierdut sensul. Există lacune în teoria Big Bang, de exemplu în ceea ce privește starea Universului în momentul inițial al exploziei (singularitatea cosmologică), care poate fi umplută de „fratele său rece”.

Încercările de a umple golurile rămase și de a dezasambla fiecare element al realității bucată cu piesă au dus la apariția teoria corzilor. Ideea sa de bază este că cea mai mică particulă fundamentală, quarcul, este alcătuită din modele de energie care vibrează ca o sfoară. Chiar dacă teoria corzilor se bazează pe teoria Big Bang, ea a dat naștere la multe noi moduri de a privi realitatea. La urma urmei, răspunsul la cea mai importantă întrebare nu a fost dat: Cum s-a întâmplat ca viața să aibă originea în Universul nostru?

De exemplu, unii oameni de știință cred că lumea noastră nu este singura, ci una dintre multele părți multivers. Această teorie presupune că vedem doar o parte a realității, în timp ce elementele rămase ale spațiului multidimensional sunt ascunse de ochii vigilenți ai oamenilor de știință. De asemenea, conform ipotezei multiversului, fiecare univers are propriul său set de constante, cantități fizice și caracteristici, a căror combinație ar putea duce la apariția vieții într-una dintre ele - a noastră.

Teoriile creează noi teorii

Înflorirea nesfârșită a gândirii științifice nu poate fi oprită. Apariția vieții, bazată pe ipotezele multiversului și a teoriei corzilor, sugerează că cineva și-a dat seama de condițiile necesare până la cel mai mic detaliu, ca să spunem așa, a produs „ajustarea fină a universului”.

Pe lângă teoria multiversului, bazată pe „tuning”, au apărut două opinii specifice despre originea Universului.

Prima dintre ele ne duce înapoi în trecutul îndepărtat. Potrivit unui număr de oameni de știință care nu sunt deosebit de populari în comunitatea științifică, Universul a fost creat de un creator inteligent: Dumnezeu, Diavolul, Buddha sau doar un programator Vasya, nu contează atât de mult. Acest aspect se numește "design inteligent"și marca „pseudosștiințifică”.