Твитнуть
Сергей ЛЕСКОВ
Физики "нащупали" пятое состояние материи
Большой и нужный взрыв
Очень долго политики интересовались Вселенной только применительно к конкурсу "Мисс Вселенная". Но теперь президент США увязывает свои амбиции с программой изучения далекого космоса. Президент России недавно на заседании Государственного совета, призывая сделать космические исследования стратегическим направлением, проявил завидную осведомленность в астрофизике, объявив, что через несколько миллиардов лет Солнце неминуемо погаснет. Это правда, и никакие политические подвиги и радения отдалить это событие не смогут. Тем не менее, по информации "Известий", президент России в приватном порядке прослушал курс лекций по космологии, теории Большого взрыва и истории Вселенной. Чем притягательна для политика далекая от земных реалий звездная и заоблачная тема?
Темные века в "черной дыре"
Вселенная состоит из сотен миллиардов галактик, и в каждой галактике десятки миллиардов звезд. На каждого обитателя Земли приходится по миллиарду звезд, что значительно расширяет возможности маленького принца Экзюпери, который скромно довольствовался всего одной планетой. Состояние Вселенной наиболее полно описывается теорией Александра Фридмана, рано умершего советского физика, который нашел смелость поправить теорию Эйнштейна. Но как возникла Вселенная? Будет ли она расти вечно? И умрет ли, чтобы навсегда оборвать ход времени?
Рождение Вселенной произошло около 14 миллиардов лет назад, когда случился Большой взрыв. Как ни трудно это представить, до этого момента не было ничего. Не было времени. Не было размеров. Вселенная была не просто мала, они была сжата в ничто. Но заточенная в нуле Вселенная была бесконечно горячей. По неизвестной причине произошел Большой взрыв - энергия стала превращаться в свет и материю. Свет, рожденный через миллионную долю секунды после Большого взрыва, мы видим до сих пор. Этот свет называется реликтовым излучением, за его открытие в 2006 году присуждена Нобелевская премия. Телескоп "Хаббл", самый совершенный прибор в истории науки, заглядывает в прошлое на 12 миллиардов лет. Можно сказать, что каждый телескоп - это машина времени, каждый астроном - посланник из прошлого.
Температура излучения по мере расширения снижалась. Как и в истории Земли, в истории Вселенной было множество периодов. Только длились они не века, а миллионные доли секунды - адронная и лептонная эры, эпоха горячего и холодного бариосинтеза, эпоха нуклеосинтеза, эра излучения и эпоха рекомбинации. Через секунду после Большого взрыва температура упала до 10 тысяч миллионов градусов, как в водородной бомбе. Через 100 секунд - до 1 тысячи миллионов градусов, как в звездах. При такой температуре протоны и нейтроны начинают объединяться. Но лишь через 3 минуты после Большого взрыва образовались первые ядра водорода и гелия. Через несколько часов формирование ядер прекратилось, и сотни миллионы лет Вселенная просто расширялась. До рождения первой звезды прошел еще миллиард лет. В космологии эти времена называются "темными веками".
Наша планета Земля находится в галактике, которая называется Млечный путь. До ближайшей галактики Андромеды свет идет 2 миллиона лет. Разбегаемся мы друг от друга со скоростью 1,5 миллиона километров в час. Это еще маленькая скорость. Потому что на окраине скорость расширения Вселенной значительно выше - 1 миллиард километров в час. Наше Солнце - совсем небольшая звезда на задворках Вселенной. Солнце в 10 раз меньше и в 20 раз холоднее первых звезд.
Если Вселенная будет расширяться вечно, она остынет и умрет. Погаснет наше Солнце, звезды превратятся в жидкий и холодный суп. Галактики миллиард за миллиардом будут бесследно проваливаться в "черные дыры". Есть ли эликсир жизни для Вселенной? Вопрос усложняется тем, что науке известна природа лишь 5% вещества, из которого состоит Вселенная. Эти 5% мы видим вокруг и сами из него сделаны. Остальное суть великая тайна. Но единственная возможность частичного замедления скорости расширения Вселенной - существование загадочной "темной материи", природа которой неизвестна. По расчетам, Вселенная должна состоять из нее на 25%. Еще 70% энергии Вселенной приходится на столь же таинственную, возникающую из пустоты "темную энергию", которая расталкивает галактики. Поистине темна вода в облацех. Обнаружить всю эту темноту наука пока не может, хотя подбирается в тончайших экспериментах. Если получится, это будет величайшим открытием и решит вопрос о будущем Вселенной.
Но если нашей Вселенной грозит тепловая смерть, то нельзя ли добраться, вроде перелета с планеты на планету, до другой Вселенной? Вообще, существуют ли другие Вселенные и не случалось ли других Больших взрывов? Из общей теории относительности следует возможность существования пространственно-временных тоннелей и перехода в другие Вселенные. Но эти возможности закрыты для материи в обычном понимании, и никакой гений изобретательства здесь не поможет.
Эйнштейн верил и не верил...
Все современные теории о происхождении Вселенной в основе имеют общую теорию относительности Эйнштейна. Был ли самый знаменитый ученый всех времен и народов верующим человеком? Однажды, рассуждая о том, что законы, по которым живет Вселенная, в принципе непредсказуемы и носят случайный характер, Эйнштейн удивленно воскликнул: "Неужели Бог играет в кости?" Но кого он имел в виду? В 1921 году Эйнштейн получил телеграмму от нью-йоркского раввина Герберта Гольдштейна: "Верите ли вы в Бога тчк оплаченный ответ 50 слов". Эйнштейн уложился в 24 слова: "Я верю в Бога Спинозы, который проявляет себя в закономерной гармонии бытия, но вовсе не в Бога, который хлопочет о судьбах и делах людей". Проще говоря, Богом для Эйнштейна была природа.
Четыре вечные загадки
Всемирно знаменитый физик Стивен Хокинг, который занимает в Кембридже ту же кафедру, что занимал Ньютон, сформулировал 4 принципиальных вопроса, на которые современная космология не знает ответа.
1. Почему ранняя Вселенная была такой горячей?
2. Почему Вселенная однородна и одинакова в больших масштабах, если информация между частями Вселенной не передается?
3. Почему Вселенная начала расширяться с критической скоростью, только благодаря которой не произошло ее повторное сжатие, и почему она до сих пор продолжает расширяться примерно с той же скоростью?
4. Что было причиной флуктуаций в плотности вещества, которые привели к образованию звезд и галактик?
Как Бог запустил Вселенную
Как возникла Вселенная. Схема
Проблема возникновения Вселенной занимала людей еще до появления современной науки. В основе интереса - желание дойти до первопричины всего сущего. И вывести из этой первопричины все наблюдаемые нами следствия. В Библии, кстати, указана даже точная дата сотворения мира - 5 тысяч лет до нашей эры. Историческое обоснование этой даты может быть в том, что она примерно соответствует последнему ледниковому периоду - 10 тысяч лет до нашей эры. В V веке н.э. автор "Христианской науки" Блаженный Августин указывал, что до возникновения Вселенной понятие времени лишено смысла, что удивительным образом совпадает с представлениями современной науки. Августин писал, что Бог создал и Вселенную, и время, поэтому до рождения Вселенной времени не было.
Иммануил Кант в "Критике чистого разума" составил перечень антимоний, главной из которых было противоречие между началом Вселенной и бесконечным периодом времени, который должен предшествовать этому началу. Почему тогда Вселенная возникла в какой-то определенный момент времени? Проще подходили к проблеме древние греки: великие мудрецы Платон и Аристотель считали, что мир неизменен и существует вечно, но лишь иногда в нем случаются катастрофы, которые отбрасывают человечество назад. Надо сказать сразу, что наука уже сто лет категорически отрицает возможность существования стационарной и неподвижной Вселенной просто по той причине, что она была бы нестабильной. Это вроде велосипеда, который не может стоять на месте.
Одним из создателей теории Большого взрыва был бельгийский священник Жорж Леметр, впоследствии президент Папской академии наук. Отец Леметр сформулировал свою теорию после посещения в конце 1920-х годов лаборатории Маунт-Вилсон в Калифорнии, где астроном Эдвин Хаббл (его именем назван современный телескоп) обнаружил, что галактики стремительно, как осколки гранаты, удаляются друг от друга. То есть раньше галактики были стянуты в одно место, а потом Вселенная по непонятной причине стала расширяться. "Становление мира, - писал Леметр, - можно сравнить с отгорающим залпом фейерверка. Мы стоим на остывшей лаве и смотрим, как медленно гаснут солнца". Но кто вынул пробку и выпустил галактического джинна из бутылки?
Масштаб Вселенной. Схема
Сегодня космология, наука о происхождении и развитии Вселенной, является едва ли не единственной областью, где возможно сотрудничество науки и религии. Можно бы обидеться за Бога, что ему находится место только в космологии, но именно она является верховной в Храме науки. "Признание Большого взрыва облагородило облик Бога!" - иронически заметил папа Иоанн Павел II. Позиция Церкви сейчас состоит в том, что эволюцию Вселенной (и эволюцию живой природы) после Большого взрыва изучать можно, но в сам Большой взрыв вторгаться не следует, потому что это акт Сотворения. То есть картина ясна, а причина по-прежнему непонятна. Наука кивает: для начала Вселенной нет никакой физической необходимости, и Сотворение может быть отнесено к любому моменту. Однако из всех теорий следует, что если Бог и запустил Вселенную, то предвидеть в деталях, как она будет развиваться, он не мог. Или, тоже вариант, не хотел предвидеть. Рождение Вселенной из пустоты и ее движение в пустоту приводит ученых к парадоксальной формулировке: Бог есть Ничто.
Физики "нащупали" пятое состояние материи
Большой и нужный взрыв
Очень долго политики интересовались Вселенной только применительно к конкурсу "Мисс Вселенная". Но теперь президент США увязывает свои амбиции с программой изучения далекого космоса. Президент России недавно на заседании Государственного совета, призывая сделать космические исследования стратегическим направлением, проявил завидную осведомленность в астрофизике, объявив, что через несколько миллиардов лет Солнце неминуемо погаснет. Это правда, и никакие политические подвиги и радения отдалить это событие не смогут. Тем не менее, по информации "Известий", президент России в приватном порядке прослушал курс лекций по космологии, теории Большого взрыва и истории Вселенной. Чем притягательна для политика далекая от земных реалий звездная и заоблачная тема?
Темные века в "черной дыре"
Вселенная состоит из сотен миллиардов галактик, и в каждой галактике десятки миллиардов звезд. На каждого обитателя Земли приходится по миллиарду звезд, что значительно расширяет возможности маленького принца Экзюпери, который скромно довольствовался всего одной планетой. Состояние Вселенной наиболее полно описывается теорией Александра Фридмана, рано умершего советского физика, который нашел смелость поправить теорию Эйнштейна. Но как возникла Вселенная? Будет ли она расти вечно? И умрет ли, чтобы навсегда оборвать ход времени?
Рождение Вселенной произошло около 14 миллиардов лет назад, когда случился Большой взрыв. Как ни трудно это представить, до этого момента не было ничего. Не было времени. Не было размеров. Вселенная была не просто мала, они была сжата в ничто. Но заточенная в нуле Вселенная была бесконечно горячей. По неизвестной причине произошел Большой взрыв - энергия стала превращаться в свет и материю. Свет, рожденный через миллионную долю секунды после Большого взрыва, мы видим до сих пор. Этот свет называется реликтовым излучением, за его открытие в 2006 году присуждена Нобелевская премия. Телескоп "Хаббл", самый совершенный прибор в истории науки, заглядывает в прошлое на 12 миллиардов лет. Можно сказать, что каждый телескоп - это машина времени, каждый астроном - посланник из прошлого.
Температура излучения по мере расширения снижалась. Как и в истории Земли, в истории Вселенной было множество периодов. Только длились они не века, а миллионные доли секунды - адронная и лептонная эры, эпоха горячего и холодного бариосинтеза, эпоха нуклеосинтеза, эра излучения и эпоха рекомбинации. Через секунду после Большого взрыва температура упала до 10 тысяч миллионов градусов, как в водородной бомбе. Через 100 секунд - до 1 тысячи миллионов градусов, как в звездах. При такой температуре протоны и нейтроны начинают объединяться. Но лишь через 3 минуты после Большого взрыва образовались первые ядра водорода и гелия. Через несколько часов формирование ядер прекратилось, и сотни миллионы лет Вселенная просто расширялась. До рождения первой звезды прошел еще миллиард лет. В космологии эти времена называются "темными веками".
Наша планета Земля находится в галактике, которая называется Млечный путь. До ближайшей галактики Андромеды свет идет 2 миллиона лет. Разбегаемся мы друг от друга со скоростью 1,5 миллиона километров в час. Это еще маленькая скорость. Потому что на окраине скорость расширения Вселенной значительно выше - 1 миллиард километров в час. Наше Солнце - совсем небольшая звезда на задворках Вселенной. Солнце в 10 раз меньше и в 20 раз холоднее первых звезд. Если Вселенная будет расширяться вечно, она остынет и умрет. Погаснет наше Солнце, звезды превратятся в жидкий и холодный суп. Галактики миллиард за миллиардом будут бесследно проваливаться в "черные дыры". Есть ли эликсир жизни для Вселенной? Вопрос усложняется тем, что науке известна природа лишь 5% вещества, из которого состоит Вселенная. Эти 5% мы видим вокруг и сами из него сделаны. Остальное суть великая тайна. Но единственная возможность частичного замедления скорости расширения Вселенной - существование загадочной "темной материи", природа которой неизвестна. По расчетам, Вселенная должна состоять из нее на 25%. Еще 70% энергии Вселенной приходится на столь же таинственную, возникающую из пустоты "темную энергию", которая расталкивает галактики. Поистине темна вода в облацех. Обнаружить всю эту темноту наука пока не может, хотя подбирается в тончайших экспериментах. Если получится, это будет величайшим открытием и решит вопрос о будущем Вселенной.
Но если нашей Вселенной грозит тепловая смерть, то нельзя ли добраться, вроде перелета с планеты на планету, до другой Вселенной? Вообще, существуют ли другие Вселенные и не случалось ли других Больших взрывов? Из общей теории относительности следует возможность существования пространственно-временных тоннелей и перехода в другие Вселенные. Но эти возможности закрыты для материи в обычном понимании, и никакой гений изобретательства здесь не поможет.
Эйнштейн верил и не верил...
Все современные теории о происхождении Вселенной в основе имеют общую теорию относительности Эйнштейна. Был ли самый знаменитый ученый всех времен и народов верующим человеком? Однажды, рассуждая о том, что законы, по которым живет Вселенная, в принципе непредсказуемы и носят случайный характер, Эйнштейн удивленно воскликнул: "Неужели Бог играет в кости?" Но кого он имел в виду? В 1921 году Эйнштейн получил телеграмму от нью-йоркского раввина Герберта Гольдштейна: "Верите ли вы в Бога тчк оплаченный ответ 50 слов". Эйнштейн уложился в 24 слова: "Я верю в Бога Спинозы, который проявляет себя в закономерной гармонии бытия, но вовсе не в Бога, который хлопочет о судьбах и делах людей". Проще говоря, Богом для Эйнштейна была природа.
Четыре вечные загадки
Всемирно знаменитый физик Стивен Хокинг, который занимает в Кембридже ту же кафедру, что занимал Ньютон, сформулировал 4 принципиальных вопроса, на которые современная космология не знает ответа.
1. Почему ранняя Вселенная была такой горячей?
2. Почему Вселенная однородна и одинакова в больших масштабах, если информация между частями Вселенной не передается?
3. Почему Вселенная начала расширяться с критической скоростью, только благодаря которой не произошло ее повторное сжатие, и почему она до сих пор продолжает расширяться примерно с той же скоростью?
4. Что было причиной флуктуаций в плотности вещества, которые привели к образованию звезд и галактик?
Как Бог запустил Вселенную
Как возникла Вселенная. Схема
Проблема возникновения Вселенной занимала людей еще до появления современной науки. В основе интереса - желание дойти до первопричины всего сущего. И вывести из этой первопричины все наблюдаемые нами следствия. В Библии, кстати, указана даже точная дата сотворения мира - 5 тысяч лет до нашей эры. Историческое обоснование этой даты может быть в том, что она примерно соответствует последнему ледниковому периоду - 10 тысяч лет до нашей эры. В V веке н.э. автор "Христианской науки" Блаженный Августин указывал, что до возникновения Вселенной понятие времени лишено смысла, что удивительным образом совпадает с представлениями современной науки. Августин писал, что Бог создал и Вселенную, и время, поэтому до рождения Вселенной времени не было.
Иммануил Кант в "Критике чистого разума" составил перечень антимоний, главной из которых было противоречие между началом Вселенной и бесконечным периодом времени, который должен предшествовать этому началу. Почему тогда Вселенная возникла в какой-то определенный момент времени? Проще подходили к проблеме древние греки: великие мудрецы Платон и Аристотель считали, что мир неизменен и существует вечно, но лишь иногда в нем случаются катастрофы, которые отбрасывают человечество назад. Надо сказать сразу, что наука уже сто лет категорически отрицает возможность существования стационарной и неподвижной Вселенной просто по той причине, что она была бы нестабильной. Это вроде велосипеда, который не может стоять на месте.
Одним из создателей теории Большого взрыва был бельгийский священник Жорж Леметр, впоследствии президент Папской академии наук. Отец Леметр сформулировал свою теорию после посещения в конце 1920-х годов лаборатории Маунт-Вилсон в Калифорнии, где астроном Эдвин Хаббл (его именем назван современный телескоп) обнаружил, что галактики стремительно, как осколки гранаты, удаляются друг от друга. То есть раньше галактики были стянуты в одно место, а потом Вселенная по непонятной причине стала расширяться. "Становление мира, - писал Леметр, - можно сравнить с отгорающим залпом фейерверка. Мы стоим на остывшей лаве и смотрим, как медленно гаснут солнца". Но кто вынул пробку и выпустил галактического джинна из бутылки?
Масштаб Вселенной. Схема
Сегодня космология, наука о происхождении и развитии Вселенной, является едва ли не единственной областью, где возможно сотрудничество науки и религии. Можно бы обидеться за Бога, что ему находится место только в космологии, но именно она является верховной в Храме науки. "Признание Большого взрыва облагородило облик Бога!" - иронически заметил папа Иоанн Павел II. Позиция Церкви сейчас состоит в том, что эволюцию Вселенной (и эволюцию живой природы) после Большого взрыва изучать можно, но в сам Большой взрыв вторгаться не следует, потому что это акт Сотворения. То есть картина ясна, а причина по-прежнему непонятна. Наука кивает: для начала Вселенной нет никакой физической необходимости, и Сотворение может быть отнесено к любому моменту. Однако из всех теорий следует, что если Бог и запустил Вселенную, то предвидеть в деталях, как она будет развиваться, он не мог. Или, тоже вариант, не хотел предвидеть. Рождение Вселенной из пустоты и ее движение в пустоту приводит ученых к парадоксальной формулировке: Бог есть Ничто.
95% Вселенной состоит неизвестно из чего
Забытый соперник Большого взрыва
Найдено место для Бога
Модели эволюции Вселенной
Комментарий