Две точки зрения на устройство вселенной кратко естествознание
Обновлено: 05.07.2024
Как появилась Вселенная, которую мы знаем? И как мы объясним ее происхождение? Несомненно, все остальные свидетельства и данные, собранные за эти годы космологами, указывают на то, что все это могло начаться с "большого взрыва". Но что, если есть еще?
В 1927 году бельгийский астроном Жорж Леметр стал первым, кто предложил теорию расширяющейся Вселенной (позже подтвержденную Эдвином Хабблом). Он предположил, что расширяющаяся Вселенная может быть прослежена до особой точки, которую он назвал "первичным атомом", назад во времени. Это заложило основу современной теории Большого Взрыва.
Что такое теория большого взрыва?
Теория Большого взрыва - это объяснение, основанное в основном на математических моделях, того, как и когда возникла Вселенная.
Космологическая модель Вселенной, описанная в теории Большого взрыва, объясняет, как она первоначально расширилась из состояния бесконечной плотности и температуры, известного как изначальная (или гравитационная) сингулярность. За этим расширением последовала космическая инфляция и резкое падение температуры. Во время этой фазы Вселенная раздувалась с гораздо большей скоростью, чем скорость света (в 10 26 раз).
Впоследствии Вселенная была разогрета до такой степени, что элементарные частицы (кварки, лептоны и так далее) до постепенного понижения температуры (и плотности) привели к образованию первых протонов и нейтронов.
Через несколько минут после расширения протоны и нейтроны объединяются, образуя первичные ядра водорода и гелия-4. Предполагаемый радиус наблюдаемой Вселенной в течение этой фазы составлял 300 световых лет. Первые звезды и галактики появились примерно через 400 миллионов лет после этого события.
Важнейшим элементом модели Большого Взрыва является космическое сверхвысокочастотное фоновое излучение (Реликтовое излучение), представляющий собой электромагнитное излучение, оставшееся со времен зарождения Вселенной. Реликтовое излучение остается самым убедительным доказательством большого взрыва.
Хотя теория остается широко признанной во всем научном спектре, несколько альтернативных объяснений - таких, как стационарная Вселенная и вечная инфляция, приобрели привлекательность с годами.
7. Теория вечной инфляции
Понятие инфляции было введено космологом Аланом Гутом в 1979 году, чтобы объяснить, почему Вселенная плоская, чего не хватало в первоначальной теории Большого взрыва.
Хотя идея Гута об инфляции объясняет плоскую Вселенную, она создала сценарий, который не позволяет Вселенной избежать этой инфляции. Если бы это было так, не произошло бы повторного нагрева Вселенной, равно как и образования звезд и галактик.
Теория утверждает, что инфляционная фаза Вселенной продолжается вечно; это не конец для Вселенной в целом. Другими словами, космическая инфляция продолжается в одних частях Вселенной и прекращается в других. Это приводит к сценарию мультивселенной, в котором пространство разбивается на пузыри. Это как вселенная внутри вселенной.
В мультивселенной в разных вселенных могут действовать разные законы природы, физики. Итак, вместо единого расширяющегося космоса наша Вселенная могла бы быть инфляционной мультивселенной с множеством маленьких вселенных с различными свойствами.
6. Конформная циклическая модель
Роджер Пенроуз, 6 ноября 2005 года
Модель конформной циклической космологии (англ. conformal cyclic cosmology или CCC) предполагает, что Вселенная проходит через повторяющиеся циклы большого взрыва и последующих расширений. Общая идея состоит в том, что "большой взрыв" был не началом Вселенной, а скорее переходной фазой. Его разработал физик-теоретик и математик Роджер Пенроуз.
В качестве основы для своей модели Пенроуз использовал множественные метрические последовательности FLRW (Фридмана – Лемэтра – Робертсона – Уокера). Он утверждал, что конформная граница одной последовательности FLRW может быть присоединена к границе другой.
Метрика FLRW - это наиболее близкое приближение к природе Вселенной и часть модели Лямбда-CDM. Каждая последовательность начинается с большого взрыва, за которым следует инфляция и последующее расширение.
Прямо сейчас существует четыре различных варианта циклической модели Вселенной, одна из которых - конформная циклическая космология.
5. Мираж четырехмерной черной дыры
Исследование, проведенное группой исследователей в 2013 году, предположило, что наша Вселенная могла возникнуть из обломков, выброшенных из коллапсировавшей четырехмерной звезды или черной дыры.
По мнению космологов, участвовавших в исследовании, одно из ограничений теории Большого взрыва - объяснение температурного равновесия, обнаруженного во Вселенной.
Хотя большинство ученых согласны с тем, что инфляционная теория дает адекватное объяснение того, как маленький участок с однородной температурой быстро расширится и превратится во Вселенную, которую мы наблюдаем сегодня, группа сочла это неправдоподобным в силу хаотичной природы Большого взрыва.
Для решения этой проблемы команда предложила модель космоса, в которой наша трехмерная Вселенная является мембраной и плавает внутри четырехмерной "объемной вселенной". Они утверждали, что если в четырехмерной "объемной вселенной" есть четырехмерные звезды, то, скорее всего, они обрушатся в четырехмерные черные дыры. Эти четырехмерные черные дыры будут иметь трехмерный горизонт событий (точно так же, как трехмерные имеют двухмерный горизонт событий), который они назвали "гиперсферой".
Когда команда смоделировала коллапс 4-D звезды, они обнаружили, что выброшенные обломки умирающей звезды, скорее всего, образуют 3-D мембрану вокруг этого 3-мерного горизонта событий. Наша Вселенная могла бы быть одной из таких мембран.
Модель "четырехмерной черной дыры" космоса действительно объясняет, почему температура во Вселенной почти равномерна. Она также может дать ценную информацию о том, что именно спровоцировало космическую инфляцию через несколько секунд после ее возникновения. Однако недавнее наблюдение, проведенное спутником Planck ЕКА, выявило небольшие вариации температуры космического микроволнового фона (CMB). Эти спутниковые показания отличаются от предложенной модели примерно на четыре процента.
4. Теория плазменной Вселенной
На наше нынешнее понимание Вселенной в основном влияет гравитация, в частности Общая теория относительности Эйнштейна, с помощью которой космологи объясняют природу Вселенной. По совпадению, как и большинство других вещей, ученые на протяжении многих лет рассматривали альтернативу гравитации.
Космология плазмы (или теория плазменной Вселенной) предполагает, что электромагнитные силы и плазма играют очень важную роль во Вселенной вместо гравитации. Хотя у этого подхода много разных вариантов, основная идея остается той же; каждое астрономическое тело, включая Солнце, звезды и галактики, является результатом какого-либо электрического процесса.
Первая выдающаяся теория плазменной Вселенной была предложена лауреатом Нобелевской премии Ханнесом Альвеном в конце 1960-х годов. Позже к нему присоединился шведский физик-теоретик Оскар Клейн для разработки модели Альфвена – Клейна.
Согласно теории, такая плазма должна образовывать большие участки вещества и антивещества по всей Вселенной. Кроме того, было высказано предположение, что наше текущее местоположение в космосе должно быть в той части, где материи гораздо больше, чем антивещества, - таким образом решается проблема асимметрии материи и антивещества.
3. Теория медленного замораживания
Десятилетия математического моделирования и исследований привели космологов к обоснованному выводу, что наша Вселенная возникла из одной точки с бесконечной плотностью и температурой, называемой сингулярностью. Последующее расширение Космоса позволило ему остыть, что привело к образованию галактик, звезд и других астрономических объектов.
Однако, как мы знаем, стандартная модель Большого взрыва не осталась незамеченной, и одна из таких сложных теорий была предложена Кристофом Веттерихом, профессором Гейдельбергского университета в Германии.
Веттерих утверждал, что Вселенная, которую мы знаем сегодня, на самом деле могла начаться как холодная и разреженная, пробудившаяся от долгого замораживания. Со временем фундаментальные частицы в ранней Вселенной стали тяжелее, а гравитационная постоянная уменьшилась.
Кроме того, он объяснил, что если массы частиц увеличиваются, излучение из ранней Вселенной может заставить пространство казаться более горячим и удаляться друг от друга, даже если это не так.
Основная идея космической модели Медленного Замораживания Веттериха состоит в том, что у Вселенной нет ни начала, ни будущего. Вместо горячего Большого взрыва теория защищает холодную и медленно эволюционирующую Вселенную. Согласно Веттериху, теория объясняет флуктуации плотности в ранней Вселенной (первичные флуктуации) и то, почему в нашем нынешнем космосе преобладает темная энергия.
2. Индуистская космология
Религия и наука были лучшими врагами, по крайней мере со времен Коперника и Галилея. Возможно, нет места науке, когда мы говорим о религии и наоборот. Однако есть одна религия, космологические верования которой хорошо согласуются с современной моделью Вселенной.
Теории творения в индуистской мифологии широко рассматриваются как одна из самых древних и значимых из всех других религиозных аналогий. На протяжении многих лет выдающиеся физики и космологи, включая Карла Сагана и Нильса Бора, восхищались индуистскими космологическими верованиями за их близкое сходство с временными линиями в стандартной космологической модели Вселенной.
Согласно индуистской мифологии, Вселенная следует бесконечной циклической модели. Это означает, что на смену нашей нынешней Вселенной придет бесконечное количество вселенных. Каждая повторение Вселенной делится на две фазы - "калпа" (или день Брахмы) и "пралая" (ночь Брахмы), и каждая из них длится 4,32 миллиарда лет. Согласно индуистской мифологии, возраст Вселенной (8,64 миллиарда лет) превышает расчетный возраст Солнечной системы.
1. Стационарная Вселенная
Стационарная модель утверждает, что наблюдаемая Вселенная остается неизменной в любом месте и в любое время. Во Вселенной, которая вечно расширяется, материя непрерывно создается, чтобы заполнить пространство.
Согласно модели, галактики и другие крупные астрономические тела рядом с нами должны казаться похожими на те, что находятся далеко. Однако Большой взрыв говорит нам, что далекие галактики должны выглядеть моложе, чем находящиеся в непосредственной близости (при наблюдении с Земли), поскольку свету требуется гораздо больше времени, чтобы добраться до нас.
Идея стационарного состояния была впервые предложена в 1948 году космологами Германом Бонди, Фредом Хойлом и Томасом Голдом. Она исходила из совершенного космологического принципа, который сам по себе утверждает, что Вселенная, где бы ты ни смотрел, одинакова, и она всегда будет одинаковой.
Теория стационарных состояний получила широкую популярность в начале и середине XX века. Однако к 1960-м годам она была в основном отвергнута научным сообществом в пользу Большого взрыва после открытия космического микроволнового фона.
Мало кто знает, что ещё в 2012 году российский учёный Тимур Тимербулатов сформулировал пять законов устройства мира:
- закон иерархии,
- закон равновесия противоположностей,
- закон всеобщей взаимосвязи,
- закон развития,
- закон непрерывности движения.
Применение законов устройства мира позволяет ответить на огромное количество вопросов, которые накопились у современной науки и до сих пор не нашли своих решений. Познание законов устройства мира открывает путь к познанию Вселенной. Все везде устроено по одним законам, что в микромире – мире фотонов, электронов, атомов, молекул, что в мегамире – мире планет, звёзд, галактик и вселенных.
Анализ действий этих законов позволит выйти на понимание и описание структуры Вселенной познать особенности её функционирования, увидеть механизмы формирования частиц и атомов, звёзд, планет и галактик. Учитывая проявление во Вселенной этих законов можно найти верный путь для изучения непонятных явлений.
Теория эфира
Космологи полагают, что космос и все космическое пространство и есть порождение эфира. Об эфире люди знали ещё в глубокой древности. Упоминание о неиссякаемом источнике свободной энергии, вездесущей и всепроникающей первооснове материального мира сохранились в манускриптах древних индийских мудрецов, живших около пяти-шести тысяч лет назад, и имя этой первооснове было – Акаша. Акаша на санскрите обозначает – непрекращающееся сияние, освещённое пространство.
Кроме того великий Платон за несколько веков до наступления нашей эры полагал что Бог создал наш мир из эфира. Его ученик известный древнегреческий философ Аристотель считал что планеты, другие небесные тела, космос состоят из эфира, который он называл вечным и неменяющимся пятым элементом природы наряду с огнём, воздухом, водой и землёй. Эфир по Аристотелю для Земли является передаточной средой для света и тепла, возникающих на Солнце.
Эфир по учению древних способен создавать видимую материю, и он считался всегда носителем духа. Именно из эфира просачивалась та сила, которая вызывала то, что называется жизнью.
Изобретатель Христиан Гюйгенс жил в семнадцатом веке. Он утверждал, что свет переносится эфиром. Учёный не мог это доказать но на основе этой теории разработал математические формулы волновой оптики и они прекрасно работают.
Его современник Рене Декарт описывал эфир как сверхтонкую материю, которая не делится на атомы и обладает свойствами жидкости.
Все эти знаменитые учёные прошлых столетий рассматривали эфир как переносчик света и волн, а основное качество эфира – способность создавать видимую материю – стало пропадать в физике. И уж совсем не принимаемая наукой причастность эфира к духу полностью исчезла из учения об эфире. Тем самым знания древних об эфире начали выхолащиваться, а наука сделала акцент лишь на светнесущую способность эфира.
Мало кто знает, но эфир был в таблице Менделеева. Русский химик назвал его Ньютонием и считал что частицы эфира в миллионы раз легче атомов всех других элементов. Казалось, что с началом двадцатого века для населения планеты заслуженно начнётся эра эфира, эра новой жизни наполненной открытиями и фантастическими достижениями.
Цивилизация реальна, подошла к порогу, за которым начинался золотой век, основанный на новых неизведанных видах энергии и способах их передачи на огромные расстояния без потерь. Это предполагало многократное снижение всех затрат на производство материальных благ и услуг.
Желанное общество всеобщего благоденствия было совсем рядом, однако этого всем ожидаемого праздника не произошло. Эфир вдруг загадочно исчез из периодической таблицы Менделеева. О нем стали забывать и более того говорить о нем стало совсем не модно. Почему же это произошло?
Начало двадцатого века вошло в историю физики как год чудес, после опубликования в 1905 году в ведущем физическом журнале Германии трёх выдающихся научных статей никому ещё неизвестного немецкого физика Альберта Эйнштейна. В них начинающий учёный размышляет и достаточно оперативно печатает ряд статей, в которых практически перечёркивает учение великих умов человечества по эфиру. Эйнштейн противопоставляет теоретическим положениям о светоносном эфире свою специальную теорию относительности.
Мнение несогласных авторитетных учёных, включая великого француза Анри Пуанкаре и выдающегося голландского физика Хендрика Антона Лоренса, отвергающих теорию относительности в интерпретации Альберта Эйнштейна особо в расчёт не принимались.
В 1915 году Эйнштейн опубликовал главное уравнение общей теории относительности. К этому времени все теоретические изыскания в отношении эфира были остановлены, незаслуженно забыты, и вспоминать эфир считалось правилом дурного тона и профессиональной личной слепотой.
В 1920 году Альберт Эйнштейн пишет статью, в которой утверждает, что согласно общей теории относительности пространство немыслимо без эфира.
Что такое эфир и что он собой представляет?
Эфир это упругая среда, которая лежит в основе мира. Мы сами состоим из эфира, и мы дышим эфиром. Все частицы, атомы, молекулы, звезды, планеты, галактики – созданы из эфира. Все это уплотнённый эфир и все это, включая Вселенную, находится в единой космической разреженной эфирной среде.
Учёные выдвинули гипотезу, что эфир чрезвычайно упруг и способен изменять свою плотность. Эфир представляет собой подвижные эфирные потоки и создаёт эфирные вихри, которые формируют частицы, атомы, звезды, галактики и саму Вселенную. Поэтому только из эфира образовывается материя. Он способен аккумулировать и выделять энергию, а также принимать, сохранять и передавать информацию.
Теория большого взрыва
Новейшие телескопы подарили нам невероятные открытия. Оказалось, что вся солнечная система вращается вокруг центра нашей галактики Млечный путь. А галактики тоже не стоят на месте. Прежде всего, они разбегаются в стороны. Так было открыто удивительное свойство нашей вселенной – в ней нет ничего неподвижного. Более того – она сама все время расширяется. Об этом заявил известный американский астрофизик Эрвин Хаббл, который наблюдая за галактиками, пришёл к выводу, что галактики удаляются и от нас и друг от друга.
Таким образом, важнейшим моделированием вселенной в двадцатом веке явилось понимание, что вселенная однородна, изотропна и не статична, то есть она расширяется. Несколько позже у физика Георгия Гамова родилась идея: если галактики разлетаются, то вполне возможно, что когда-то существовала начальная точка, из которой все и начиналось. Тогда причиной этого явления вполне может служить невероятно мощный космический взрыв, который и разбросал звезды и планеты по вселенной.
По мнению экспертов не смотря на всю фантастичность возможности упрятать весь наш окружающий мир в одну сверхмалую точку, теория большого взрыва заняла своё достаточно устойчивое положение в современной космологии. Но как полагают физики, при всех своих положительных моментах теория не объясняла механизмы образования частиц и атомов химических элементов и не отвечала на вопросы: что же было до большого взрыва? Каким образом вся материя вселенной была сосредоточена в одной сверхмалой точке? Если всю вселенную, возможно, было собрать в одну конечную точку – значит, она не была бесконечной? Почему вселенная, находясь в этой точке, вдруг взорвалась? Что вызвало этот взрыв? Какова природа этого явления?
Идеи Алана Гута были развиты советским физиком, а ныне профессором Стэндфордского университета Андреем Линде, который сформулировал свою теорию – теорию хаотической инфляции, которая предполагала наряду с электромагнитными и гравитационными полями ещё одно поле – скалярное.
Суть теории струн
В середине 80-х и 90-х годов двадцатого столетия активное развитие получила так называемая – теория струн – суть, которой состоит в том, что все фундаментальные частицы представляют собой не точечные объекты микромира, а определённые колебания тончайших струн с чрезвычайно малой длиной. По мнению учёных, частота колебания такой струны может определять массу и энергию, то есть, по сути, некий портрет той или иной фундаментальной частицы.
В качестве аналога можно представить какой-нибудь струнный инструмент с разными по звуку, частоте и толщине струнами.
Теория струн, как полагают её разработчики американские учёные Брайан Грин и Митио Каку, подходит и для описания микромира на уровне фундаментальных и элементарных частиц с помощью квантовой механики; и для понимания мегамира на уровне звёзд, галактик и вселенной, используя положение общей теории относительности.
Теория струн говорит, что при рождении Вселенной у неё было одиннадцать измерений, что существуют скрытые измерения, которые мы не можем увидеть невооружённым глазом, но которые делают вселенную такой, какая она есть сегодня.
Однако в полном объёме теория струн пока не сформирована и имеет ряд существенных недоработок. Более того понять одиннадцать измерения вселенной достаточно сложно особенно если живёшь в трёхмерном мире.
Гипотеза тороидальной вселенной
Совсем недавно учёным Тимуром Тимербулатовым была выдвинута научная гипотеза о строении и функционировании тороидальной вселенной. Учёный считает, что подобно вселенной устроены и частицы, и атомы, и живая клетка, и живые организмы, и звезды, и планеты, и галактики. В соответствии с его гипотезой, ядро вселенной – чёрная дыра с двумя воронками и вселенским туннелем, а также вращающиеся сквозь ядро и вокруг ядра частицы, атомы, звезды, планеты и галактики – составляют материальную основу вселенной.
В природе много похожих аналогов. Вселенная, например, очень похожа на мандарин. Если очистить мандарин, то можно заметить что он имеет достаточно правильную тороидальную форму. Внутри этого мандарина находится: канал, ядро и множество косточек, которые напоминают галактики.
One thought on “Теории и гипотезы устройства вселенной с научной точки зрения”
Что же такое Вселенная? Если емко, то это сумма всего существующего. Это все время, пространство, материя и энергия, образовавшиеся и расширяющиеся вот уже 13.8 миллиардов лет. Никто не может точно сказать, насколько обширны просторы нашего мира и пока нет точных предсказаний финала.
Определение Вселенной
В современном понятии вмещают все, что существует во Вселенной – наша система, Млечный Путь и прочие структуры. Также сюда входят все виды энергии, пространство-время и физические законы.
Теории происхождения Вселенной
Креационизм: все создал Господь Бог
Среди всех теорий о происхождении Вселенной эта появилась самой первой. Очень хорошая и удобная версия, которая, пожалуй, будет иметь актуальность всегда. Кстати, многие ученые физики, несмотря на то что наука и религия часто представляются понятиями противоположными, верили в Бога.
Например, Альберт Эйнштейн говорил:
Теория Большого Взрыва (модель горячей Вселенной)
Пожалуй, самая распространенная и наиболее признанная модель происхождения нашей Вселенной. Отвечает на вопрос — каким образом образовались химические элементы и почему распространённость их именно такая, какая сейчас наблюдается.
Согласно этой теории, около 14 миллиардов назад, пространства и времени не было, а вся масса вселенной была сосредоточена в крохотной точке с невероятной плотностью – в сингулярности. Однажды из-за возникшей в ней неоднородности, произошел так называемый Большой Взрыв. И с тех пор Вселенная постоянно расширяется и остывает.
Теория Большого взрыв
Первые 10 -43 секунды после Большого Взрыва называют этапом квантового хаоса. Природа мироздания на этом этапе существования не поддается описанию в рамках известной нам физики. Происходит распад непрерывного единого пространства-времени на кванты.
Спустя 10 000 лет энергия вещества постепенно превосходит энергию излучения и происходит их разделения. Вещество начинает доминировать над излучением, возникает реликтовый фон.
Теория Большого Взрыва тверже встала на ноги после открытия космологического красного смещения и реликтового излучения. Два этих явления — самые весомые доводы в пользу правильности теории.
Также разделение вещества с излучением значительно усилило изначальные неоднородности в распределении вещества, в результате чего начали образовываться галактики и сверхгалактики. Законны Вселенной пришли к тому виду, в котором мы наблюдаем их сегодня.
Модель расширяющейся Вселенной
Сейчас доподлинно известно, что Галактики и иные космические объекты удаляются друг от друга, а значит, Вселенная расширяется.
Модель расширяющейся Вселенной описывает сам факт расширения. В общем случае не рассматривается, когда и почему Вселенная начала расширяться. В основе большинства моделей лежит общая теория относительности и её геометрический взгляд на природу гравитации.
Красное смещение – это наблюдаемое для далеких источников понижение частот излучения, которое объясняется отдалением источников (галактик, квазаров) друг от друга. Данный факт свидетельствует о том, что Вселенная расширяется.
Реликтовое излучение – это как бы отголоски большого взрыва. Ранее Вселенная представляла собой горячую плазму, которая постепенно остывала. Еще с тех далеких времен во Вселенной остались так называемые блуждающие фотоны, которые образуют фоновое космическое излучение. Ранее при более высоких температурах Вселенной данное излучение было гораздо мощнее. Сейчас же его спектр соответствует спектру излучения абсолютно твердого тела с температурой всего 2,7 Кельвин.
Теория эволюции крупномасштабных структур
Как показывают данные по реликтовому фону, в момент отделения излучения от вещества Вселенная была фактически однородна, флуктуации вещества были крайне малыми, и это представляет собой значительную проблему.
Вторая проблема — ячеистая структура сверхскоплений галактик и одновременно сфероподобная — у скоплений меньших размеров. Любая теория, пытающаяся объяснить происхождение крупномасштабной структуры Вселенной, в обязательном порядке должна решить эти две проблемы.
Суть — вначале галактики были небольшие по размеру (примерно как Магеллановы облака ), но со временем они сливаются, образуя всё большие галактики.
В последнее время верность теории поставлена под вопрос.
Теория струн
Эта гипотеза в некоторой степени опровергает Большой взрыв в качестве начального момента возникновения элементов открытого космоса.
Согласно теории струн, Вселенная существовала всегда. Гипотеза описывает взаимодействие и структуру материи, где существует определенный набор частиц, которые делятся на кварки, бозоны и лептоны. Говоря простым языком, эти элементы являются основой мироздания, поскольку их размер настолько мал, что деление на другие составляющие стало невозможным.
Отличительной чертой теории о том, как образовалась Вселенная, становится утверждение о вышеупомянутых частицах, которые представляют собой ультрамикроскопические струны, которые постоянно колеблются. Поодиночке они не имеют материальной формы, являясь энергией, которая в совокупности создает все физические элементы космоса.
Примером в данной ситуации послужит огонь: глядя на него, он кажется материей, однако он неосязаем.
Хаотическая теория инфляции — теория Андрея Линде
Согласно данной теории существует некоторое скалярное поле, которое неоднородно во всем своем объеме. То есть в различных областях вселенной скалярное поле имеет разное значение. Тогда в областях, где поле слабое – ничего не происходит, в то время как области с сильных полем начинают расширяться (инфляция) за счет его энергии, образуя при этом новые вселенные.
Такой сценарий подразумевает существование множества миров, возникших неодновременно и имеющих свой набор элементарных частиц, а, следовательно, и законов природы.
Теория Ли Смолина
Эта теория достаточно известна и предполагает, что Большой Взрыв не является началом существования Вселенной, а – лишь фазовым переходом между двумя ее состояниями. Так как до Большого Взрыва Вселенная существовала в форме космологической сингулярности, близкой по своей природе к сингулярности черной дыры, Смолин предполагает, что Вселенная могла возникнуть из черной дыры.
Эволюция Вселенной
Как происходил процесс развития и эволюции Вселенной? В течение следующих миллиардов лет гравитация заставила более плотные области притягиваться. В этом процессе формировались газовые облака, звезды, галактические структуры и прочие небесные объекты.
Этот период именуют Структурной Эпохой, так как именно в этот временной отрезок зарождалась современная Вселенная. Видимое вещество распределялось на различные формирования (звезды в галактики, а те в скопления и сверхскопления).
Сложно представить время за 13,7 миллиардов лет до сегодняшнего дня, когда вся Вселенная представляла собой сингулярность. Согласно теории Большого взрыва, один из главных претендентов на роль объяснения того, откуда появилась Вселенная и вся материя в космосе — все было сжато в точку, меньшую, чем субатомная частица. Но если это еще можно принять, задумайтесь вот о чем: что же было до того, как случился Большой взрыв?
В настоящее время человеком выдвигаются различные теории.
Теория Мультивселенной
Что если наша Вселенная является потомком другой, старшей Вселенной? Некоторые астрофизики полагают, что пролить свет на эту историю поможет реликтовое излучение, оставшееся от большого взрыва.
Согласно этой теории, в первые мгновения своего существования Вселенная начала чрезвычайно быстро расширяться. Также теория объясняет температуру и плотность флуктуаций реликтового излучения и подсказывает, что эти флуктуации должны быть одинаковыми.
В теории хаотической инфляции эта идея приобретает размах: бесконечный прогресс инфляционных пузырьков порождает обилие вселенных, и каждая из них порождает еще больше инфляционных пузырьков в огромном количестве Мультивселенных.
Теория белых и черных дыр
Тем не менее, существуют модели, которыми пытаются объяснить образование сингулярности до большого взрыва. Если вы думаете о черных дырах как о гигантских мусоросборниках, они являются главными кандидатами первоначального сжатия, поэтому наша расширяющаяся Вселенная вполне может быть белой дырой — выходным отверстием черной дыры, и каждая черная дыра в нашей Вселенной может вмещать в себя отдельную вселенную.
Большой скачок
Этот процесс будет вечным, и все сингулярности и все схлопывания не будут представлять собой ничего другого, кроме как переход в другую фазу существования Вселенной.
Теория циклической Вселенной
Последнее объяснение, которое мы рассмотрим, использует идею циклической Вселенной, порожденной теорией струн. Она предполагает, что новая материя и потоки энергии появляются каждые триллионы лет, когда две мембраны или браны, лежащие за пределами наших измерений, сталкиваются между собой.
Что было до Большого взрыва? Вопрос остается открытым. Может быть, ничего. Может, другая Вселенная или другая версия нашей. Может, океан Вселенных, в каждой из которых — свой набор законов и констант, диктующих природу физической реальности.
Проблемы современных моделей рождения и эволюции Вселенной
Многие теории, касающиеся Вселенной в последнее время сталкиваются с проблемами, как теоретического, так и, что более важно, наблюдательного характера:
Сегодня мы говорим об этой, ну как ее, Вселенной. Так уж получилось, что однажды она откуда-то появилась, и вот все мы здесь. Кто-то читает эту статью, кто-то готовится к экзамену, проклиная все на свете. Самолеты летают, поезда ходят, планеты крутятся, где-то всегда что-то происходит. Людям всегда было интересно знать один сложный ответ на простой вопрос. Как же все начиналось и как это мы докатились до того, что есть? Иными словами - как родилась Вселенная?
Итак, вот они - разные версии и модели происхождения Вселенной.
Креационизм: все создал Господь Бог
Среди всех теорий о происхождении Вселенной эта появилась самой первой. Очень хорошая и удобная версия, которая, пожалуй, будет иметь актуальность всегда. Кстати, многие ученые физики, несмотря на то что наука и религия часто представляются понятиями противоположными, верили в Бога. Например, Альберт Эйнштейн говорил:
Теория Большого Взрыва
Пожалуй, самая распространенная и наиболее признанная модель происхождения нашей Вселенной. Во всяком случае, о ней слышал практически каждый. Что говорит нам Большой Взрыв? Однажды, лет эдак 14 миллиардов назад, пространства и времени не было, а вся масса вселенной была сосредоточена в крохотной точке с невероятной плотностью – в сингулярности. В один прекрасный момент (если так можно сказать -времени-то не было) сингулярность не выдержала из-за возникшей в ней неоднородности, произошел так называемый Большой Взрыв. И с тех пор Вселенная постоянно расширяется и остывает.
Модель расширяющейся Вселенной
Сейчас доподлинно известно, что Галактики и иные космические объекты удаляются друг от друга, а значит, Вселенная расширяется. В 20-м веке существовало множество альтернативных теорий происхождения Вселенной. Одной из самых популярных была модель стационарной Вселенной, за которую ратовал сам Эйнштейн. Согласно этой модели, Вселенная не расширяется, а находиться в стационарном состоянии благодаря какой-то удерживающей ее силе.
Теория Большого Взрыва тверже встала на ноги после открытия космологического красного смещения и реликтового излучения. Два этих явления - самые весомые доводы в пользу правильности теории. Возможно, кроме этого вам будет полезна статья о том, как создать презентацию в ворде.
Красное смещение – это наблюдаемое для далеких источников понижение частот излучения, которое объясняется отдалением источников (галактик, квазаров) друг от друга. Данный факт свидетельствует о том, что Вселенная расширяется.
Реликтовое излучение – это как бы отголоски большого взрыва. Ранее Вселенная представляла собой горячую плазму, которая постепенно остывала. Еще с тех далеких времен во Вселенной остались так называемые блуждающие фотоны, которые образуют фоновое космическое излучение. Ранее при более высоких температурах Вселенной данное излучение было гораздо мощнее. Сейчас же его спектр соответствует спектру излучения абсолютно твердого тела с температурой всего 2,7 Кельвин.
Теория струн
Современное изучение эволюции Вселенной невозможно без согласования его с квантовой теорией. Так, например, в рамках теории струн (теория струн основана на гипотезе о том, что все элементарные частицы и их фундаментальные взаимодействия возникают в результате колебаний и взаимодействий ультрамикроскопических квантовых струн), предполагается модель множественной Вселенной. Конечно, там тоже был Большой Взрыв, но он произошел не просто так и из ничего, а, возможно, в результате столкновения нашей Вселенной с какой-то другой, еще одной Вселенной.
Собственно, кроме Большого Взрыва, породившего нашу Вселенную, во множественной Вселенной происходит множество других Больших Взрывов, порождающих множество других Вселенных, развивающихся по своим, отличным от известных нам законам физики.
Скорее всего мы никогда не узнаем наверняка, как, откуда и почему появилась Вселенная. Тем не менее, размышлять об этом можно очень долго и интересно, а чтобы у Вас было достаточно пищи для размышлений, предлагаем посмотреть увлекательное видео на тему современных теорий происхождения Вселенной.
Проблемы развития Вселенной слишком масштабны. Настолько масштабны, что, по сути, даже не являются проблемами. Предоставим физикам-теоретикам ломать над ними головы и перенесемся из глубин Вселенной на Землю, где нас, возможно, ждет неначатый курсач или диплом. Если это так, мы предлагаем свое решение этого вопроса. Закажите отличную работу у авторов Zaochnik, вздохните спокойно, и будьте в гармонии с собой и Вселенной.
Центр стратегических оценок и прогнозов
Автономная некоммерческая организация
Специалисты по космологии давно пытаются реконструировать полную историю Вселенной, имея всего несколько проверенных отправных точек для своих исследований. Одна из них — распределение материи, формировавшееся силами гравитации и расширением пространства на протяжении примерно 14 миллиардов лет.
Распределение материи во Вселенной стало предметом оживлённых дебатов: равномерно ли оно, или наш космос состоит из отдельных образований, структурированных по иерархическому принципу — подобно фракталам. Анализ данных о примерно миллионе галактик предполагает, что фрактальное устройство вполне возможно, хотя до сих пор нет общепринятых теорий, которые могли бы его объяснить.
Две точки зрения
Почти все физики согласны в том, что в относительно малых масштабах распределение материи подобно фракталу: тысячи звёзд сгруппированы в галактики, галактики формируют кластеры, а кластеры образуют суперкластеры.
Однако небольшая группа физиков из Италии, включая Франческо Лабини и Лучано Пьетронеро, считают, что имеющиеся данные говорят о другом: большая часть Вселенной устроена как фрактал. По крайней мере, до тех пределов, которые поддаются нашему наблюдению.
3D-карты
В больших масштабах
В своей недавней статье, написанной совместно c физиками Санкт-Петербургского государственного университета, Лабини и Пьетронеро приводят свежие данные о том, что галактики проявляют фрактальные свойства вплоть до пределов в 100 миллионов световых лет.
По их утверждению, даже если Вселенная в определенной точке становится однородной, то только на отрезке в 300 миллионов световых лет в диаметре. Но даже при этом масштабе всё ещё наблюдаются колебания в распределении материи — скопления перемежаются пустотами. Большинство космологов считают эти колебания незначительными, подобно крошечным волнам на поверхности моря, однако Лабини с коллегами сравнивают их с цунами.
Модели всё ещё нет
Сохранение фрактального принципа распределения материи даже при таких огромных масштабах ставит под сомнение стандартные модели космологии. Согласно общепринятой истории космической эволюции прошло ещё недостаточно времени с момента Большого взрыва, чтобы силы гравитации могли выстроить такие крупные структуры.
Более того, предположение, что материя во Вселенной распределена однородно, позволяло космологам моделировать Вселенную, основываясь лишь на Общей теории относительности Эйнштейна, задающей зависимость распределения материи от формы пространства.
Смоделировать фрактальную Вселенную с помощью ОТО теоретически возможно, но на практике модель эта будет неизмеримо сложной. Так что согласиться с предположением о фрактальном устройстве Вселенной для физиков означает остаться без рабочей космологической модели.
Реликтовое излучение
В поддержку гипотезы об однородности Вселенной космологи также упоминают равномерность распределения реликтового электромагнитного излучения, существующего с момента рождения Вселенной. Многочисленные исследования, отражающие данные о фоновой космической радиации, рентгеновском излучении и радиогалактиках подтверждают, что на ранних этапах своего развития Вселенная была практически однородной. И если эти данные противоречат результатам оптических наблюдений, то этому можно найти достаточно объяснений, не прибегая к теории фрактальной Вселенной.
Оптическая иллюзия
Но сделать заключение о распределении материи только по реликтовому излучению совсем не просто. Имеющиеся результаты попыток картографировать его распределение – это проекции на плоскость, так что возможно такая равномерность возникает именно благодаря особенностям переноса реального пространства на плоскую карту. То же самое касается и фонового рентгеновского излучения, которое также кажется однородным в двумерной проекции. И, наконец, использовать радиогалактики также затруднительно, поскольку сложно измерить расстояние между ними достаточно точно, чтобы отобразить их расположение на 3D-карте.
Он возникает потому, что близлежащие галактики стремятся друг к другу в силу общего гравитационного притяжения, не смотря на то, что пространство само по себе расширяется. Это движение может усиливатьвидимые скопления материи, наблюдаемые в исследованиях, подобных проекту SDSS, особенно потому, что подобные исследования построены на измерении скорости вращения галактик на основании расчёта их расстояния от Земли.
Ставки сделаны
Так каковы же будут последствия, если подтвердится, что Вселенная действительно имеет фрактальную структуру? Кроме радикального пересмотра законов и истории формирования Вселенной, это будет иметь и некоторые более приземлённые последствия.
Больше десяти лет назад Лабини и Пьетронеро заключили пари с физиком Марком Дэвисом из Калифорнийского университета. Если распределение галактик окажется фрактальным при масштабах примерно в 50 миллионов световых лет, Дэвис будет должен итальянским коллегам ящик калифорнийского вина. Если же фрактальный принцип нарушится при масштабах менее 50 миллионов световых лет, тогда уже Дэвису причитается ящик итальянского.
Читайте также: