Возникновение жизни во вселенной кратко
Обновлено: 01.05.2024
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.
В статье предлагается гипотеза о происхождении жизни во Вселенной. В ее основе лежит предположение о том, что логика законов строения мира существует вне Вселенной, т.е. вне пространства и времени. Предлагаемая гипотеза недоказуема также, как и большинство космологических теорий, однако мне она кажется правдоподобной.
Мы привыкли, что научные теории создаются людьми. Справедливость теорий подтверждается практикой. Часть теорий оказывается ошибочной, часть имеет узкий диапазон применимости. Однако среди них есть истинные теории, которые никогда не опровергаются, а лишь уточняются со временем. К ним можно отнести, вероятно, законы Ньютона, Евклидову геометрию, объектно-ориентированный подход в программировании. Истинные теории созданы не людьми. Они ими только открыты. А существовали они всегда, в том числе до Большого взрыва.
Основная идея статьи состоит в том, что истинные теории существуют до момента их открытия, существуют независимо от пространства и времени, одинаковы во всех вселенных и при их отсутствии. Поясню это предположение.
Пусть мы имеем два объекта, например, две камня. Затем к ним добавили еще один объект. Получилось три объекта. Абстрагируемся от системы исчисления (двоичная, десятеричная и т.п.), от выбора знаков для отображения чисел, от синтаксиса, прагматики и оставим только семантику (смысловую компоненту) выражения "к двум объектам добавили один объект, получилось три объекта". А теперь подумаем, зависит ли результат такой операции от того, на какой планете мы находимся, в какой галактике или в какой вселенной? Мне кажется, что не зависит. Трудно представить, что где-то в другой вселенной результат окажется равен четырем.
Рассуждая далее по индукции, можно получить всю арифметику натуральных чисел, включая операции сложения, умножения и деления. Эта арифметика будет также одинаковой во всех вселенных, потому что она логична и мы не можем представить себе других вариантов.
Но если арифметика одинакова во всех вселенных, значит она не возникает во время Большого взрыва (иначе она была бы специфичной для каждой новой вселенной), — она существует независимо от наличия вселенной, существует до ее рождения и после ее смерти. Существует потому, что это просто логика, для существования которой не требуется наличия вселенной. Разве нужна вселенная, чтобы подтвердить, что 2+1=3?
Теперь рассмотрим множество объектов, которые лежат в одной плоскости и находятся на одинаковом расстоянии от общей точки (от центра). Понятие окружности (параболы, сферы и пр.) также будет одинаковым во всех вселенных, в тех их участках, где нет искривления пространства-времени. Рассуждая далее по индукции, можно получить все геометрические фигуры, все элементарные функции и далее всю математику. Для нас важно, что математика, в которой нет логических ошибок, существует независимо от наличия вселенной. Также важно, что математика будет давать одни и те же результаты ее применения независимо от того, кто открыл те или иные ее законы, на какой планете он живет, в какой галактике и в какой вселенной или вне ее, если эти законы не ошибочны.
Таким образом, Большой Взрыв — это только "начало фильма", а история Вселенной — это только процесс разворачивания во времени и пространстве тех законов, которые существовали объективно до ее рождения. Большой взрыв и возникновение материи позволили существовавшим ранее законам реализоваться во времени и пространстве, т.е. дифференциальные уравнения начали "решаться" аналоговым способом, путем их моделирования с помощью материи Вселенной. В силу дискретности времени и пространства эти уравнения моделируются материей с достаточно мелким шагом, определяемым квантовой механикой, теорией устойчивости и условиями сходимости. Погрешности такого решения возрастают на малых расстояниях в силу ограниченности "разрядной сетки" Вселенной, что проявляется в появлении волн Де Бройля, туннелировании и других квантовых эффектах.
Человечество открыло только малую часть законов мира, которые еще долго придется уточнять. В частности, если математика использует понятие бесконечности и нуля, то во Вселенной эти понятия отсутствуют: величина "нуля" ограничена тепловым шумом, принципом неопределенности Гейзенберга, квантованием пространства и времени, а понятие бесконечности ограничено скоростью света и границей Вселенной. Как следствие (или причина?), количество информации во Вселенной также ограничено. По той же причине ограничена и сложность всех структур во Вселенной.
Можно также предположить, что вариантов существования мира не так много, как может показаться на первый взгляд. Математика имеет всего 23 элементарные функции. Электромагнитные поля описываются всего четырьмя дифференциальными уравнениями Максвелла, гравитационное поле в общей теории относительности описывается всего одним уравнением Эйнштейна и т.п. Нам известны всего 118 химических элементов. Молекулы фуллерена состоят из точно 60 атомов углерода (C60). Добавление хотя бы одного атома в эту структуру делает ее неустойчивой. Массу ограничений накладывает теория устойчивости, которая резко ограничивает число вариантов построения систем, описываемых обыкновенными дифференциальными уравнениями. Увеличение сложности систем снижает запас их устойчивости. Поэтому разнообразие вариантов построения мира не так велико, как может показаться. Скорее всего, такой вариант только один.
Человечество открыло не только законы математики и физики. Колоссальные знания получены (открыты) в области биологии, анатомии и физиологии человека и животных. Среди этих знаний есть очень малая часть, которая относится к объективным (истинным, безошибочным) знаниям. Пользуясь аналогией, можно предположить, что эта часть знаний т.е. "проект" живых существ и даже их социального поведения мог существовать вне Вселенной до момента Большого взрыва. Он мог существовать точно так же, как существовало знание о том, что "2+1=3", однако знание о жизни настолько сложно, что мы пока не можем найти даже начальные рассуждения, из которых можно было бы с помощью логики построить "проект" живого организма.
Итак, мы предполагаем, что человек является очень сложным, но однозначным логическим следствием из очевидных посылок типа "2+1=3". Какие это посылки — мы пока не знаем. Логически построенные "уравнения жизни" имеют решениями те живые организмы, которые существуют на нашей планете. В других условиях, на других планетах, пригодных для существования логически непротиворечивых форм жизни, могут быть другие виды живых организмов, но они должны быть основаны на одних и тех же законах cуществования живого. И эти законы должны быть одинаковы для всех вселенных, если они логически непротиворечивы.
Человек имеет две руки, два глаза, две ноги и одно сердце потому, что это логично и логика дает именно такой "проект" человека. Существующие отклонения и разнообразие форм человека существуют потому, что человек является предельно сложным построением и случайные флуктуации во время его зарождения и развития естественно приводят к разнообразию внешнего вида и дефектам строения.
В динамической системе с обратной связью при норме петлевого усиления, большей единицы, возникают непрерывные колебания, которые длятся неограниченно долго. Форма колебаний зависит от вида дифференциального уравнения, описывающего петлю обратной связи. При вводе нелинейности или зависимости формы нелинейности от сигнала на выходе системы можно получить колебания, форма которых случайным образом изменяется во времени, т.е. она бесконечно разнообразна.
Любое уравнение, описывающее физическую систему, и записанное в неявном виде, может быть эквивалентно представлено (смоделировано) системой с обратной связью. Поэтому обратные связи лежат в основе построения всех объектов во Вселенной. По моему мнению, описанное поведение сложных нелинейных нестационарных систем с обратной связью (бесконечная генерация колебаний сложной неповторяющейся формы) очень напоминает мышление живых существ. Рассмотрим этот тезис подробнее.
Все, что человек видит или слышит, осязает, он запоминает в виде образов (зрительного, слухового, осязательного) и т.п. Поэтому при извлечении из памяти эти образы представляются в мозгу так же в виде изображений, звуков, запахов и пр. Зрительные образы, принятые глазами, проецируются на зрительную кору мозга. Там же возникают образы, извлекаемые из памяти. Благодаря обратным связям мозг непрерывно и бесконечно долго беспорядочным образом воспроизводит ранее полученные образы. Этот поток образов образует quot; шум" воспоминаний, необходимый для генерации новых образов, составленных из ранее полученных, с использованием информации о внешних возмущениях (социальных, физических, психологических и пр.) и внутренних потребностей организма. Генерация новых образов из ранее полученных с использование вновь поступающей через сенсоры дополнительной информации и представляет собой процесс мышления.
Трудно представить, как выглядит "петля обратной связи" в такой системе. И главное, для возникновения колебания важно, чтобы норма петлевого усиления была больше единицы. Но пространство образов не является метрическим. Как ввести в нем понятие расстояния и операций над образами? Интуитивно человек ощущает это расстояние как меру правдоподобности рассуждений. Вероятно, расстояние от суждения, возникшего спонтанно из "шума" в мозгу, до истины, измеряемой интуитивно, уменьшается в процессе мышления (растет достоверность суждения), петлевое усиления становится больше единицы и поэтому система автоматически генерирует новые мысли. При этом "истина" — это то, что существовало до Большого взрыва и создано чистой логикой из ничего.
Из этого шума с помощью воли человек выбирает то, что ближе всего соответствует его цели. Если цели нет, то случайно блуждающие образы создают сновидения или воспоминания. Благодаря наличию обратных связей мозг генерирует представления непрерывно, пока человек жив. Благодаря "шуму" воспоминаний человек ощущает свое существование. Отбор образов (мыслей) определяется внешними воздействиями и внутренними потребностями. Например, если в неживой природе для стабилизации температуры в печи система автоматического управления понижает или повышает температуру в зависимости от показаний датчиков, то, по аналогии с этим, если у человека появляется потребность в пище от "датчиков голода" в желудке, то он ищет пищу. Если у человека возникает потребность стать президентом, то он начинает готовиться к выборам. Если болит голова, то пьет анальгин.
В отличие от неживой системы с обратной связью человек обладает волей, т.е. он осознанно выбирает из "шума" в голове только то, что соответствует некоторой цели. Воля не рождается с человеком. Она появляется как результат обработки информации, поступающей через органы чувств и коммуникации в процессе развития личности.
Итак, на вопрос "кто создал человека и процесс мышления?" мы отвечаем следующим образом: человек — это естественная конструкция, которая логически строго выводится из пока неизвестных науке оснований путем очень сложных логических выводов, непостижимых уму человека. Логика построения человека и его "проект" (уравнения, математическая модель человека) существуют вне пространства и времени и одинаковы для всех вселенных.
Очень хочется высказать совсем крамольную гипотезу, что мыслят не только человек и животные, мыслят даже электроны. Конечно, у электрона нет зрения, но у него есть "датчик" сильных, слабых, электромагнитных и гравитационных взаимодействий, который сообщает ему информацию об окружающем мире. Реакцией электрона на эту информацию является коррекция орбиты. Ведь не летит же электрон по прямой линии, когда поле сообщает, что рядом есть электрическое поле других частиц и надо корректировать свою траекторию, потому что истинная логика требует этого. "Подумав немного" и отлетев за время размышлений и измерений на расстояние половины длины волны Де Бройля, электрон возвращается обратно на свою орбиту. Отсюда и волновые свойства — вероятно, это такие же колебания, как и в системе с обратной связью. Электрон сравнивает свое положение в пространстве-времени с истинным, которое предсказывается моделью, построенной логикой.
На мысль о происхождении человека меня натолкнули зимние снежинки. Размеры их в некоторых случаях достигают 10 см и возникают они за несколько минут. Интересно то, что в отсутствии низкой температуры снежинок нет, но "проект" снежинки уже есть, природа знает (и человек теперь тоже знает), какой будет (точнее, какой может быть) снежинка после создания подходящих условий для ее построения. Если представить себе, что некоторой вселенной еще нет, но она будет состоять из материи с такими же свойствами, как наша, то можно предсказать, как будет выглядеть в ней снежинка в заданных условиях после того, как вселенная возникнет. То есть форма снежинки известна до возникновения вселенной!
Аналогично, можно себе представить, что человек — это огромная и сложная "снежинка", которая была в виде "проекта" до Большого Взрыва и появилась только после возникновения подходящих климатических условий и строительного материала. Из этого следует логический вывод, что до возникновения нашей родной Вселенной были известны в виде логических выводов все формы вещества в ней и все формы жизни.
Интересные факты
Современные астрономы часто находят в космосе потенциально пригодные для жизни планеты. Нашу Землю вполне можно использовать как эталонный мир для существования жизни. Но все же ученым нужно рассмотреть множество различных условий, которые сильно отличаются от наших. При которых жизнь во Вселенной может поддерживаться в долгосрочной перспективе.
Сколько лет существует жизнь во Вселенной?
Земля образовалась около 4.5 миллиарда лет назад. Однако с момента Большого взрыва прошло более 9 миллиардов лет. Крайне самонадеянно было бы предполагать, что Вселенной потребовалось все это время для создания необходимых условий для жизни. Обитаемые миры могли возникнуть гораздо раньше. Все ингредиенты, необходимые для жизни ученым пока неизвестны. Но некоторые вполне очевидны. Так какие условия необходимо выполнить, чтобы появилась планета, которая может поддерживать жизнь?
Первое, что будет необходимо – это правильный тип звезды. Здесь могут существовать всевозможные сценарии. Планета может существовать на орбите вокруг активной, мощной звезды. И оставаться пригодной для жизни, несмотря на ее враждебность. Красные карлики, такие как Proxima Centauri, могут излучать мощные вспышки и лишать атмосферы потенциально пригодной для жизни планеты. Но очевидно, что магнитное поле, плотная атмосфера и жизнь, которая была достаточно умна, чтобы искать убежища во время таких интенсивных событий, вполне могли бы в совокупности сделать такой мир пригодным для жизни.
Но если срок жизни звезды не слишком большой, то развитие биологии на ее орбите невозможно. Первое поколение звезд, известное как звезды популяции III, с вероятностью 100 процентов не имели обитаемых планет. Нужно чтобы звезды по крайней мере содержали некоторые металлы. То есть тяжелые элементы тяжелее гелия. К тому же, первые звезды жили достаточно мало, чтобы на планете успела появиться жизнь.
Требования к планетам
Итак, прошло достаточно времени для появления тяжелых элементов. Возникли звезды, чей срок существования исчисляется миллиардами лет. Следующим ингредиентом, который нам нужен, является правильный тип планеты. Насколько мы понимаем жизнь, это означает, что планета должна обладать следующими характеристиками:
- способна поддерживать достаточно плотную атмосферу;
- поддерживает неравномерное распределение энергии на своей поверхности;
- имеет жидкую воду на поверхности;
- обладает нужными начальными ингредиентами для возникновения жизни;
- имеет мощное магнитное поле.
Каменистая планета, имеющая достаточно большие размеры, плотную атмосферу и вращающаяся вокруг своей звезды на правильном расстоянии, имеет все шансы. Учитывая что планетные системы достаточно распространенное явление в космосе, и так же то, что в каждой галактике огромное число звезд, первые три условия достаточно легко выполнить.
Звезда системы вполне может обеспечить энергетический градиент своей планеты. Он может возникать при воздействии ее гравитации. Или таким генератором может быть крупный спутник, вращающийся вокруг планеты. Эти факторы могут вызвать геологическую активность. Поэтому условие неравномерного распределения энергии легко выполнимо. Планета также должна обладать запасами всех необходимых элементов. Ее плотная атмосфера должна позволять жидкости существовать на поверхности.
Планеты с подобными условиями должны были возникнуть к тому времени, когда Вселенной было всего 300 миллионов лет.
Нужно больше
Но есть один нюанс, который нужно учитывать. Он состоит в том, что необходимо иметь достаточное количество тяжелых элементов. И их синтез занимает больше времени, чем требуется для появления скалистых планет с правильными физическими условиями.
Эти элементы должны обеспечить правильные биохимические реакции, которые необходимы для жизни. На окраинах крупных галактик для этого может потребоваться много миллиардов лет и множество поколений звезд. Которые будут жить и умирать, чтобы выработать необходимое количество нужного вещества.
В сердцах галактик звездообразование происходит часто и непрерывно. Из переработанных остатков предыдущих поколений сверхновых звезд и планетарных туманностей рождаются новые звезды. И количество нужных элементов может там быстро расти.
Галактический центр, однако, является не очень удачным местом для возникновения жизни. Вспышки гамма-всплесков, сверхновые, образование черных дыр, квазары и разрушающиеся молекулярные облака создают здесь среду, которая в лучшем случае нестабильна для жизни. Вряд ли она сможет возникнуть и развиваться в таких условиях.
Чтобы получить нужные условия этот процесс должен прекратиться. Необходимо чтобы звездообразование больше не происходило. Именно поэтому самые первые, наиболее подходящие для жизни планеты возникли, вероятно, не в такой галактике, как наша. А скорее в красно-мертвой галактике, которая перестала образовывать звезды миллиарды лет назад.
Когда мы изучаем галактики, мы видим, что 99,9% их состава – это газ и пыль. Это является причиной появления новых поколений звезд и непрерывного процесса звездообразования. Но некоторые из них прекратили формировать новые звезды около 10 миллиардов лет назад или больше. Когда их топливо заканчивается, что может произойти после катастрофического крупного галактического слияния, звездообразование внезапно прекращается. Голубые гиганты просто заканчивают свою жизнь, когда у них заканчивается топливо. А красные звезды остаются медленно тлеть дальше.
Мертвые галактики
Одна из таких, галактика NGC 1277, находится совсем рядом с нами (по космическим меркам).
Поэтому очевидно, что первые планеты, на которых могла возникнуть жизнь, возникли не позже 1 миллиарда лет после рождения Вселенной.
По самым осторожным оценкам во Вселенной существует два триллиона галактик. И поэтому галактики, которые являются космическими странностями и статистическими выбросами, несомненно, существуют. Остается только несколько вопросов: какова распространенность жизни, вероятность ее появления и необходимое для этого время? Жизнь может возникнуть во Вселенной и до достижения миллиардного года. Но устойчивый, постоянно обитаемый мир является гораздо большим достижением, чем жизнь, только что возникшая.
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:
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Жизнь и разум во Вселенной"
Существование жизни вне Земли, в особенности жизни разумной, с давних пор является одним из вопросов, которые волнуют человечество. История поисков жизни вне Земли полна драматических событий и горьких разочарований.
Первые идеи о том, что Земля не является единственным населённым миром в беспредельном пространстве Вселенной, высказывались ещё древними философами. Многие из них считали, что обитаемы все планеты, и даже Луна. Поэтому первые поиски внеземной жизни велись исключительно в нашей Солнечной системе. Однако по мере изучения её планет прогнозы о внеземной жизни становились всё менее оптимистичными. В итоге главными претендентами остались Венера и Марс.
Связано это с тем, что обе планеты похожи размерами и составом. Однако изучение поверхности нашей соседки показало, что она является самой горячей планетой в нашей Солнечной системе. Поэтому ничто живое не способно выжить на ней. Хотя в последнее время всё больше учёных склоняются к тому, что в облаках Венеры присутствуют микробы, подобные земным экстремофилам. Об этом свидетельствуют химические вещества, обнаруженные в облаках этой планеты. Но это пока только догадки.
Тогда все надежды стали связывать с самой загадочной планетой — Марсом. Многие учёные давно считали, что на красной планете есть жизнь. В прошлом даже выдвигались проекты о том, как заявить марсианам о своём существовании. Так, например, немецкий математик Иоганн Гаусс предлагал прорубить в лесах Сибири гигантские просеки в форме треугольника и других геометрических фигур, чтобы обитатели Марса узнали о наличии на нашей планете разумной жизни.
Вы уже знаете, что вся поверхность Европы покрыта льдом и является одной из самых гладких поверхностей Солнечной системы. Также на поверхности спутника очень мало кратеров, но много трещин. Рельеф некоторых участков поверхности указывает на то, что здесь когда-то давно лёд был расплавлен и в воде плавали льдины и айсберги.
Над южным полюсом Европы были зафиксированы признаки выброса водяного пара — это результат действия гейзеров, бьющих из трещин ледяной коры. Следовательно, если на Европе есть тёплая вода, то могут существовать и какие-либо формы жизни. Интересные характеристики Европы, а также возможность отыскать внеземную жизнь привели к тому, что в 2016 году НАСА выделило из бюджета средства на создание межпланетной станции для детального изучения этого спутника Юпитера. Запуск аппарата намечен на середину 2020-х гг.
Ещё одним интересным местом для поиска жизни в нашей Солнечной системе является крупнейший спутник Нептуна Тритон.
Вы, наверное, обратили внимание на то, что практически все поиски внеземной жизни сводятся к поиску жидкой воды. Дело в том, что в настоящее время считается, что любые формы жизни могут зародится исключительно в водной среде. И хотя вода как химическое соединение имеет довольно широкое распространение не только в нашей Солнечной системе, но и во Вселенной, пока только на Земле мы встречаемся с таким её количеством в жидком виде.
Уже научно доказано, что из смеси водорода, метана, аммиака, сероводорода и, главное, воды (таков первичный состав земной атмосферы) под действием ультрафиолета и электрических разрядов можно получить 22 аминокислоты, 12 из которых входят в строительный материал белков живых организмов. И четыре из пяти оснований, образующих молекулы ДНК и РНК. То есть могут появиться особые органические клетки, которые начнут размножаться и развиваться. Каждый раз будут возникать все более сложные клеточные образования и по количеству, и по качеству, подобно тому, как развилась жизнь на Земле.
Эта такая форма жизни, которая нам знакома. Мы не способны представить себе другую жизнь, потому что устроены определённым образом. Наше воображение очень ограниченное и черпает все формы из существующей реальности. Попробуйте вообразить существо, живущее на другой планете, и у вас обязательно получится нечто, похожее на земные существа. Возможны лишь вариации по количеству ног и с хвостом или без него, но наша фантазия не способна выйти за границы этого мира.
Однако существование органических соединений, процессы, происходящие с ними в живых организмах и составляющие основу жизнедеятельности, могут происходить лишь при температурах от нуля до ста градусов Цельсия. Более того, для возникновения и развития живых организмов необходимо, чтобы эти условия поддерживались в течение достаточно длительного времени. (Согласно современным представлениям, в земной биосфере от момента зарождения простейших форм жизни до появления человека прошло примерно 3 млрд лет.)
Таким образом, существование жизни возможно только на тех планетах, где изменения температуры не выходят за указанные пределы. А таким требованиям удовлетворяют только те планеты, которые движутся по почти круговым орбитам вокруг звёзд главной последовательности классов F и G.
Как вы знаете, поиск планет вне Солнечной системы сопряжён с большими трудностями, так как планеты чрезвычайно малы и тусклы по сравнению со звёздами, а сами звёзды находятся далеко от Солнца. Первые экзопланеты были открыты лишь в конце 80-х годов прошлого века.
Сейчас же такие планеты стали открывать благодаря усовершенствованным научным методам, зачастую на пределе их возможностей. На 11 декабря 2017 года достоверно подтверждено существование 3716 экзопланет.
Однако их открытие не гарантирует развития на них биологической жизни. Для этого они должны попадать в область, называемую зоной обитаемости или зоной жизни. Это, конечно, условная зона, определённая из расчёта, что условия на поверхности находящихся в ней планет будут близки к условиям на Земле.
А 23 июля 2015 года учёные сообщили об обнаружении экзопланеты Kepler-452 b на орбите жёлтого карлика спектрального класса G2 в созвездии Лебедя. По оценкам, её диаметр всего на 60 % больше диаметра Земли, что делает её более похожей на нашу планету по сравнению с ранее обнаруженными. Период обращения планеты вокруг звезды составляет 385 суток, что так же крайне близко к периоду обращения Земли вокруг Солнца. Таким образом, поиски внеземных цивилизаций вышли за пределы Солнечной системы.
Но поиски разумной жизни не ограничиваются лишь прямыми наблюдениями и исследованием планет и их спутников. В 1960 году американский астроном Фрэнк Дрейк предпринял первые попытки в поиске искусственных радиосигналов от двух ближайших звёзд. И хотя обнаружить искусственные сигналы ему не удалось, но эра поисков сигналов внеземных цивилизаций была открыта.
Характеристики сигнала соответствовали (в некоторых интерпретациях) теоретически ожидаемым от сигнала внеземного происхождения (в том числе и длительность в 72 секунды). Однако однозначной трактовки этого сигнала нет. Как нет и от сигнала, полученного 5 января 2012 года по направлению от экзопланеты в системе KOI 817 в созвездии Лебедя.
1) молекула нейтрального водорода (в качестве эталона размера);
2) две человеческие фигуры, мужчины и женщины, на фоне контура аппарата;
3) положение Солнца относительно центра Галактики и четырнадцати (14) пульсаров;
4) схематическое изображение Солнечной системы и траектория аппарата относительно планет.
Если с аппаратом ничего не случится, то примерно через два миллиона лет он доберётся до окрестностей звезды Альдебаран.
И хотя поиски внеземных цивилизаций пока не увенчались успехом, они продолжаются и по сей день. Наша Вселенная удивительно приспособлена к возникновению и развитию в ней жизни. Так, из бесконечного разнообразия начальных условий и значений физических постоянных, которые, вероятно, возникали в ранней Вселенной, реализовались только пригодные для существования разумной жизни.
Приведём несколько фактов. Например, мы с вами живём в пространстве трёх измерений. И только в таком пространстве возможны устойчивые планетные движения.
А если бы гравитационная постоянная была в несколько раз больше, то время жизни Солнца как устойчивого горячего плазменного шара измерялось бы несколькими десятками миллионов лет.
Если бы масса электрона была в три раза больше современной, то время жизни протона было бы малым. И при его взаимодействии с электроном он бы распадался на нейтрон и нейтрино. Тогда звёзды и галактики состояли бы из нейтронов. Следовательно, не существовало бы более сложных форм.
Этот иллюстративный ряд можно продолжать ещё долго. Однако уже сейчас можно говорить о том, что наша Вселенная представляет собой единое связное целое, согласованную систему, удивительно приспособленную к существованию жизни. Другие вселенные с иными физическими параметрами развивались бы, как отметил советский космолог Абрам Леонидович Зельманов, без свидетелей.
Читайте также: