Как был создан мир с научной точки зрения кратко

Обновлено: 04.07.2024

Как мы писали в предыдущей статье, человечество много веков считало, что Вселенная бесконечна и существовала всегда. А потом выяснилось, что нет, она родилась примерно, 13,5 млрд лет назад. Так утверждает современная физика. Кстати, католическая церковь, которая сейчас намного гибче православной, (спасибо Иоанну Павлу II, предыдущему Папе Римскому), уже сказала: вот мы же вам про сотворение мира говорили, а вы не верили. То, что не за семь дней, а за миллиарды лет – это детали. Этим, жившим тогда необразованным людям, объяснить же было невозможно, что такое миллиарды лет, а семь дней – это понятно. На руках и то – всего десять пальцев, а тут всего семь. Кстати, это волшебное число семь удачно встраивается в современную научную картину сотворения мира. Но об этом позже.

Что говорит современная наука

В научном мире принято считать, что Вселенная произошла в результате Большого взрыва. Строится данная теория на том, что энергия и материя (основы всего сущего) ранее находились в состоянии сингулярности. Оно, в свою очередь, характеризуется бесконечностью температуры, плотности и давления. Состояние сингулярности само по себе отвергает все известные современному миру законы физики. Ученые считают, что Вселенная возникла из микроскопической частицы, которая в силу неизвестных пока причин пришла в далеком прошлом в нестабильное состояние и взорвалась. Но пока это только разговоры. Никакой более-менее правдоподобной теории этого начала сотворения мира нет. Зато потом, уже с первых секунд, все становится все более-менее ясно и понятно. И, как ни странно, подтверждается наблюдаемыми данными. Вот же какая история: больше 13 млрд лет прошло, а следы остались.

Как мы поняли это

Так как же человечество до всего этого дошло? Много чего об этом сейчас говорят. Но, по наиболее популярной версии, все началось с открытия американского астронома Хаббла (его именем сейчас называется космический телескоп). Так вот, Хаббл обнаружил так называемое красное смещение в спектрах далеких галактик.

Здесь надо рассказать, о чем идет речь, чтобы понятно было. Все химические элементы, а речь идет в данном случае о водороде, из которого, в основном, и состоят все звезды, излучают электромагнитные волны. И чем больше этот водород нагревается (а в звездах, где идут термоядерные реакции, он разогрет очень сильно) тем больше он и излучает.

Но тут вот в чем фишка. Это излучение идет на определенных частотах. И с определенной амплитудой на каждой частоте. Так что, получив соответствующую информацию (наука такая есть – спектроскопия), вы можете однозначно установить, какие химические элементы присутствуют в наблюдаемом вами объекте. Это как отпечатки пальцев.

И когда в 20-х годах прошлого века разработанные приборы позволили изучать спектры вещества в отдаленных галактиках, Хаббл обнаружил удивительное явление. Чем дальше находилась наблюдаемая галактика, тем сильнее наблюдалось так называемое красное смещение. По своей структуре спектры были нормальными. Водород и водород. Но по частотам они были сдвинуты в так называемую красную сторону спектра.

Для теоретической физики того времени ничего странного в этом не было – эффект Доплера. Если объект удаляется от вас – спектр смещается в красную сторону. Если приближается – то, наоборот, в фиолетовую.

Но как эти данные могли находиться в соответствии со стационарной моделью Вселенной? И почему, как показали последующие наблюдения, чем дальше находился исследуемый объект, тем красное смещение было более сильным? Он что, этот объект, быстрее от нас улетал? С какого прибамбаха?

Объяснение наблюдений

Это объясняется простыми формулами, доступными для каждого школьника старших классов. Но, мы здесь не будем их приводить. Как писал Хокинг, чем меньше формул в научно-популярном материале, тем он лучше воспринимается читателем. Просто представьте себе этот раздувающийся шарик – и все станет понятно. Вот и вся разгадка парадокса Хаббла. Чем дальше от нас находится наблюдаемый объект (галактика), те быстрее она от нас и убегает. А это значит, что Вселенная, как тот воздушный шарик, расширяется.

Только один вопрос остается. Причем тут шарик Гамова и наша Вселенная? Ну, шарик, это для публики. На самом деле, Гамов, может быть, впервые придумал теорию расширяющейся Вселенной. А если она расширялась, значит, у нее было какое-то начало.

Теория расширяющейся Вселенной

Реликтовое излучение

Все началось в 1965 году, когда двое сотрудников американской компании Bell Telephone Арно Пензиас и Роберт Вилсон спроектировали новую сверхчувствительную антенну, работающую в определенном диапазоне частот. Делалась вся эта работа для использования в области спутниковой связи и телекоммуникаций. Спроектировали. Построили.

Но тут незадача вышла. Появлялись помехи. Какой-то непонятный шум. Ребята искали его источник, но найти так и не смогли. Он шел со всех сторон. Отчаявшись, они опубликовали статью в одном из радиотехнических журналов, в которой подробно описали свою разработку и попросили сообщество работающих в этой области инженеров, высказать свои предположения, в чем может быть причина этого странного явления.

Эволюция Вселенной

Итак, как эволюционировала наша Вселенная после «Большого взрыва? В ее развитии было несколько этапов.

Хронология развития Вселенной

10-45 - 10-37 секунд – инфляционное расширение, в результате которого пространство немерено расширилось. Любознательный читатель может спросить. А как же теория Относительности? Там же есть скорость света, которую превысить нельзя. А все очень просто. Ограничения теории Относительности относятся к перемещениям любых материальных объектов в нашем пространстве. А тут расширялось само пространство.

Потом, когда пространство расширилось, в нем сначала возникли кварки и электроны, а потом другие элементарные частицы.
Атомы образовались примерно через 400 тыс. лет после Начала.
Через миллиарды лет зародились первые звезды и галактики, а потом планеты.
Ну, и примерно через десять – одиннадцать миллиардов лет, на этой планете Земля появилась жизнь, которая и эволюционировала в Homo sapiens.

О сотворении мира

Вот мы и насчитали 5 стадий эволюции Вселенной, а могли бы насчитать и больше. Если бы прибавили время превращения этого первоначального Homo sapiens в действительно разумного человека. Получилось бы шесть. Вот все и сложилось. Ведь на седьмой день Господь, как известно, отдыхал.

Теория Большого взрыва стала настоящим прорывом в науке. Она позволила ученым ответить на множество вопросов относительно рождения и эволюции Вселенной. Но одновременно эта теория породила новые загадки. Главная из них заключается в причине самого Большого взрыва. Как он произошел и что было до него? Чем больше исследований проводится в этом направлении, тем больше вопросов возникает у астрофизиков. Ответы на них ждут человечество в будущем.

Темные вещи

Сейчас, главными загадками являются природа так называемых темной материи и темной энергии.

О темной энергии мы уже упоминали в предыдущей статье. Это – антигравитация, которая и расширяет нашу Вселенную. Природа ее пока не установлена. Но факт существования неопровержимо доказан.

А зачем?

Действительно, зачем оно нам надо? А потому что интересно. И без этого интереса человечество не стало бы тем, кем является сейчас. И надо понимать – это главное. Текущая политика, экономика – чтобы там не происходило, оно все пройдет. А если стремление человека познать окружающий мир останется, то все будет хорошо. Конечно, если люди не истребят планету, на которой они живут. Что же, будем надеяться на лучшее.

Вопросы о происхождении времени и элементов, жизни и человечества являются фундаментальными вопросами физики, астрономии, биологии и, в некотором смысле, самой религии. На протяжении многих столетий вера и разум по-своему объясняли возникновение мироздания. Теперь наука ближе, чем когда-либо, подобралась к решению этой загадки.

Подобные вопросы — о происхождении времени и элементов, жизни и человечества — являются фундаментальными вопросами физики, астрономии, биологии и, в некотором смысле, самой религии. Нас интересует происхождение всего сущего, начиная от космоса и материков и кончая простейшими организмами и философией.

С самого своего возникновения космос был плотно сжат, но к настоящему времени он стал разреженным, и, по мере расширения вселенной, это разрежение увеличивается. Сейчас нам стало ясно, когда именно началось это расширение: как показывают измерения относительных координат сверхновых по отношению к их возрасту, знаменитый Большой взрыв произошел около 13,77 миллиардов лет назад. Отголоски этого взрыва до сих пор слышны во Вселенной. Они извещают нас о непростом прошлом, сложном настоящем и мрачном будущем.

К моменту начала эйнштейновской революции считалось, что источником ионизации является радий и родственные ему элементы, залегающие внутри самой Земли. В 1910 году немецкий физик Теодор Вульф воспользовался аппаратом для измерения уровня ионизации (возникшего в том числе в результате ионизирующего излучения) наверху Эйфелевой башни (высотой 300 метров) по сравнению с уровнем ионизации у ее основания. Как и ожидалось, ионизация снизилась, но не так, как предсказывали данные измерений, проведенных между двумя точками, расположенными на поверхности Земли. Вульф предположил, что, возможно, какая-то часть излучения проникает из космоса. Эту гипотезу поначалу высмеяли, но вскоре австриец Виктор Гесс поднялся на воздушном шаре на высоту более пяти тысяч метров и обнаружил, что ионизация [при увеличении высоты] не падает до нуля, а наоборот растет, причем ее источник расположен над атмосферой (ученый зафиксировал трехкратное превышение ее уровня); она не сильно уменьшилась в момент полного затмения. Гесс обнаружил космические лучи. Это был первый намек на то, что Вселенная наполнена энергией, свидетельствующей о ее бурном рождении.

Одна из версий возникновения нашей Вселенной — теория Большого взрыва. Согласно данной теории наш мир появился из микроскопической частицы за миллисекунды. Т&Р простыми словами объясняют Теорию большого взрыва, и рассказывают, что произойдет с нашей вселенной в ближайшем будущем.

В 1963 году ученые Арно Пензиас и Роберт Уилсон обнаружили, что микроволновые излучения падают на нашу планету из космоса, что подтверждает Теорию большого взрыва. Излучение приходит из космоса на Землю. Реликтовое излучение (тепловое излучение, возникшее в эпоху первичной рекомбинации водорода) было излучено 13,7 миллиардов лет назад. То есть изучение этих свойств позволяет узнать о возрасте Вселенной и ее трансформациях. На самом деле, излучения, которые мы видим сегодня, проходят огромное расстояние и, возможно, их источник уже не существует.

Предположение, что Вселенная расширяется, подтвердилось в 1929 году астрономом Эдвином Хабблом. В 1965 году обнаружили реликтовое излучение, которое является следствием Большого взрыва. Если включить на телевизоре пустой канал, около 10% черно-белых крапинок вызывается фотонами, которые остались с момента рождения Вселенной.

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:

Читайте также: