Страница 6 из 14
Сложно по-настоящему понять описание Вселенной. Сначала необходимо, чтобы мы отказались от наших наблюдений за окружающими нас вещами и использовали совершенно другой способ, чтобы во всем разобраться.
С геометрической позиции особая точка является 0-мерной, линия – 1D, грань – 2D, а стерео – 3D. Мы изучали все это в средней школе и можем представить форму точек, линий, граней и стерео. Тем не менее время и пространство 4D (не путать с четырехмерным пространством-временем теории относительности) мы можем воспринимать, но не представляем, как оно выглядит. Конечно, найдется множество людей, которые не согласны с этим утверждением. Они скажут, что время не всегда идет. Разве Вселенная не пространство, которое мы видим? Причина, по которой у людей возникают такие вопросы, заключается в том, что они ограничены собственным опытом и знаниями.
Согласно существующей теории Вселенной, до Большого взрыва не было ничего. Но когда произошел Большой взрыв около 13,8 миллиарда лет назад, время и пространство уже были. Время идет до сих пор, пространство расширяется по сей день.
Кто-то обязательно скажет, что до Большого взрыва жизни и материи могло и не быть, но как быть со временем, оно уж точно должно было существовать? Ответ – нет. Время появилось в момент Большого взрыва. Он образовал космическую галактику и материю. Но было же хотя бы пустое пространство перед Большим взрывом? Ответ также отрицательный. В то же время у Большого взрыва было пространство. Возможно, кого-то спросит, что находится за пределами Вселенной? Какова граница между ее краями? Ответ заключается в том, что у Вселенной есть только определенный размер, но нет границ. Некоторые ученые считают, что за пределами нашей Вселенной существуют и другие Вселенные, но поскольку пространство и время являются четырехмерными, мы не можем видеть их.
Наблюдая за галактикой с помощью телескопов, мы обнаруживаем, что чем дальше от нас галактики, тем быстрее они отдаляются от нас. Это не означает, что мы являемся центром Вселенной. Фактически, если посмотреть на космическое пространство на любой планете в любой галактике, ситуация будет такой же, как у нас на Земле.
Взрыв, произошедший 13,8 миллиарда лет назад, считается точкой отсчета Вселенной. В начале Большого взрыва четыре природные силы (электромагнитная, взаимодействия, притяжения, слабое взаимодействие), которые мы знаем сегодня, объединились. По мере того как Вселенная охлаждалась и расширялась, эти четыре силы начинались разделяться. В то же время появляется асимметрия между веществом и антивеществом (материя была немного больше, чем антивещество). Это крайнее хаотическое состояние Вселенной: в таком хаотическом пространстве вещество и антивещество встречаются и аннигилируют в фотоны и производят энергию. Эта аннигиляция имеет аннигиляцию нейтронов и антинейтронов, протонов и антипротонов, электронов и антиэлектронов, а также нейтрино и антинейтрино. Сегодня поток света во всей Вселенной – это прежде всего продукт Большого взрыва. Небольшое количество материала, оставшееся после этой аннигиляции, – наша космическая галактика.
По истечении трех минут после Большого взрыва температура Вселенной упала до 1 миллиарда К. В это время протоны и нейтроны были объединены в ядро. Этот процесс длился около часа. Когда космическая температура упала до 100 миллионов К, ядерный синтез закончился. Рассчитано в соответствии с теорией, что среди продуктов, синтезируемых зародышеобразованием, водород составлял около 3/4, а цезий – около 1/4. Общая доля лития, стронция и бора составляла менее одной части на миллион. Сегодняшние астрономические наблюдения первоначально подтвердили это теоретическое соотношение.
Вселенная в это время была полна фотонов, но не прозрачна. Поскольку во Вселенной большое количество свободных электронов, они блокировали прохождение фотонов. Примерно через 300 000 лет температура Вселенной упала до 3000 К и движение электронов было не столь интенсивным. Таким образом, ядро водорода захватывает электрон в свой атом, также ядро водорода захватывает и электрон, ядро гелия захватывает два электрона, ядро лития, бериллия и бора также захватывают соответствующие электроны в атомы. Без блокировки электронов освобожденный фотон сделал Вселенную ярким светом, и она закончила свой хаотический период и стала прозрачной. В то же время Вселенная перешла из периода, в котором господствовала радиация, в период, в котором доминировала материя.
В 1960-х годах два инженера из лаборатории Белла Арно Аллан Пензиас и Роберт Вудро Уилсон во время настройки радиотелескопа обнаружили очень холодный свет, который распространялся на все космическое небо. Он окутывал каждую звезду, каждую галактику и заполнял каждый уголок Вселенной. Температура этого света была равна 3 К. Однако его нельзя было разглядеть с помощью оптического телескопа, только с помощью радиотелескопа. Мы знаем, что 0 K – абсолютный ноль, который равен теоретической минимальной температуре –273 °C. Температура 3 K – это остаточное, теоретически рассчитанное тепло Большого взрыва. Холодный свет, который заполняет всю Вселенную, – это исходный свет, оставленный после начала Большого взрыва. Это остаток фотона, оставшегося после образования Вселенной. С тех пор как прошло 13,8 миллиарда лет, Вселенная значительно расширилась, и оригинальные фотоны рассеялись по ее необъятному пространству. Однако они настолько редко встречаются, что имеют всего несколько сотен фотонов на кубический сантиметр, что эквивалентно температуре 3 К. Они распространены по всей Вселенной. Их называют микроволновым фоновым излучением или температурой фонового излучения. Случайное открытие этих двух инженеров стало самым убедительным доказательством теории Большого взрыва. Благодаря этому достижению Пензиас и Уилсон в 1978 году получили Нобелевскую премию по физике.
По мере того как Вселенная продолжала расширяться, атомы начинали сближаться под действием силы тяжести, образуя огромное облако. Через 200 миллионов лет после Большого взрыва атомы были достаточно сжаты, тогда и стали появляться звезды. В это время общая температура Вселенной, то есть температура фонового излучения, упала до 30 К. В этот же период начали формироваться галактики. Сегодня, через 13,8 миллиарда лет после Большого взрыва, Вселенная все еще расширяется.
2. Вселенная и Млечный Путь
Несомненно, Млечный Путь также является результатом Большого взрыва, но специфический процесс формирования Млечного Пути шел не так последовательно, как процесс формирования Вселенной. Принято считать, что большой атомный газ собирается под действием силы тяжести вскоре после образования Вселенной, поскольку эта сила притяжения достаточно велика, она может быть относительно независимо закрыта от простой силы расширения Вселенной. В то же время все еще из-за гравитационного эффекта внутри этой большой, относительно независимой закрытой воздушной массы образуется множество других независимых закрытых воздушных масс. Эти меньшие воздушные массы становятся все более и более частыми под действием силы тяжести, так что внутренняя температура становится все выше. Примерно через 200 миллионов лет после образования Вселенной воздушные массы последовательно воспламеняли ядра водорода своими собственными силами гравитации, огромная жара способствовала горению воздушной массы, что стало причиной рождения первых звезд. Первоначальная атмосфера сотен миллионов звезд превратилась в огромную галактику Млечный Путь.
Согласно текущим исследованиям Млечный Путь представляет собой спиральную галактику, состоящую из большого количества звезд. Некоторые сравнивают ее с диском, который метают спортсмены: она круглая, тонкая с выпуклым центром. В направлении диаметра его центр называется галактическим центром, выпуклая часть галактического центра называется кариосферой, а затем галактическим диском и галактической короной.
Кариосфера Млечного Пути представляет собой плоский сфероид, ее диаметр составляет около 16 000 световых лет, а толщина – около 13 000. Это плотная область звезд, полная межзвездной материи и туманностей. Согласно наблюдениям, в центре кариосферы находится огромная черная дыра. Такое суждение основано на сильном излучении космических лучей в центре кариосферы, что свидетельствует о том, что черная дыра пожирает небесное тело.