Тайны вселенной. Парадокс Большого Взрыва

Втр, 06/25/2013 - 15:45

Но, парадокс, к этому моменту область Вселенной уже занимала пространство не менее 1014 км в поперечнике. Следовательно, Вселенная состояла примерно из 1027 причинно не связанных друг с другом областей, каждая из которых, тем не менее, расширялась с точно одинаковой скоростью. Исследуя тепловое космическое излучение, идущее с противоположных сторон звездного неба, астрономы регистрируют совершенно одинаковые «дактилоскопические» отпечатки областей Вселенной, разделенных огромными расстояниями. Эти расстояния оказываются в 90-то с лишним раз больше расстояния, которое мог пройти свет с момента испускания теплового излучения.

Крупномасштабная однородность Вселенной выглядит еще более загадочной, если взять во внимание, что в малых масштабах Вселенная отнюдь не однородна. Существование отдельных галактик и галактических скоплений свидетельствует об отклонении от строгой однородности, причем это отклонение к тому же повсеместно одинаково по масштабам и величине. Гравитация стремится увеличить любое начальное скопление вещества, поэтому степень неоднородности, необходимая для образования галактик, во время Большого взрыва была значительно меньше, нежели теперь. Однако в начальной фазе Большого взрыва должна была все-таки присутствовать небольшая неоднородность, иначе галактики никогда бы не образовались.

Если допустить, что единственной силой во Вселенной является гравитационное притяжение, то Большой взрыв следует трактовать как не имеющий причины, с заданными начальными условиями, для которого характерна поразительная согласованность, чтобы прийти к существующей структуре космоса, а Вселенная должна была с самого начала развиваться надлежащим образом. В этом как раз и заключается парадокс возникновения Вселенной, который удалось разрешить лишь в последние годы.

Еще Ньютон понимал, сколь сложную проблему представляет устойчивость Вселенной, а именно: каким образом звезды сохраняют положение в пространстве, не имея опоры? Универсальный характер гравитационного притяжения должен был привести к стягиванию звезд в скопления вплотную друг к другу. Поэтому Ньютон рассуждал, что каждая звезда «падала» бы в направлении центра скопления звезд, но так как Вселенная бесконечная, и звезды распределены по ней равномерно, то общего центра не существует, и звездам просто некуда «падать». Любая звезда испытывала бы воздействие гравитационного притяжения всех своих соседей, но вследствие усреднения этих взаимодействий по различным направлениям не возникло бы никакой результирующей силы, стремящейся переместить данную звезду в определенное положение относительно всей совокупности звезд.

Через 200 лет Эйнштейн создал новую теорию гравитации, задолго до выдвижения идеи расширяющейся Вселенной голландским астрономом Вилем де Ситтером в 1916 году и подтвержденное экспериментальным путем Хабблом в 1927 году разбегание галактик. Эйнштейн считал Вселенную статичной. По его мнению, для предотвращения коллапса Вселенной под действием ее собственной гравитации должна существовать иная космическая сила, которая могла бы противостоять гравитации. Эта сила должна быть силой отталкивания, чтобы компенсировать гравитационное притяжение. Само по себе это рассуждение убедительно, достаточно простое и естественно. В действительности же свойства такой силы оказываются совершенно необычными. Естественно, никакой подобной силы на Земле до сих пор не замечено. Очевидно, если сила космического отталкивания и существует, то она не должна оказывать сколько-нибудь заметного действия на малых расстояниях, но ее величина значительно возрастает в астрономических масштабах. Это противоречит всему предшествующему опыту изучения природы сил: обычно они интенсивны на малых расстояниях и ослабевают с увеличением расстояния. Например, электромагнитное и гравитационное взаимодействия непрерывно убывают по закону обратных квадратов.

Но введенная Эйнштейном сила космического отталкивания («антигравитация») на самом деле не является пятым взаимодействием в природе, а просто причудливое проявление самой гравитации. По его мнению, нет никакого противоречия в том, что, с одной стороны, отрицательное давление невидимых космических газов, которые заполнили все пространство Вселенной, как бы всасывают внутрь галактики, а с другой — эта гипотетическая среда отталкивает их. Ведь отталкивание обусловлено гравитацией среды, а отнюдь не механическими воздействиями, которые создаются не самим давлением, а разностью давлений, но предполагается, что гипотетическая среда заполняет все пространство. Ее нельзя ограничить границами пространства, и находящийся в этой среде наблюдатель вообще не воспринимал бы ее как ощутимую субстанцию. Пространство выглядело бы и воспринималось совершенно пустым. С помощью расчетов Эйнштейн оценил величину силы космического отталкивания, необходимую, чтобы уравновесить гравитацию во Вселенной, подтвердив, что отталкивание должно быть столь малым в пределах Солнечной системы и даже в масштабах Галактики, что его невозможно обнаружить экспериментально. Основная идея Эйнштейна основывалась на строгом балансе сил притяжения и отталкивания, то есть устойчивом равновесии.
Но в ходе дальнейших исследований выявились некоторые тонкие детали. К примеру, если бы статическая вселенная Эйнштейна немного расширилась, то гравитационное притяжение, ослабевающее с расстоянием, несколько уменьшилось бы, тогда как силы отталкивания, возрастающие с расстоянием — увеличились бы. Это привело бы к нарушению баланса в пользу сил отталкивания, что вызвало бы дальнейшее расширение Вселенной. И наоборот, если бы статическая вселенная Эйнштейна немного сжалась, то это, в конечном счете, под действием все возрастающего гравитационного притяжения привело бы ко все более быстрому сжатию и как итог — к коллапсу. Таким образом, при малейшем отклонении строгий баланс нарушился бы, и космическая катастрофа была бы неизбежна, но Вселенная расширяется, и в ней доминирует космическая сила отталкивания.

Другие материалы рубрики


  • ...Тесное сходство протона и нейтрона наводит на мысль, что здесь существует симметрия. И действительно, на ядерный процесс никак не отразится, если можно было бы заменить все протоны на нейтроны, или наоборот. Это свойство получило название — симметрия изотопического спина, или изотопическая симметрия. Название связано с тем, что ядра, отличающиеся только числом нейтронов, называются изотопами. Нынешнему состоянию Вселенной соответствует равное количество протонов и нейтронов, которые находятся в постоянном движении. Но какая причина вызывает эти движения и вообще изменения в природе?..

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Этот взрыв потряс не только часть Вселенной, но и земную астрономию! Громадная звезда вдруг стала сверхновой, и ее разорвало на куски с таким шиком, что даже бывалые астрономы заявили, что никогда такого не видали. А ведь должна была вести себя тихо-тихо. Ученые подозревают, что такое разрушительное событие может в любой момент повториться у нас прямо под боком. Возможно, даже завтра. Или прямо сейчас.



  • Прошло без малого сто лет с того момента, как были открыты космические лучи-потоки заряженных частиц, приходящих из глубин Вселенной. С тех пор сделано много открытий, связанных с космическими излучениями, но и загадок остается еще немало. Одна из них, возможно, наиболее интригующая: откуда берутся частицы с энергией более
    1020 эВ, то есть почти миллиард триллионов электрон-вольт, в миллион раз большей, чем будет получена в мощнейшем ускорителе — Большом адронном коллайдере (LHC)? Какие силы и поля разгоняют частицы до таких чудовищных
    энергий?

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Юпитер называют планетой загадок. В статье высказывается гипотеза о причинах феномена «горячих теней» — наиболее таинственного и малоисследованного процесса, наблюдаемого в атмосфере гигантской планеты.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • В кинокомедии «Карнавальная ночь» один из персонажей — лектор — сообщает: «Есть ли жизнь на Марсе, нет ли жизни на Марсе, науке не известно». С тех пор прошло почти полвека, но это утверждение справедливо и сегодня. Однако не менее справедливо и другое: «Где есть вода — там есть и жизнь». Сегодня с большой долей уверенности можно сказать: вода на Марсе есть. Дело за малым — отыскать там жизнь.


  • В нашей Галактике за пределами Солнечной системы обнаружено несколько сотен планет. Исследовать их проще и дешевле при помощи автоматических зондов сверхмалого размера. Запускать эти аппараты можно с Земли из электромагнитной пушки, а ускорять и корректировать орбиты будут гравитационные поля встречных звезд.
    Полеты к звездам — любимая тема фантастов и авторов компьютерных игр. Лихо носятся их звездолеты на просторах Галактики! Вот только неясно — как и зачем? Но эти вопросы не очень волнуют любознательных читателей: «как» — это придумают инженеры, а уж «зачем» — вообще неприлично спрашивать. Вы только представьте: новые неизведанные миры, братья по разуму... Разве это неинтересно?!
    Но не все фантазии удается воплотить в жизнь. Романтическая эпоха поиска внеземных цивилизаций, рожденная в начале 1960-х успехами космонавтики и радиоастрономии, к концу столетия почти сошла на нет.



  • Вращаясь вокруг Солнца, инфракрасная обсерватория НАСА ищет следы молодых звезд и галактик, а также межзвездное пространство, в котором они образовались.
    Космический телескоп имеет очевидные преимущества в изучении инфракрасного теплового излучения, которое испускают объекты, слишком холодные, чтобы сиять в спектре видимого света. Атмосфера Земли - постоянная помеха для инфракрасных приборов, поскольку она не только впитывает слабые инфракрасные лучи из космоса, но и сама выделяет их огромное количество.
    В 1979 году НАСА представило инфракрасный космический телескоп SIRTF. Он не стал первым инфракрасным прибором на орбите, но долгое время оставался самым большим.



  • ...Теперь вы должны быть предельно внимательны. Следующие несколько секунд окажутся решающими, поэтому вы включаете высокоскоростную регистрирующую систему для детальной записи всех приходящих сведений. Через 61 с R3D3 сообщает, что все системы пока функционируют нормально, горизонт - на расстоянии 8000 км и приближается со скоростью 15 тыс. км/с. Проходит 61,6 с. Еще все в порядке, до горизонта осталось 2000 км, скорость - 30 тыс. км/с (или 0,1 скорости света, так что цвет излучения начинает меняться все заметнее). А затем, в течение следующей 0,1 с вы с изумлением замечаете, что излучение из зеленого становится красным, инфракрасным, микроволновым, затем приходят радиоволны и наконец все исчезает. Через 61,7 с все кончено - лазерный луч пропал. R3D3 достиг скорости света и исчез за горизонтом.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • Космические фонтаны из водяного льда, пара и смеси других веществ, поднимающиеся над равнинами луны Сатурна, давно интригуют специалистов. Не хотят сходиться уравнения, описывающие энергетику этого мира, столь удаленного от Солнца. Однако все встает на свои места, если учесть новое открытие: волнующая активность Энцелада по геологическим меркам — мимолетный эпизод.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Немного найдется произведений, передающих красоту космических объектов, называемых планетарными туманностями. Освещенные изнутри родительской звездой, расцвеченные флуоресцирующими атомами и ионами на фоне космической черноты, газовые структуры кажутся живыми. Ученые дали им прозвища — Муравей, Морская Звезда, Кошачий Глаз...
    Термин «планетарные туманности» — представляющие собой размытые, похожие на облака объекты, видимые только в телескоп — придумал два столетия назад английский астроном Вильям Гершель (William Herschel), исследователь туманностей. Многие из них имеют округлую форму, которая напомнила ученому зеленоватый диск планеты Уран, им же и открытой. К тому же он полагал, что округлые туманности могут быть планетными системами, формирующимися вокруг молодых звезд. Термин прижился, несмотря на то, что действительность оказалась иной: туманности такого типа состоят из газа, сброшенного умирающими звездами. Примерно через 5 млрд. лет Солнце закончит свой космический век изящным выбросом планетарной туманности, что не вполне соответствует теории эволюции звезд — основе, на которой базируется наше понимание космоса. Если звезды рождаются, живут и умирают круглыми, то как же они создают вокруг себя структуры, которые мы видим на фотографиях «Хаббла», подобные Муравью, Морской Звезде или Кошачьему Глазу?

    • Страницы
    • 1
    • 2