Все, что вы хотели знать о Вселенной, с первой секунды ее рожденияАСТАНА, 12 апр — Sputnik. Сегодня — День космонавтики. Шестьдесят пять лет назад Юрий Гагарин обогнул Землю за 108 минут и открыл человечеству дорогу в космос. С тех пор изменилось многое: телескопы заглядывают в прошлое на миллиарды лет, марсоходы бороздят красные пустыни, а люди научились месяцами жить в невесомости. Но чем больше мы узнаем о космосе, тем больше вопросов он перед нами ставит.Возможно ли увидеть край Вселенной? Правда ли, что люди – это дети звезд? Одни ли мы во Вселенной и что такое «эхо Большого взрыва»?Помочь нам разобраться в этих вопросах согласился астрофизик, ассоциированный профессор Назарбаев Университета Ерназар Абдикамалов, специализация которого – дальний космос и финальные этапы жизни звезд.
Мы понимаем физику с первой секунды Большого взрыва. Но что было до?
На самом деле никто не знает, что было до Большого Взрыва. Да, вот так.»Если мы сейчас наблюдаем за небом, за другими галактиками, то мы видим, что эти галактики друг от друга в среднем удаляются. Из этого можно сделать вывод, если экстраполировать назад во времени, что когда-то Вселенная была более плотной. И, по сути, это то, что ученые имеют в виду, когда говорят «большой взрыв». То есть сейчас галактики друг от друга удаляются, а когда-то они были ближе друг к другу, а еще раньше они были еще ближе.CC BY 4.0 / NSF–DOE Vera C. Rubin Observatory (cropped image) / Туманность Лагуна и Тройная туманность на одном из первых снимков, сделанных с помощью обсерватории Веры Рубин
Туманность Лагуна и Тройная туманность на одном из первых снимков, сделанных с помощью обсерватории Веры РубинCC BY 4.0 / NSF–DOE Vera C. Rubin Observatory (cropped image) / Так вот, это мы точно знаем уже, но есть также много загадок в нюансах. Можно сказать, что, начиная где-то от первой секунды рождения Вселенной, мы по крайней мере в принципе понимаем физику, то, что произошло после первой секунды. Это та физика, которую можно тестировать, допустим, в лабораториях:ядерные реакции и другие вещи, которые можно в принципе тестировать», – объясняет Ерназар.Есть гипотеза нобелевского лауреата Роджера Пенроуза, в условиях которой Вселенная циклична, то есть живет «по кругу». Расширяется, когда происходит Большой взрыв, объекты разлетаются друг от друга миллиарды лет, потом Вселенная сжимается каким-то образом в точку, которая родит Большой взрыв, и снова, и снова – как будто Вселенная дышит. Вдох – сжатие, выдох – Большой взрыв и расширение. Мы сейчас в фазе расширения. И согласно этой теории, когда-то должен наступить момент, когда всебудет начинаться сжиматься.»Как я уже сказал, непонятно, это работает или не работает, потому что мы не знаем, что было до первой секунды, например. Поэтому точно сказать нельзя. Но многие ученые работают над этой темой, над этой моделью», – говорит он.Если теория верна, и Вселенная действительно «дышит», дойдет ли до нас какой-то сигнал из предыдущего цикла?© Photo : Предоставлено Андреем СолодовникомКомета C/2022 E3 (ZTF)
Комета C/2022 E3 (ZTF)© Photo : Предоставлено Андреем СолодовникомВидимый свет, по мнению физика, точно не доходит. Потому что когда Вселенная на раннем этапе была горячей, тогда весь газ был в состоянии плазмы. В таких условиях свет проходит тяжело. А вот гравитационные волны – возможно.Гравитационные волны – это рябь в самой ткани пространства. Их предсказал Эйнштейн еще в 1915 году, а научно их обнаружили только в 2015 году, ровно через сто лет. Три американских физика Райнер Вайсс, Кип Торн и Барри Бэриш получили за это открытие Нобелевскую премию.
Жизнь у черной дыры
В фильме «Интерстеллар» геройвысаживается на планету рядом с черной дырой. Час, проведенный там, равен семи годам на Земле. Пока экипаж проводит на поверхности несколько часов, дома проходят десятилетия. Идея завораживает: поселись у черной дыры, и у тебя появится время найти решение для спасения человечества, пока остальной мир стремительно стареет.В теории это работает. Гравитация черной дыры настолько сильна, что искривляет не только пространство, но и время. Чем ближе к горизонту событий, тем медленнее течет время для того, кто там находится. Но насколько это реализуемо на практике? Пока никак, поскольку находятся черные дыры очень далеко.© Photo : EHT CollaborationИзображение тени черной дыры Стрелец A*, полученное в радиодиапазоне при помощи Телескопа горизонта событий
Изображение тени черной дыры Стрелец A*, полученное в радиодиапазоне при помощи Телескопа горизонта событий© Photo : EHT Collaboration»Самые дальние наши аппараты, вояджеры, запущенные в 1977 году, только-только вышли за границу Солнечной системы. А ближайшая черная дыра гораздо дальше. К тому же есть предел –скорость света. Ничто не может двигаться быстрее», – пояснил он.К слову, черные дыры бывают разными: есть огромные, есть и относительно небольшие. Маленькие, к примеру, более «злые». Их приливные силы, по словам Ерназара Абдикамалова, разорвут любой объект задолго до того, как он приблизится к горизонту событий – воображаемой границе вокруг черной дыры, за пределами которой гравитация становится настолько сильной, что ничто, даже свет, не может вырваться наружу.А вот супермассивные черные дыры, как и та, что в центре нашей галактики, в этом смысле гораздо спокойнее. Рядом с ними приливная сила в масштабах человеческого тела почти не ощущается. Поэтому если уж и мечтать о жизни у черной дыры, то только у супермассивной.
Существуют ли параллельные вселенные
Есть теория мультивселенной, предполагающей множество параллельных вселенных. Она, по словам астрофизика, родилась в том числе из попыток объяснить парадокс кота Шредингера. Ее суть заключается в микрочастице, которая может находиться в двух состояниях одновременно, и в жизни кота, которая зависит от этой частицы. Согласно одной из интерпретаций так и есть, в одной вселенной кот жив, а в другой – мертв.»Допустим, придумаем такой эксперимент. Вот есть какой-то макроскопический объект. Если он в одном состоянии, то разрушается бутылка с ядом, а если в другом состоянии, то не разрушается бутылка с ядом. Если разрушается бутылка с ядом, то кошка, к сожалению, умирает (…)вот в чем парадокс состоит, если это вещество микроскопическое, которое влияет на то, ломается ли бутылка или нет, может одновременно находиться и в том, и в другом состоянии, означает ли это, что кошка тоже находится и в том, и в другомсостоянии?», – отметил Ерназар.По его словам, если Вселенная бесконечна, а данные говорят, что, скорее всего, так и есть, то из математической бесконечности следует вывод, что способов комбинаций атомов и молекулбесконечное множество. И где-то там, за горизонтом видимой Вселенной существует точная копия нас.
Люди – маленькие звезды
В начале Вселенная состояла только из 75% водорода и 25% гелия. Никакого углерода, кислорода и железа там не было. Все, из чего мы состоим, было создано внутри звезд.»Потом что случилось? Вселенная начала расширяться, и в какой-то момент, уже более нескольких сотен миллионов лет после начала Вселенной, газ в расширяющейся Вселенной в некоторых областях начал сжиматься. И так начали формироваться галактики и звезды (…).Звезда – это такой объект, внутри которой происходят термоядерные реакции. Вот, например, внутри нашего Солнца также происходит термоядерная реакция, в результате которого образуется гелий из водорода (…) Это самый ранний этап термоядерного синтеза внутри звезды. Потом наступают другие этапы, когда формируются более массивные элементы. Кислород, углерод, кремнии и так далее. То есть то, из чего мы состоим, углерод, вода и все такое, большинство из них было синтезировано внутри звезд», – пояснил он.В конце жизни массивные звезды взрываются. После ихназывают сверхновыми. И весь тот материал, что наработала звезда за свою жизнь, разлетается по галактике. Перемешивается с газом. Из этого обогащенного вещества потом формируются новые звезды, новые планеты. Наша Солнечная система, по словам физика, как раз результат такого цикла.
Уран не дает Земле остыть
Большинство урана на Земле тоже зародились в космосе, но немного иначе. Как рассказывает физик, появился радиоактивный металл в момент столкновения двух нейтронных звезд. Где-то задолго до появления нашей Солнечной системы. По словам Ерназара Абдикамалова, не будь урана на земле, всех нас, скорее всего, давно уже не существовало бы.Почему? Внешняя часть земного ядра до сих пор остается жидкой. Там постоянно движется раскаленное вещество, «идет конвекция». А поскольку Земля при этом вращается, возникает магнитное поле. Именно оно защищает нас от солнечного ветра, потока заряженных частиц, который иначе давно сдул бы атмосферу.Без урана, попавшего в состав Земли при ее формировании, ее недра давно бы остыли. Без него у человечества не было бы мощных инструментов для лечения рака. И без урана не существовало бы ядерного оружия.
Что такое нейтронные звезды
Чтобы ответить на этот вопрос, надо заглянуть в самое сердце звезд.По словам физика, в конце своей жизни массивные звезды формируют железные ядра. По размерам оникак наша планета, а состоят на 100% из железа. Это самое стабильное ядро, объясняет Ерназар.Нельзя сжигать железо и получить при этом энергию. Сжигать именно термоядерно.»Водород можно сжигать в гелий и получать энергию. Гелий потом можно сжигать в другие углероды, кислороды и получать энергию. Но в самом конце, когда приходим к железу, уже все. Поэтому в самом конце остается железо. Внутри Солнца тоже постепенно собирается железо (…)Железное ядро примерно, как размер планеты, как одна планета Земля, но по массе в 1,5 раза больше массы Солнца. И это ядро за 0,3 секунды схлопывается в нейтронную звезду. Это как целая планета превращается в один город за 0,3 секунды. И эта вся гравитационная потенциальная энергия выбрасывается за очень короткое время. Эта энергия гравитации потом приводит к взрыву», – пояснил он.
Эхо прошлого
Свет от очень далеких галактик идет до нас миллиарды лет. Мы видим их такими, какими они были на раннем этапе развития.»Мы можем изучить, какая была Вселенная, когда была молодая. Мы сейчас можем наблюдать Вселенную на расстояниях, допустим, около 10 млрдсветовых лет, даже больше, 11-12 млрдсветовых лет. Тогда Вселенная была относительно молодая (…) Это очень-очень полезная информация. Это как, допустим, видеть ваши детские рисунки, чтобы понять, как вы становились взрослым человеком», – отметил Ерназар.По его словам, самый древний свет, который мы видим, – это реликтовое излучение. Оно «отклеилось» от горячей первичной плазмы, когда Вселенной было 380 тысяч лет. С тех пор оно путешествует по космосу, растягивается из-за расширения Вселенной и теперь приходит к нам в виде радиоволн. Открыли его случайно в 1960 годах, когда американские инженеры строили антенну для связи со спутниками и никак не могли избавиться от фонового шума. Оказалось, это был голос Большого взрыва.
Из чего состоит Вселенная
Атомы, молекулы, протоны, нейтроны, электроны – это только 5% Вселенной. Есть и так называемое темное вещество, окружающее почти все галактики.»И это тоже мы обнаружили случайно. Потому что, когда мы смотрели за другими галактиками, галактики все вращаются. По крайней мере, дисковые галактики (…) там звезды вращаются, так же, как и наша галактика (…) А вращение зависит от гравитации внутри. Так же, как и, допустим, Меркурий движется быстрее, чем Венера. Венера движется быстрее, чем Земля. Это все зависит от гравитации Солнца. Если бы Солнце было более массивным, все планеты должны были двигаться быстрее. Чтобы центробежная сила была равна силе гравитации», – добавил он.Странность астрономы заметили еще в начале ХХ века. Они наблюдали за другими галактиками и видели, что звезды по краям вращаются слишком быстро. Быстрее, чем должны были бы, если исходить из видимой массы. Как будто внутри сидело что-то еще, что-то тяжелое и невидимое.Это «что-то» после назвали темной материей. Она не излучает свет, не поглощает его, ее выдает только гравитация.»Допустим, когда мы смотрим на свет, который идет из одной галактики и проходит через другую галактику, этот свет немножко меняет траекторию из-за искривления пространства, за счет гравитации этой галактики. А там, опять же, если посчитать массу, исходя из того, насколько изменилась траектория, мы приходим к выводу, что там больше массы, намного больше массы», – отметил Ерназар.Темная материя повсюду, уверен физик. Ее частицы пролетают сквозь нас со скоростью около 300 км/с. Мы их не чувствуем, поскольку взаимодействуют они с обычным веществом только гравитационно. Поймать их напрямую ученые пытаются давно, но пока безуспешно.По словам астрофизика, на одну тонну галактики приходится где-то 5 тонн темной материи, и это только 30% всей энергии во Вселенной. Остальные 70% – темная энергия.
Что такое темная энергия и почему Вселенная расширяется
Как отмечает физик,Вселенная не просто расширяется, а делает это все быстрее и быстрее. Открытие сделали в конце девяностых, когда ученые научились измерять расстояния до далеких галактик с помощью сверхновых звезд. Сверили с моделями,и те не сошлись.Самое простое, как считает физик, и популярное этому объяснение –темная энергия.»Что именно это, точно непонятно. Но если очень просто, то это какая-то форма энергии, которая создает отрицательное давление. И это отрицательное давление, приводит к ускорению расширения Вселенной. Это примерно 70% всей энергии Вселенной, по крайней мере, согласно современным представлениям», – отметил он.
Замедлится ли расширение Вселенной?
«Что будет через миллиард лет, два миллиарда, три миллиарда лет? Если говорить очень объективно, очень строго, то никто не знает. Почему? Потому что да, мы примерно знаем, как ведет себя темная энергия сейчас. Но там тоже есть свои загадки, свои нюансы непонятные (…) Перейдет ли она в стадию сжатия? Это никто не может сказать. Единственное, что мы можем сказать, что на данный момент Вселенная расширяется», – добавил Ерназар.Сам же физик предлагает мыслить позитивно, поскольку космос до сих пор не до конца изучен и остается немало загадок.Есть над чем работать, есть над чем думать. И мне кажется, это очень позитивно (…) Надо вкладываться в науку (…) запускать новые спутники, новые миссии, новые телескопы, и будем больше познавать окружающий наш мир, считает ученый.
Вселенная — плоская?
Представить себе бесконечность трудно даже тем, кто занимается этим всю жизнь, считает Ерназар. Но скорее всего, Вселенная плоская.»Плоская в геометрическом смысле, – уточняет он. – Две параллельные линии останутся параллельными навсегда. Если бы геометрия была искривленной, они бы либо пересеклись, либо разошлись.А если Вселенная плоская, то из этого следует, что скорее всего, она бесконечна. Мы, по словам физика, видим только конечную еечасть – около 90 млрд световых лет в поперечнике. А что дальше, мы даже в принципе увидеть не можем. Но на больших масштабах распределение галактик примерно одинаково во всех направлениях. И если так, то, скорее всего, за горизонтом всеустроено примерно так же.
Мы не одни во Вселенной
За последние пятнадцать лет астрономы открыли около восьми тысяч экзопланет – планет вокруг других звезд. И примерно каждая пятая звезда имеет хотя бы одну планету в так называемой «зоне Златовласки». Это такое расстояние от звезды, где не слишком жарко и не слишком холодно, чтобы могла существовать жидкая вода.»Только в нашей галактике около ста миллиардов звезд, а во всей наблюдаемой Вселенной –порядка ста миллиардов галактик. Умножьте одно на другое», – говорит Ерназар.
Так почему же мы до сих пор никого не встретили?
По данным физика, причин может быть много. Возможно, другие цивилизации находятся слишком далеко, и их сигналы просто не долетают до нас с достаточной мощностью. Возможно, они используют способы связи, которые мы пока не умеем улавливать.»Но есть проекты, которые именно этим и занимаются. Люди слушают небо в радиодиапазоне, ищут лазерные сигналы. Мы сами постоянно излучаем радиоволны –от телефонов, телевидения, радио. Эти сигналы уходят в космос. Может быть, кто-то делает то же самое», – добавил астрофизик.
С инопланетянами мы будем говорить на языке математики
Если мы все-таки встретим представителей иных цивилизаций? Как общаться с теми, кто, возможно, вообще не похож на нас ни внешне, ни внутренне?»Насколько мы понимаем, самые глубокие законы природы формулируются на языке математики, – говорит Ерназар. – Движение воздуха описывается уравнениями, распространение света – уравнениями, квантовая механика – математика. Поэтому, возможно, математика и станет тем самым мостиком. Не обязательно, что они называют энергию «энергией» или измеряют еев тех же единицах, что и мы. Но фундаментальные уравнения, скорее всего, будут теми же самыми», – считает он.
Источник: ru.sputnik.kz
