Вселенная система. Современное представление о размере наблюдаемой Вселенной. Звезды и галактики

Семья и дом — женский журнал Owoman.ru » Энциклопедия для ребенка от А до Я

Что такое Вселенная?

Вселенная — это пространство, включающее в себя абсолютно все: Солнце, планеты, нашу Галактику, миллиарды других галактик Ученых полагают, что начало Вселенной положил взрыв колоссальной силы, получивший название Большого нарыва, который произошел 15 млрд. лет назад. Тогда-то и родилась материя, энергия, пространство и время. Вселенная на раннем этапе развития имела вид невероятно горячего и плотного шара, который стал стремительно расширяться и положил начало всему. Во Вселенной все постоянно меняется, рождаются и умирают звезды, а сама Вселенная продолжает расширяться во внешнее пространство.

Глядя в прошлое

Галактику, которая находится от нас на расстоянии 5 млрд. световых лет, астрономы такой, какой она была 5. Следовательно, изучение чрезвычайно удаленных объектов дает нам возможность увидеть Вселенную намного моложе, чем она есть сейчас.

Наиболее удаленные объекты, которые когда-либо удавалось наблюдать, — это новорожденные галактики или галактики, все еще находящиеся в стадии формирования. Информацию, поступающую к нам с еще более далеких расстояний и соответствующую еще более древним временам, астрономы могут только в виде слабых радиоволн, которые приходят изо всех уголков космоса. Это дают о себе знать остывшие остатки огненного шара, который взорвался во время Большого взрыва.

Что такое Галактика?

Галактика — огромное скопление звезд, удерживаемых силой тяготения. Солнце — лишь одна из 200 млрд. звезд галактики Млечный Путь, в которую входит Земля.

Вероятно, галактик во Вселенной более миллиарда. По структуре они делятся на 3 основных типа: спиральные, эллиптические и неправильные.

Ядро

Центральную часть галактики называют ядром. Здесь звезды расположены плотнее друг к другу, чем на окраинах. Современные считают, что в центре крупных, гик находятся большие черные дыры. Вероятно, черная дыра есть и в центре нашей галактики.

Световые годы

Галактики удалены друг от друга на огромные расстояния. Туманность Андромеды — ближайшая к Млечному Пути крупная галактика — находится примерно в 2 млн. световых лет от Земли. Это самый далекий объект, который можно разглядеть невооруженным глазом.

Скопления галактик

Галактики образуют во Вселенной скопления, которые входят в сверхскопления.

Туманность Андромеды крупнейшие члены небольшого скопления примерно 30 галактик, называемого Местным скоплением галактик. Оно, в свою очередь, составляет небольшую часть Местного сверхскопления.

Галактики с активными ядрами

Галактики могут излучать самое разное количество энергии. Так называемые галактики с активными ядрами излучают намного больше энергии, чем способны дать составляющие их звезды. Полагают, что источником дополнительной энергии служит материя, попадающая в черную дыру, которая находится в центре такой галактики.

Эллиптические гиганты

Эллиптические галактики сферической или овальной формы содержат мало газа и пыли. Они бывают разных размеров — от гигантских до карликовых. Эллиптические гиганты могут включать до 10 трлн. звезд; это крупнейшие из всех известных галактик.

Млечный путь

Млечный Путь — большая спиральная галактика диаметром около 100 тыс. световых лет (световой год равен 9,46 трлн км). Ее возраст — около 14 млрд лет, а один оборот она совершает за 225 млн лет. Как и все спиральные галактики, она содержит газ и пыль, из которых образуются новые звезды. Плотное ядро — старейшая часть галактики, где уже не осталось газа для формирования новых звезд.

ВСЕЛЕННАЯ (от греч. «ойкумена» – населенная, обитаемая земля) – «все существующее», «всеобъемлющее мировое целое», «тотальность всех вещей»; смысл этих терминов многозначен и определяется концептуальным контекстом. Можно выделить по крайней мере три уровня понятия «Вселенная».

1. Вселенная как философская идея имеет смысл, близкий понятию «универсум», или «мир»: «материальный мир», «сотворенное бытие» и др. Она играет важную роль в европейской философии. Образы Вселенной в философских онтологиях включались в философские основания научных исследований Вселенной.

2. Вселенная в физической космологии, или Вселенная как целое, – объект космологических экстраполяций. В традиционном смысле – всеобъемлющая, неограниченная и принципиально единственная физическая система («Вселенная издана в одном экземпляре» – А.Пуанкаре); материальный мир, рассматриваемый с физико-астрономической точки зрения (А.Л.Зельманов). Разные теории и модели Вселенной рассматриваются с этой точки зрения как неэквивалентные друг другу одного и того же оригинала. Такое понимание Вселенной как целого обосновывалось по-разному: 1) ссылкой на «презумпцию экстраполи-руемости»: космология претендует именно на репрезентацию в системе знания своими концептуальными средствами всеобъемлющего мирового целого, и, пока не доказано обратное, эти претензии должны приниматься в полном объеме; 2) логически – Вселенная определяется как всеобъемлющее мировое целое, и других Вселенных не может существовать по определению и т.д. Классическая, Ньютонова космология создала образ Вселенной, бесконечной в пространстве и времени, причем бесконечность считалась атрибутивным свойством Вселенной. Общепринято, что бесконечная гомогенная Вселенная Ньютона «разрушила» античный космос. Однако научные и философские образы Вселенной продолжают сосуществовать в культуре, взаимообогащая друг друга. Ньютоновская Вселенная разрушила образ античного космоса лишь в том смысле, что отделяла человека от Вселенной и даже противопоставляла их.

В неклассической, релятивистской космологии была впервые построена теория Вселенной. Ее свойства оказались совершенно отличными от ньютоновских. Согласно теории расширяющейся Вселенной, развитой Фридманом, Вселенная как целое может быть и конечной, и бесконечной в пространстве, а во времени она во всяком случае конечна, т.е.

имела начало. А.А.Фридман считал, что мир, или Вселенная как объект космологии, «бесконечно уже и меньше мира-вселенной философа». Напротив, подавляющее большинство космологов на основе принципа единообразия отождествляло модели расширяющейся Вселенной с нашей Метагалактикой. Начальный момент расширения Метагалактики рассматривался как абсолютное «начало всего», с креационистской точки зрения – как «сотворение мира». Некоторые космологи-релятивисты, считая принцип единообразия недостаточно обоснованным упрощением, рассматривали Вселенную как всеобъемлющую физическую систему большего масштаба, чем Метагалактика, а Метагалактику – лишь как ограниченную часть Вселенной.

Релятивистская космология коренным образом изменила образ Вселенной в научной картине мира. В мировоззренческом плане она вернулась к образу античного космоса в том смысле, что снова связала человека и (эволюционирующую) Вселенную. Дальнейшим шагом в этом направлении явился антропный принцип в космологии.

Современный подход к интерпретации Вселенной как целого основывается, во-первых, на разграничении философской идеи мира и Вселенной как объекта космологии; во-вторых, это понятие релятивизируется, т.е. его объем соотносится с определенной ступенью познания, космологической теорией или моделью – в чисто лингвистическом (безотносительно к их объектному статусу) или же в объектном смысле. Вселенная интерпретировалась, напр., как «наибольшее множество событий, к которому могут быть применены наши физические законы, экстраполированные тем или иным образом» или «могли бы считаться физически связанными с нами» (Г.Бонди).

Развитием этого подхода явилась концепция, согласно которой Вселенная в космологии – это «все существующее» не в каком-то абсолютном смысле, а лишь с точки зрения данной космологической теории, т.е. физическая система наибольшего масштаба и порядка, существование которой вытекает из определенной системы физического знания. Это относительная и преходящая граница познанного мегамира, определяемая возможностями экстраполяции системы физического знания. Под Вселенной как целым не во всех случаях подразумевается один и тот же «оригинал». Напротив, разные теории могут иметь в качестве своего объекта неодинаковые оригиналы, т.е. физические системы разного порядка и масштаба структурной иерархии. Но все претензии на репрезентацию всеобъемлющего мирового целого в абсолютном смысле остаются бездоказательными. При интерпретации Вселенной в космологии следует проводить различие между потенциально и актуально существующим. То, что сегодня считается несуществующим, завтра может вступить в сферу научного исследования, окажется существующим (с точки зрения физики) и будет включено в наше понимание Вселенной. Так, если теория расширяющейся Вселенной описывала по сути нашу Метагалактику, то наиболее популярная в современной космологии теория инфляционной («раздувающейся») Вселенной вводит понятие о множестве «других вселенных» (или, в терминах эмпирического языка, внеметагалак-тических объектов) с качественно различными свойствами. Инфляционная теория признает, т.о., мегаскопическое нарушение принципа единообразия Вселенной и вводит дополнительный ему по смыслу принцип бесконечного многообразия Вселенной. Тотальность этих вселенных И.С.Шкловский предложил назвать «Метавселенной». Инфляционная космология в специфической форме возрождает, т.о., идею бесконечности Вселенной (Метавселенной) как ее бесконечного многообразия. Объекты, подобные Метагалактике, в инфляционной космологии часто называют «минивселенными». Минивселенные возникают путем спонтанных флуктуаций физического вакуума. Из этой точки зрения вытекает, что начальный момент расширения нашей Вселенной, Метагалактики не обязательно должен считаться абсолютным началом всего. Это лишь начальный момент эволюции и самоорганизации одной из космических систем. В некоторых вариантах квантовой космологии понятие Вселенной тесно увязывается с существованием наблюдателя («принцип соучастия»). «Порождая на некотором ограниченном этапе своего существования наблюдателей-участников, не приобретает ли, в свою очередь, Вселенная посредством их наблюдений ту осязаемость, которую мы называем реальностью? Не есть ли это механизм существования?» (А.Дж.Уилер). Смысл понятия Вселенной и в этом случае определяется теорией, основанной на различении потенциального и актуального существования Вселенной как целого в свете квантового принципа.

3. Вселенная в астрономии (наблюдаемая, или астрономическая Вселенная) – область мира, охваченная наблюдениями, а сейчас отчасти и космическими экспериментами, т.е. «все существующее» с точки зрения имеющихся в астрономии наблюдательных средств и методов исследования. Астрономическая Вселенная представляет собой иерархию космических систем возрастающего масштаба и порядка сложности, которые последовательно открывались и исследовались наукой. Это – Солнечная система, наша звездная система, Галактика (существование которой было доказано В.Гершелем в 18 в.), Метагалактика, открытая Э.Хабблом в 1920-х гг. В настоящее время наблюдению доступны объекты Вселенной, удаленные от нас на расстоянии ок. 9–12 млрд световых лет.

На протяжении всей истории астрономии вплоть до 2-й пол. 20 в. в астрономической Вселенной были известны одни и те же типы небесных тел: планеты, звезды, газопылевое вещество. Современная астрономия открыла принципиально новые, ранее не известные типы небесных тел, в т.ч. сверхплотные объекты в ядрах галактик (возможно, представляющие собой черные дыры). Многие состояния небесных тел в астрономической Вселенной оказались резко нестационарными, неустойчивыми, т.е. находящимися в точках бифуркации. Предполагается, что подавляющая часть (до 90–95%) вещества астрономической Вселенной сосредоточена в невидимых, пока ненаблюдаемых формах («скрытая масса»).

Литература:

1. Фридман А.А. Избр. труды. М., 1965;

2. Бесконечность и Вселенная. М., 1970;

3. Вселенная, астрономия, философия. М, 1988;

4. Астрономия и современная картина мира. М., 1996;

5. Bondy H. Cosmology. Cambr., 1952;

6. Munitz M. Space, Time and Creation. N.Y., 1965.

В.В.Казютинский

Слово вселенная

Слово вселенная английскими буквами(транслитом) — vselennaya

Слово вселенная состоит из 9 букв: а в е е л н н с я

Значения слова вселенная. Что такое вселенная?

Вселенная

ВСЕЛЕННАЯ (от греч. “ойкумена” - населенная, обитаемая земля) -“все существующее”, “всеобъемлющее мировое целое”, “тотальность всех вещей”; смысл этих терминов многозначен и определяется концептуальным контекстом.

Философская энциклопедия

Вселе́нная - строго не определяемое понятие астрономии и философии. Оно делится на две принципиально отличающиеся сущности: умозрительную (философскую) и материальную, доступную наблюдениям в настоящее время или в обозримом будущем.

ru.wikipedia.org

Вселенная Весь материальный мир, безграничный в пространстве и развивающийся во времени. Когда говорят о Вселенной, обычно понимают под этим словом окружающий нас макромир - небесные тела, их системы, космическое пространство и все то…

Словарь по астрономии

Вселенная — всё сущее, что было, есть и будет. Понятие, не имеющее научного определения. Вселенная в эмоциональном плане есть нечто загадочное, могущественное, необъятное, непостижимое, ни с чем несравнимое и не укладывающееся в сознании…

Вселенная — всё сущее, что было, есть и будет. Понятие, не имеющее научного определения. Вселенная в эмоциональном плане есть нечто загадочное, могущественное, вселяющее мистическое чувство, так как она не имеет ни начала, ни конца, ни пределов.

Жмуров В.А. Большой толковый словарь терминов по психиатрии

Барионная асимметрия Вселенной

Барионная асимметрия Вселенной — экстраполяция на Вселенную в целом наблюдаемого преобладания вещества над антивеществом в нашем локальном скоплении галактик.

БАРИОННАЯ АСИММЕТРИЯ ВСЕЛЕННОЙ — экстраполяция на Вселенную в целом наблюдаемого преобладания вещества над антивеществом в нашем локальном скоплении галактик.

Барио́нная асимметри́я Вселе́нной - наблюдаемое преобладание в видимой части Вселенной вещества над антивеществом.

Этот наблюдательный факт не может быть объяснён ни в рамках Стандартной модели…

ru.wikipedia.org

Крупномасштабная структура Вселенной

Крупномасштабная структура Вселенной в космологии - структура распределения материи на самых больших наблюдаемых масштабах. Уже в начале XX века было известно, что звёзды группируются в звёздные скопления, которые, в свою очередь, образуют галактики.

ru.wikipedia.org

КРУПНОМАСШТАБНАЯ СТРУКТУРА ВСЕЛЕННОЙ — термин, введённый для обозначения строения Вселенной в масштабах от неск. Мпк до нсск. сотен Мпк (в первую очередь пространственного распределения галактик, их скоплений и сверхскоплений; рис.).

Физическая энциклопедия. — 1988

КРУПНОМАСШТАБНАЯ СТРУКТУРА ВСЕЛЕННОЙ – структура, образуемая гигантскими звездными островами – галактиками и их системами на различных пространственных масштабах.

Энциклопедия Кругосвет

Модель горячей Вселенной

Модель горячей Вселенной. Предполагает, что на ранних стадиях расширения Вселенная характеризовалась не только высокой плотностью, по и высокой темп-рой вещества.

Астрономический глоссарий "Астронет"

Теория горячей Вселенной - современная теория физических процессов в расширяющейся Вселенной, согласно которой в прошлом Вселенная имела значительно б?льшую, чем сейчас, плотность вещества и очень высокую температуру.

Матвеева Е.Ю.

Концепции современного естествознания. — Новосибирск, 2007

Моде́ль горя́чей Вселе́нной - космологическая модель, в которой эволюция Вселенной начинается с состояния плотной горячей плазмы, состоящей из элементарных частиц, и протекает при дальнейшем адиабатическом космологическом расширении.

ru.wikipedia.org

Расширение Вселенной

Расширение Вселенной - явление, состоящее в почти однородном и изотропном расширении космического пространства в масштабах всей Вселенной. Экспериментально расширение Вселенной проявляется в виде выполнения закона Хаббла…

ru.wikipedia.org

Расширение Вселенной Анализируя результаты наблюдений галактик и реликтового излучения, астрономы пришли к выводу, что распределение вещества во Вселенной (область исследуемого пространства превышала 100 Мпс в поперечнике) является однородным и…

Словарь по астрономии

Расширение Вселенной. Увеличение средних расстояний между галактиками или их скоплениями. Проявляется в том, что далекие галактики обладают красными смещениями, свидетельствующими об их удалении от наблюдателя…

Астрономический глоссарий "Астронет"

Русский язык

Вселе́нн/ая, -ой.

Морфемно-орфографический словарь. - 2002

Тепловая смерть Вселенной

Тепловая смерть - термин, описывающий конечное состояние любой замкнутой термодинамической системы, и Вселенной в частности. При этом никакого направленного обмена энергией наблюдаться не будет, так как все виды энергии перейдут в тепловую.

ru.wikipedia.org

"Тепловая смерть" Вселенной, ошибочный вывод о том, что все виды энергии во Вселенной в конце концов должны перейти в энергию теплового движения, которая равномерно распределится по веществу Вселенной…

БСЭ. - 1969-1978

"ТЕПЛОВАЯ СМЕРТЬ" ВСЕЛЕННОЙ — гипотеза, выдвинутая Р. Клаузиусом (R. Clausius, 1865) как-экстраполя-ция второго начала термодинамики на всю Вселенную.

Физическая энциклопедия. — 1988

Энтропия Вселенной

ЭНТРОПИЯ ВСЕЛЕННОЙ -величина, характеризующая степень неупорядоченности и тепловое состояние Вселенной. Количественно оценить полную Э. В. как энтропию Клаузиуса (см. Энтропия)нельзя, поскольку Вселенная не является термодинамич. системой.

Физическая энциклопедия. — 1988

Энтропия Вселенной - величина, характеризующая степень неупорядоченности и тепловое состояние Вселенной. Классическое определение энтропии и способ ее вычисления не подходят для Вселенной…

ru.wikipedia.org

Примеры употребления слова вселенная

В некоторых сериях Star Trek появляется альтернативная вселенная, параллельная реальной.

Разумнее представить, что вселенная состоит из почти всех локальных мирозданий.

Чайковского состоится концерт Х Международного музыкального фестиваля "Вселенная звука".

Что же это за вселенная такая, и почему нам может быть любопытно ее посетить?

Рядом с тобой Вселенная скорбит от собственного несовершенства!

Согласно современным научным представлениям, наша Вселенная образовалась примерно 13,7 млрд лет назад.

Изучение вселенной.. 3

Образование Вселенной.. 4

Эволюция Вселенной.. 5

Галактики и структура Вселенной.. 5

Классификация галактик.. 6

Структура Вселенной. 8

Заключение.. 10

Введение

Многие религии, такие как, Еврейская, Христианская и Исламская, считали, что Вселенная создалась Богом и довольно недавно. Например, епископ Ушер вычислил дату в четыре тысячи четыреста лет для создания Вселенной, прибавляя возраст людей в Ветхом Завете. Фактически, дата библейского создания не так далека от даты конца последнего Ледникового периода, когда появился первый современный человек.

С другой стороны, некоторые люди, например, греческий философ Аристотель, Декарт, Ньютон, Галилей предпочли верить в то, что Вселенная, существовала, и должна была существовать всегда, то есть вечно и бесконечно. А в 1781 философ Иммануил Кант написал необычную и очень неясную работу «Критика Чистого Разума». В ней он привел одинаково правильные доводы, что Вселенная имела начало, и что его не было. Никто в семнадцатых, восемнадцатых, девятнадцатых или ранних двадцатых столетиях, не считал, что Вселенная могла развиваться со временем. Ньютон и Эйнштейн оба пропустили шанс предсказания, что Вселенная могла бы или сокращаться, или расширяться.

Изучение вселенной

Великий немецкий ученый, философ Иммануил Кант (1724-1804) создал первую универсальную концепцию эволюционирующей Вселенной, обогатив картину ее ровной структуры, и представлял Вселенную бесконечной в особом смысле. Он обосновал возможности и значительную вероятность возникновения такой Вселенной исключительно под действием механических сил притяжения и отталкивания. Кант попытался выяснить дальнейшую судьбу этой Вселенной на всех ее масштабных уровнях, начиная с планетной системы и кончая миром туманности.

Впервые принципиально новые космологические следствия общей теории относительности раскрыл выдающийся математик и физик – теоретик Александр Фридман (1888-1925 гг.). Выступив в 1922-24 гг. он раскритиковал выводы Эйнштейна о том, что Вселенная конечна и имеет форму четырехмерного цилиндра. Эйнштейн сделал свой вывод, исходя из предположения о стационарности Вселенной, но Фридман показал необоснованность его исходного постулата.

Фридман привел две модели Вселенной.

Вскоре эти модели нашли удивительно точное подтверждение в непосредственных наблюдениях движений далёких галактик в эффекте «красного смещения» в их спектрах.

Этим Фридман доказал, что вещество во Вселенной не может находиться в покое. Своими выводами Фридман теоретически способствовал открытию необходимости глобальной эволюции Вселенной.

Образование Вселенной

Современные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что началом Вселенной, приблизительно десять миллиардов лет назад, был гигантский огненный шар, раскаленный и плотный. Его состав весьма прост. Этот огненный шар был настолько раскален, что состоял лишь из свободных элементарных частиц, которые стремительно двигались, сталкиваясь друг с другом.

Существует несколько теории эволюции. Теория пульсирующей Вселенной утверждает, что наш мир произошел в результате гигантского взрыва. Но расширение Вселенной не будет продолжаться вечно, т.к. его остановит гравитация.

По этой теории наша Вселенная расширяется на протяжении 18 млрд. лет со времени взрыва. В будущем расширение полностью замедлится, и произойдет остановка. А затем Вселенная начнёт сжиматься до тех пор, пока вещество опять не сожмется и произойдет новый взрыв.

Теория стационарного взрыва: согласно ей Вселенная не имеет ни начала, ни конца. Она все время пребывает в одном и том же состоянии. Постоянно идет образование нового водоворота, чтобы возместить вещество удаляющимися галактиками. Вот по этой причине Вселенная всегда одинакова, но если Вселенная, начало которой положил взрыв, будет расширяться до бесконечности, то она постепенно охладится и совсем угаснет.

Но пока ни одна из этих теорий не доказана, т.к. на данный момент не существует ни каких точных доказательств хотя бы одной из них.

Однако стоит отметить и еще одну теорию (принцип).

Антропный (человеческий) принцип первым сформулировал в 1960 году Иглис Г.И. , но он является как бы неофициальным его автором. А официальным автором был ученый по фамилии Картер.

Антропный принцип утверждает, что Вселенная такая, какая она есть потому, что есть наблюдатель или же он должен появиться на определенном этапе развития. В доказательство создатели этой теории приводят очень интересные факты. Это критичность фундаментальных констант и совпадение больших чисел. Получается, что они полностью взаимосвязаны и их малейшее изменение приведет к полному хаосу. То, что такое явное совпадение и даже можно сказать закономерность существует, дает этой, безусловно интересной теории шансы на жизнь.

Эволюция Вселенной

Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь Вселенная во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и эволюция жизни на земле является лишь ничтожным звеном в эволюции Вселенной. И всё же исследования, проведенные в нашем веке, приоткрыли занавес, закрывающий от нас далекое прошлое.

Вселенной принято разделять на четыре эры: адронную, лептонную, фотонную и звездную.

Галактики и структура Вселенной

Галактики стали предметом космогонических исследований с 20-х годов нашего века, когда была надежно установлена их действительная природа. И оказалось, что это не туманности, т.е. не облака газа и пыли, находящиеся неподалеку от нас, а огромные звездные миры, лежащие на очень больших расстояниях от нас. Открытия и исследования в области космологии прояснили в последние десятилетия многое из того, что касается предыстории галактик и звезд, физического состояния разряженного вещества, из которого они формировались в очень далекие времена. В основе всей современной космологии лежит одна фундаментальная идея — идея гравитационной неустойчивости. Вещество не может оставаться однородно рассеянным в пространстве, ибо взаимное притяжение всех частиц вещества стремится создать в нем сгущения тех или иных масштабов и масс. В ранней Вселенной гравитационная неустойчивость усиливала первоначально очень слабые нерегулярности в распределении и движении вещества и в определенную эпоху привела к возникновению сильных неоднородностей: «блинов» — протоскоплений.

Распад слоев протоскоплений на отдельные сгущения тоже происходил, по-видимому, из-за гравитационной неустойчивости, и это дало начало протогалактикам. Многие из них оказывались быстро вращающимися благодаря завихренному состоянию вещества, из которого они формировались. Фрагментация протогалактических облаков в результате их гравитационной неустойчивости вела к возникновению первых звезд, и облака превращались в звездные системы — галактики. Протогалактики, у которые обладали быстрым вращением превращались, в Спиральные галактики, у которых же вращение было медленное или вовсе отсутствовало, превращались в эллиптические или неправильные галактики. Параллельно с этим процессом происходило формирование крупномасштабной структуры Вселенной — возникали сверхскопления галактик, которые, соединяясь своими краями, образовывали подобие пчелиных сот.

Классификация галактик

Эдвин Пауэлла Хаббл (1889-1953), выдающийся американский астроном – наблюдатель, избрал самый простой метод классификации галактик по внешнему виду.

И нужно сказать, что хотя в последствии другими исследователями были внесены разумные предположения по классификации, первоначальная система, выведенная Хабблом, по-прежнему остаётся основой классификации галактик.

В 20-30 гг. XX века Хаббл разработал основы структурной классификации галактик — гигантских звездных систем, согласно которой различают три класса галактик.

Спиральные галактики

Спиральные галактики «spiral» — характерны двумя сравнительно яркими ветвями, расположенными по спирали. Ветви выходят либо из яркого ядра (обозначаются — S), либо из концов светлой перемычки, пересекающей ядро (обозначаются — SB).

Спиральные галактики являются, может быть, даже самыми живописными объектами во Вселенной. Как правило, у галактики имеются две спиральные ветви, берущие начало в противоположных точках ядра, развивающиеся сходным симметричным образом и теряющиеся в противоположных областях периферии. Однако известны примеры большего, чем двух числа спиральных ветвей в галактике. В других случаях спирали две, но они неравны — одна значительно более развита, чем вторая. В спиральных галактиках поглощающее свет пылевое вещество имеется в большем количестве. Оно составляет от нескольких тысячных до сотой доли полной их массы. Вследствие концентрации пылевого вещества к экваториальной плоскости, оно образует темную полосу у галактик, повернутых к нам ребром и имеющих вид веретена.

Представитель — галактика М82 в созвездии Б. Медведицы, не имеет четких очертаний, и состоит в основном из горячих голубых звезд и разогретых ими газовых облаков. М82 находится от нас на расстоянии 6.5 миллионов световых лет. Возможно, около миллиона лет тому назад в центральной ее части произошел мощный взрыв, в результате которого она приобрела сегодняшнюю форму.

Эллиптические галактики

Эллиптические галактики «elliptical» (обозначаются — Е) — имеющие форму эллипсоидов. Эллиптические галактики внешне невыразительные. Они имеют вид гладких эллипсов или кругов с постепенным круговым уменьшением яркости от центра к периферии. Космической пыли в них, как правило, нет, чем они отличаются от спиральных галактик, в которых поглощающее свет пылевое вещество имеется в большом количестве. Внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга в основном одной чертой – большим или меньшим сжатием.

Что такое Вселенная?

И.Л.Генкин

«… там, за горизонтом.»

Р.Рождественский

Вселенная, мир, космос — что означают эти слова? Не синонимы ли это? Конечно же, синонимы. Но, как и большинство синонимов, область их употребления неодинакова или не всегда одинакова, а потому у каждого имеются свои дополнительные оттенки. Ниже мы будем говорить о сути терминов, и это является главной целью написания данной статьи, но сначала все же стоит немного углубиться в происхождение слов.

В газетах можно прочесть об открытии и работе совещания по мировым ценам на нефть, но было бы странно, если бы обсуждались «вселенские» цены. С другой стороны, в тех же газетах можно встретить эти синонимы в связи с определенными церковными проблемами. Из перечисленных, слово мир употребляется наиболее широко и чаще всего в чисто земных, даже житейских смыслах. Так, выражение «во всем мире» эквивалентно другому — «на всем белом свете» . Кстати, в английском языке Новый свет (т. е. Америка) пишется the New World, т. е. Новый Мир, а «тот свет» — the next or the other world, т. е. «мир иной» , как иногда говорим и мы. Ниже нам еще придется обращаться к словарям, поскольку личные симпатии или взгляды авторов кому-то могут показаться неубедительными.

Слово мир употребляется также в смысле «совокупность, область интересов или изучения» . Так, мы говорим «мир элементарных частиц» , «мир фантазий» , «мир занимательных фактов» . Из этих выражений первое имеет уже не бытовой, а научный оттенок. В физике различают понятия микромир и макромир — соответственно как область физических исследований микрочастиц и привычных нам объектов природы, с которыми обычно сталкивается человек. В последние десятилетия широко употребляется термин мегамир для удаленных от нас объектов физического мира, недоступных прямому физическому эксперименту, но изучаемых лишь с помощью наблюдений (с соответствующей теоретической интерпретацией, которая, естественно, необходима и при изучении объектов микро- и макромира). Можно представить себе, что в сверхбольших масштабах астрофизики столкнутся с принципиально новыми физичеcкими законами, или необычными проявлениями старых, или же, наконец, с мирами иных пространственно-временных соотношений (размерностью, топологическими свойствами и т. п.). Для такого гипотетического мира уже готово несколько названий (инфрамир, Метавселенная). Нам кажется наиболее подходящим термин К.Х.Рахматулина гипермир, поскольку он стоит этимологически и системно как раз в ряду других подобных понятий. Соответственно, для мира сверхмалых масштабов Рахматулин предлагает термин гипомир, в котором можно себе представить неметрическое пространство, квантованное время и т. п. особенности, которые пока не обнаружены, но о возможности существования которых говорят не так уж и редко. Добавим, что сами понятия «малое» и «большое» тоже требуют здесь анализа, поскольку в неметрических пространствах они могут иметь другой смысл или не иметь его вообще!

Будем считать (за невозможностью сделать сейчас что-то другое), что с термином мир мы разобрались. Слово «вселенная» возникло как калька греческого термина «ойкумена» , т. е. заселенная земля (вспомним народную песню «Всю-то я вселенную проехал»). Уже здесь видна его первоначальная равнозначность выражению «весь свет» или «мир» . Но такое понимание вселенной давно устарело. Любопытно, что Советский энциклопедический словарь (СЭС) и английская энциклопедия Хатчинсона для термина «вселенная» дают дословно совпадающие определения — «весь существующий материальный мир…» Можно привести для сравнения немецкий эквивалент das Weltall, чешский Vesmir и др. Но вообще в европейских языках дополнительно и преимущественно используют латинский термин «универсум» , тоже означающий «все сущее» . Отметим нюанс. Как астрономический объект в последние годы слово Вселенная пишут с большой буквы. Вслед за А.М.Мостепаненко, А.Турсуновым и другими мы под Вселенной будем понимать совокупность физических и астрономических уровней организации материи, так сказать, физический «срез» мира. За словом же «мир» оставим скорее философское значение, включающее и другие возможные «срезы» .

Обратим внимание на слово «существующий» в определении вселенной (или Вселенной). Казалось бы, это слово должно быть всем понятным, если использовано в определении основного термина.

На самом деле мы здесь встречаемся с очередными «сепульками» *. Углубление в этимологию и онтологию приводят нас к выходу на более сложные понятия — «бытие» , «объективная реальность» , «материя» и т. д. Проблеме существования посвящена обширная литература (Например ). Мы также посвятим этой проблеме оставшуюся часть статьи. Однако пока вернемся к терминологии, имея в виду, что мы не разъяснили понятие «космос» . В греческом языке это слово означало порядок, красивый строй и т. д. Закономерное движение светил входило в это понятие. Таким образом, с одной стороны, космос противопоставлялся хаосу, с другой — плохо устроенной Земле. Впоследствии греческий космос стал считаться эквивалентом латинского «универсум» . В античной философии использовался также термин макрокосм как эквивалент универсума и микрокосм (не микромир!) — для человека как отражения символа макрокосма Вселенной. Подробное рассмотрение увело бы нас слишком далеко от целей и темы настоящей статьи. Интересующихся можно отослать к книге А.Турсунова и специальным философским изданиям (статья и др.).

Вопрос о существовании тесно связан с вопросом о познаваемости. Существуют даже специальные теории познания — гносеология или эпистемология. Мы разделяем точку зрения, согласно которой разум может с течением времени, в принципе, познать любые, пока еще не познанные вещи и явления. Но чей разум? Представим себе часть Вселенной, с которой мы не можем обмениваться информацией в силу каких-то ограничений на распространение сигналов. В тех частях Вселенной могут жить разумные, познающие мир существа. Но мы никогда не получим сведений от этой части мира, и сам вопрос о ее существовании или несуществовании не может быть решен всей мощью разума нашей части Вселенной. Здесь в принципе не работает критерий истины — практика наших возможностей.

В качестве простейшего примера напомним о мирах иного, чем наш, числа измерений. Для наглядности можно воспользоваться неоднократно применявшимся А.Пуанкаре рассмотрением двумерного мира, населенного разумными двумерными существами. Такой мир мог бы существовать (только в воображении) независимо от дополнительного, им недоступного, третьего пространственного измерения. Например, сила взаимодействия между двумя электронами, находящимися в плоскости, убывала бы обратно пропорционально первой степени расстояния, если бы третьего измерения не было и весь пучок силовых линий был сосредоточен в плоскости. В случае реального существования третьего измерения сила притяжения в плоскости была бы лишь некоторой проекцией закона Кулона на плоскость. Очевидно и мы, трехмерные существа, из факта существования закона Кулона можем сказать, что иных пространственных измерений (макроскопических!) нет.

Эти рассуждения Пуанкаре достаточно много критиковались , поскольку можно себе представить и более сложные геометрию и физику, в которых дальнодействующие силы проявляют себя лишь в подпространстве трех измерений, в других же проявляют себя как-то иначе или совсем не проявляют. Есть даже пример, подтверждающий такую возможность. Силы между кварками не убывают при их растаскивании (по некоторым данным даже растут!), что означает одномерность пучка силовых линий. Разумеется, этот пример не очень убедителен. Не исключено, что в случае с кварками мы вторгаемся в гипомир с его совсем иными, пока совершенно неизвестными нам закономерностями. Тем не менее, возможность нестандартных ситуаций, о которых Пуанкаре лишь подозревал, сейчас достаточно вероятна.

Возвращаясь к двумерным существам в стандартном макроскопическом подходе, подчеркнем принципиальную невозможность установить физическими приборами их связь с жителями параллельной плоскости. Двумерные существа, будучи соответствующим образом искривленными, могли бы жить на искривленной поверхности, например на сфере, центр которой недоступен для наблюдений их двумерными приборами. Они могли бы построить модель Вселенной как целого, безграничную, но конечную, т. е. содержащую конечное количество квадратных километров. Модель охватывала бы все, доступное их чувствам и физическим приборам, но с точки зрения сверхнаблюдателя их мир — лишь часть чего-то более обширного. Очевидно, вопрос, интересующий «двумерок» , состоит в том, можно ли считать внутренность сферы с центром и охватывающее сферу внешнее пространство реально существующими, если до сих пор они себя никак не проявляли в сферическом мире и, может быть, никогда и не проявят? Нарисованная картина без особых проблем может быть перенесена и на трехмерные сферы, находящиеся в пустом (а пустом ли?) неискривленном (или даже искривленном) пространстве большего числа измерений.

Как известно, масса и электрический заряд полностью замкнутого трехмерного мира равны нулю для гипотетического внешнего наблюдателя, находящегося в другом трехмерном подпространстве. Это значит, что находящиеся в многомерном пространстве трехмерные сферы, населенные подобными нам разумными существами, не только не имеют возможности связаться друг с другом, но с точки зрения многомерного наблюдателя вообще не взаимодействуют — во всяком случае, с помощью сил гравитации или электромагнитных.

Еще раз скажем, что замкнутые миры вполне реальны для своих жителей. Но имеем ли мы право считать их существующими, реальными для нас, если они, по существу, «вымышлены» . Возможность таких домыслов безгранична. Принцип «бритвы Оккама» диктует нам остановиться и не заниматься химерами нашего воображения. Но… джин сомнений выпущен из бутылки и загнать его туда обратно можно лишь с помощью хитрости. Кажется, мы не достаточно хитры, чтобы это сделать, и не достаточно умны, чтобы решить вопрос окончательно. И природа самого мира может быть такой, что мы, в принципе, в этом отношении не поумнеем, поскольку всегда останемся трехмерными.

В принципе, есть возможность узнать о существовании таких миров случайно, если при относительном движении и (или) расширении произойдет их столкновение и взаимное проникновение. Мы не знаем, возможно ли это в принципе (известно, что два электрона не могут столкнуться так, чтобы произошло их разрушение). Но если объединение двух пространств произойдет, это приведет, как минимум, к нарушению закона сохранения энергии в каждой из частей в макроскопических масштабах. Появление дополнительных масс вещества «ниоткуда» (и внезапно!) может привести к самым неожиданным следствиям в зависимости от масштабов и места явления. Вспоминаются идеи Джинса о поступлении вещества в центры галактик из миров других измерений и гипотеза Хойла о возникновении в нашей Вселенной «из ничего одного атома водорода в кубическом метре за 10 6 лет» . Хойловское «из ничего» могло бы быть завуалированным «из другой вселенной» , трехмерное пространство которой практически соприкасается с нашим пространством.

Космология Хойла, кажется, не подтверждается данными наблюдений. Но это могло бы быть и не так? Все же пока честнее будет сказать, что достаточных свидетельств нарушения законов сохранения мы не имеем…

Выше была рассмотрена ситуация с гипотетическими пространственными измерениями (макроскопическими), поскольку проблема числа измерений в микромире сейчас актуальна, широко обсуждается, но пока окончательно не решена. Рассмотрим более простую задачу об устройстве нашего трехмерного пространства. В настоящее время разработано большое число моделей Вселенной как целого. Напомним о том, что в 1917 году В. де Ситтер построил стационарную, но нестатическую модель Вселенной, которая, как оказалось, может описывать ситуацию в нестационарном мире. Считают, что до фридмановской стадии расширения была кратковременная (может быть, и не одна) стадия сверхбыстрого «раздувания» , причем свойства мира в это время лучше всего описываются именно де-ситтеровской моделью. Топологические особенности при расширении не изменяются, поэтому данная модель может иметь отношение и к ситуации нынешнего дня.

В модели де Ситтера свойства пространства остаются одинаковыми с течением времени, но находящиеся в нем галактики разбегаются под действием дополнительных космологических сил. Модель устроена так, что темп течения времени зависит от расстояния до наблюдателя. В наиболее удаленных точках время вообще останавливает свой ход — там находится горизонт видимости, который лучи света преодолеть не могут (с нашей точки зрения). Локально скорость света везде и всегда одинакова и равна 300 000 км/с. Что находится за горизонтом? Де Ситтер считал свою модель эллиптической. В этом случае горизонт — это наиболее удаленная от нас поверхность. Сейчас в космологии обычно рассматривают сферическую топологию. У трехмерной сферы в четырехмерном пространстве нет наиболее удаленной поверхности, но есть наиболее удаленная точка на расстоянии R, где R — радиус кривизны.

Расстояние до горизонта вдвое меньше. Таким образом, горизонт, как экватор, делит сферическое пространство на две части, мегадубликаты друг друга. Объем каждой из частей равен 2 R 3 .

Не нужно думать, что на горизонте имеется какая-то физическая особенность. Находящийся там наблюдатель определит свой горизонт как поверхность, проходящую через нас. Наше время покажется ему остановившимся: вселенная де Ситтера однородна и изотропна и из любого места выглядит одинаково. Удаляясь от нас, житель горизонта попадет в недоступную нашему изучению половину сферического мира. Если же мир эллиптичен, наблюдатель, пройдя горизонт, начнет к нам приближаться. Локальные метрические свойства ("метрика») обоих миров совершенно одинаковы, но глобальные ("топология»), как видим, совершенно различны. На обычной двумерной сфере связка меридианов в районе одного полюса повторяет картину вблизи другого. В эллиптической геометрии меридианы пересекаются только один раз, расходясь веером в разные стороны. Каждый меридиан (вдвое более короткий, чем на сфере при том же R) имеет свою наиболее удаленную точку, совокупность которых образует наиболее удаленную окружность — экватор. Трехмерную аналогию построить и представить труднее, но теоретический анализ эллиптического мира в ряде отношений проще, чем сферического. Мнение самого де Ситтера об эллиптичности своей модели мира, по существу, основано именно на соображениях простоты. В действительности мы вновь столкнулись с проблемой выбора при отсутствии реальных механизмов или физических способов решения задачи!

Однако проблема оказалась еще запутаннее. Для описания раздувания Вселенной в дофридмановскую эру вводят нестационарную, сопутствующую разбегающемуся веществу (в эту эпоху ни галактик, ни звезд еще не было) систему отсчета. В этой системе пространство оказывается бесконечным, хотя целиком заключено внутри горизонта мира де Ситтера! Этот результат был получен в 1959 г. А.Л.Зельмановым задолго до появления теории раздувания. Очевидно, с точки зрения движущихся наблюдателей говорить о пространстве «за горизонтом» не имеет смысла! И все же: что там за бесконечностью, куда отодвигается де-ситтеровский горизонт в сопутствующих координатах? (В сопутствующих координатах есть свой горизонт, но смысл его несколько иной, чем у де-ситтеровского).

Сходная ситуация с горизонтом проявляется в популярной сейчас проблеме черных дыр (ЧД). Коллапс массивных звезд, неизбежно наступающий после исчерпания в них ядерных источников энергии, приводит к появлению объекта сверхвысокой плотности, в окрестностях которого напряженность гравитационнного поля невероятно велика. Она вообще стремится к бесконечности, если радиус звезды приближается к некоторому критическому значению, т. н. гравитационному радиусу (r g). Согласно общей теории относительности (ОТО), на сфере радиуса r g время с точки зрения удаленного неподвижного наблюдателя останавливается. Соответственно, останавливаются все другие физические процессы. Коллапсирующая звезда как бы застывает на этой стадии сжатия. Ее поверхность становится невидимой по причине того, что кванты уходящего света формально имеют «нулевую энергию» , что соответствует волнам бесконечно большой длины. Такая поверхность является горизонтом видимости или горизонтом событий (эти два понятия в данном случае совпадают; в ОТО эта поверхность называется также — иногда, но весьма неудачно — сферой Шварцшильда), а в целом область под горизонтом и является черной дырой. Квантовые эффекты, на существенную роль которых обратил внимание С.Хокинг, приводят к появлению слабого излучения и потока частиц от ЧД, так что не так уж она и невидима. По-видимому, квантовое дрожание поверхности ЧД может привести к захвату вещества в непосредственной окрестности от горизонта, в результате чего внешний наблюдатель вместо застывшей звезды «увидит» лишь голый горизонт. Такой (пока гипотетический) объект тоже называют ЧД. В определенном смысле он является аналогом материальной точки ньютоновской физики и, как в последней, можно поставить вопрос о его реальном существовании. Теоретически конструкция с горизонтом, находящимся в пустом пространстве и окружающем некоторую массу в точке r=0, в ОТО изучена, за исключением «самой малости» — не только физического, но и чисто механического состояния движения самого центрального объекта.

Замедление, а потом и остановка падения вещества звезды отсутствуют для свободно падающего наблюдателя. Он и его окружение за конечное собственное время достигают горизонта. Если падение началось с расстояния 1,5r g , то его продолжительность равна приблизительно 2r g /c.

Другими словами, средняя скорость движения составляет четверть скорости света. А непосредственно к сфере наблюдатель подлетает как раз со скоростью света, если падает с достаточно большого расстояния.

Что произойдет с наблюдателем после пересечения горизонта? Ответ на этот вопрос зависит от верности или неверности наших представлений о структуре внутренностей черной дыры. К сожалению, нам здесь не обойтись без небольшого экскурса в область используемых координатных систем. Чаще других в литературе встречается координатная система, которую мы будем называть стандартной, где за основу берется условие, чтобы любая сфера, описанная вокруг центрального (притом единственного в достаточно большой окрестности) сферически симметричного тела или материальной точки, имела величину поверхности, равную 4r 2 , как в эвклидовой геометрии. Из-за кривизны пространства радиальное расстояние r не является действительным расстоянием до центра симметрии. Это, как говорят, просто некоторая координата, дающая возможность операций с различно расположенными геометрическими и физическими объектами. Реальное расстояние может быть определено с помощью несколько громоздкой процедуры. А именно: измеряют время распространения света от одной точки до другой и обратно, после чего полусумму этих времен умножают на скорость распространения сигнала, т. е. света. Учитывается, если нужно, кривизна пространства на всем пути движения светового сигнала. Очевидно, указанная процедура возможна лишь в стационарных системах отсчета. В нестационарных же понятие об определенном расстоянии между телами теряет четкий смысл. В нашем случае с единичной сферически-симметричной массой система стандартных координат стационарна. Но любая точка внутри горизонта событий не может послать сигнал наружу. Поэтому процедура измерения расстояний до точек внутри черной дыры неизбежно связана с какими-то дополнительными допущениями, в частности, она зависит от интерпретации наблюдений. В теоретических исследованиях реальное, инвариантное относительно преобразований координат, радиальное расстояние определяют, умножая величину r на некоторый метрический фактор. При этом оказывается, что dl>r 2 -r 1 , если точки находятся вне горизонта. Внутри горизонта в стандартных координатах метрический фактор оказывается величиной мнимой, что выражает факт отсутствия реальной процедуры измерения там длин (как, впрочем, и времен). Можно определить расстояние внешнего наблюдателя от горизонта, но не от центра симметрии. Тем не менее, формально радиальная координата отсчитывается от центра, где она равна нулю, до r g =2GM/c 2 на горизонте. Время падения наблюдателя, измеренное по часам, падающим вместе с ним, равно приблизительно r g /c.

Помимо стандартных широко используют так называемые изотропные координаты. Их продолжение внутрь таково, что при движении к центру величина поверхности сфер не уменьшается, а увеличивается. Горизонт при этом является сферой с минимальной величиной поверхности. Вообще область r < r g в этой координатной системе оказывается определенном смысле вывернутым дубликатом области r>r g .

Попадая внутрь сферы радиуса r g (который численно здесь вчетверо меньше, т. е. равен GM/2c 2), падающее тело начинает двигаться с замедлением, затем останавливается, не достигнув точки r=0, и начинает двигаться обратно. После вторичного пересечения сферы тело падает не в прежнее внешнее пространство, а в новый лист многосвязного пространства. Трудно понять причины такого поведения, не очень верится в многосвязность пространства. Тем не менее, решение найдено, и оно совсем не похоже на решение в стандартных координатах. Существует метрика Пенлеве, в которой вообще нет координат, меньших некоторого r min , в том числе — соответствующих внутренности горизонта. Как и в космологии, ОТО дает нам здесь целый набор решений, удовлетворяющих уравнениям поля, но смысл их не очевиден. Может быть, некоторые из решений попросту нефизичны. Может быть, все решения или несколько описывают разные возможные физические реальности. Уравнения Эйнштейна записаны так, что они справедливы в любой координатной системе. Но все ли системы действительно имеют смысл? В ньютоновской физике и эвклидовой геометрии такие вопросы почти не возникают. Все же нам хотелось бы продемонстрировать на простых примерах возможность нестандартных ситуаций. Рассмотрим обычные полярные координаты (r, v). Оставив угловую v неизменной, заменим радиальную на новую. Пусть r 1 =r+ln(r-1). При больших r и r 1 логарифмом можно пренебречь, так что обе координаты близки друг другу. При r=1,28 имеем начало координат новой системы, r 1 =0. А в интервале 1

Древние представления о вселенной Назовите основные газодобывающие базы страны

Доктор педагогических наук Е. ЛЕВИТАН.

Вглядитесь в недостижимые ранее глубины Вселенной.

Любознательный пилигрим добрался до "края света" и пытается увидеть: а что же там, за краем?

Иллюстрация к гипотезе рождения метагалактик из распадающегося гигантского пузыря. Пузырь вырос до огромных размеров на стадии стремительного "раздувания" Вселенной. (Рисунок из журнала "Земля и Вселенная".)

Не правда ли, странное название статьи? Разве Вселенная не одна? К концу ХХ века выяснилось, что картина мироздания неизмеримо сложнее той, которая представлялась совершенно очевидной сто лет назад. Ни Земля, ни Солнце, ни наша Галактика не оказались центром Вселенной. На смену геоцентрической, гелиоцентрической и галактоцентрической системам мира пришло представление о том, что мы живем в расширяющейся Метагалактике (наша Вселенная). В ней бесчисленное множество галактик. Каждая, как и наша, состоит из десятков или даже сотен миллиардов звезд-солнц. И нет никакого центра. Обитателям каждой из галактик лишь кажется, что именно от них во все стороны разбегаются другие звездные острова. Несколько десятилетий назад астрономы могли лишь предполагать, что где-то существуют планетные системы, подобные нашей Солнечной. Сейчас - с высокой степенью достоверности называют ряд звезд, у которых обнаружены "протопланетные диски" (из них когда-нибудь сформируются планеты), и уверенно говорят об открытии нескольких планетных систем.

Процесс познания Вселенной бесконечен. И чем дальше, тем все более дерзкие, порой кажущиеся совершенно фантастическими, задачи ставят перед собой исследователи. Так почему же не предположить, что астрономы откроют когда-нибудь другие вселенные? Ведь вполне вероятно, что наша Метагалактика - это не вся Вселенная, а только какая-то ее часть...

Едва ли современные астрономы и даже астрономы очень далекого будущего смогут когда-нибудь увидеть собственными глазами другие вселенные. И все же наука уже сейчас располагает некоторыми данными о том, что наша Метагалактика может оказаться одной из множества мини-вселенных.

Вряд ли кто-нибудь сомневается в том, что жизнь и разум могут возникнуть, существовать и развиваться лишь на определенном этапе эволюции Вселенной. Трудно вообразить, что какие-то формы жизни появились раньше, чем звезды и движущиеся вокруг них планеты. Да и не всякая планета, как мы знаем, пригодна для жизни. Необходимы определенные условия: довольно узкий интервал температур, состав воздуха, пригодный для дыхания, вода... В Солнечной системе в таком "поясе жизни" оказалась Земля. А наше Солнце, вероятно, расположено в "поясе жизни" Галактики (на определенном расстоянии от ее центра).

Таким образом сфотографировано много чрезвычайно слабых (по блеску) и далеких галактик. У наиболее ярких из них удалось рассмотреть некоторые подробности: структуру, особенности строения. Блеск самых слабых из получившихся на снимке галактик - 27,5 m , а точечные объекты (звезды) еще слабее (до 28,1 m)! Напомним, что невооруженным глазом люди с хорошим зрением и при самых благоприятных условиях наблюдения видят звезды примерно 6 m (это в 250 миллионов раз более яркие объекты, чем те, у которых блеск 27 m).
Создаваемые ныне подобные наземные телескопы по своим возможностям уже сравнимы с возможностями космического телескопа Хаббла, а в чем-то даже превосходят их.
А какие условия нужны для того, чтобы возникли звезды и планеты? Прежде всего, это связано с такими фундаментальными физическими константами, как постоянная тяготения и константы других физических взаимодействий (слабого, электромагнитного и сильного). Численные значения этих констант физикам хорошо известны. Даже школьники, изучая закон всемирного тяготения, знакомятся с константой (постоянной) тяготения. Студенты из курса общей физики узнают и о константах трех других видов физического взаимодействия.

Сравнительно недавно астрофизики и специалисты в области космологии осознали, что именно существующие значения констант физических взаимодействий необходимы, чтобы Вселенная была такой, какая она есть. При других физических константах Вселенная была бы совершенно иной. Например, время жизни Солнца могло быть всего 50 миллионов лет (этого слишком мало для возникновения и развития жизни на планетах). Или, скажем, если бы Вселенная состояла только из водорода или только из гелия - это тоже сделало бы ее совершенно безжизненной. Варианты Вселенной с иными массами протонов, нейтронов, электронов никак не подходят для жизни в том виде, в каком мы ее знаем. Расчеты убеждают: элементарные частицы нам нужны именно такие, какие они есть! И размерность пространства имеет фундаментальное значение для существования как планетных систем, так и отдельных атомов (с движущимися вокруг ядер электронами). Мы живем в трехмерном мире и не могли бы жить в мире с большим или меньшим числом измерений.

Получается, что во Вселенной все будто "подогнано" так, чтобы жизнь в ней могла появиться и развиваться! Мы, конечно, нарисовали очень упрощенную картину, потому что в возникновении и развитии жизни огромную роль играют не только физика, но и химия, и биология. Впрочем, при иной физике иными могли бы стать и химия, и биология...

Все эти рассуждения приводят к тому, что в философии называют антропным принципом. Это попытка рассматривать Вселенную в "человекомерном" измерении, то есть с точки зрения его существования. Сам по себе антропный принцип не может объяснить, почему Вселенная такова, какой мы ее наблюдаем. Но он в какой-то степени помогает исследователям формулировать новые задачи. Например, удивительную "подгонку" фундаментальных свойств нашей Вселенной можно рассматривать как обстоятельство, свидетельствующее об уникальности нашей Вселенной. А отсюда, похоже, один шаг до гипотезы о существовании совершенно других вселенных, миров, абсолютно не похожих на наш. И их число в принципе может быть неограниченно огромным.

Теперь попробуем приблизиться к проблеме существования других вселенных с позиций современной космологии, науки, изучающей Вселенную как целое (в отличие от космогонии, которая исследует происхождение планет, звезд, галактик).

Вспомните, открытие того, что Метагалактика расширяется, почти сразу же привело к гипотезе о Большом взрыве (см. "Наука и жизнь" № 2, 1998 г.). Считается, что он произошел примерно 15 миллиардов лет назад. Очень плотное и горячее вещество проходило одну за другой стадии "горячей Вселенной". Так, через 1 миллиард лет после Большого взрыва из образовавшихся к тому времени облаков водорода и гелия стали возникать "протогалактики" и в них - первые звезды. Гипотеза "горячей Вселенной" основывается на расчетах, позволяющих проследить историю ранней Вселенной начиная буквально с первой секунды.

Вот что об этом писал наш известный физик академик Я. Б. Зельдович: "Теория Большого взрыва в настоящий момент не имеет сколько-нибудь заметных недостатков. Я бы даже сказал, что она столь же надежно установлена и верна, сколь верно, что Земля вращается вокруг Солнца. Обе теории занимали центральное место в картине мироздания своего времени, и обе имели много противников, утверждавших, что новые идеи, заложенные в них, абсурдны и противоречат здравому смыслу. Но подобные выступления не в состоянии препятствовать успеху новых теорий".

Это было сказано в начале 80-х годов, когда уже делались первые попытки существенно дополнить гипотезу "горячей Вселенной" важной идеей о том, что происходило в первую секунду "творения", когда температура была выше 10 28 К. Сделать еще один шаг к "самому началу" удалось благодаря новейшим достижениям физики элементарных частиц. Именно на стыке физики и астрофизики стала развиваться гипотеза "раздувающейся Вселенной" (см. "Наука и жизнь" № 8, 1985 г.). По своей необычности гипотеза "раздувающейся Вселенной" может быть вполне отнесена к числу самых "сумасшедших". Однако из истории науки известно, что именно такие гипотезы и теории нередко становятся важными вехами на пути развития науки.

Суть гипотезы "раздувающейся Вселенной" в том, что в "самом начале" Вселенная чудовищно быстро расширялась. За какие-нибудь 10 -32 с размер рождающейся Вселенной вырос не в 10 раз, как это полагалось бы при "нормальном" расширении, а в 10 50 или даже в 10 1000000 раз. Расширение происходило ускоренно, а энергия в единице объема оставалась неизменной. Ученые доказывают, что начальные моменты расширения происходили в "вакууме". Слово это здесь поставлено в кавычках, поскольку вакуум был не обычным, а ложным, ибо трудно назвать обычным "вакуум" плотностью10 77 кг/м 3 ! Из такого ложного (или физического) вакуума, обладавшего удивительными свойствами (например, отрицательным давлением), могла образоваться не одна, а множество метагалактик (в том числе, конечно, и наша). И каждая из них - это мини-вселенная со своим набором физических констант, своей структурой и другими присущими ей особенностями (подробнее об этом см. "Земля и Вселенная" № 1, 1989 г.).

Но где же эти "родственники" нашей Метагалактики? По всей вероятности, они, как и наша Вселенная, образовались в результате "раздувания" домен ("домены" от французского domaine - область, сфера), на которые немедленно разбилась очень ранняя Вселенная. Поскольку каждая такая область раздулась до размеров, превышающих нынешний размер Метагалактики, то их границы удалены одна от другой на огромные расстояния. Возможно, ближайшая из мини-вселенных находится от нас на расстоянии порядка 10 35 световых лет. Напомним, что размер Метагалактики "всего" 10 10 световых лет! Получается, что не рядом с нами, а где-то очень-очень далеко друг от друга существуют иные, вероятно, совершенно диковинные, по нашим понятиям, миры...

Итак, возможно, что мир, в котором мы живем, значительно сложнее, чем предполагалось до сих пор. Вполне вероятно, что он состоит из бесчисленного множества вселенных во Вселенной. Об этой Большой Вселенной, сложной, удивительно многообразной, мы пока практически ничего не знаем. Но одно все-таки, кажется, знаем. Какими бы ни были далекие от нас другие мини-миры, каждый из них реален. Они не вымышлены, подобно некоторым модным ныне "параллельным" мирам, о которых сейчас нередко толкуют люди, далекие от науки.

Ну, а что же все-таки, в конце концов, получается? Звезды, планеты, галактики, метагалактики все вместе занимают лишь самое крошечное место в безграничных просторах чрезвычайно разреженного вещества... И больше во Вселенной ничего нет? Уж слишком просто... В это как-то даже трудно поверить.

И астрофизики уже давно что-то ищут во Вселенной. Наблюдения свидетельствуют о существовании "скрытой массы", какой-то невидимой "темной" материи. Ее нельзя увидеть даже в самый мощный телескоп, но она проявляет себя своим гравитационным воздействием на обычное вещество. Еще совсем недавно астрофизики предполагали, что в галактиках и в пространстве между ними такой скрытой материи примерно столько же, сколько и наблюдаемого вещества. Однако в последнее время многие исследователи пришли к еще более сенсационному выводу: "нормального" вещества в нашей Вселенной - не более пяти процентов, остальное - "невидимки".

Предполагают, что из них 70 процентов - это равномерно распределенные в пространстве квантомеханические, вакуумные структуры (именно они обусловливают расширение Метагалактики), а 25 процентов - различные экзотические объекты. Например, черные дыры малой массы, почти точечные; очень протяженные объекты - "струны"; доменные стенки, о которых уже мы упоминали. Но кроме таких объектов "скрытую" массу могут составлять целые классы гипотетических элементарных частиц, например "зеркальных частиц". Известный российский астрофизик академик РАН Н. С. Кардашев (когда-то очень давно мы с ним оба были активными членами астрономического кружка при Московском планетарии) предполагает, что из "зеркальных частиц" может состоять невидимый нами "зеркальный мир" со своими планетами и звездами. А вещества в "зеркальном мире" примерно в пять раз больше, чем в нашем. Оказывается, у ученых есть некоторые основания предполагать, что "зеркальный мир" как бы пронизывает наш. Вот только найти его пока не удается.

Идея почти сказочная, фантастическая. Но как знать, может быть, кто-нибудь из вас - нынешних любителей астрономии - станет исследователем в грядущем ХХI веке и сумеет раскрыть тайну "зеркальной Вселенной".

Публикации по теме в "Науке и жизни"

Шульга В. Космические линзы и поиск темного вещества во Вселенной. - 1994, № 2.

Ройзен И. Вселенная между мгновением и вечностью. - 1996, №№ 11, 12.

Сажин М., Шульга В. Загадки космических струн. - 1998, № 4.

– бесконечное пространство, возникшее из Большого Взрыва: определение, как устроена, происхождение, эволюция, объекты космоса, исследование Вселенной.

Вселенная – это огромнейшее и неисследованное место. Важно понимать, что на изучение конкретной темы или даже вопроса могут уходить десятки, а то и сотни лет. Существует миллион различных направлений, включающих сотни ответвлений. Чтобы вас не ошарашил такой информационный массив, мы предлагаем список тем, которые раскрывают информацию о Вселенной.

Некоторые думают, что Вселенная закончится взрывом. Она будет сокращаться, пока не вернется в исходную точку. За этим последует новый Большой Взрыв и образуется следующая Вселенная. Это основа циклической версии.

Большая часть научного сообщества соглашается с тем, что Вселенная плоская. Это основание базируется на показаниях прибора WMAP (изучение реликтового излучения). Но есть и те, кто не согласен. Не будем забывать, что не так давно все свято верили в плоскость Земли, так что в таких вопросах всегда остаются сомнения.

Конечно, вышеописанные сведения – всего лишь кратчайшее изложение, а вот детали вы узнаете по ссылкам. Каждая статья раскрывает интересующий вопрос и излагает все на понятном языке. Поэтому вам не придется тратить всю жизнь на изучение Вселенной, ведь ученые предоставили вам готовые сведения. Вы сможете больше узнать о Солнечной системе с описанием, характеристикой и качественными фото планет, а также изучить звезды, галактики, экзопланеты, туманности, звездные скопления, пульсары, квазары, черные дыры, созвездия, темную энергию и темную материю. Нужно лишь перейти по заинтересовавшей ссылке.

Строение Вселенной

Так что же такое Вселенная?

Некоторые даже не понимают, насколько сложным и масштабным выглядит вопрос: «Что такое Вселенная?». Можно потратить десятилетия на исследования и рассекретить лишь верхушку айсберга. Возможно, мы говорим не просто об огромном мире, но бесконечном. Поэтому нужно быть энтузиастом своего дела, чтобы погрузиться во все эти загадки, на расшифровку которых может уйти вся жизнь.

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. Но исследования выдвигают множество теорий и пазл за пазлом собирают картинку.

Определение Вселенной

Само слово «Вселенная» происходит от латинского «universum». Впервые его использовал Цицерон, а уже после него оно стало общепринятым у римских авторов. Понятие обозначало мир и космос. На тот момент люди в этих словах видели все известные живые существа, планеты ( , и ) и .

Иногда вместо «Вселенная» используют «космос», которое с греческого переводится как «мир». Кроме того, среди терминов фигурировали «природа» и «все». В современном понятии вмешают все, что существует во Вселенной – наша система, и прочие структуры. Также сюда входят все виды энергии, пространство-время и физические законы.

Иерархическое формирование галактик во Вселенной

Астрофизик Ольга Сильченко о свойствах темной материи, веществе в ранней Вселенной и реликтовом фоне:

Материя и антиматерия во Вселенной

изик Валерий Рубаков о ранней Вселенной, стабильности вещества и барионном заряде:

Происхождение Вселенной

Как появился космос и все, что мы знаем? Вселенная берет свое начало 13.8 лет назад с Большого Взрыва. Это не единственное предположение (теория колеблющейся Вселенной или устойчивого состояния), но только ему удается объяснить появление всей материи, физических законов и прочих формирований. Теория также способна рассказать, почему происходит расширение, что такое реликтовое излучение и прочие известные явления.

Теория Большого Взрыва: сингулярность – стартовая точка, с последующим расширением

Ученые начали рассматривать Вселенную с настоящего момента и постепенно возвращались к стартовой точке. Отсюда выплыло предположение, что все началось с бесконечной плотности и исчисляемого времени, запустивших процесс расширения. После первого этапа температурные показатели упали, что помогло сформироваться субатомным частицам, а после них – простые атомы. Позже гигантские облака этих формирований соединились с гравитационными силами, порождая звезды и галактики.

Официальный возраст Вселенной – 13.8 миллиардов лет. Проводя тесты с ускорителями частиц, теоретическими принципами, а также исследуя небесные объекты, ученым удалось воссоздать этапы событий, чтобы вернуть нас с современности в мгновение начала всего.

Но наиболее отдаленный период Вселенной (от 10 43 до 10 11 секунд) все еще вызывает споры. Стоит учитывать, что современные физические законы к тому времени еще не применимы, поэтому никто не может понять, как повела себя Вселенная. Но все же есть сторонники некоторых теорий, которые помогли выделить главные временные промежутки вселенской эволюции: сингулярность, инфляция и охлаждение.

Сингулярность (эпоха Планка) – самый ранний период Вселенной. На этом этапе материя была собрана в одной точке бесконечной плоскости, где царствовали экстремальные температурные режимы. В физическом плане доминирует исключительно сила гравитации.

Это время длилось от 0 до 10 43 секунд. Свое второе название эпоха получила в честь Планка, потому что лишь эта обсерватория способна проникнуть в такой промежуток. Вселенная была лишенной устойчивости, потому что вещество было не просто невероятно накаленным, но и сверхплотным. По мере расширения и снижения накаленности, возникли физические законы. С 10 43 до 10 36 секунды запустился температурный переход.

Начали выделяться фундаментальные силы, отвечающие за вселенские механизмы. Первой была гравитация, затем электромагнетизм и первая ядерная сила. С 10 32 и до сегодня длится инфляция. Моделирование демонстрирует, что Вселенная была наполнена однородной энергией с высокой плотностью. Расширение заставило ее терять температуру.

Это началось с 10 37 секунд, когда выделение сил привело к экспоненциальному росту. В этот промежуток стартует барионегез – гипотетическое событие, характеризующееся настолько высокими температурными показателями, что случайные движения частиц осуществлялись на релятивистских скоростях. При столкновениях они создавались и уничтожались. Полагают, что именно из-за этого материя преобладает над антиматерией.

Когда инфляция подошла к концу, пространство представляло собою кварк-глюонную плазменную структуру и прочие элементарные частички. С остыванием материя сливалась и формировала новые структуры. Период охлаждения наступил с уменьшением температуры и плотности. В этом процессе элементарные частички и фундаментальные силы приобрели современный вид.

Есть мнение, что через 10 11 секунд энергия стремительно снизилась. Еще спустя 10 6 секунд кварки и глюоны объединились в барионы, что привело к их переизбытку. Температура больше не достигала необходимой отметки, поэтому у протонов-антипротонов исчезла возможность формировать новые пары. Произошла массовая аннигиляция, оставившая лишь 10 10 изначального их количества. То же самое случилось и для электронов и протонов спустя секунду.

Оставшиеся протоны, электроны и нейтроны оставались статичными, поэтому вселенская плотность обеспечивалась только фотонами и нейтрино. Прошло еще несколько минут, и начался нуклеосинтез.

Температура остановилась на отметке в миллиард кельвинов, а плотность уменьшилась. Поэтому протоны и нейтроны начали сливаться, формируя изотоп водорода (дейтерий) и атомы гелия. Но большая часть протонов все же оставалась «одиночной».

Проходит 379000 лет и электроны, объединенные с ядрами водорода, создали атомы, а отделенное излучение продолжило расширяться. Сейчас мы знаем его как реликтовое (древнейший вселенский свет). По мере расширения, его плотность и энергия терялись. Современная температура – 2.7260 ± 0,0013 К (-270,424 °C) и плотность энергии 0,25 эВ/см 3 . Вы можете посмотреть в любую сторону и повсюду натолкнетесь на остатки этого излучения.

Вселенная до горячей стадии

Физик Валерий Рубаков о реликтовом излучении, зарождении неоднородностей и гравитационных волнах:

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).

Ранняя Вселенная

Физик Валерий Рубаков о расширении Вселенной, Большом взрыве и инфляционной модели:

Инфляционная стадия ранней Вселенной

Физик Алексей Старобинский о самой ранней стадии развития Вселенной, пространстве де Ситтера и метрике пространства-времени:

Если говорить о деталях процесса, то они зависят количества и разновидности материи. Можно выделить 4 типа темной: холодная, теплая, горячая и барионная. Из них стандартной считается Лямбда-CDM (холодная темная материя). В ней частички перемещаются со скоростью, уступающей скорости света.

Она составляет 23% вселенской материи, а барионная достигает лишь 4.6%. Лямбда дает отсылку к космологической константе, созданной Альбертом Эйнштейном. Она доказывала, что равновесие массы-энергии остается в статике.

Конечно, черные дыры стали бы притягиваться, порождая настоящих гигантских монстров. Средняя температура пространства достигла бы абсолютного нуля, и черные дыры испарились. Энтропия вырастет до такой степени, что запустит сценарий тепловой смерти, когда уже просто невозможно извлечь никакой организованной формы энергии.

Есть также теория фантомных энергий. Она полагает, что галактические скопления, планеты, звезды, ядра и даже материя разорвутся из-за расширения. Такой исход называют Большим разрывом.

История изучения Вселенной

Если говорить в общем, то природу вещей изучают еще с начала времен. Наиболее ранние известия о Вселенной представлены в мифах и передавались устно. По большей части все начинается с момента творения, за которое ответственен Бог или боги.

Астрономия появилась в Древнем Вавилоне. Созвездия и календари фигурируют у них еще 2000 лет до н.э. Более того, им даже удалось создать предсказания на последующую тысячу лет. Греческие и индийские ученые подходили к вопросам Вселенной с философской стороны, сосредотачиваясь не на божественном вмешательстве, а на причине и следствии. Можно вспомнить Фалеса и Анаксимандра, утверждавших, что все появилось из первозданной материи.

Эмпедокл (5-й век до н.э.) стал первым в западном мире, кто предположил, что Вселенная представлена землей, воздухом, водой и огнем. Эта система стала очень популярной среди философов, так как сильно походила на китайскую: металл, дерево, вода, огонь и земля.

Только с Демокритом приходит теория о неразделимых частицах (атомов), из которых и состоит пространство. Ее продолжил философ из Индии по имени Канада, считавший, что свет и тепло являются одним веществом, просто представленным в разных формах. Буддийский философ Дигнана еще более продвинулся, заявив, что вся материя – энергия.

Идея о конечности времени вошла в христианство, иудаизм и ислам. Они верили, что у Вселенной есть начало и конец. Космология продолжала развиваться, и греки выдвигают геоцентрическую модель, которая гласит, что в центре всего стоит Земля, вокруг которой вращаются небесные тела. Детальнее всего это описано в «Альмагесте» Птолемеем. Это станет каноном и продлится до Средневековья.

Еще до периода научной революции (16-18 века) появлялись ученые, считавшие, что в основе всего должна стоять гелиоцентрическая модель, где в центре нашей системы расположено Солнце. Среди них фигурируют Аристарх Самосский (310-230 гг. до н.э.) и Селевк (190-150 гг. до н.э.).

Хотя в индийские, персидские и арабские философы развивали идеи Птолемея, находились и революционеры. Например, Ас-Сиджизи или Ариабхата. В 16-м веке появляется Николай Коперник. Его заслуга в том, что он выдвинул концепцию гелиоцентрической модели и обосновал доказательства ее верности. Они основывались на 7 принципах:

• Небесные тела не совершают вращение вокруг одной точки.
• Луна вращается вокруг Земли, а все сферы совершают оборот вокруг Солнца, расположенного возле вселенского центра.
• Дистанция Земля-Солнце – это лишь незначительная часть расстояния от Солнца к другим звездам, поэтому мы не видим параллакс.
• Звезды пребывают в неподвижном состоянии – кажущееся движение вызвано земным осевым вращением.
• Земля двигается по орбитальному пути, поэтому кажется, что Солнце мигрирует.
• У Земли наблюдается больше одного движения.
• Орбитальный земной проход создает впечатление, что другие планеты движутся в обратном направлении.

Более расширенная версия его идей появилась в 1532 году, когда дописал «О вращении небесных сфер». В рукописи фигурировали те же аргументы, но уже подкрепленные научными доводами и примерами. Но автор переживал, что его начнут преследовать со стороны церкви и работа увидела свет лишь в 1542 году после его смерти.

За его идеи взялись ученые 16-17-х веков. Особой заслуги достоин Галилео Галилей. При помощи своего нового изобретение (телескоп) он впервые взглянул на Луну, Солнце и Юпитер, которые не вписывались в геоцентрическую модель, зато соответствовали гелиоцентрической.

В начале 17-го века его записи опубликовали. Интересными были наблюдения кратерной поверхности Луны, а также детализация крупнейших спутников Юпитера и выявление солнечных пятен. Не обошел он стороною и Млечный Путь, который до этого считался туманностью. Галилей увидел, что перед ним множество плотно расположенных звезд.

В 1632 году он выступил за гелиоцентрическую модель в трактате «Диалог о двух системах мира». Его аргументы разбили верования Птолемея и Аристотеля. Дальнейшему укреплению способствовала теория Иоганна Кеплера об эллиптических орбитах планет. Дальше появляется Исаак Ньютон, создавший теорию всемирного тяготения. В трактате 1687 года он описал три закона движения:

• При наблюдении в инерциальной системе, объект пребывает в покое или двигается с постоянной скоростью, пока на него не повлияет внешняя сила.
• Векторная сумма внешних сил (F) равняется массе (m) объекта, умноженной на вектор ускорения (a): F = ma.
• Когда первое тело прикладывает силу ко второму, то второе одновременно прикладывает силу, равную по величине и противоположную по направлению к первому.

Все вместе эти принципы описывали связь между объектом, воздействующими силами и движением. Это стало основой для классической механики. С их помощью Ньютон определил массы планет, выравнивание Земли на полюсах и выпуклость на экваторе, а также то, что сила тяжести между Солнцем и Луной создает приливы на Земле.

Следующий прорыв произошел в 1755 году. Иммануил Кант выдвигает идею, что Млечный Путь – огромная звездная коллекция, скрепленная общей гравитацией. Звезды вращаются, формируя сплющенный диск, а Солнечная система расположена внутри него.

В 1785 году Уильям Гершель хотел вычислить форму галактики, но он не догадался, что большая ее часть скрыта за пылью и газом. Пришлось ждать 20-го века и появления Эйнштейна с его Специальной и Общей теориями относительности. Началось с того, что он просто хотел решить законы ньютоновской механики законами электромагнетизма. В 1905 году появилась Специальная теория относительности.

Она утверждала, что скорость света одинакова для всех инерциальных систем координат. Но это вступало в противоречие с предыдущим мнением (свет, проходящий сквозь движущуюся среду, будет следовать вдоль среды, то есть, скорость света равняется сумме скорости прохода сквозь среду и скорость самой среды).

Получается, что эта теория сделала так, что среда вообще оказалась лишней. В 1907-1911х гг. Эйнштейн думал, как применить теорию к гравитационным полям. В итоге, он создал Общую теорию относительности (время относится к наблюдателю и зависит от его расположения в гравитационном поле).

Здесь же появляется принцип эквивалентности – гравитационная масса равняется инерционной массе. Он также предсказал замедление гравитационного времени, существование черных дыр и расширение Вселенной.

В 1915 году появляется радиус Шварцшильда – точка, в которой масса сферы будет так сильно сжата, что скорость ухода с поверхности приравнивается к скорости света (является результатом решения уравнение поля Эйнштейна). В 1931 году Субраманьян Чандрасекар использовал наработки Эйнштейна, чтобы понять, что если масса не вращающегося тела вырожденного электрона выше определенной отметки, то оно само рухнет.

» Что такое Вселенная?

Очень многих интересует вопрос, что же такое Вселенная, наверное, потому, что ответить на него не так-то просто. Как известно, всё необычное и до конца неизученное привлекает особое внимание. К тому же, Вселенная – это все, что нас окружает. Всегда интересно знать, что же ещё, кроме нас, находится в этом мире.

Пространство Вселенной

Вселенная – это огромное пространство, которое заполнено звёздами, планетами, галактиками, чёрными дырами. Все эти составляющие находятся во взаимодействии и образуют целую систему – Вселенную.

Если посмотреть на карту Вселенной, можно увидеть, что звёзды иногда располагаются не поодиночке, а собираются в скопления. В таком скоплении может быть две-три звезды, а может быть и несколько десятков и даже сотен звезд. Небольшое количество звёзд, собранных вместе, скорее всего, свидетельствует о том, что эти светила образовались не очень давно. А огромные их скопления, которые обычно имеют форму шара, – признак того, что эти звёзды гораздо «старше».

Звезды вместе с планетами входят в состав галактик. Система галактик очень подвижна. Все звёзды постоянно перемещаются. Они появляются, «живут» и «умирают» (взрываются). Если говорить о светилах, подобных Солнцу, то срок их (жизни) составляет примерно 10-15 миллиардов лет.

Помимо галактики, в состав которой входит и наша Земля, во Вселенной существует ещё огромное количество звёздных систем, таких же как наша. Примером может послужить Туманность Андромеды.

Доказано, что Вселенная постоянно расширяется. Это значит, что звёзды, планеты, галактики, системы галактик, входящие в её состав, постепенно расходятся, "разлетаются" в разные стороны, отдаляясь друг от друга. Тем самым увеличивается и общее пространство Вселенной. Вселенная не имеет границ, никто также не может определить, где находится центр Вселенной.

Вселенский порядок

Все объекты, образующие Вселенную, расположены не хаотично, они образуют особый рисунок. Он напоминает особую сетку, или кружево с различными переплетениями нитей. Нити – это планеты и звёзды, расположенные в определённом порядке. Убедиться в этом можно, посмотрев на карту Вселенной. На ней видны особые цепочки из светил и пустот. Наши телескопы не позволяют охватить всю Вселенную, поэтому пока неизвестно, расположены ли эти узоры из звёзд во всех её уголках или там находятся пустоты.

Существует много вопросов об окружающем нас мире, на которые пока человечество не может дать точного ответа, но, возможно, в будущем мы разгадаем эти тайны. Так, например, никто не может точно сказать, как образовалась Вселенная. Некоторые верят в то, что ее создал кто-то, обладающий невиданной силой. Многие считают, что мир сотворил Бог. Учёные же в последнее время придерживаются мнения, что Вселенная появилась в результате огромного взрыва. Вы спросите, что же взорвалось? Предполагают, что взорвалось некое вещество, которое находилось в сильно сжатом состоянии. Представьте, что все окружающее нас вместе с нами, с нашей планетой, с солнцем, со звездами взяли и сжали, спрессовали до размеров теннисного мяча. Представьте, какая при этом должна быть сила сжатия, какое давление. Вот когда-то такой "мячик", сгусток вещества и взорвался, разлетевшись в разные стороны.

Одним из вопросов, на который пока нет однозначного ответа, является вопрос о существовании жизни на других планетах. Ученые заняты поисками живых существ. К другим планетам запускают исследовательские аппараты, космос прослушивают при помощи огромных локаторов. Но пока никаких сигналов из космоса людям услышать не удалось.

Всем привет! Хочу сегодня поделится с Вами впечатлениями о Вселенной. Только представить, нет конца, всегда было интересно, а такое может быть? Из этой статьи можно узнать о звездах, их видах и жизни, о большом взрыве, о черных дырах, о пульсарах и еще о некоторых важных вещах.

– это все что существует: пространство, материя, время, энергия. В нее входят все планета, звезды, и другие космические тела.

– это весь существующий материальный мир, она безгранична в пространстве и времени и разнообразна формами, которые в процессе своего развития принимает материя.

Изучаемая астрономией Вселенная – это часть материального мира, которая доступна исследованиям астрономическими способами, которые отвечают достигнутому уровню науки (эту часть Вселенной иногда называют Метагалактикой).

Метагалактика – доступна современным методам исследования часть Вселенной. Метагалактика вмещает в себя несколько миллиардов .

Вселенная столь огромна, что ее размеры осознать невозможно. Давайте поговорим о Вселенной: ее часть, которая нам видима, простирается на 1,6 млн. млн. млн. млн. км, — и насколько она велика за пределами видимого, никому не ведомо.

Как вселенная приобрела свой сегодняшний вид и из чего она возникла, пытаются объяснить очень многие теории. Согласно самой популярной теории, 13 млрд. лет назад она зародилась в результате гигантского взрыва. Время, космос, энергия, материя – все это возникло вследствие этого феноменального взрыва. Что было до так называемого «большого взрыва», говорить бессмысленно, до него ничего не было.

– по современным представлениям, это состояние Вселенной в прошлом (около 13 млрд. лет назад), когда его средняя плотность во много раз превышала современную. Со временем плотность Вселенной уменьшается из-за ее расширения.

Соответственно при углублении в прошлое плотность увеличивается, аж к тому моменту, когда классические представления о времени и пространстве теряют силу. За начало отсчета времени можно принять этот момент. Интервал времени от 0 до нескольких секунд условно называют периодом большого Взрыва.

Вещество Вселенной, в начале этого периода, получило колоссальные относительные скорости («взорвалось» и отсюда название).

Наблюдаемые в наше время, свидетельства большого Взрыва есть значение концентрации гелия, водорода и некоторых других легких элементов, реликтовое излучение, распределение неоднородностей во Вселенной (например, галактик).

Астрономы полагают, что Вселенная была невероятно раскалена и полна радиации после большого взрыва.

Атомные частицы – протоны, электроны и нейтроны сформировались приблизительно через 10 секунд.

Сами же атомы – атомы гелия и водорода – образовались лишь несколько сотен тысяч лет спустя, когда Вселенная остыла и значительно расширилась в размерах.

Отголоски большого взрыва.

Если большой взрыв произошел 13 млрд. лет назад, к настоящему времени Вселенная должна была бы охладеть до температуры около 3 градусов по Кельвину, то есть до 3 градусов выше абсолютного ноля.

Ученные зарегистрировали фоновые радиошумы, используя телескопы. Эти радиошумы по всему звездному небу, соответствуют этой температуре и их считают до сих пор доходящими до нас отголосками большого взрыва.

Согласно одной из самых популярных научных легенд, Исаак Ньютон увидел, как на землю упало яблоко, и понял, что это случилось под действием исходящей от самой Земли силы тяжести. От массы тела зависит величина этой силы.

Сила тяжести яблока, имеющего малую массу, не влияет на движение нашей планеты, у Земли большая масса и она притягивает яблоко к себе.

На космических орбитах силы притяжения удерживают все небесные тела. По орбите Земли движется Луна и не отдаляется от нее, на околосолнечных орбитах сила притяжения Солнца удерживает планеты, а Солнце удерживает в положении по отношению к другим звездам, сила, которая намного больше гравитационной.

Наше Солнце – звезда, причем довольно обычная и самых средних размеров. Солнце, как и все остальные звезды, представляет собой из светящегося газа шар, и подобно колоссальной печи, выделяющей тепло, свет и другие формы энергии. Солнечную систему образуют планеты на солнечной орбите и конечно же само Солнце.

Другие звезды, потому что очень далеки от нас, кажутся на небе крошечными, но на самом деле, некоторые из них, в сотни раз превышают наше Солнце в диаметре.

Звезды и галактики.

Местоположение звезд астрономы определяют, располагая их в созвездия или по отношению к ним. Созвездие – это группа видимых на определенном участке ночного неба звезд, но не всегда, в действительности, находящихся поблизости.

В звездные архипелаги, именуемые галактиками, группируются звезды в безбрежных космических просторах. Наша Галактика, которая называется млечный Путь, входит Солнце со всеми его планетами. Наша галактика далеко не самая большая, но достаточно огромна, чтобы ее представить.

По отношению к скорости света во Вселенной измеряются расстояния, быстрее нее человечество ничего не знает. Скорость света равна 300 тыс. км/сек. Как световой год, астрономы пользуются такой единицей – это расстояние, прошел бы за год луч света, тот есть 9,46 млн. млн. км.

Проксима в созвездии Кентавра – ближайшая к нам звезда. Она находится на отдалении 4,3 световых года. Мы не видим ее такой, глядя на нее, какой она была более четырех лет назад. А свет Солнца до нас доходит за 8 минут и 20 секунд.

Форму гигантского вращающегося колеса с выступающей осью – ступицей, имеет Млечный путь с сотнями тысяч миллионов его звезд. В 250 тыс. световых лет от его оси – ближе к ободу этого колеса расположено Солнце. Вокруг центра Галактики Солнце оборачивается по своей орбите за 250 млн. лет.

Наша Галактика – одна из многих, и никто не знает, сколько их всего. Более миллиарда Галактик уже открыты, и многие миллионы звезд в каждой из них. В сотнях миллионов световых лет от землян находятся наиболее далекие из уже известных Галактик.

В самое отдаленное прошлое Вселенной мы вглядываемся, изучая их. От нас и друг от друга отдаляются все Галактики. Похоже, что Вселенная все еще расширяется, а большой взрыв был ее первоначалом.

Какие бывают звезды?

Звезды – световые газовые (плазменные) шары, подобные Солнцу. Образуются из пыльно-газовой среды (большим образом из гелия и водорода), вследствие гравитационной неустойчивости.

Звезды бывают разные, но когда-то они все возникли и через миллионы лет они исчезнут. Нашему Солнцу почти 5 млрд. лет и по подсчетам астрономов, оно еще столько же просуществует, а потом начнет умирать.

Солнце – это одинарная звезда, многие другие звезды являются бинарными, то есть, по сути, состоят из двух звезд, которые вращаются друг вокруг друга. Так же астрономам известны тройные и так называемые кратные звезды, которые состоят их многих звездных тел.

Сверхгиганты – самые крупные звезды.

Антарес, диаметром в 350 раз больше диаметра Солнца, относится к этим звездам. Впрочем, очень малая плотность у всех сверхгигантов. Гиганты – менее крупные звезды с диаметром в 10 – 100 раз больше Солнечного.

Их плотность тоже мала, но она больше чем у сверхгигантов. Большинство видимых звезд, включая Солнце, классифицируются как звезды главной последовательности, или средние звезды. Их диаметр может быть как в десять раз меньше, так и в десять раз больше диаметра Солнца.

Красными карликами называются самые малые звезды главной последовательности, а белыми карликами – называются еще меньшие тела, которые уже не относятся к звездам главной последовательности.

Белые карлики (размерами с нашу ) чрезмерно плотны, но очень тусклы. Их плотность во много миллионов раз больше плотности воды. До 5 млрд. белых карликов может быть только в Млечном Пути, хотя ученные до сих пор открыли лишь несколько сотен таких тел.

Давайте для примера посмотрим видео сравнения размеров звезд.

Жизнь звезды.

Каждая звезда, как упоминалось ранее, рождается из облака пыли и водорода. Вселенная полна таких облаков.

Формирование звезды начинается, когда под влиянием какой-то еще (никем не понятной) силы и под действием тяготения происходит, как говорят астрономы, коллапс, или «схлопывание» небесного тела: облако начинает вращаться, а его центр нагревается. Эволюцию звезд можно посмотреть .

Ядерные реакции начинаются, когда внутри звездного облака температура достигает миллиона градусов.

В ходе этих реакций ядра атомов водорода соединяются и образуют гелий. Энергия, производимая реакциями, высвобождается в виде света и тепла, и загорается новая звезда.

Звездная пыль и остаточные газы наблюдаются вокруг новых звезд. Планеты образовались вокруг нашего Солнца из этой материи. Наверняка, вокруг других звезд, образовались похожие планеты, и вероятны какие-то формы жизни на многих планетах, об открытии которых не знает человечество.

Звездные взрывы.

От массы во многом зависит судьба звезды. Когда такая звезда, вроде нашего Солнца, использует свое водородное «топливо» — сжимается гелиевая оболочка, а расширяются внешние слои.

Звезда становится красным гигантом на этом этапе своего существования. После, со временем, ее внешние слои резко отходят, и оставляют за собой лишь малое яркое ядро звезды – белого карлика. Черным карликом (огромной углеродной массой) звезда становится, постепенно охладившись.

Более драматичная судьба ожидает звезды, массой в несколько раз превышающих массу Земли.

Они превращаются в сверхгигантов, намного крупнее красных гигантов, это происходит по мере истощения их ядерного топлива из-за чего они, и расширяются, становясь такими огромными.

После, под воздействием тяготения, происходит резкое схлопывание их ядер. Звезду на куски разносит невообразимым взрывом высвобожденная энергия.

Астрономы такой взрыв называют рождением сверхновой. В миллионы раз ярче Солнца какое-то время светит сверхновая. Впервые, за последние 383 года, в феврале 1987 года, невооруженным глазом было видно сверхновую из соседней галактики с Земли.

В зависимости от исходной массы звезды, после сверхновой может остаться небольшое тело, называемое нейтронной звездой. С диаметром не более нескольких десятков километров, такая звезда, состоит из твердых нейтронов, от этого ее плотность во много раз превышает огромную плотность белых карликов.

Черные дыры.

Сила коллапса ядра в некоторых сверхновых столь велика, что сжатие материи практически не приводит к ее исчезновению. Участок космического пространства с невероятно высокой гравитацией, остается вместо материи. Такой участок называют черной дырой, ее сила настолько мощна, что втягивает все в себя.

Черные дыры не могут быть видимы в силу своей природы. Тем не менее, астрономы полагают, что установили их местонахождение.

Астрономы ищут системы двойных звезд с мощным радиационным излучением и считают, что оно возникает вследствие выхода материи в черную дыру, сопровождающегося нагреванием температур в миллионы градусов.

В созвездии Лебедя (т. н. черная дыра Лебедя Х-1) обнаружен такой источник излучения. Некоторые ученные полагают, что кроме черных дыр, ещё существуют и белые. Эти белые дыры возникают в том месте, где к образованию новых звездных тел готовится приступить собравшаяся материя.

Так же Вселенная таит в себе загадочные образования, именуемые квазарами. Наверное, это ядра далеких галактик, которые ярко светятся, а дальше них, мы ничего не видим во Вселенной.

Вскоре после образования Вселенной, в нашем направлении начал двигаться их свет. Ученные считают, что энергия, равная энергии квазаров, может происходить только от космических дыр.

Пульсары – не менее таинственны. Пульсары – это регулярно испускающие пучки энергии образования. Они, по мнению ученных, являются звездами, которые быстро вращаются, а от них исходят световые лучи, как от космических маяков.

Будущее Вселенной.

Каков удел нашей вселенной не знает никто. Похоже на то, что после изначального взрыва, оно все еще расширяется. Возможны два сценария в очень далеком будущем.

Согласно первому из них, теории открытого пространства, Вселенная будет расширяться до тех пор, пока вся энергия не израсходуется на все звезды и галактики не прекратят своего существования.

Второй – теория закрытого пространства, согласно которой, расширение Вселенной когда-нибудь прекратится, она вновь начнет сжиматься и будет сокращаться, пока в процессе не исчезнет.

Ученные назвали этот процесс по аналогии с большим взрывом — большим сжатием. В результате может произойти еще один большой взрыв, сотворивши новую Вселенную.

Вот так, всему было начало и будет конец, только какой, никто этого не знает...