Для майя Млечный Путь был Мировым Древом, связывающем подземный мир с небесами. Аборигены видели в звездах очертания эму. Античная мифология увековечена в названиях планет, звезд и созвездий. Нам повезло: мы живем в век науки и можем узнать о мерцающих огнях то, о чем древние едва ли могли мечтать. Книга «Главное в истории Вселенной» рассказывает о происхождении и будущем мира — научно и увлекательно. Выбрали несколько отрывков из нее.
Большой взрыв
Наша Вселенная родилась 13,8 млрд лет назад из сингулярности — одномерной точки, в которой сосредоточились вся масса и энергия. Это место, где понятия пространства и времени — по крайней мере, в нашем сегодняшнем понимании — лишены смысла. Даже теория относительности Эйнштейна не в состоянии описать его. Затем внезапно произошел Большой взрыв. Несмотря на свое название, это был не громкий хлопок, а сильное растяжение, которое положило начало существованию пространства-времени.
Большой взрыв, породивший Вселенную, в представлении художника
Первое свидетельство Большого взрыва в 1929 году получил астроном Эдвин Хаббл — он наблюдал в окуляр телескопа Хукера диаметром 2,5 м, установленного в обсерватории Маунт-Вилсон в Калифорнии, за далекими галактиками. В какой-то момент Хаббл понял, что длина световых волн, приходящих из этих галактик, увеличивается, то есть смещается в красную сторону. Это означало, что пространство растягивается, а Вселенная расширяется. Так подтвердились догадки бельгийского астронома и католического священника Жоржа Леметра (1894–1966): он был абсолютно уверен, что наша Вселенная возникла в одной точке и что ее можно определить во времени.
Первые три минуты
Вначале Вселенная была сгустком чистой энергии. Она за доли секунды раздулась, а когда инфляция закончилась, увеличилась в триллионы раз. Затем она должна была сильно охладиться, ведь при расширении температура падает. Но Георгий Гамов в 1940-е годы показал, что при Большом взрыве Вселенная, скорее всего, имела вид первичного огненного шара, поскольку нуклеосинтез, в результате которого появились первые элементы, мог происходить только при очень высоких температурах.
В знаменитой книге физика Стивена Вайнберга «Первые три минуты» описано, что произошло сразу после Большого взрыва. Поскольку после повторного нагрева установилась высокая температура, фотоны мешали объединению протонов и нейтронов, то есть образованию атомных ядер. Но по прошествии двух минут температура Вселенной упала до чуть более миллиарда градусов Цельсия. Она уже была относительно низкой, так что фотоны не могли больше набирать достаточную скорость для того, чтобы не дать протонам и нейтронам объединяться. И тогда возникли идеальные условия для создания дейтерия (изотопа водорода), чье ядро состоит из одного протона и одного нейтрона, удерживаемых вместе сильным ядерным взаимодействием
Через три минуты Вселенная продолжила остывать, температура опустилась ниже миллиарда градусов. В этот момент сложились условия для того, чтобы два протона и два нейтрона соединились и образовали ядра гелия. При этом осталось еще много несвязанных протонов, а поскольку ядро водорода состоит из одного протона, получилось, что во Вселенной стали доминировать водород и гелий.
Мультивселенная
Согласно законам квантовой физики, на самых малых масштабах Вселенная становится неопределенной. Частица не существует в одном конкретном месте. На самом деле ее положение описывается интервалом вероятностей. График распределения вероятностей выглядит как волнистая линия, которая называется волновой функцией.
Однако некоторые считают, что частица может одновременно находиться в каждой точке пространства, допустимой волновой функцией, просто в разных параллельных вселенных. Отсюда берет начало многомировая концепция, предсказывающая существование множества вселенных.
Гипотеза мультивселенной впечатляюща, но спорна, ее нельзя проверить: у нас нет доступа к параллельным вселенным и мы не можем выяснить, реальны ли они. Некоторые ученые считают ее псевдонаучной и даже догматичной.
Миграция планет
Некоторые странности Солнечной системы объясняются миграцией планет. Например, масса Марса оказалась меньше ожидаемой, а главный пояс астероидов выглядит сильно истощенным.
Если принять, что планеты — особенно такие массивные, как Юпитер и Сатурн, — «разбойничали» в ранней Солнечной системе, то многие из этих странностей можно объяснить их гравитационным воздействием. Мы видим, что миграция происходит и в экзопланетных системах: двигаясь по орбите вокруг своей звезды и собирая газ, планета-гигант увеличивается, отчего образуется щель в протопланетном диске, через которую другие планеты могут мигрировать. Миграция останавливается, когда исчезает протопланетный диск — его сдувает звездный ветер за несколько миллионов лет.
Изначально гигантские планеты двигались по строго круговым орбитам (сверху), но, начав мигрировать, они «разбросали» по Солнечной системе более мелкие тела — астероиды и кометы
Эволюция Солнца
Нашему Солнцу 4,6 млрд лет, и оно находится в середине жизненного пути — ему предстоит сжигать водород в своем ядре еще 7 млрд лет. В процессе оно станет наращивать температуру и яркость, а его светимость будет увеличиваться на 6% каждый миллиард лет.
По мере старения Солнце будет становиться все ярче и горячее
Океаны испарятся, и наша планета превратится в выжженный пыльный шар. По мере приближения к финалу запасы водорода в Солнце будут подходить к концу, и с этого момента оно станет превращаться во что-то новое. Весь водород в его ядре преобразуется в гелий, следовательно, ядерная реакция там прекратится, и внутренняя часть Солнца сожмется под действием гравитации, что приведет к повышению температуры. Тогда начнется реакция синтеза в оболочке вокруг ядра. Это так называемое горение оболочки приведет к тому, что Солнце раздуется в тысячу раз и превратится в красного гиганта.
По материалам книги «Главное в истории Вселенной»
Обложка поста — unsplash.com, иллюстрации — из книги
