Структура и масштабы вселенной конспект

«Теория Большого Взрыва» и сотворение мира

Вот мы и насчитали 5 стадий эволюции Вселенной, а могли бы насчитать и больше. Если бы прибавили время превращения этого первоначального Homo sapiens в действительно разумного человека. Получилось бы шесть. Вот все и сложилось, ведь как сказано в Библии, на седьмой день Господь отдыхал.

В апреле в ходе литургии в храме Христа спасителя в Вербное воскресенье патриарх Московский и всея Руси Кирилл, заявил о том, что зарождение Вселенной надо воспринимать, как божественный акт творения. «Никогда не опишут всего нынешние многие ученые, горделиво считающие себя теми, кто познал тайны бытия и не нашел в них Бога», – заявил предстоятель Русской православной церкви.  По мнению патриарха, познания науки о Вселенной «ничтожно малы» и дальнейшие изыскания ученых «позволят познать лишь незначительную часть божественной тайны». Предстоятель РПЦ полагает, что ученые склонны усложнять. «Ведь проще всего было бы сказать — ну, божественный акт творения! Но язык не поворачивается у тех, которые считают, что разумом можно все объяснить и таким образом вытеснить Бога из человеческого сознания», – заявил Кирилл.

Что сподобило Патриарха на эти заявления, сказать сложно. Можно отметить только то, что здесь он не был оригинален. Католическая церковь уже несколько лет назад говорила, что «Теория Большого Взрыва» подтверждает библейскую историю сотворения мира. То, что не за семь дней, а за миллиарды лет – это детали. Жившим пару тысяч лет назад необразованным людям, объяснить же было невозможно, что такое миллиарды лет, а семь дней – это понятно. На руках и то – всего десять пальцев, а тут всего семь.

В открытый Космос

В последние 50 лет люди получили возможность покидать Землю и изучать звезды и планеты не только наблюдая их в телескопы, но и получая информацию прямо из космоса. Запускаемые спутники оснащены сложнейшим оборудованием, с помощью которого были сделаны удивительные открытия, в существование которых астрономы не верили, например, черные дыры и новые планеты.

Со времени запуска в открытый космос первого искусственного спутника в октябре 1957 года за пределы нашей планеты было отправлено множество спутников и роботов-зондов. Благодаря им ученые “посетили” почти все основные планеты Солнечной системы, а также их спутники, астероиды, кометы.

Начиная с конца XIX века астрономия вступила в фазу многочисленных открытий и достижений, главным прорывом науки в XX веке стало:

• запуск первого спутника в космос;
• первый полет человека в космос;
• выход в открытое космическое пространство;
• высадка на Луне;
• космические миссии к планетам Солнечной системы.

К границам Солнечной системы

Спутники и космические зонды неоднократно запускались к внутренним планетам: российская «Венера», американские «Маринер» к Меркурию и «Викинг» к Марсу. Запущенные в 1972-1973 гг. американские зонды «Пионер-10» и «Пионер-11» достигли внешних планет — Юпитера и Сатурна. В 1977 г. к Юпитеру, Сатурну, Урану и Нептуну были также запущены «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Некоторые из этих зондов до сих пор продолжают летать у самых границ Солнечной системы, а некоторые уже покинули пределы Солнечной системы.

Космический аппарат Вояджер-1

Полеты на Луну

Самая близкая к нам Луна всегда была и остается весьма притягательным объектом для научных исследований. Поскольку мы всегда видим лишь ту часть Луны, которая освещена Солнцем, особый интерес представляла для нас и невидимая ее часть. Первый облет Луны и фотографирование ее обратной стороны осуществлены советской автоматической межпланетной станцией «Луна-3» в 1959 г. Если еще совсем недавно ученые просто мечтали о полетах на Луну, то сегодня их планы идут намного дальше: земляне рассматривают эту планету как источник ценных пород и минералов.

И вот на Серебряную планету 21 июля 1969 г. ступила нога первого человека. Астронавты собрали образцы лунной породы, провели над ней ряд экспериментов, данные о которых продолжали поступать на Землю в течение длительного времени после их возвращения. .

Человечество продолжает изучать Луну, проводя записки зондов для осуществления данной миссии.

Исследования галактик

В прошлом астрономам мало было известно о Галактиках

Далекие туманные объекты привлекли повышенное внимание лишь после изобретения телескопа. Постепенно было открыто более 100 таких объектов, и уже в XVIII в

был составлен первый каталог туманностей (туманность – космические скопления из газа и пыли, могут быть протяженностью в несколько тысяч световых лет.

Комета Хэйла-Боппа

Интенсивное изучение галактик, в том числе и с помощью радиотелескопов, открытие фонового излучения, новых космических объектов типа квазаров, излучающих в десятки раз больше энергии, чем самые мощные галактики, привело к возникновению новых загадок в изучении Вселенной.

Многими великими открытиями мы обязаны астрономам-любителям, которые часами просиживают в темноте, разглядывая ночное небо.

Информацию о планетах других Галактик, о положении звезд и многих других космических объектах можно получить лишь с космического зонда, находящегося во внешней части Солнечной системы. Среди таких необходимо отметить:

• космические зонды;
• космические шатлы;
• международные космические станции.

Последние 30 лет исследовательские обитаемые станции (российские «Мир» и «Салют», американская «Скайлэб») играли важную роль в освоении космоса. Работающие на них космонавты проводили различные эксперименты. Эти исследования дали ценную информацию о жизни в космосе

Многие годы астрономы мечтали о том, чтобы поместить в космосе мощный телескоп. Ведь из космоса, где нет воздуха и пыли, звезды будут видны особенно отчетливо. В 1990 г. их мечта сбылась: шаттл вывел на орбиту телескоп Хаббл.

Космический телескоп Хаббл

Изобретения сверхмощных квантовых компьютеров в XX веке также обещают многие новые изучения, как уже известных планет и звезд, так и открытия новых далеких уголков Вселенной.

Существуют ли параллельные вселенные

Идею о существовании других реальностей в научном сообществе воспринимают неоднозначно. Сторонники этой концепции — Стивен Хокинг, американские физики-теоретики Брайан Грин и Ли Смолин, американский космолог Александр Виленкин.

Аргументы за:

• Существование черных дыр — Стивен Хокинг считал, что они могут быть тоннелями в параллельный мир. Об этом говорится в его книге «Черные дыры и молодые вселенные».
• Существование реликтового холодного пятна — области в созвездии Эридан с необычно низким микроволновым излучением и большими размерами. Некоторые ученые считают, что оно может быть отпечатком другой вселенной.
• Гипотетическое существование кротовых нор — «тоннелей», соединяющих отдаленные друг от друга точки пространства. Они согласуются с общей теорией относительности, но требуют существования экзотических видов материи.

Первое изображение галактики Messier 87, в центре которой находится черная дыра

(Фото: Event Horizon Telescope / Wikimedia Commons)

Против идеи о параллельных вселенных выступают британский космолог Джордж Эллис, американские физики-теоретики Стивен Вайнберг и Дэвид Гросс. Их главный аргумент в том, что она ненаучна в целом. Ни одну из описанных выше теорий невозможно опровергнуть экспериментально, а значит, и доказать.

Михаил Иванов:

«В обозримом будущем мы едва ли сможем доказать существование параллельных вселенных. Многие теории основаны больше на игре ума, чем на экспериментальных фактах. Доказательство других порой требует ускорения элементарных частиц до энергии Планка (500 кг в тротиловом эквиваленте) или наблюдения за ними в течение миллиардов лет.

Более важный вопрос — удастся ли нам сформулировать квантовую теорию гравитации. Есть вероятность, что с ней мы сможем создавать параллельные вселенные, даже если раньше их не существовало».

В Джордж Эллис объяснил, что, по его мнению, ученые предложили идею о параллельных вселенных как универсальное объяснение природы нашего существования. Эту концепцию нельзя назвать неправильной, но она носит чисто философский, а не научный характер.

Станислав Алексеев, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник отдела релятивистской астрофизики Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга:

«У идеи о существовании параллельных вселенных есть несколько причин. Например, наличие черных дыр — каналов, через которые гипотетически энергия попадает из нашего мира в другой. Противоположные им белые дыры, существование которых не доказано, но допускается, могут быть источниками излучения из параллельных вселенных.

С точки зрения космологии, наличие других вселенных — возможность нарушить закон сохранения энергии, показав каналы, через которые она может убывать и прибывать. Это могло бы объяснить проблему космических лучей, энергия которых выше теоретического верхнего предела, без нарушения лоренц-инвариантности — свойства физической величины оставаться неизменной при преобразованиях.

Для доказательства или выбора одной из вышеописанных теорий не хватает экспериментальных, наблюдательных данных. В настоящее время во всех проектах общая теория относительности (ОТО) подтверждается с высокой точностью, но возможно, что в будущем удастся экспериментально выйти за ее границы».

Сколько во Вселенной материи?

Астрофизики считают, что около 40% обычной материи, из которой состоят звезды, планеты и галактики, оставалось незамеченной (на протяжении 20 лет), скрытой в виде горячего газа в сетях космической паутины. Напомним, что космическая паутина состоит из галактик, распределенных по всей Вселенной в виде сложной сети узлов, соединенных нитями, которые, в свою очередь, разделены пустотами. Подробнее о том, что такое галактические нити и космическая паутина, читайте в нашем материале.

Это недостающие барионы, скрытые в нитевидной структуре космической паутины и пытались обнаружить французские исследователи. Они провели статистический анализ, в ходе которого им впервые удалось выявить рентгеновское излучение горячих барионов в галактических нитях. Команда использовала пространственную корреляцию между положением нитей и связанным с ними рентгеновским излучением, чтобы предоставить доказательства присутствия горячего газа в космической паутине и впервые измерить его температуру.

Космическая паутина – это гигантское скопление галактик, соединенное между собой пустотами.

Полученные результаты подтверждают более ранние выводы той же исследовательской группы, основанные на косвенном обнаружении горячего газа в космической паутине путем его влияния на космическое фоновое микроволновое излучение (реликтовое излучение). Это открытие может проложить путь к более детальным исследованиям, использующим более качественные данные, чтобы проверить эволюцию газа в нитевидной структуре космической паутины. В общем, работы у ученых еще очень и очень много.

Возможно, мы так и не сможем разгадать все тайны Вселенной.

Кстати, недавно с помощью рентгеновской обсерватории Европейского космического агенства (ESA) XMM-Newton, астрономы показали, что скопления галактик в далекой Вселенной не похожи на те, что мы видим сегодня. Похоже, они испускают больше рентгеновских лучей, чем предполагали ученые. Оказалось, что эти скопления галактик изменили свой внешний вид со временем, а согласно расчетам, в прошлом скоплений галактик во Вселенной было меньше. Но о чем это говорит?

Исследователи считают, что в таком случае Вселенная должна быть средой высокой плотности, что противоречит современным представлениям. Этот вывод весьма спорен, потому что для объяснения этих результатов во Вселенной должно быть много материи – а это, в результате, оставляет мало места для темной энергии. Однако результаты французских исследователей показали, что эти выводы не такие уж и противоречивые. В конце-концов, если мы не могли разглядеть барионную материю в галактических нитях на протяжении 20 лет, кто знает, сколько еще материи Вселенной мы пока не видим?

Есть ли жизнь на других планетах?

Вопрос о существовании разумной жизни во Вселенной остается одним из самых захватывающих и загадочных. Ученые исследуют этот вопрос с помощью астрономических наблюдений, поиска экзопланет (планет вне Солнечной системы) и теоретических моделей. Вот несколько аспектов, которые следует учесть при обсуждении этого вопроса:

• Масштаб Вселенной. Вселенная огромна, содержит миллиарды галактик, каждая из которых состоит из миллиардов звезд. Столько многообразия и масштаба создают большие возможности для существования условий, подходящих для жизни.
• Экзопланеты. С появлением телескопов, способных обнаруживать планеты вокруг других звезд, ученые обнаружили тысячи экзопланет. Некоторые из них находятся в обитаемой зоне – той области вокруг звезды, где условия могли бы поддерживать жидкую воду, необходимую для жизни, на поверхности планеты.
• Химические элементы. Основные химические элементы, необходимые для жизни, такие как углерод, кислород, азот и водород, широко распространены во Вселенной. Это увеличивает вероятность того, что аналогичные химические процессы могли привести к возникновению жизни и на других планетах.
• Эволюция жизни. Если жизнь может возникнуть на другой планете, то она, вероятно, будет проходить через процессы эволюции. Это означает, что разумная жизнь может развиться в разных направлениях, а ее формы и интеллект будут сильно отличаться от того, что мы представляем.

Проблемы коммуникации. Даже если разумная жизнь существует, расстояния во Вселенной огромны. Сигналы от одной цивилизации до другой могли бы путешествовать многие годы, если не века. Это создает сложности в установлении связи с другими интеллектами.

Почему нужны космические исследования

Защита от астероидов

По словам астрономов, занимающихся изучением небесных тел, возможность столкновения Земли с астероидом велика. По их расчетам, раз в 10 тыс. лет такая вероятность может настичь нашу планету.

Небесное тело в виде астероида представляет серьезную угрозу для человечества. Если предположить, что его размеры будут равны габаритам футбольного поля, тогда после столкновения возникнут необратимые последствия. Такая катастрофа приведет к гибели людей на планете. С нами произойдет то, что случилось с динозаврами — вымирание. Поэтому ученые постоянно отслеживают движение астероидов в космическом пространстве. Это позволит сбить такое тело еще на подлете к планете. Конечно, придется использовать ядерные технологии. По крайней мере, мощного заряда хватит, чтобы опасный астероид изменил свою траекторию движения.

Если с Землей столкнется какое-нибудь космическое тело диаметром в 100 м, тогда на планете образуется огромная пылевая буря и погибнут леса. Выжившие люди будут обречены на голод. Поэтому существует большая вероятность полного уничтожения человечества.

Космическое сырье

Количество ценных металлов на Земле ежегодно уменьшается. Поэтому людям в будущем рано или поздно придется добывать полезные ископаемые на других планетах. Однако для достижения поставленных задач обязательно нужно будет использовать новые технологии. С их помощью придется создать космических корабли, способные доставлять на другие планеты хотя бы роботизированное оборудование, а в обратном направлении — золото, платину, серебро и так далее.

Для обеспечения транспортировки техники и сырья на дальние расстояния не подойдут двигатели, используемые в настоящее время. Поэтому космические исследования 21 века ведутся в области ядерных технологий. Они, возможно, позволят создать действительно эффективный ядерный двигатель, с помощью которого существенно сократится время перелета между космическими телами.

Развитие медицины

Исследования в области космоса повлияли на появление большого количества медицинских препаратов, использующихся непосредственно на Земле. Особенно много было сделано открытий в области лекарств, помогающих в борьбе против рака. Был также разработан новый способ введения препарата в раковую опухоль. Кроме того, такие исследования помогли изобрести специальную механическую руку-манипулятор, которая осуществляет очень сложные действия внутри томографов.

Изучение космоса также способствовало изобретению лекарства от остеопороза. Оно не только лечит данное заболевание, но и позволяет проводить эффективную профилактику. Появлению способствовала разработка средств, благодаря которым космонавты защищаются от потери мышечной и костной массы, когда на них не действует гравитация. Тестирование изобретенных препаратов проводилось в космосе, так как человек в таких условиях теряет за один месяц примерно полтора процента костной массы.

Колонизация космического пространства

Ученые все чаще делают вывод, что рано или поздно придется заселять другие планеты. К такому заключению они приходят, потому что число людей на Земле постоянно увеличивается. При этом количество ресурсов планеты регулярно уменьшается. В то же время ухудшается экологическая обстановка. Ученые даже выполнили некоторые расчеты и пришли к выводу, что на Земле нормально может существовать максимум 16 миллиардов людей. Однако ухудшение жизни начнется уже в ближайшем будущем, когда нас с вами станет 8 млрд.

Такие прогнозы дали старт программам по изучению космоса. Научные изыскания направлены на изучение возможности межпланетных путешествий. Одной из рассматриваемых планет является Марс, на котором, предполагается, ранее уже существовала жизнь. К этому космическому телу регулярно запускаются зонды. На его поверхности уже работает марсоход. Он не только делает снимки поверхности планеты, но и изучает ее атмосферу и грунт.

Эволюция Вселенной

Изучение Вселенной показывает, что ее размер со временем увеличивается — Вселенная расширяется. Процесс расширения Вселенной начался 14 млрд лет назад из плотного компактного состояния в результате события, называемого Большим взрывом.

Планковская эпоха

Схема эволюции Вселенной такова. В самые ранние моменты жизни (от нуля до $ {10}^{-43} $с, планковская эпоха) вещество имело плотность порядка $ {10}^{97} $ кг на м³ и температуру порядка $ {10}^{32} $К. Квантовые эффекты преобладали над остальными, а все фундаментальные взаимодействия существовали в виде одного общего взаимодействия.

Ранние этапы эволюции Вселенной

Эта эпоха началась с отделения гравитации от общего электроядерного взаимодействия. Плотность вещества в эту эпоху упала до уровня $10^{74}$ кг на м³, а температура — до $10^{27}$К. Отделение гравитации привело к нарушению симметрии в молодой Вселенной и заложило основу для неоднородности в ней. Сама Вселенная в этот момент представляла кварк-глюонную плазму.

Ко времени $10^{-35}$с температура во Вселенной упала настолько, что свободные кварки и глюоны начали объединяться в адроны, в том числе в протоны и нейтроны — основу вещества будущей Вселенной. Сильное взаимодействие отделилось от электрослабого. Адроны обрели стабильность, причем одновременно существовали как частицы, так и античастицы.

Лишь ко времени $10^{-6}$с плазма охлаждается настолько, что частицы и античастицы начинают аннигилировать с образованием большого числа фотонов. Небольшое нарушение симметрии обусловило избыток вещества над антивеществом.

Далее по мере уменьшения плотности и температуры возникает возможность нуклеосинтеза: протоны объединяются в ядра, электроны занимают места в электронных оболочках. Этот процесс начинается примерно через 300 тыс. лет после Большого взрыва.

Рис. 2. Эволюция Вселенной.

Современная эпоха

Нуклеосинтез завершается образованием во Вселенной 75 % водорода, 25 % гелия и следов других элементов. Ко времени 800 млн лет после Большого взрыва начинается эра вещества. Газ, заполняющий Вселенную, начинает образовывать неоднородности и сгустки. Средняя температура в это время во Вселенной опустилась до тысяч кельвинов, что недостаточно для ядерных реакций.

Однако по мере сгущения протозвездных облаков давление и температуры в их ядрах вновь начинают повышаться, что приводит к «зажиганию» термоядерных реакций, и во Вселенной появляются первые звезды. Звезды объединяются гравитацией и движением в галактики, те — в скопления галактик.

Рис. 3. Местная группа галактик.

Что мы узнали?

Вселенная образовалась 14 млрд лет назад в результате Большого взрыва. По мере расширения плотность и температура падали, что привело к образованию вещества, облаков газа, а впоследствии и звезд. В самом крупном масштабе Вселенная имеет волокнистую структуру сверхскоплений и областей без излучающего вещества.

1. /10

   Вопрос 1 из 10

Первые звезды

Судя по всему, первыми родились звезды-гиганты, которые стали прародителями других звезд, в том числе и нашего Солнца.

В недрах первых звезд под воздействием колоссальной температуры на уровне атомных ядер происходили сложные реакции. Так, из трех ядер гелия образовался углерод, из двух атомов углерода — магний, из магния — неон и так далее, пока из кремния не получилось железо. Этот процесс преобразования химических элементов продолжается в раскаленных ядрах звезд и сейчас, называется он «термоядерный синтез». Так что появление планет, и в частности нашей с вами Земли, стало возможным именно благодаря звездам.

Параллельно с процессом зарождения звезд формировались и их скопления, которые объединялись в галактики.

Структура Вселенной и ее размеры

На протяжении многих тысячелетий человечество считало, что Вселенная вечна и неизменна. Данная теория господствовала во всем в мире вплоть до начала ХХ столетия. Колоссальный переворот в науке о космическом пространстве произошел в 20-е годы прошлого века, благодаря таким ученым как Эйнштейн, Фридман и Хаббл. Именно они выдвинули предположения и доказали, что Вселенная – это целая система, которая живет своей жизнью и способна изменяться во времени, то есть расширяться или сжиматься.

В структуре Вселенной выделяют несколько уровней организации, каждый из которых отличается масштабом объектов:

Практически все космические тела в необъятной Вселенной формируют группы. Звезды группируются парами или входят в звездные скопления. В таких скоплениях могут содержаться десятки или даже сотни таких светил. Исключением считается Солнце, так как у него нет «двойника».

Двойная звезда Источник

Следующий уровень – галактики. Они бывают неправильной, линзовидной, спиральной и эллиптической формы. Вот только почему существует такая классификация, ученые еще не нашли ответ. В пределах одного галактического пространства есть черные дыры, межзвездный газ, темная материя, двойные звезды, пыль, электромагнитное излучение. Астрономы предполагают, что во Вселенной существуют сотни миллионов галактик.

Спиральная Галактика  

Небольшое скопление галактик формируют Местную группу. Данный уровень организации считается одной из самых крупных и устойчивых структур. Все объекты в системе скопления галактик удерживаются гравитационной силой и еще каким-то фактором. Что это за фактор ученые пока не знают, но уверенны, что одной лишь силы гравитации для поддержания стабильности недостаточно. Скопление, в которое входит Млечный путь, Треугольник и Андромеда, включает еще 31 галактическую систему.

Скопление галактик в Персее Источник

Сверхскопление галактик – в составе такой структуры десятки или даже сотни галактических систем или их скоплений. Гравитационные силы здесь уже не такие сильные, поэтому сверхскопления движутся вместе с расширяющейся Вселенной.

Сверхскопление Волопаса Источник

На последнем уровне во Вселенной находятся ячейки, или пузыри. Их границы образуют сверхскопления галактик. Между этими структурами расположены пустотные области, которые получили название войды. Изучение войд, как и самых отдаленных частей Вселенной, происходит с помощью современных телескопов, одним из которых является телескоп Хаббла. В течение длительного времени, астрономы наблюдают за процессами, происходящими в космосе, изучают скопления и расположение звезд, после чего делаются определенные расчеты, строятся модели Вселенной, звездные карты и т.д.

Войд Волопаса Источник

Все структуры Вселенной являются уникальными и таинственными. Человечество уже гораздо лучше понимает, как устроено космическое пространство. Но с каждым новым открытием у ученых появляются и новые вопросы, ответы на которое порой не так легко найти.

Изучая размеры Вселенной, астрономы могут говорить только о ее видимой части, которую научно называют Метагалактикой. Чем больше сведений и знаний ученые получают о ней, тем больше становятся ее границы, причем они расширяются абсолютно во всех направлениях. Это говорит о сферической форме Вселенной.

Принято считать, что возраст Вселенной составляет 13,8 млрд. лет. Именно столько времени прошло с момента Большого Взрыва. Однако это только предположения, полученные в результате многолетней работы специалистов. Они основаны на наблюдениях и расчетах, но утверждать со 100% уверенностью, что Взрыв действительно был, нельзя. На сегодняшний день теория Большого Взрыва является общепринятой, так как именно она объясняет многие процессы, происходящие в космическом пространстве.Учитывая скорость света, ученые предполагают, что размеры Вселенной составляют также 13,8 млрд. световых лет. Скорей всего эта цифра не совсем точная, так как с момента зарождения пространство Вселенной все время расширяется. Некоторая его часть движется со сверхсветовой скоростью, из-за чего многие объекты навсегда останутся вне зоны видимости человека. 

Математическая модель Вселенной Источник

Квазары

В масштабах всей Вселенной квазары являются самыми интересными и таинственными объектами. Их яркое сияние способно затмить целые галактические системы. Само слово «квазар» переводится как «радиоисточник, похожий на звезду». Астрономы предполагают, что квазары – это активные ядра галактики. Такие виды галактических систем не входят в традиционную классификацию.

По другой версии, квазары представляют собой огромные черные дыры, которые активно поглощают все, что находится в округе. По мере приближения к ним вещества, его скорость растет, а само вещество разогревается. Магнитное поле черной дыры собирает мельчайшие частички в пучки, которые в дальнейшем разлетается от ее полюсов. Третья версия гласит, что квазары – это начальная стадия жизни галактики, то есть человечество видит их фактическое формирование. Какая из этих теорий является максимально правдивой никому не известно, но каждая из них имеет право на существование.

Мощность излучения квазара просто огромна. Она в сотни раз превышает мощность излучения всех звезд в одной галактике. Сложно представить, что объект отдален от человека на несколько миллиардов световых лет, но при этом его можно увидеть в обычный телескоп. За одну единицу времени квазар производи в  10 триллионов раз больше энергии, чем Солнце. А его размер можно сравнить с размером Солнечной системы.

Еще одна интересная особенность квазаров – их переменность. Они постоянно меняют свою светимость, что совершенно нехарактерно для галактик. Был зафиксирован случай, когда блеск объекта за один час сменился 25 раз. Исходя из последних наблюдений, выяснилось, что многие квазары находятся около центров огромных эллиптических галактик.

Самый первый квазар был открыт в 1960 г благодаря Мэтью Сэндиджу. Он получил название 3с273. В современном мире квазары во Вселенной определяют по красному смещению их спектра. Если обнаружено такое смещение и при этом объект выделяет огромное количество энергии, его смело начинают именовать квазаром. Сейчас в космическом пространстве их обнаружено около 2-х тысяч. Эти космические объекты изучаются с помощью телескопа Хаббла. Расстояние между Землей и ближайшим квазаром составляет 800 млн. световых лет.

Вид квазара в телескопе Источник

В ответ на каверзные вопросы

Сегодня наша Вселенная состоит из большого числа звезд, не говоря уж о скрытой массе. И может показаться, что полная энергия и масса Вселенной огромны. И совершенно непонятно, как это все могло поместиться в первоначальном объеме.

Однако во Вселенной существует не только материя, но и гравитационное поле. Известно, что энергия последнего отрицательна и, как оказалось, в нашей Вселенной энергия гравитации в точности компенсирует энергию, заключенную в частицах, планетах, звездах и прочих массивных объектах. Таким образом, закон сохранения энергии прекрасно выполняется, и суммарная энергия и масса нашей Вселенной практически равны нулю.

Именно это обстоятельство отчасти объясняет, почему зарождающаяся Вселенная тут же после появления не превратилась в огромную черную дыру. Ее суммарная масса была совершенно микроскопична, и вначале просто нечему было коллапсировать. И только на более поздних стадиях развития появились локальные сгустки материи, способные создавать вблизи себя такие гравитационные поля, из которых не может вырваться даже свет.

Соответственно, и частиц, из которых «сделаны» звезды, на начальной стадии развития просто не существовало. Элементарные частицы начали рождаться в тот период развития Вселенной, когда инфлатонное поле достигло минимума потенциальной энергии и начался Большой взрыв.

Область, занятая инфлатонным полем, разрасталась со скоростью, существенно большей скорости света, однако это нисколько не противоречит теории относительности Эйнштейна. Быстрее света не могут двигаться лишь материальные тела, а в данном случае двигалась воображаемая, нематериальная граница той области, где рождалась Вселенная (примером сверхсветового движения является перемещение светового пятна по поверхности Луны при быстром вращении освещающего ее лазера).

Причем окружающая среда совсем не сопротивлялась расширению области пространства, охваченного все более быстро разрастающимся инфлатонным полем, поскольку ее как бы не существует для возникающего Мира. Общая теория относительности утверждает, что физическая картина, которую видит наблюдатель, зависит от того, где он находится и как движется. Так вот, описанная выше картина справедлива для «наблюдателя», находящегося внутри этой области. Причем этот наблюдатель никогда не узнает, что происходит вне той области пространства, где он находится.

Другой «наблюдатель», смотрящий на эту область снаружи, никакого расширения вовсе не обнаружит. В лучшем случае он увидит лишь небольшую искорку, которая по его часам исчезнет почти мгновенно. Даже самое изощренное воображение отказывается воспринимать такую картину. И все-таки она, по-видимому, верна. По крайней мере, так считают современные ученые, черпая уверенность в уже открытых законах Природы, правильность которых многократно проверена.

Надо сказать, что это инфлатонное поле и сейчас продолжает существовать и флуктуировать. Но только мы, внутренние наблюдатели, не в состоянии этого увидеть — ведь для нас маленькая область превратилась в колоссальную Вселенную, границ которой не может достигнуть даже свет.

Вселенная Фридмана

Фридман допускал, что Вселенная имеет совершенно одинаковый вид во всех направлениях и данное условие характерно для всех ее точек. Исходя из этого и учитывая общую теорию относительности, ученый дал понять, что не стоит ожидать от Вселенной стационарности.

Если посмотреть на небосвод, можно увидеть светящуюся полосу – нашу Галактику Млечный путь. Сфокусировав свой взгляд на более отдаленных галактических системах, видно, что в разных частях космического пространства их число будет примерно одинаковым. Исходя из этого, можно говорить об относительной однородности Вселенной.

Модель Вселенной Фридмана была одной из самых удачных. Кроме того, она соответствовала наблюдениям Хаббла. Однако в западных странах о ней услышали только в 1935 г, после того, как подобные модели были разработаны Говардом Робертсоном и Артуром Уокером. Несмотря на то, что Вселенная Фридмана имела только одну модель, на ее основе можно построить еще три других:

• расширение Вселенной по Фридману настолько медленное, что силы притяжения между галактическими пространствами еще сильнее замедляют его, а со временем вообще останавливают. После этого галактики устремляются навстречу друг к другу, то есть запускается процесс сжатия космического пространства.Расширяющая Вселенная Фридмана достигает определенного максимума, а потом начинает снова возвращаться в начальную точку;
• вторая космологическая модель Вселенной Фридмана гласит, что расширение космического пространства происходит с незначительной скоростью. Ее хватает лишь для того, чтобы не начался обратный процесс сжатия. В данном предположении расширение начинается с начальной точки, но при этом оно всегда растет. Скорость процесса замедляется, но никогда не останавливается;
• расширение космического пространства происходит с огромной скоростью. Она настолько велика, что гравитационные силы никогда не смогут остановить данный процесс, разве что только слегка замедлить его. Разделение галактик начинается также с определенного нулевого расстояния.

Анализируя все вышесказанное, можно сделать вывод: модель Фридмана рассказывает, что Вселенная не бесконечна в космическом пространстве, но само пространство безгранично. В результате сильных гравитационных сил, пространство искривляется и замыкается, то есть напоминает чем-то сферическую форму Земного шара. Если человек путешествует по поверхности планеты в одном и том же направлении, он никогда не встретит препятствие, которое не смог бы преодолеть, кроме того, он никогда не упадет «с края Земли». Рано или поздно он просто вернется в точку, с которой начинал свое путешествие. Примерно такое же пространство изображено в модели нестационарной Вселенной Фридмана.