Тайны вселенной. Парадокс Большого Взрыва

Втр, 06/25/2013 - 15:45

Современная теория взаимодействий была создана на основе квантовой физики, согласно которой действие сил осуществляется путем обмена частицами. Квантовая физика обеспечивает единое описание сил и вещества, поскольку все вещества также построены из частиц. Действительно, природу сил (взаимодействий) невозможно отделить от микроскопической структуры материи: одни частицы взаимодействуют с другими или сами с собой, обмениваясь некими третьими частицами.


На схеме Вселенная представлена в виде стакана. На самом деле это всего лишь ее проекция на плоскость. Как и карта реликтового излучения, сферическая картина которого словно бы натянута на овал

Первая карта реликтового излучения, полученная Робертом Вудро Уилсони и Арно Элан Пензиас при помощи широкоугольной антенны-рупора в 1965 г.; спутником по исследованию космического фона COBE в 1992 г. и космической обсерваторией WMAP

Как гласит теория Большого Взрыва, Вселенная возникла из точки с нулевым объемом и бесконечно высокими плотностью и температурой. Это состояние, называемое сингулярностью, не поддается математическому описанию.

Таким образом, единая теория сил (взаимодействий) представляет собой единую теорию материи. Фундаментальным для этой программы объединения является понятие симметрии.

По своей сути симметрия присутствует повсюду, где существуют связи между различными частями какого-либо объекта или системы. Если, к примеру, субатомные частицы с близкими свойствами сгруппировать в семейства, то возникающая при этом картина обнаруживает проявления глубоких симметрий. Математический анализ сил, ответственных за формирование материи, также выявляет наличие скрытых симметрий с тонкими свойствами, то есть силы можно рассматривать просто как способ, которым в природе поддерживаются различные абстрактные симметрии.

Постигнув взаимосвязь силовых полей, частиц и симметрий, учеными была выдвинута гипотеза одиннадцатимерной Вселенной, согласно которой трехмерный мир чувственных восприятий человека дополняется семью невидимыми пространственными измерениями, что составляет вместе с временем одиннадцать измерений. Семь дополнительных невидимых измерений проявляются как силы или взаимодействия. К примеру, электромагнитное взаимодействие в действительности представляет собой некое невидимое пространственное измерение. Геометрия этих измерений отражает симметрии, присущие взаимодействиям. Из этой теории следует, что в действительности силовых полей вообще нет, а существует только свернутое определенным образом пустое одиннадцатимерное пространство-время.

Вселенная, возможно, в большей или в меньшей степени построена из ничего, наделенного структурой, а сила и вещество — лишь проявления пространства и времени. Если это так, то эта взаимосвязь глубочайшего значения. Понимание фундаментальных взаимодействий, лежащих в основе физического мира, приводят к осознанию того, что наиболее существенные особенности наблюдаемой ныне структуры Вселенной были заложены в самые ранние космические эпохи, когда возраст Вселенной был много меньше секунды.

Современные астрономы считают, что вселенная возникла внезапно, в результате Большого взрыва — чудовищного катаклизма, когда температура и давление значительно превосходили их предельные значения, наблюдаемые во Вселенной в наши дни. Мгновение — и пространство заполнилось материей необычных форм, управляемых силами, которые с того времени остались навсегда подавленными. Именно тот первоначальный краткий миг бытия ознаменовался безраздельным господством суперсилы.

Изначально Вселенная представляла собою безликий сгусток энергии, пребывающей в состоянии с исключительно высокой степенью симметрии. И действительно, начальное состояние Вселенной вполне могло быть предельно простым, и только по мере ее быстрого расширения и охлаждения из первородного горнила стала вырисовываться, застывая, знакомая структура окружающего нас мира. Одно за другим из суперсилы выделились четыре фундаментальных взаимодействия, одна за другой частицы, из которых построено все вещество Вселенной, обретали свое нынешнее обличие, на той ранней стадии развития сформировались галактики. Высоко упорядоченная и тонко организованная Вселенная образовалась в результате «отвердевания» бесформенного однородного сгустка, рожденного Большим взрывом.

Другие материалы рубрики


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



  • ...Среди прочих лептонов в 1936 году, среди продуктов взаимодействий космических лучей, был открыт мюон. Он оказался одной из первых известных нестабильных субатомных частиц, которая во всех отношениях, кроме стабильности, напоминает электрон, то есть имеет тот же заряд и спин и участвует в тех же взаимодействиях, но имеет бóльшую массу. Примерно за две миллионные доли секунды мюон распадается на электрон и два нейтрино. На долю мюона приходится значительная часть фонового космического излучения, которое регистрируется на поверхности Земли счетчиком Г. Гейгера...

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


  • Давайте вспомним испытание противоспутникового оружия, проведенное 11 января 2007 года Китаем. Почему оно вызвало беспокойство у специалистов космической отрасли? Ведь с 1968-го по 1986-й США и СССР провели свыше 20 таких же испытаний! И с того времени уже было проведено несколько подобных испытаний?! Дело вовсе не в международной безопасности. Или не только в ней.



  • Судя по многочисленным публикациям, посвященным современной астрофизике, она находится на подъеме. Положение дел даже сравнивают с революционной ситуацией, сложившейся в физике в начале прошлого века. Но если тогда истина рождалась в спорах, сейчас новые понятия проникают в астрофизику практически без сопротивления. При этом ключевые положения старой теории, вместо того, чтобы обрести окончательную ясность, заменяются наборами гипотез. Современный астрофизик подробно объяснит, что такое космологический вакуум или антигравитация, но на вопрос о происхождении галактик даст расплывчатый ответ, включающий несколько возможных сценариев.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Уходить от Солнца на еще большее расстояние, по подсчетам швейцарского астрофизика, нет смысла. Потому что в стадии красного гиганта Солнце пробудет всего несколько миллионов лет, а затем станет снова быстро сжиматься, превратится в белого карлика и начнет деградировать как источник энергии. И тогда Земле, чтобы получать достаточное количество тепла и света, понадобится орбита меньшая, чем сейчас у Меркурия. Но при таком приближении к светилу силы притяжения довольно скоро остановят вращение Земли вокруг ее оси. Планета будет повернута к Солнцу всегда одной стороной. Значит, жизнь на Земле быстро погибнет: на ночной стороне — от тьмы и холода, а на освещенной — от жары и губительного для всего живого ультрафиолетового и рентгеновского излучения, идущего от белого карлика.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Галактика, в которой мы живем, — Млечный Путь — настоящий исполин по галактическим меркам. Среди галактик местной группы лишь Туманность Андромеды может тягаться с нашим домом по количеству звезд, размерам и массе. Однако сферы влияния гигантов давно поделены, и нашу галактику окружают десятки, а может, и сотни галактик-спутников.
    Сейчас известны по крайней мере 23 спутника нашей галактики. Некоторые из них светятся, как миллиарды солнц, и жителям Южного полушария нашей планеты отлично знакомы Магеллановы облака — крупнейшие спутники нашей Галактики, не заметить которые на ночном небе невозможно даже невооруженным глазом.



  • Был ли Большой взрыв началом времени или Вселенная существовала и до него? Лет десять назад такой вопрос казался нелепым. В размышлениях о том, что было до Большого взрыва, космологи видели не больше смысла, чем в поисках пути, идущего от Северного полюса на север. Но развитие теоретической физики и, в частности, появление теории струн заставило ученых снова задуматься о предначальной эпохе.
    Вопрос о начале начал занимать философов и богословов с давних времен. Он переплетается с множеством фундаментальных проблем, нашедших свое отражение в знаменитой картине Поля Гогена «D’ou venons-nous? Que sommes-nous? Ou allons-nous?» («Откуда мы пришли? Кто мы такие? Куда мы идем?»). Полотно изображает извечный цикл: рождение, жизнь и смерть — происхождение, идентификация и предназначение каждого индивидуума. Пытаясь разобраться в своем происхождении, мы возводим свою родословную к минувшим поколениям, ранним формам жизни и прото-жизни, химическим элементам, возникшим в молодой Вселенной, и, наконец, к аморфной энергии, некогда заполнявшей пространство. Уходит ли наше фамильное древо корнями в бесконечность или космос так же не вечен, как и мы?

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


  • ...И тут внимание исследователей привлекла давняя и очень любопытная гипотеза космических струн. Постичь ее трудно, представить наглядно просто невозможно: струны можно только описать сложными математическими формулами. Эти загадочные одномерные образования не излучают света и обладают огромной плотностью — один метр такой "ниточки" весит больше Солнца. А если их масса так велика, то и гравитационное поле, пусть даже растянутое в линию, должно значительно отклонять световые лучи. Однако линзы уже сфотографированы, а космические струны и "черные дыры" пока существуют лишь в уравнениях математиков. Из этих уравнений следует, что возникшая сразу после Большого взрыва космическая струна должна быть "замкнута" на границы Вселенной. Но границы эти так далеки, что середина струны их "не чувствует" и ведет себя, как кусок упругой проволоки в свободном полете или как леска в бурном потоке. Струны изгибаются, перехлестываются и рвутся. Оборванные концы струн тут же соединяются, образуя замкнутые куски. И сами струны, и отдельные их фрагменты летят сквозь Вселенную со скоростью, близкой к скорости света.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Наблюдения на рентгеновской обсерватории «Чандра» показали наличие большого числа маломассивных рентгеновских двойных звезд в эллиптических и линзовидных галактиках, а также в балджах — центральных сферических компонентах — дисковых галактик. Распределение источников по светимостям хорошо описывается двумя компонентами, граница между которыми соответствует светимости порядка (2-3) 1038 эрг/с. Т.к. эта величина примерно соответствует максимальной (т.н. Эддингтоновской) светимости объекта с массой 1.4 Мо, то возможно, что более мощные источники являются аккрецирующими черными дырами, а менее мощные — нейтронными звездами. Т.о. с некоторой долей уверенности можно говорить, что мы видим в галактиках ранних типов — эллиптических и линзовидных — тесные двойные системы как с черными дырами (самые яркие источники), так и с нейтронными звездами (менее яркие).



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

    • Страницы
    • 1
    • 2