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


  • ...В начале 70-х годов появилось предложение объединить бозоны и фермионы в единую теорию, что, мягко говоря, среди ученых вызвало недоумение, ведь столь различны по своим свойствам эти две группы частиц. Тем не менее, оно возможно, если обратиться к симметрии, более широкой, нежели симметрия Лоренца — Пуанкаре, лежащая в основе теории относительности. Математическая суперсимметрия соответствует извлечению квадратного корня из симметрии Лоренца — Пуанкаре, физически же она соответствует превращению фермиона в бозон и наоборот. Разумеется, в реальном мире невозможно проделать такую операцию, тем не менее, операцию суперсимметрии можно сформулировать математически и можно построить теории, включающие суперсимметрии...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • В августе 1989 года с космодрома Куру ракетой-носителем Ариана 4 был запущен на орбиту вокруг Земли искусственный спутник HIPPARCOS. Название этого аппарата напоминает имя известного древнегреческого астронома Гиппарха (II в. до н.э.), открывшего явление прецессионного движения оси вращения Земли и предложившего первую фотометрическую шкалу измерения блеска звезд. Отдавая дань уважения Гиппарху, специалисты из Европейского Космического Агентства дали своему спутнику имя, которое они составили из первых букв полного названия научного проекта: HIgh Precision PARarallax COllecting Satellite — «Спутник для получения высокоточных параллаксов». Космический аппарат просуществовал на орбите 37 месяцев, и за это время он провел миллионы измерений звезд. В результате их обработки появились на свет два звездных каталога. Первый из них — HIPPARCOS.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Этот взрыв потряс не только часть Вселенной, но и земную астрономию! Громадная звезда вдруг стала сверхновой, и ее разорвало на куски с таким шиком, что даже бывалые астрономы заявили, что никогда такого не видали. А ведь должна была вести себя тихо-тихо. Ученые подозревают, что такое разрушительное событие может в любой момент повториться у нас прямо под боком. Возможно, даже завтра. Или прямо сейчас.



  • Итак, знакомимся с действующими лицами драмы. Коричневый карлик 2M1207 спектрального класса M8 (его можно увидеть хорошо вооруженным глазом в созвездии Центавр) и его небольшой компаньон — планета 2M1207b. Последняя уже несколько лет как мучает ученых своими загадками. И вот теперь новейшее исследование позволило предположить: странные особенности данного объекта объясняются тем, что он рожден в результате совсем недавнего столкновения двух планет.



  • Однако сторонники потоков воды провели всестороннее исследование гипотезы о жидкой углекислоте и других средах. Были детально рассмотрены практически все ее аспекты и сделаны убедительные выводы. Например, в аккуратной работе Стьюарта и Ниммо, вышедшей в 2002 году, результаты сформулированы следующим образом: «Мы нашли, что ни конденсированный CO2, ни клатраты CO2 не могут быть накоплены в коре Марса в достаточных количествах... Таким образом, мы заключаем, что овраги не могут быть образованы жидким CO2. В свете этих результатов потоки жидкой воды остаются предпочтительным механизмом формирования свежих протоков на поверхности».


  • 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


  • В своей ранней молодости Марс, похоже, подвергся удару, навсегда изменившему облик планеты. Объект размером с Плутон врезался в планету с севера, разделив ее на две половины — низкий север и высокий юг. Крупнейший кратер Солнечной системы сохранился до наших дней.



  • ...Итак, согласно полученным результатам, в конце первой секунды температура достигла 1010 К — это слишком много для того, чтобы могли существовать сложные ядра. Все пространство Вселенной было тогда заполнено хаотически движущимися протонами и нейтронами, вперемешку с электронами, нейтрино и фотонами (тепловым излучением). Ранняя Вселенная расширялась чрезвычайно быстро, так что по прошествии минуты температура упала до 108 К, а спустя еще несколько минут — ниже уровня, при котором возможны ядерные реакции...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Теория эволюции звезд основана на диаграмме «спектр-светимость». Спектр звезды связан с температурой ее поверхностных слоев, светимость — это количество световой энергии, излучаемой звездой в единицу времени. По оси абсцисс откладывается последовательность спектральных классов, по оси ординат — светимость. Звезды Галактики изображаются на диаграмме точками. Точки могли бы расположиться как попало, могли бы сгуститься к одной линии. Но они сгущаются к нескольким линиям и областям, из которых выделяются пять. Им соответствуют группы звезд: звезды главной последовательности, субкарлики, красные гиганты, сверхгиганты, белые карлики. Сопоставляя диаграммы «спектр-светимость», составленные для различных звездных скоплений, можно с уверенностью утверждать, что звезды главной последовательности на определенном этапе эволюции превращаются в красные гиганты. Из диаграмм также видно, как это происходит: температура звезды начинает уменьшаться, размеры и светимость, наоборот, увеличиваются. Через некоторое время температура опять начинает расти. Скорость эволюции определяется начальной массой звезды.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...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