Что такое Вселенная?
Вселенная — это все пространство-время, материя и энергия и все физические структуры, которые существуют в них. Наблюдаемая часть Вселенной конечна, поскольку мы можем видеть лишь область, свет от которой успел дойти до нас; конечна или бесконечна вся Вселенная, современная наука пока не установила.
Космическое пространство и наша Земля, другие планеты и звезды, туманности и электромагнитные поля, растения, животные и люди — все это Вселенная. Это вещество и энергия, принимающие самые разнообразные и во многом еще не известные формы.
Какая наука изучает Вселенную?
Астрономия изучает Вселенную, расположение, движение, происхождение небесных тел и все, что связано с космосом. А ученые, исследующие все это, называются астрономами. Они изучают Солнце, звезды, Луну, планеты Солнечной системы, метеориты, кометы и многие другие небесные тела.
Изучая Вселенную, астрономы шаг за шагом проникали все дальше в ее таинственные глубины. Поняв и уточнив строение Солнечной системы, ученые обратились к Млечному Пути — гигантскому «содружеству» звезд и межзвездного вещества, существующему по особым «правилам». А следующий этап — открытие и исследование других звездных систем, похожих и непохожих на нашу, оказался крайне сложным. Ведь речь шла о расстояниях в сотни тысяч и миллионы световых лет!
А ведь еще в начале 20 в. не все астрономы верили в существование звезд и звездных систем за пределами нашей Галактики. И лишь с появлением сверхмощных телескопов нового поколения удалось измерить расстояния до самых отдаленных туманностей и галактик и хотя бы в общих чертах понять, как выглядит Вселенная «в целом».
Чем отличается космос от Вселенной?
Всё пространство Вселенной за пределами атмосфер (газовых оболочек) небесных тел называют космосом. Например, наша планета и её обитатели являются частью Вселенной. А чтобы попасть в космос, человеку надо преодолеть земную гравитацию и вылететь за границу нашей воздушной оболочки, то есть взмыть на 100-километровую высоту.
Как появилась Вселенная?
По современным космологическим данным, возраст Вселенной составляет около 13,8 млрд лет. Модель горячей расширяющейся Вселенной, обычно называемая теорией Большого взрыва, является основой современной космологии: ее подтверждают наблюдаемое расширение Вселенной, космическое микроволновое фоновое излучение и другие независимые данные. Что происходило на самых ранних этапах и было ли что-либо «до» них, остается предметом исследований.
Теория Большого взрыва
Термин «Большой взрыв» не означает обычный взрыв вещества из одной точки в заранее существующее пустое пространство. Речь идет о том, что ранняя Вселенная была чрезвычайно горячей и плотной, а затем пространство расширялось и остывало. Космическое расширение происходит повсюду, поэтому у него нет наблюдаемого центра в пространстве.
2) Спустя несколько секунд после Большого взрыва образовались частицы газа и пыли.
3) Через 400 тысяч лет частицы газа и пыли объединились в своеобразные облака.
4) Через 300 миллионов лет начали возникать звёзды и галактики.
5) Через 9 миллиардов лет возникла Солнечная система, а вместе с ней и Земля.
Около 13,8 млрд лет назад наблюдаемая Вселенная находилась в очень горячем и плотном состоянии. В первые минуты сформировались ядра легких элементов, а примерно через 380 тыс. лет температура снизилась настолько, что электроны смогли соединиться с ядрами и образовать нейтральные атомы. После этого свет получил возможность свободно распространяться на большие расстояния; сегодня мы наблюдаем его как космическое микроволновое фоновое излучение. Первые звезды и галактики возникли позднее.
Насколько велика Вселенная?
Всякий, кто хоть что-то знает о Вселенной, ответит не задумываясь: «Ужасно велика!» А вот ученые так быстро и определенно ответить не берутся.
Мы привыкли к тому, что у любого объекта есть размер. Иногда его не так легко определить, но он есть. Есть размер у атома, живой клетки, человека, Земли, любой планеты, Солнечной системы. Мы можем заглянуть в справочники и найти все эти цифры. Но, открывая справочник на слове «Вселенная», видим, к удивлению, что ее размер не указан. Это потому, что Вселенная — объект, который не укладывается в обычные житейские представления. Но люди об этом обычно не задумываются. Чаще под влиянием фантастов и околонаучных энтузиастов интереснее поразмышлять об иных мирах и пришельцах из них. А между тем в последние десятилетия ученые наблюдают настоящую революцию в понимании устройства Вселенной. Это гораздо более крупное изменение представлений о строении окружающего нас мира, чем осознание человечеством того, что Земля — это шар.
Наблюдаемая Вселенная имеет космологический горизонт: мы видим лишь ту область, откуда свет успел дойти до нас за время существования Вселенной. Из-за расширения пространства нынешние расстояния до самых удаленных наблюдаемых областей значительно больше 13,8 млрд световых лет. Размер и геометрия всей Вселенной за пределами наблюдаемой части точно не известны.
Однако эти взгляды пришлось изменить, когда в 1929 году 40-летний американский астроном Эдвин Хаббл открыл, что галактики удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними. Из теоретических работ Альберта Эйнштейна и советского физика Александра Фридмана следовало, что Вселенная должна изменяться во времени. Таким образом, открытие Хаббла способствовало перевороту в науке: вместо вечной и неизменной мы получили расширяющуюся, эволюционирующую Вселенную, возникшую миллиарды лет назад.
Современная космология оценивает возраст Вселенной примерно в 13,8 млрд лет. Очень ранняя Вселенная была заполнена горячей плазмой; по мере расширения и охлаждения образовались ядра, затем атомы, звезды и галактики. Вопрос о самом начале времени выходит за пределы надежно проверенной части современной космологической модели.
Современные измерения показывают, что на больших масштабах пространственная геометрия наблюдаемой Вселенной очень близка к плоской. Ее глобальная топология — то есть конечна ли она, замкнута ли особым образом или простирается бесконечно — пока не установлена. Наблюдения также показывают, что космическое расширение в современную эпоху ускоряется.
Некоторые модели, с помощью которых описываются процессы возникновения и эволюции Вселенной, предполагают, что вселенные могут возникать при высокоэнергетическом взаимодействии элементарных частиц. В этих моделях макромир и микромир оказываются взаимосвязанными. Из этого следует, что вселенных может быть много.
Конечно, и из-за гигантских отрезков времени, и из-за дистанций это никак не затрагивает нашу жизнь. Но это формирует наши представления об окружающем мире. И восхищает то, что люди на уютной планете Земля за свою короткую по космическим масштабам жизнь и историю своим разумом, страстью и упорством проникают в такие удивительные тайны мироздания. Этим можно гордиться.
Сколько во Вселенной галактик и планетных систем?
В наблюдаемой Вселенной находятся по меньшей мере сотни миллиардов галактик; оценки общего количества зависят от того, насколько слабые и далекие системы удается учитывать. Новые телескопы позволяют наблюдать все более ранние поколения галактик.
В каждой из этих галактик насчитывается от нескольких сотен тысяч до десятков триллионов звезд. Вокруг всех этих небесных светил могут вращаться разнообразные небесные тела, в том числе и планеты. Планетные системы выглядят по-разному, очень часто бывает, что вокруг звезды обращается только одна планета. Однако и систем, похожих на Солнечную, также великое множество.