От точки до Вселенной - Юлия Полушина

Вы когда-нибудь задумывались о том, как постепенно и неспешно человечество открывает Вселенную? Мы далеко не сразу поняли ее величественную природу, и много гениальных ученых посвятили и продолжают посвящать свою жизнь открытию завесы тайны мироздания.

Вероятно, все началось очень давно, когда человек поднял голову и стал всматриваться в ночное небо, полное ярких точек. Очень долгое время принято было считать, что Вселенная статична и бесконечна.

Сегодня мы точно знаем, что наша Вселенная появилась 13,8 миллиардов лет назад и изначально, в миг своего рождения, представляла собой так называемую «сингулярность» - сложное, но очень глубокое понятие, истинную природу которого нам только предстоит познать.

Чтобы понять, как выглядит сингулярность, представьте себе, что вы вдруг сильно увеличились в размере. Так сильно, что Вселенная для вас стала не больше стандартного листа ватмана. Начните уменьшать его в размере, складывая определенным образом, чтобы в результате этих сложений осталась только одна очень плотная точка, а вся масса листа при этом сохранилась. Вы получите подобие сингулярности – сверхмалую точку, в которой собрана огромная масса большого листа.

Именно так все и происходило – за миг до рождения, вся наша Вселенная представляла собой небольшую точку сверхвысокой плотности, в которой была заключена вся материя и вся гравитация нашего будущего мира. Оказавшись в этой точке, мы бы не смогли понять, что происходит – тогда еще материя не делилась на атомы и молекулы, не было времени, энергии и пространства.

И в вот в этой почти абсолютной пустоте начинает появляться горячий огненный шар, размером меньше одного атома. И тогда начинает работать одно из известных нам измерений – начинается отсчет времени. Первая секунда происходящего, позднее названного «Большим взрывом», заложила проект всего мироздания – были созданы компоненты всех звезд и планет во Вселенной. Но с помощью чего?

Для удобства и объективности давайте перейдем на планковское время, ведь речь пойдет о слишком малых величинах. Как можно назвать ту единицу времени, что в миллион раз меньше секунды? Постоянная планка одинакова во всей Вселенной и нам очень удобно переходить на сверхмалые величины с помощью умножения на нее.

1 планковское время – это 10-43 секунды, то есть нуль и 42 нуля после запятой.

Давайте вернемся к чудесам рождения Вселенной: в тот короткий первый планковский промежуток времени из огненной точки образуется кристалл суперсилы, объединивший в себе все силы природы мироздания.

Проходит еще один планковский миг, и по какой-то загадочной причине этот кристалл распадаются на 4 хорошо известные нам силы: гравитация, электромагнитные силы, сильные и слабые ядерные взаимодействия.

Первой отделяется гравитация, благодаря которой были образованы все объекты во Вселенной из скопления частиц газа. Вслед за ней отделилось и проявилось электромагнитное излучение – наше сегодняшнее освещение, компьютеры и бытовые приборы. Последними отделились ядерные взаимодействия – сильные и слабые, благодаря которым, например, происходит термоядерная реакция в Солнце.

Именно эти четыре фундаментальные силы сформировали из бесформенного облака все объекты нашего мира. И Вселенная начала стремительно расширяться из точки сингулярности в бесконечное полотно, нагретое до тысяч триллионов градусов.

До сих пор это великое расширение продолжается, Вселенная разлетается во все стороны с огромной скоростью, двигая все объекты внутри себя, что и удалось засечь ученым-астрофизикам.

В наше время очень активно изучается фоновый сигнал – помехи, или реликтовое излучение, иногда также называемое космическим излучением КМР. Оно приходит к нам из космоса и присутствует везде. И его возраст превосходит все, что мы знали раньше. Это остатки тех самых высоких температур, тепло Большого взрыва, который и принято считать началом нашей Вселенной. Как только мы сможем расшифровать все составляющие этого реликтового излечения, мы сможем ответить на вопрос – что было до точки сингулярности и что стало причиной взрыва.

Большинство этих вопросов я разбираю подробно в Квантовой Беседке. Астрофизика, космология, квантовая физика рассказанные простым и доступным языком, помогут вам гораздо глубже понимать этот мир.

Но давайте вернемся к происхождению Вселенной: фундаментальные силы, высокие температуры и разлетающийся газ, подхваченный гравитацией. На том этапе вся существующая материя состояла всего из двух компонентов: на 75% из водорода и на 24,99% из гелия, оставшуюся очень незначительную часть заняли тяжелые формы водорода, гелия и лития. Как из всего этого появилось вещество в том виде, в котором мы его знаем сейчас? Около 380 тысяч лет понадобилось на то, чтобы температура разлетающегося газа опустилась и оказалась достаточной протонам и электронам для связки в атомы, привычные нам. 

Именно эти первые элементы (водород, гелий, литий) встали во главе известной нам из школьного курса химии таблицы Менделеева – они расположены в самом начале за счет своей легкости. Все более тяжелые химические элементы, включая необходимые для нас кислород и углерод, образовались уже на более позднем этапе - в недрах звезд. А самые тяжелые – металлы, драгоценные золото и платина, появились вследствие космологических катастроф – столкновений звезд и галактик.

Таким образом все то богатство и разнообразие химических элементов, которым пользуется человечество - это процесс эволюции и перерождения звезд. Взглянув с позиции космологии и астрофизики на периодическую таблицу химических элементов, можно представить потрясающую картину динамики Вселенной. Из огромных облаков нагретого легкого газа, закручивающегося благодаря действию центробежных сил, в плотные клубы, за миллионы лет появляется звезда. Протопланетный диск, вращающийся вокруг нее, из остатков своей плотности рождает планеты системы этой звезды. Газовое скопление рассеивается и система, подобная нашей Солнечной, живет сотни миллионов лет, пока не происходят два уникальных явления. Либо в активном движении своей галактики она сталкивается с другими звездами, образуя вновь газопылевое облако, но содержащее уже гораздо больше химических элементов, как совокупность всего накопленного в процессе развития, богатства. Либо в звезде, прожившей достаточное количество лет (как правило, несколько десятков миллиардов), заканчивается реакция термоядерного синтеза и ее оболочка взрывается, превращая окружающие ее планеты в очередное облако звездной пыли.

В школе нам не рассказали тот поистине удивительный факт, что все природные недра – это результат рождения и смерти звездных систем, находящихся в далеком прошлом и за сотни миллионов световых лет от нас. Каждый знакомый нам элемент рождался из газопылевых облаков, вмещая в себя все «достижения» предшественников. Все химические элементы – «приветы» от далекого бескрайнего космоса и истории Вселенной, длиною почти в 15 миллиардов лет.