Гипотезы происхождения вселенной кратко. Вселенная

О Вселенной мы знаем пока очень мало. На самом деле, почти ничего. Но поскольку люди задумываются о том, что происходит после их смерти, смерть целой Вселенной интересует нас не меньше.

За последние годы научное сообщество выдвинуло множество теорий - вы удивитесь, узнав, насколько сильно они отличаются друг от друга. Правды, само собой, не может знать никто.

1. Большое сжатие

Самая знаменитая теория о рождении Вселенной - это теория Большого взрыва. Она гласит, что вся материя изначально существовала как сингулярность - бесконечно плотная точка посреди великого ничто.

А потом по непонятным причинам произошёл взрыв. Материя вырвалась наружу с невероятной скоростью и постепенно стала известной нам Вселенной.

Как вы могли догадаться, Большое сжатие - это Большой взрыв «наоборот». Вселенная постепенно расширяется под воздействием собственной гравитации, но этому должен быть предел - некая конечная точка, граница.

Когда Вселенная достигнет этой границы, то прекратит расширяться и начнёт сжиматься. Тогда вся материя (планеты, звёзды, галактики, чёрные дыры -всё) снова сожмётся в одну бесконечно плотную точку.
Правда, последние данные этой теории противоречивы - учёные недавно обнаружили, что Вселенная расширяется всё быстрее.

2. Тепловая смерть Вселенной


В общем и целом Тепловая смерть - противоположность Большому сжатию. Согласно теории, гравитация способствует тому, что Вселенная продолжит расширяться в геометрической прогрессии.

Галактики будут отдаляться от друга всё дальше и дальше, подобно несчастным любовникам, и всеобъемлющая чёрная пропасть между ними будет расти.
Вселенная следует тем же правилам, что и любая термодинамическая система: тепло равномерно распределяется по всему, что в ней есть.

Всё вещество Вселенной равномерно распределено среди холодного, скучного и тёмного «тумана».
В конце концов все звёзды, одна за другой, вспыхнут и погаснут, а энергии для появления новых звёзд уже не будет - вселенная погаснет.

Материя всё ещё останется на месте, но в форме частиц, чьё движение будет полностью хаотичным. Эти частицы будут сталкиваться друг с другом, но без обмена энергией. А люди? Люди тоже станут всего-навсего частицами посреди бескрайней пустоты.

3. Тепловая смерть плюс чёрные дыры


Согласно популярной теории, вся материя во Вселенной движется вокруг чёрных дыр: в центре почти всех известных нам галактик есть сверхмассивные чёрные дыры. Это может означать, что звёзды и даже целые галактики в итоге будут уничтожены, как только попадут в горизонт событий.
Когда-нибудь эти чёрные дыры поглотят большую часть материи, и мы останемся один на один с тёмной Вселенной. Время от времени здесь будут появляться вспышки света - это будет означать, что какой-то объект оказался достаточно близко к чёрной дыре, чтобы выделить энергию. Затем снова станет темно.

Потом более массивные чёрные дыры поглотят менее массивные и станут таким образом ещё больше. Но это ещё не конец Вселенной: чёрные дыры со временем испаряются (теряют свою массу), так как излучают то, что в современной науке получило название излучение Хокинга.

И когда умрёт последняя чёрная дыра, во Вселенной останутся только равномерно распределённые частицы с излучением Хокинга.

4. Конец времени


Если и есть в этом мире хоть что-то вечное, то это, безусловно, время. Независимо от того, будет ли существовать Вселенная, время-то уж точно никуда не исчезнет - без него просто не было бы никакой возможности отличить предыдущий момент от последующего.

Но что если время просто застынет? Что если того, что мы понимаем под моментами, вообще не будет? Всё застынет в одном и том же бесконечном мгновении - навсегда.
Предположим, мы живём в бесконечной Вселенной с бесконечным временем. Это значит, что всё, что может случиться, обязательно произойдёт со стопроцентной вероятностью.

Такой же парадокс возникает, если вы живёте вечно. Представьте, что время вашей жизни неограниченно, поэтому всё, что только может произойти с вами, тоже обязательно произойдёт, причём бесконечное количество раз.

Таким образом, если вы живёте вечно, то шанс ненадолго выбыть из строя составляет 100%, и вы потратите вечность в темноте космоса. На основании этого учёные сделали предположение: время, в конце концов, остановится.

Если бы вы могли жить вечно, чтобы испытать всё это (через миллиарды лет после гибели Земли), вы бы даже никогда и не поняли, что-то пошло не так. Время просто остановится, и, по мнению учёных, всё застынет в одном мгновении, как на фотографии - навсегда.

Будет просто одно и то же мгновение. Вы бы никогда не умерли, никогда бы не состарились. Это было бы своего рода псевдобессмертие. Но вы бы никогда об этом не узнали.

5. Большой отскок


Большой отскок похож на Большое сжатие, но куда более оптимистичное.

Сценарий тот же: под воздействием гравитации расширение Вселенной замедляется, и в итоге вся материя собирается в одной точке. Согласно этой теории, силы быстрого сжатия будет достаточно, чтобы случился новый

Большой взрыв - и тогда появится новая, юная Вселенная. Согласно этой модели, ничто не погибнет - материя просто «перераспределится».
Но физикам и физике такое объяснение не нравится. Поэтому некоторые учёные утверждают, что, возможно, Вселенная не пройдёт весь путь обратно к сингулярности.

Вместо этого она приблизится к этому состоянию максимально близко, а потом «отскочит» с помощью силы, подобной той, какая возникает, когда мяч отскакивает от пола.

Большой отскок очень похож на Большой взрыв - теоретически появится новая Вселенная. Таким образом, наша с вами Вселенная может быть не первой, а, скажем, 400 по счёту. Но нет никакого способа это доказать - как и опровергнуть.

6. Большой разрыв


Независимо от того, как именно погибнет Вселенная, учёные не стесняются для названия новой теории использовать слово «Большой». Это, кстати, ещё слабо сказано.

Согласно теории Большого разрыва, невидимая сила под названием тёмная энергия заставит Вселенную расширяться быстрее. В итоге она так разгонится, что просто разорвётся на части.

Большинство теорий говорят, что Вселенная погибнет ещё очень нескоро. Но теория Большого разрыва сулит ей относительно скорую смерть - по предварительным оценкам это случится через 16 млрд лет.
Планеты и, возможно, жизнь ещё будут существовать.

И этот вселенский катаклизм может разом всё погубить: разорвать всё на части или скормить космическим львам, живущим между вселенными. О том, что произойдёт, можно только догадываться. Но такой конец будет куда страшнее, чем медленная тепловая смерть.

7. Метастабильность вакуума


Теория основана на идее, что Вселенная постоянно находится в нестабильном состоянии - квантовая физика вообще говорит, что она балансирует на грани устойчивости. Некоторые учёные полагают, что через миллиарды лет Вселенная шагнёт за эту грань.
Когда это произойдёт, появится своего рода «пузырь».

Думайте о нём, как об альтернативной Вселенной (хотя фактически это будет та же самая Вселенная с другими свойствами). Пузырь начнёт расширяться во всех направлениях со скоростью света и уничтожать всё, с чем соприкоснётся. И в итоге уничтожит всё.
Но не волнуйтесь: Вселенная при этом всё ещё будет существовать. Только законы физики в ней будут совершенно другими, но там тоже вполне может возникнуть жизнь. Только там не будет ничего, что мы, люди, будем в состоянии понять.

8. Временной барьер


Если мы попробуем рассчитать, какова вероятность существования мультивселенной, в которой есть бесконечное число вселенных, но немного (или совершенно) разных, то столкнёмся с той же проблемой, что и в теории о Конце времени: всё, что может случиться, обязательно случится.

Чтобы обойти эту проблему, учёные берут отдельный участок Вселенной и вычисляют вероятность его существования. Расчёты кажутся логичными, но делят Вселенную на отдельные куски - как торт. И у каждого куска есть граница, как у областей на политической карте мира.

Только надо представить, что каждую страну разделяет устремляющая в небо стена.
Эта модель может существовать только в том случае, если границы - настоящие, физические, за пределы которых ничто не может выйти. Согласно расчётам, в ближайшие 3,7 млрд лет мы пересечём этот временной барьер, и для нас вселенная закончится.
Это в общих чертах - понимания физики, чтобы описать теорию более детально, у нас не хватает. У физиков, правда, тоже. Но перспектива кажется жутковатой.

Вселенная - голограмма

Мы привыкли воспринимать мир в трёх измерениях. Однако учёные из Национальной лаборатории имени Энрико Ферми при министерстве энергетики США предположили, что Вселенная - это голограмма, то есть только кажется объёмной, а на самом деле она плоская. Согласно их гипотезе, пространство-время можно представить в виде мельчайших блоков подобно картинке с экрана, состоящей из пикселей. Каждый из этих блоков настолько крохотный, что ещё меньшие длины попросту не имеют физического смысла.

Директор лаборатории Крэйг Хоган и его коллеги пытаются доказать, что пространство-время - квантовая система, как материя и энергия, и образована волнами. Для этого они собрали установку под названием голометр. Голометр испускает два мощных лазерных луча, которые то сходятся, то расходятся. Если их яркость будет колебаться, то это подтвердит, что колеблется и пространство-время, а значит, оно обладает свойствами двухмерной волны. Эксперимент начался минувшим летом и продлится примерно год. Как это отразится на человечестве, трудно сказать. Однако если догадка физиков из Фермилаба верна, то объём информации во Вселенной конечен, следовательно, у всего, что мы можем измерить, помыслить и сделать, есть предел.

Квантовая пена
как ткань Вселенной

Пространство-время кажется непрерывным и гладким, но, вполне вероятно, на микроуровне оно устроено совсем иначе. В 1955 году физик Джон Уилер предложил концепцию квантовой пены. Эта концепция держится на предположении, что наряду с обычными частицами существуют виртуальные частицы, которые образуются из энергии и аннигилируют в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга. Эти процессы порождают квантовые флуктуации, отчего пространство-время искривляется в масштабе планковских величин.

Концепция квантовой пены рисует поразительные картины: например, мельчайшие чёрные дыры и кротовые норы, полученные от взаимодействия виртуальных частиц, - и может пригодиться, чтобы объяснить рождение Вселенной и её строение. Впрочем, доказать или опровергнуть её пока не удалось - некоторые учёные сомневаются, что виртуальные частицы вообще существуют.

Наша Вселенная - результат столкновения трёхмерных миров

Модель, предложенная Полом Стайнхардтом и Нилом Туроком, напоминает теорию Большого взрыва, но исключает сам Большой взрыв. Исследователи соглашаются, что Вселенная расширяется и остывает последние 15 миллиардов лет, но считают, что перед этим не было никакой сингулярности. По их мнению, сначала Вселенная была холодной и почти пустой, а высокие, но конечные температуру и плотность ей придало столкновение двух трёхмерных миров - бран, двигавшихся вдоль ещё одного, скрытого измерения. В разных точках столкновение случилось не единовременно, потому Вселенная неоднородна, - именно так смогли появиться галактики.

Экпиротическая модель основана на положениях теории струн, поэтому предполагает существование других миров. Правда, мы не можем их наблюдать, поскольку частицы и свет туда не проникают. В 2002 году Стайнхардт и Турок расширили свою модель и назвали её циклической. Согласно ей, после столкновения браны разделяются, а потом снова сходятся, - и так до бесконечности.

Пространство-время - сверхтекучая жидкость

Ключевая задача современной физики - устранить противоречия между общей теорией относительности и квантовой механикой. Некоторые исследователи считают, что избавиться от них поможет концепция, согласно которой пространство-время - это сверхтекучая жидкость. Физик Тед Джейкобсон сравнил пространство-время с водой. Отдельные молекулы воды не обладают её свойствами, но тем не менее их задают. Стефано Либерати и Лука Маччоне решили проверить гипотезу на квантах света. Они предположили, что пространство-время ведёт себя как жидкость только в особых случаях, например, с фотонами большой энергии. Такие фотоны должны терять энергию на длинных расстояниях подобно затухающим волнам в других средах.

Либерати и Маччоне следили за излучением от остатка сверхновой в Крабовидной туманности, расположенной в 6,5 тыс. световых лет от Земли. Они не обнаружили отклонений и заключили, что жидкостные эффекты пространства-времени либо чрезвычайно слабы, либо вообще не существуют. Но если бы фотоны действительно потеряли энергию, это означало бы, что скорость света в вакууме непостоянна, а это противоречит общей теории относительности. Либерати и Маччоне не стали отбрасывать концепцию. Впрочем, даже сторонники идеи, что пространство-время - это сверхтекучая жидкость, не очень-то надеются найти подтверждение.

Вселенные
в чёрных дырах

Люди, за исключением братьев Ноланов, не знают, что находится внутри чёрных дыр. По мнению Никодема Поплавского, они ведут в другие вселенные. Эйнштейн полагал, что упавшее в чёрную дыру вещество сжимается в сингулярность. Согласно уравнениям Поплавского, на другом конце чёрной дыры расположена белая дыра - объект, из которого материя и свет только исторгаются. Эта пара образует кротовую нору, и всё, попадая туда с одной стороны и выходя с другой, образует новый мир. В начале 1990-х годов физик Ли Смолин предложил похожую и в чём-то более странную гипотезу: он тоже верил во вселенные по ту сторону черной дыры, но думал, что они подчиняются закону наподобие естественного отбора: воспроизводятся и мутируют в ходе эволюции.

Теория Поплавского может прояснить несколько «тёмных» мест в современной физике: например, откуда взялась космологическая сингулярность до Большого взрыва и гамма-всплески на краю нашей Вселенной, или почему Вселенная не сферическая, а, судя по всему, плоская. Критики учёного указывают, что природа первичного мира, из которого произошли все другие вселенные, всё равно остаётся загадкой. Впрочем, даже скептикам не кажется, что гипотеза Поплавского менее правдоподобна, чем догадка Эйнштейна насчёт сингулярности.

Величие и многообразие окружающего мира способно поразить любое воображение. Все объекты и предметы, окружающие человека, другие люди, различные виды растений и животных, частицы, которые можно увидеть только с помощью микроскопа, а также непостижимые звездные скопления: все они объединены понятием «Вселенная».

Теории возникновения Вселенной разрабатывались человеком издавна. Несмотря на отсутствие даже начального понятия о религии или науке, в пытливых умах древних людей возникали вопросы о принципах мироустройства и о том, каково положение человека в том пространстве, которое его окружает. Сколько существует теорий возникновения Вселенной сегодня, сложно и сосчитать, некоторые из них изучаются передовыми учеными с мировыми именами, другие - откровенно фантастические.

Космология и ее предмет

Современная космология - наука о структуре и развитии Вселенной - рассматривает вопрос о ее происхождении как одну из интереснейших и до сих пор недостаточно изученных загадок. Природа процессов, способствовавших возникновению звезд, галактик, солнечных систем и планет, их развитие, источник появления Вселенной, а также ее размеры и границы: все это лишь краткий перечень изучаемых современными учеными вопросов.

Поиски ответов на основополагающую загадку об образовании мира привели к тому, что сегодня существуют различные теории возникновения, существования, развития Вселенной. Волнение специалистов, ищущих ответы, строящих и проверяющих гипотезы, оправдано, ведь достоверная теория рождения Вселенной раскроет для всего человечества вероятность существования жизни в других системах и планетах.

Теории возникновения Вселенной имеют характер научных концепций, отдельных гипотез, религиозных учений, философских представлений и мифов. Их все условно разделяют на две основные категории:

1. Теории, в соответствии с которыми Вселенная создана творцом. Иначе говоря, их суть в том, что процесс создания Вселенной был осознанным и одухотворенным действием, проявлением воли
2. Теории возникновения Вселенной, построенные на основе научных факторов. Их постулаты категорически отвергают как существование творца, так и возможность осознанного создания мира. Такие гипотезы зачастую основаны на том, что называется принципом заурядности. Они предполагают вероятность наличия жизни не только на нашей планете, но и на других.

Креационизм - теория создания мира Творцом

Как следует из названия, креационизм (творение) - это религиозная теория возникновения Вселенной. Это мировоззрение основано на концепции создания Вселенной, планеты и человека Богом или Творцом.

Идея длительное время являлась доминирующей, вплоть до конца XIX века, когда ускорился процесс накопления знаний в самых разных сферах науки (биология, астрономия, физика), а также широко распространилась эволюционная теория. Креационизм стал своеобразной реакцией христиан, придерживающихся консервативных взглядов на совершающиеся открытия. Доминирующая в то время идея только усилила противоречия, существующие между религиозной и другими теориями.

Чем отличаются научные и религиозные теории

Главные отличия между теориями различных категорий заключаются прежде всего в терминах, которые используют их приверженцы. Так, в научных гипотезах вместо творца - природа, а взамен сотворения - происхождение. Наряду с этим существуют вопросы, которые сходным образом освещены разными теориями или даже полностью продублированы.

Теории возникновения Вселенной, относящиеся к противоположным категориям, по-разному датируют само ее появление. Например, по данным самой распространенной гипотезы (теории большого взрыва), Вселенная образовалась около 13 млрд лет назад.

В противовес этому, религиозная теория возникновения Вселенной приводит совершенно другие цифры:

• В соответствии с христианскими источниками, возраст Вселенной, созданной Богом, на момент рождения Иисуса Христа составлял 3483-6984 лет.
• Индуизм предполагает, что нашему миру ориентировочно 155 трлн лет.

Кант и его космологическая модель

Вплоть до XX века большинство ученых придерживались мнения о бесконечности Вселенной. Этим качеством они характеризовали время и пространство. Кроме того, по их мнению, Вселенная обладала статичностью и однородностью.

Идею о безграничности Вселенной в пространстве выдвинул Исаак Ньютон. Развитием этого предположения занимался который разработал теорию об отсутствии также и временных границ. Продвинувшись дальше, в теоретических предположениях, Кант распространил бесконечность Вселенной на число возможных биологических продуктов. Этот постулат значил, что в условиях древнего и огромного мира без конца и начала может существовать неисчислимое количество возможных вариантов, в результате которых реально появление любого биологического вида.

На основании о возможном возникновении жизненных форм была позднее разработана теория Дарвина. Наблюдения за звездным небом и результаты расчетов астрономов подтвердили космологическую модель Канта.

Размышления Эйнштейна

В начале XX века Альбертом Эйнштейном была опубликована собственная модель Вселенной. Согласно его теории относительности, во Вселенной одновременно происходят два противоположных процесса: расширение и сжимание. Однако он соглашался с мнением большинства ученых о стационарности Вселенной, поэтому им было введено понятие космической силы отталкивания. Ее воздействие призвано уравновешивать притяжение звезд и прекращать процесс движения всех небесных тел для сохранения статичности Вселенной.

Модель Вселенной - по Эйнштейну - имеет определенный размер, но границы при этом отсутствуют. Такое сочетание осуществимо только при искривлении пространства таким образом, как это происходит в сфере.

Характеристиками пространства такой модели становятся:

• Трехмерность.
• Замыкание самого себя.
• Однородность (отсутствие центра и края), в которой равномерно располагаются галактики.

А. А. Фридман: Вселенная расширяется

Создатель революционной расширяющейся модели Вселенной, А. А. Фридман (СССР) построил свою теорию на основании уравнений, характеризующих общую теорию относительности. Правда, общепринятым мнением в научном мире того времени была статичность нашего мира, поэтому на его работы не было обращено должного внимания.

Через несколько лет астрономом Эдвином Хабблом было сделано открытие, давшее подтверждение идеям Фридмана. Было обнаружено удаление галактик от находящегося рядом Млечного пути. Вместе с тем неопровержимым стал факт сохранения пропорциональности скорости их движения расстоянию между ними и нашей галактикой.

Это открытие объясняет постоянное «разбегание» звезд и галактик по отношению друг к другу, что приводит к выводу о расширении мироздания.

В конечном счете выводы Фридмана были признаны Эйнштейном, впоследствии он упоминал о заслугах советского ученого как основателя гипотезы о расширении Вселенной.

Нельзя сказать, что существуют противоречия между этой теорией и общей теорией относительности, однако при расширении Вселенной должен был быть изначальный импульс, спровоцировавший разбегание звезд. По аналогии со взрывом, идея получила название «Большой взрыв».

Стивен Хокинг и антропический принцип

Результатом расчетов и открытий Стивена Хокинга стала антропоцентричная теория возникновения Вселенной. Ее создатель утверждает, что существование планеты, настолько хорошо подготовленной для жизни человека, не может быть случайным.

Теория возникновения Вселенной Стивена Хокинга предусматривает также постепенное испарение черных дыр, потерю ими энергии и испускание излучения Хокинга.

В результате поиска доказательств были выделены и проверены более 40 характеристик, соблюдение которых необходимо для развития цивилизации. Американским астрофизиком Хью Россом была произведена оценка вероятности подобного ненамеренного совпадения. Результатом оказалась цифра 10 -53 .

Наша Вселенная включает триллион галактик, по 100 миллиардов звезд в каждой. По произведенным учеными расчетам, общее количество планет должно составлять 10 20 . Эта цифра на 33 порядка меньше рассчитанной ранее. Следовательно, ни одна из планет во всех галактиках не может сочетать условия, которые подошли бы для самопроизвольного возникновения жизни.

Теория большого взрыва: возникновение Вселенной из ничтожно малой частицы

Ученые, поддерживающие теорию большого взрыва, разделяют гипотезу, в соответствии с которой мироздание является последствием грандиозного взрыва. Главным постулатом теории становится утверждение о том, что до этого события все элементы нынешней Вселенной были заключены в частице, имевшей микроскопические размеры. Находясь внутри нее, элементы характеризовались сингулярным состоянием, при котором такие показатели, как температура, плотность и давление не могут быть измерены. Они бесконечны. На материю и энергию в этом состоянии не воздействуют законы физики.

Происшедшего 15 миллиардов лет назад, называют возникшую внутри частицы нестабильность. Разлетевшиеся мельчайшие элементы положили начало тому миру, который мы знаем сегодня.

Вначале Вселенная была туманностью, образованной мельчайшими частицами (мельче атома). Затем, соединяясь, они сформировали атомы, которые послужили основой звездных галактик. Ответ на вопросы о том, что было до взрыва, а также, что стало его причиной, являются важнейшими из задач этой теории возникновения Вселенной.

Таблица схематически изображает этапы формирования мироздания после большого взрыва.

Состояние Вселенной	Временная ось	Предполагаемая температура
Расширение (инфляция)	От 10 -45 до10 -37 секунд	Больше 10 26 К
Появляются кварки и электроны	10 -6 с	Больше 10 13 К
Образованы протоны и нейтроны	10 -5 с	10 12 К
Возникают ядра гелия, дейтерия и лития	От 10 -4 с до 3 мин	От 10 11 до 10 9 К
Образованы атомы	400 тыс. лет	4000 К
Газовое облако продолжает расширяться	15 млн лет	300 К
Зарождаются первые звезды и галактики	1 млрд лет	20 К
Взрывы звезд провоцируют формирование тяжелых ядер	3 млрд лет	10 К
Прекращается процесс рождения звезд	10-15 млрд лет	3 К
Энергия всех звезд истощается	10 14 лет	10 -2 К
Черные дыры истощаются и рождаются элементарные частицы	10 40 лет	-20 К
Завершается испарение всех черных дыр	10 100 лет	От 10 -60 до 10 -40 К

Как следует из приведенных выше данных, Вселенная продолжает расширяться и охлаждаться.

Постоянное увеличение расстояния между галактиками - основной постулат: то, чем отличается теория большого взрыва. Возникновение Вселенной таким способом может быть подтверждено найденными доказательствами. Также существуют и основания для ее опровержения.

Проблематика теории

Учитывая то, что теория большого взрыва не является доказанной на практике, не вызывает удивления то, что существует несколько вопросов, на которые она не в состоянии дать ответ:

1. Сингулярность. Этим словом обозначено состояние Вселенной, сжатой до одной точки. Проблемой теории большого взрыва становится невозможность описания процессов, происходящих в материи и пространстве в таком состоянии. Общий закон относительности здесь неприменим, поэтому составить математическое описание и уравнения для моделирования нельзя.
   Принципиальная невозможность получения ответа на вопрос об изначальном состоянии Вселенной дискредитирует теорию с самого начала. Ее научно-популярные изложения предпочитают замалчивать или упоминать лишь вскользь эту сложность. Однако для ученых, работающих над тем, чтобы подвести математическую базу под теорию большого взрыва, такое затруднение признано главным препятствием.
2. Астрономия. В этой сфере теория большого взрыва сталкивается с тем, что не может описать процесс происхождения галактик. Исходя из современных версий теорий, возможно предсказать то, как появляется однородное облако газа. При этом его плотность к нынешнему времени должна составлять около одного атома на кубический метр. Для получения чего-то большего не обойтись без корректировки исходного состояния Вселенной. Недостаток информации и практического опыта в этой сфере становятся серьезными препятствиями на пути дальнейшего моделирования.

Также существует несоответствие в показателях расчетной массы нашей галактики и теми данными, которые получены при изучении скорости ее притяжения к Судя по всему, вес нашей галактики в десять раз больше, чем предполагали ранее.

Космология и квантовая физика

Сегодня нет космологических теорий, которые не опирались бы на квантовую механику. Ведь она занимается описанием поведения атомных и Отличие квантовой физики от классической (излагаемой Ньютоном) в том, что вторая наблюдает и описывает материальные объекты, а первая предполагает исключительно математическое описание самого наблюдения и измерения. Для квантовой физики материальные ценности не представляют предмета исследований, здесь сам наблюдатель выступает частью исследуемой ситуации.

Исходя из этих особенностей, квантовая механика испытывает затруднения с описанием Вселенной, ведь наблюдатель - это часть Вселенной. Однако, говоря о возникновении мироздания, невозможно представить посторонних наблюдателей. Попытки разработать модель без участия постороннего наблюдателя были увенчаны квантовой теорией возникновения Вселенной Дж. Уилера.

Ее суть в том, что в каждый момент времени происходит расщепление Вселенной и образование бесконечного количества копий. В итоге каждая из параллельных Вселенных может быть наблюдаема, а наблюдатели могут видеть все квантовые альтернативы. При этом изначальный и новые миры реальны.

Инфляционная модель

Основной задачей, которую призвана решить теория инфляции, становится поиск ответа на вопросы, оставшиеся неосвещенными теорией большого взрыва и теорией расширения. А именно:

1. По какой причине Вселенная расширяется?
2. Что представляет собой большой взрыв?

С этой целью инфляционная теория возникновения Вселенной предусматривает экстраполяцию расширения на нулевой момент времени, заключение всей массы Вселенной в одной точке и образование космологической сингулярности, которая часто именуется большим взрывом.

Очевидной становится неактуальность общей теории относительности, которая не может быть применена в этот момент. В результате для разработки более общей теории (или «новой физики») и решения проблемы космологической сингулярности можно применить только теоретические методы, вычисления и выводы.

Новые альтернативные теории

Несмотря на успешность модели космической инфляции, есть ученые, которые выступают против, называя ее несостоятельной. Их основным аргументом становится критика предлагаемых теорией решений. Противники утверждают, что полученные решения оставляют некоторые детали упущенными, иначе говоря, вместо решения проблемы начальных значений, теория лишь искусно их драпирует.

Альтернативой становятся несколько экзотических теорий, идея которых основана на формировании начальных значений до большого взрыва. Новые теории возникновения Вселенной кратко можно описать следующим образом:

• Теория струн. Ее приверженцы предлагают, кроме привычных четырех измерений пространства и времени, ввести дополнительные измерения. Они могли бы играть роль на ранних этапах Вселенной, а в данный момент находиться в компактифицированном состоянии. Отвечая на вопрос о причине их компактификации, ученые предлагают ответ, гласящий, что свойством суперструн является Т-дуальность. Поэтому струны «наматываются» на дополнительные измерения и их размер ограничивается.
• Теория бран. Ее также называют М-теорией. В соответствии с ее постулатами, в начале процесса образования Вселенной существует холодное статичное пятимерное пространство-время. Четыре из них (пространственные) имеют ограничения, или стены - три-браны. Наше пространство выступает одной из стен, а вторая является скрытой. Третья три-брана размещена в четырехмерном пространстве, ее ограничивают две граничные браны. Теория рассматривает столкновение третьей браны с нашей и высвобождение большого количества энергии. Именно эти условия становятся благоприятными для появления большого взрыва.

1. Циклические теории отрицают уникальность большого взрыва, утверждая, что Вселенная переходит из одного состояния в другое. Проблемой подобных теорий становится возрастание энтропии, согласно второму закону термодинамики. Следовательно, длительность предыдущих циклов была меньшей, а температура вещества - существенно выше, чем при большом взрыве. Вероятность этого чрезвычайно мала.

Независимо от того, сколько существует теорий возникновения Вселенной, только две из них выдержали проверку временем и преодолели проблему всевозрастающей энтропии. Они были разработаны учеными Стейнхардтом-Тюроком и Баум-Фрэмптоном.

Эти относительно новые теории возникновения Вселенной выдвинуты в 80-х годах прошлого века. Они имеют немало последователей, которые разрабатывают модели на ее основе, занимаются поиском доказательств достоверности и работают над устранением противоречий.

Теория струн

Одна из наиболее популярных среди теории возникновения Вселенной - Прежде чем перейти к описанию ее идеи, необходимо разобраться с понятиями одного из ближайших конкурентов, стандартной модели. Она предполагает, что материю и взаимодействия можно описать как определенный набор частиц, делящихся на несколько групп:

• Кварки.
• Лептоны.
• Бозоны.

Эти частицы являются, по сути, кирпичиками мироздания, так как они настолько малы, что их нельзя разделить на составляющие.

Отличительной чертой теории струн становится утверждение о том, что такие кирпичики являются не частицами, а ультрамикроскопическими струнами, совершающими колебания. При этом, колебаясь на различной частоте, струны становятся аналогами различных частиц, описанных в стандартной модели.

Для понимания теории следует осознать, что струны не являются никакой материей, это энергия. Следовательно, теория струн заключает, что все элементы Вселенной состоят из энергии.

Хорошей аналогией может служить огонь. При взгляде на него создается впечатление его материальности, однако его нельзя осязать.

Космология для школьников

Теории возникновения Вселенной коротко изучают в школах на уроках астрономии. Учащимся описывают основные теории о том, как был образован наш мир, что происходит с ним теперь и как он будет развиваться в дальнейшем.

Целью уроков становится ознакомление детей с природой формирования элементарных частиц, химических элементов и небесных тел. Теории возникновения Вселенной для детей сводят к изложению теории большого взрыва. Преподаватели используют наглядный материал: слайды, таблицы, постеры, иллюстрации. Их основной задачей становится пробуждение у детей интереса к миру, который их окружает.

Как только человек обзавёлся разумом, он стал интересоваться тем, как всё устроено. Почему вода не переливается за край мира? Вращается ли Солнце вокруг Земли? Что находится внутри чёрных дыр?

Сократовское «Я знаю, что ничего не знаю» означает, что мы осознаём количество ещё неизведанного в этом мире. Мы прошли путь от мифов до квантовой физики, однако вопросов до сих пор больше, чем ответов, и они становятся лишь сложнее.

Космогонические мифы

Миф - первый способ, с помощью которого люди объясняли происхождение и устройство всего окружающего и своё собственное существование. Космогонические мифы рассказывают о том, как из хаоса или небытия появился мир. Сотворением вселенной в мифе занимаются божества. В зависимости от конкретной культуры получившаяся космология (представление об устройстве мира) различается. Например, небесная твердь могла казаться крышкой, скорлупой мирового яйца, створкой гигантской раковины или черепом великана.

Как правило, во всех этих историях присутствует разделение первоначального хаоса на небо и землю (верх и низ), создание оси (стержня мироздания), сотворение природных объектов и живых существ. Общие для разных народов базовые понятия называются архетипами.

О ранних стадиях эволюции Вселенной и происхождении химических элементов рассказывает в лекции «Постнауки» физик Александр Иванчик.

Мир как тело

Древний человек познавал мир с помощью своего тела, измерял расстояния шагами и локтями, много работал руками. Это нашло отражение в олицетворении природы (гром - результат ударов божьего молота, ветер - божество дует). Мир тоже ассоциировался с большим телом.

Например, в скандинавской мифологии мир был создан из тела великана Имира , глаза которого стали водоёмами, а волосы - лесами. В индуистской мифологии эту функцию взял на себя Пуруша , в китайской - Паньгу . Во всех случаях устройство видимого мира связывается с телом антропоморфного существа, великого предка или божества, приносящего себя в жертву, чтобы мир появился. Сам человек при этом - микрокосм, вселенная в миниатюре.

Великое древо

Ещё один архетипический сюжет, который часто появляется у разных народов - ось мира, мировая гора или же мировое древо . Например, ясень Иггдрасиль у скандинавов. Изображения дерева, в центре которого находится фигурка человека, встречались также у майя и ацтеков. В индуистских Ведах священное древо называлось Ашваттха, в тюркской мифологии - Байтерек. Мировое древо связывает нижний, средний и верхний миры, его корни находятся в подземных областях, а крона уходит в небеса.

Покатай меня, большая черепаха!

Мифологема плавающей в безбрежном океане мировой черепахи, на спине которой покоится Земля, встречается у народов Древней Индии и Древнего Китая, в преданиях коренного населения Северной Америки. В разных вариантах мифа о гигантских «поддерживающих животных» упоминаются слон, змея и кит.

Космологические представления греков

Греческие философы заложили астрономические представления, которыми мы пользуемся и сегодня. Разные философы их школы имели свою точку зрения на модель мироздания. В большинстве своём они придерживались геоцентрической системы мира.

Концепция предполагала, что в центре мира находится неподвижная Земля, вокруг которой обращаются Солнце, Луна и звёзды. При этом планеты вращаются вокруг Земли, образуя «Земную систему». Суточное вращение Земли Тихо Браге также отрицал.

Научная революция Просвещения

Географические открытия, морские путешествия, развитие механики и оптики сделали картину мира более сложной и полной. С XVII века началась «телескопическая эпоха»: человеку стало доступно наблюдение за небесными телами на новом уровне и открылся путь к более глубокому изучению космоса. С философской точки зрения мир мыслился как объективно познаваемый и механистичный.

Иоганн Кеплер и орбиты небесных тел

Ученик Тихо Браге Иоганн Кеплер, который придерживался коперниканской теории, открыл законы движения небесных тел. Вселенная, согласно его теории - это шар, внутри которого находится Солнечная система. Сформулировав три закона, которые называются теперь «законами Кеплера», он описал движение планет вокруг Солнца по орбитам и заменил круговые орбиты на эллипсы.

Открытия Галилео Галилея

Галилей защищал коперниканство, придерживаясь гелиоцентрической системы мира, а также настаивал на том, что Земля обладает суточным вращением (крутится вокруг своей оси). Это привело его к знаменитым разногласиям с Римской церковью, которая теорию Коперника не поддерживала.

Галилей построил собственный телескоп, обнаружил спутники Юпитера и объяснил свечение Луны отражённым Землёй солнечным светом.

Всё это было свидетельствами, что Земля имеет ту же природу, что и другие небесные тела, которые тоже обладают «лунами» и движутся. Даже Солнце оказалось не идеальным, что опровергало греческие представления о совершенстве горнего мира - на нём Галилей разглядел пятна.

Модель Вселенной Ньютона

Исаак Ньютон открыл закон всемирного тяготения, разработал единую систему земной и небесной механики и сформулировал законы динамики - эти открытия легли в основу классической физики. Ньютон доказал законы Кеплера с позиции гравитации, заявил, что Вселенная бесконечна и сформулировал свои представления о материи и плотности.

Его работа «Математические начала натуральной философии» 1687 года обобщила результаты исследований предшественников и заложила метод создания модели Вселенной с помощью математического анализа.

ХХ век: всё относительно

Качественным прорывом в представлении человека о мире в ХХ веке стали положения общей теории относительности (ОТО) , которые вывел в 1916 году Альберт Эйнштейн. Согласно теории Эйнштейна, пространство не является чем-то неизменным, время имеет начало и конец и может течь по-разному в разных условиях.

ОТО до сих пор наиболее влиятельная теория пространства, времени, движения и гравитации - то есть, всего, что составляет физическую реальность и принципы мира. Теория относительности утверждает, что пространство должно либо расширяться, либо сужаться. Так оказалось, что Вселенная динамична, а не стационарна.

Американский астроном Эдвин Хаббл доказал, что наша галактика Млечный Путь, в которой находится Солнечная система - лишь одна из сотен миллиардов других галактик Вселенной. Исследуя дальние галактики, он сделал вывод о том, что они разбегаются, удаляясь друг от друга, и предположил, что Вселенная расширяется.

Если исходить из концепции постоянного расширения Вселенной, выходит, когда-то она находилась в сжатом состоянии. Событие, которое обусловило переход от очень плотного состояния материи к расширению, получило название Большого Взрыва .

ХХI век: тёмная материя и Мультивселенная

Сегодня мы знаем, что Вселенная расширяется ускоренно: этому способствует давление «тёмной энергии», которая борется с силой тяготения. «Тёмная энергия», природа которой до сих пор не ясна, составляет основную массу Вселенной. Чёрные дыры представляют собой «гравитационные могилы», в которых исчезают вещество и излучение, и в которые, предположительно, превращаются погибшие звёзды.

Возраст Вселенной (время с начала расширения) предположительно оценивают в 13-15 миллиардов лет.

Мы осознали свою неуникальность - ведь вокруг столько звёзд и планет. Поэтому вопрос возникновения жизни на Земле современными учёными рассматривается в контексте того, почему вообще возникла Вселенная, где такое стало возможным.

Галактики, звёзды и вращающиеся вокруг них планеты, да и сами атомы существуют только потому, что толчок тёмной энергии в момент Большого взрыва оказался достаточным, чтобы Вселенная не свернулась снова, и в то же время таким, чтобы пространство не разлеталось слишком сильно. Вероятность такого очень мала, поэтому некоторые современные физики-теоретики предполагают, что существует множество параллельных Вселенных.

Физики-теоретики верят, что одни вселенные могут иметь 17 измерений, в других могут быть звёзды и планеты, подобные нашим, а некоторые могут состоять всего лишь из аморфного поля.

Алан Лайтманфизик

Впрочем, опровергнуть это с помощью эксперимента невозможно, поэтому другие учёные полагают, что концепцию Мультивселенной следует считать скорее философской.

Сегодняшние представления о Вселенной во многом связаны с нерешёнными проблемами современной физики. Квантовая механика, построения которой существенно отличаются от того, что говорит классическая механика, физические парадоксы и новые теории уверяют нас, что мир куда многообразнее, чем кажется, а результаты наблюдений во многом зависят от наблюдающего.

Мы все живем в загадочной Вселенной, и, несмотря на то, что в мире науки практически ежедневно совершаются громкие открытия, до сих пор никто не смог ответить на вопрос: откуда взялась материя, энергия, космос и время. Как появилась наша Вселенная? В вопросах без ответов есть своя прелесть, такие вопросы открывают безграничное поле для дискуссий и формируют различные теории происхождения вселенной.

Теория 1: Вселенная – творение Бога

Согласно этой теории Бог или боги или некая божественная сила создала Вселенную. На основе этого утверждения базируется философия основных мировых религий: христианства, ислама, иудаизма и даже буддизма. В каждой из этих религиозных традиций присутствует положение, утверждающее, что Бог (боги) существовали до сотворения Вселенной, и именно Всевышний стал ее автором. Данная теория популярно представлена в одном из разделов Библии под названием Книга Бытия. Оттуда мы узнаем о том, что Вселенная и все, что ее населяет, были созданы за шесть дней.

Теория 2: Вселенная сделала это сама

Определенная группа версий происхождения Вселенной базируется на утверждении, что Вселенная создала себя сама: просто в определенный момент, миллиарды лет назад, наша Вселенная решила быть и воплотила свое решение в жизнь. Эта теория, в частности, лежит в основе так называемой Теории Большого Взрыва, и здесь отсутствуют вопросы, кто или что создало нашу Вселенную. На самом деле теория Большого Взрыва далеко не первая и не единственная теория, пропагандирующая «самосоздание» Вселенной.

Один из древнеегипетских мифов повествует о боге Неб-ер-Чере, который сам по себе являлся вселенной и заключал в себе всю двойственность мира: видимое и невидимое, мужское начало и женское, физический план и ментальный. В мифе говорится о создании вселенной самим богом через себя же, посредством мастурбации и оплодотворения через рот словами и идеями. Вообще миф - это достаточно запутанный, но концепция создания Вселенной тем, что ею по сути и является, здесь налицо.

Все теории данного направления, однако, не дают ответа на вопрос, почему нечто появилось из ничего, и такое спонтанное творение существует уже столько лет. Стоит признать, что даже без ответа на этот вопрос сторонники теории Большого взрыва вполне логично могут использовать данную модель в описании дисперсии материи во Вселенной, разницы в формах звезд и, как следствие, галактик. Теория Большого Взрыва никак не объясняет, была ли цель перед актом создания Вселенной, и если она была, то в чем заключалась.

Теория 3: Она была всегда

Третья теория, объясняющая то, как была создана Вселенная, утверждает, что Вселенная существовала всегда, поэтому вопросы о том, кто, когда и зачем ее создал, в данной концепции не рассматриваются вовсе. Версии происхождения Вселенной на основе данного утверждения, особенно популярны в среде атеистов и ученых.

Аристотель, один из самых видных древнегреческих философов также верил, что Вселенная существовала всегда. Многие считают, что нечто, существующее вечно все же лучше чем то, что было тем или иным способом создано. Прогресс и эволюция, по мнению, Аристотеля были обусловлены наводнениями или другими природными катастрофами которые постоянно заставляли Вселенную начинать все сначала. Вера в вечное существование вселенной лишила людей необходимости привлекать к гипотетическому созданию Вселенной Бога и напротив, те, кто признавал, что Вселенная имела начало, использовали это утверждение в качестве аргумента в пользу существования Бога как инициатора и создателя Вселенной.

Экпиротический сценарий создания Вселенной

Все знают о Теории Большого Взрыва, о ней вам может рассказать любой школьник, но существует и альтернативная теория, в которой создание Вселенной рассматривается с совершенно иной точки зрения. Сторонники экпиротической теории верят в существование параллельной нашей вселенной и в какой-то момент эти две «родственные» вселенные пересеклись. В момент их контакта высвободилось гигантское количество энергии, что привело к серьезным пертурбациям космического пространства и в результате этих потрясений образовались частицы, из которых образовались газовые туманности, галактики, звезд и другие небесные тела.

После такой коллизии, вселенные начали движение в противоположных направлениях, но чем дальше они расходились, тем большее притяжение возникало между ними. Постепенно, они снова стал притягиваться друг к другу, к тому времени в обоих вселенных не наблюдалось ни звезд, ни других объектов, все равномерно распределилось в соответствии со Вторым законом термодинамики. Столкновения Вселенных происходил и снова и снова, при этом под действием энергии формировались частицы и весь процесс повторялся как один бесконечный цикл.

Белые дыры

О так называемых черных дыр в космосе знают все. В принципе, предположение о их существовании основано на нарушении гравитационных полей и преломлении света. Однако в последнее время ученые заговорили о белых дырах. В конце концов, если материя поглощается черной дырой, то, что должно появиться в каком-то другом месте вселенной. Теоретически места, где материя не поглощается, а высвобождается, существуют. Пока их никому не удалось обнаружить, но сторонники этой идеи верят, что открытие белых дыр не за горами.

Однако, вероятное существование белых дыр, даже если таковое допустить, нарушает несколько устоявшихся законной современной физики. Если однажды существование белых дыр будет подтверждено, человечеству придется серьезно пересмотреть основы современной науки, для того, что найти и формировать адекватное объяснение этому явлению.

Матричная теория Вселенной

Действительно, фильм «Матрица» был снят «по мотивам» очень экстравагантной теории происхождения Вселенной, согласно которой вся наша Вселенная есть продукт мощнейшей компьютерной программы, автор которой неизвестен. В принципе, такой компьютер невозможно даже представить. В 2003 году эта идея привела профессора Оксфордского университета Ника Бострома к мысли, что человек – это лишь иллюзорный искусственный интеллект из силикона, а не углеродный организм в настоящей Вселенной.

Черная дыра – родина Вселенной

Среди множества теорий происхождения Вселенной существует одна интересная версия, в основе которой лежит идея о черных дырах, которые выделяют материю в какие-то неизвестные места, тем самым создавая новые вселенные, которые растут буквально как грибы после дождя. Каждая частица, поглощенная черной дырой может стать источником образования новой Вселенной. В чем-то эта теория созвучна с Теорией Большого Взрыва с той лишь разницей, что взрывов здесь бесчисленное множество.

Каждая новая вселенная в свою очередь создает новые черные дыры а они опять-таки дают жизнь новым вселенным. Результаты исследований, опубликованные в научном журнале Nature, указывают на то, что наша Вселенная могла появиться из черной дыры какой-то другой вселенной.

Создание миров по квантовой теории

Эта теория создания Вселенной широко пропагандируется писателями – фантастами. В основе этой версии лежит идея постоянном разветвлении и дивергенции реальностей. Например, вы выбираете межу походом в магазин и включением телевизора: в одной реальности вы идете в супермаркет, а в другой – нажимаете кнопку дистанционного пульта.

Мы живем в двух Вселенных, которые не слишком сильно отличаются друг от друга, но чем глубже мы изучаем вопрос, тем более глубокой оказывается разница между ними. Варианты «разветвления» зависят от множества факторов, включая поведение движущихся в разных направлениях атомов и так далее. В результате этих процессов миллиарды новых реальностей появляются в каждый отдельно взятый момент, и чем дальше они находятся друг от друга, тем разительнее разница между вселенными.