Добра фізика: АСТРОНОМІЯ

Початок

Наш Всесвіт, з безмежною кількістю зірок, з неповторними Галактиками існує 13,7 млрд. років. З великою ймовірністю можна стверджувати, що виник він з Великого вибуху. Цікавими є параметри, з яких все почалося. Отож «наш Всесвіт» роздувся з початкового крихітного стану, розміром

Густина матерії при цьому складала

А сумарна маса початкового об’єму:

Із цієї надзвичайно маленької маси та мініатюрних розмірів розвинувся весь Всесвіт, з безмежною кількістю світів, котрі значно перевищують області, вивчені астрономами. Дані цифри важко сприймаються здоровим глуздом, але це так. Доказами служить червоне зміщення у спектрах віддалених Галактик та реліктове випромінювання, що приходить до нас з кожної точки неба. Закони фізики взмозі описати весь процес утворення Всесвіту, проте не можуть дати відповіді на головне питання: чому це відбулося та що було причиною Великого вибуху? Адже уявити собі, що вся матерія Всесвіту розміщувалася в об’ємі одного протона надзвичайно важко.

Одні вчені стверджують, що все почалося з флуктуації у вакуумі. Можливо вони мають рацію. А може розширення Всесвіту почалося із зіткнення частинки-античастинки у надприскорювачі в лабораторії деякої планети деякого світу? А можливо Великий вибух створив Бог, і в захопленні від виконаної роботи, пішов створювати інші Всесвіти? Так чи інакше, ми не можемо дати ствердну відповідь про Початок, а можемо лише оперувати здогадками, або розвинути науку до такого рівня, коли вона в змозі дати відповіді на всі запитання.

Світлина зроблена за допомогою телескопа Хаббла. Кожна світна точка-не зірка, а галактика. Найбільш червоні точки є найстаршими галактиками, відстань до яких складає 13 млрд світлових років.

На світлині сфотографовано найстарішу галактику. Реально вона вже не існує, але світло від неї буде йти до нас ще багато століть.

Вік нашого Всесвіту.

У 2001 році було запущено зонд Уілкінсона, отримані дані якого у 2003 році дещо відкоригували наші знання про Всесвіт. З його допомогою вдалося побачити ранній Всесвіт, вік якого сягав 400 000 років, іншими словами було звфіксовано древнє випромінювання, «заграва» початкового Вибуху, в результаті якого виник наш Всесвіт. За допомогою інформації, отриманої від зонду Уілкінсона, вирахувано вік нашого Всесвіту з великою точністю – 13,75 млрд. років з відносною похибкою лише в 1%!!!

З чого складається наш Всесвіт?

Дані зонда Уілкінсона круто змінили погляди на те, з чого складається Всесвіт. У ХХ столітті існувала точна відповідь на це запитання. Було відомо, що Всесвіт побудовано із сотні різних елементів, які акуратно класифіковано в періодичну таблицю елементів. Зонд Уілкінсона зруйнував ці уявлення. Було показано, що вся видима матерія навколо нас (рівнини, ріки, гори, планети, зорі, галактики) складає лише 4% всієї матерії та енергії у Всесвіті. Більшу частину цих 4% складають водень та гелій, і лише 0,03 % - важкі елементи. Дані зонда констатували, що Всесвіт на 23% складається із невідомої, невизначеної субстанції, так званої «темної матерії». Вона масивна, і оточує галактики невидимим ореолом. Маса темної матерії в галактиці Чумацький Шлях в 10 разів більша, ніж всі зорі разом узяті. Проте найбільше здивування викликає у всього наукового світу той факт, що 73% Всесвіту, його більша частина, складає абсолютно невідома форма енергії, так звана "темна енергія", або невидима енергія, котра зберігається у вакуумному просторі. На даний момент ніхто точно не може пояснити причину виникнення «енергії порожнечі». Вчені припускають, що «темна енергія» створює антигравітаційне поле, котре тягне галактики в різні сторони.


1 - темна енергія; 2 - видима матерія; 3 - темна матерія

Майбутнє

Вчені невпинно спрямовують свої погляди в небо, намагаючись зрозуміти минуле. Проте, якими би не були дивовижними процеси в минулому Всесвіту, нас вабить майбутнє. Лише в останні роки з’являються серйозні роботи, присвячені далекому майбутньому (їх набагато менше ніж робіт, котрі досліджують минуле). Майбутнє лише буде, пряму перевірку тут виконати неможливо, і тому спрогнозувати всі його особливості дуже важко.

Згідно останніх досліджень, отриманих із даних зонда Уілкінсона, телескопа Хаббла можемо стверджувати, що наш Всесвіт розширяється з прискоренням, ймовірність того, що процес розширення зміниться стиском дуже малий. Не викликає сумніву те, що зірки в майбутньому погаснуть, оскільки запаси ядерного палива обмежені. Хоча епоха згаслих зірок наступить не скоро, та етап еволюції «зоряний час Всесвіту», закінчиться орієнтовно через

років.

Яким бачать майбутнє галактик?

В їх центрах, як правило, знаходяться надмасивні чорні діри. З часом зорі зовнішніх шарів, в силу гравітаційної взаємодії, можуть покидати галактику, а її центральна частина буде невпинно стискатися. Цей прцес, руйнування галактик, закінчиться орієнтовно через

років. Всі зорі до цього часу давно згаснуть, а на місці галактик залишаться по одній надмасивній чорній дірі.

Що буде далі? Фізична теорія стверджує, що протон, як і нейтрон – нестабільна частинка. Час розпаду

років. Кінцевими продуктами розпаду є фотони, нейтрино а також електрон – позитронні пари. Отже у Всесвіті хоча і повільно, але невпинно йде процес розпаду речовини і, через

років вся вона повністю розпадеться. Даний процес буде підтримувати температуру згаслих зірок на позначці дещо більшій від 0К. ( Зоря типу нашого Сонця, котра перетворилась у білий карлик, охолоджується до 1К за

років. Нейтронні зорі охолоджуються до 30К за

років, і до

років зберігають цю температуру.) Отже через

років вся речовина повністю розпадеться, зорі, планети, темна матерія перетворяться на фотони, нейтрино та електрон – позитронну плазму.

Через

років Всесвіт насичуватимуть певні елементарні частинки, фотони та чорні діри. Проте і вони не вічні! Орієнтовно за час

років усі вони «випаруються» (якщо можна так сказати), і у Всесвіті не залишиться нічого, окрім електрон – позитронної плазми крихітно малої густини (одна частинка припадатиме на об’єм, рівний

обємам всього видимого на даний момент Всесвіту).

Картина еволюції Всесвіту виглядає досить песимістичною, адже через

років завмруть всі прцеси, не буде руху фізичних форм матерії, неможливим буде існування будь-яких систем, а тим більше розуму в довільній формі. Такий процес виглядає швидше як процес деградації, загибелі Всесвіту.

А що буде далі? Ознайомся детальніше з поняттями вакууму, темної енергії, теорії Великого вибуху, теорії паралельних світів та гіперпростору і … попробуй передбачити далеке майбутнє…

Інші матеріали

1. Фотометричний парадокс.

Читати.

2. У пошуках позаземного розуму.

Читати.

ОПОРНІ КОНСПЕКТИ З АСТРОНОМІЇ

КОНСПЕКТ 1