Вселенная. Путешествие во времени и пространстве - Сергей Арктурович Язев
С самого начала Вселенная расширялась очень быстро, по экспоненциальному закону, ее пространство-время развернулось в гигантских масштабах. Поскольку пространство Вселенной, согласно нашим наблюдениям, оказалось практически плоским, неискривленным (если кривизна и есть, то мизерная, и мы пока не смогли ее обнаружить), версия о начальном этапе ускоренного расширения (инфляции) выглядит чрезвычайно правдоподобной: иначе не удается объяснить проблемы горизонта (страница 228) и проблему тонкой настройки (страница 275).
Судя по всему, то, что мы видим, — это лишь крошечный фрагмент огромной Вселенной. В пределах этого фрагмента Вселенная сравнительно однородна — мы повсюду наблюдаем сходные объекты (галактики). Весьма вероятно, что ненаблюдаемая часть Вселенной устроена примерно так же, но не исключено, что это не совсем так (там, очень далеко от нас, могут находиться и объекты, которых нет в нашей части Вселенной).
Мы считаем, что галактики сформировались из крошечных флуктуаций плотности материи расширяющейся Вселенной, возникших на ранней стадии ускоренного расширения. Расчеты очень хорошо подтверждаются наблюдениями, размеры галактик таковы, какие они и должны быть, если считать, что галактики порождены ранними флуктуациями материи.
Расширение Вселенной продолжается и сегодня, и происходит оно ускоренно. Мы назвали причину ускоренного расширения темной энергией, но не знаем точно, что это такое. Наиболее распространена гипотеза, что темная энергия связана с антитяготением физического вакуума, наполняющего всю Вселенную. Факты, полученные в экспериментах, говорят о том, что вакуум — это не просто пустота, но некая среда, содержащая энергию. Однако точно сказать, связано ли расширение Вселенной с действием вакуума, мы пока не можем.
Изучение особенностей вращения галактик позволяет сделать вывод, что помимо видимого вещества и темной энергии существует еще некий тип материи, который мы называем темной материей. Из наблюдений следует, что темная материя подчиняется гравитационному взаимодействию, но, видимо, не подчиняется другим типам взаимодействий. Наиболее вероятно, что темная материя — это некий неизвестный еще тип элементарных частиц, но точно мы этого пока не знаем.
Темная энергия и темная материя составляют в сумме около 95 % всей плотности материи во Вселенной. На привычное нам вещество, из которого состоят звезды, планеты, пыль и газ, остается около 5 %.
С этими удивительными данными об устройстве мира мы вступили в XXI век. Мы уже обсуждаем гипотезы, пытающиеся объяснить темную энергию и темную материю, выдвинули идею Мультиверса, рассуждаем о парадоксах антропного принципа — но это пока что только гипотезы. Автор не сомневается, что дальнейшие исследования, если не завтра, так через четыреста лет, дадут ответы на эти и другие, возможно еще не поставленные, поразительные вопросы. Наука найдет на них ответы.
В общем бюджете цивилизации выделяется все больше средств на исследование устройства мира. Для того чтобы и дальше продвигаться по пути познания, требуется все более дорогостоящее оборудование. Немало стóят научные спутники, крупные наземные и космические, гравитационные и нейтринные телескопы, ускорители, коллайдеры; требуют больших затрат суперкомпьютеры, на которых проводятся объемные вычисления для решения грандиозных задач.
Тем не менее Homo sapiens ускоренно движется, исследуя мир. Растет число научных статей, где излагаются и проверяются на практике гипотезы, а также результаты наблюдений и экспериментов. У автора нет сомнений, что космология в ближайшие годы продолжит свое стремительное развитие, а значит, эта книга будет быстро устаревать. И это замечательно!
Любознательным людям, которым интересно исследовать удивительный мир, в котором нам довелось появиться, посвящена эта книга.
Для автора было бы лучшей наградой, если бы кто-то из читателей этой книги, заинтересовавшись Большой Наукой, помог человечеству ответить на те вопросы, которые на сегодня пока еще остаются без ответов.
Хотелось бы на это надеяться…
Июль — декабрь 2018,
Иркутск
От издательства
Ваши замечания, предложения, вопросы отправляйте по адресу [email protected] (издательство «Питер», редакция научно-популярной литературы).
Мы будем рады узнать ваше мнение!
На веб-сайте издательства www.piter.com вы найдете подробную информацию о наших книгах.
Сноски
1
Астрономы договорились считать, что сутки начинаются в полночь, но в данном случае это неважно. — Здесь и далее (если не указано иное) примечания автора.
2
Если наблюдатель находился в Северном полушарии. Кроме того, надо иметь в виду, что 2000 лет назад небо вращалось вокруг точки вблизи звезды Кохаб созвездия Малая Медведица.
3
Даты через наклонную черту обозначают возможный диапазон лет, в пределах которого родился либо умер упоминаемый мыслитель, когда год точно не известен.
4
Земля у Анаксимандра была плоская, но довольно толстая.
5
Когда солнце и луна упоминаются как светила, а не как собственные названия небесных тел, их названия пишутся со строчной буквы.
6
Геоцентрическими называются системы, в которых в центре мира расположена Земля — от имени богини земли Геи.
7
Читатель, наверно, заметил, что Земля теперь написана с большой буквы. Дело в том, что у Пифагора Земля — это уже не весь мир, а некое небесное тело.
8
Научный редактор этой книги указал, что пример математического доказательства обнаружен на глиняной табличке (1800−1600 гг. до нашей эры), принадлежащей культуре шумеров.
9
Напоминаю, что в рамках этой концепции Земля — Гея — находится в центре мира.
10
Концепция Косаревой, разумеется, не всеобъемлюща, но близка автору.
11
Окружность является частным случаем эллипса, у которого два фокуса «слились» в центре. Но на практике круговые орбиты встречаются крайне редко.
12
В 2019 г. Дидье Кело и Мишель Майор получили Нобелевскую премию по физике за открытие первой планеты за пределами Солнечной системы, сделанное ими в 1995 г.
13
Можно вообразить себе искривленное пространство, в котором, двигаясь по прямой вперед и вперед, мы с удивлением обнаружили бы, что попали в ту же точку, откуда вылетели, только с противоположной стороны. Это тоже умозрительное построение, к которому мы еще вернемся в следующих главах, но в неискривленном (математики называют его плоским) пространстве (а пространство нашей Вселенной оказалось либо точно плоским, либо очень
