Кратчайшая история Вселенной. От Большого взрыва до наших дней (в сверхдоступном изложении) - Дэвид Бейкер
Нам следует забыть некоторые свои основополагающие понятия, чтобы осмыслить базовые процессы первозданной Вселенной без тех правил, по которым она живет сейчас. Мозг приматов отталкивает идеи, которые нам не требовалось понимать, чтобы выжить и развиваться. Наш мозг так устроен. Это все равно что пытаться отправить другу сообщение с помощью тостера.
Начало поиска ответов
Если вас захлестнула волна экзистенциального беспокойства и неудовлетворенности по поводу загадок Большого взрыва, подумайте вот о чем:
1. Еще шестьдесят лет назад мы не были уверены даже в том, что Большой взрыв был. Представьте себе, сколько ответов на вопросы о зарождении Вселенной мы найдем еще через 100 или 1000 лет научных изысканий.
2. Поскольку ответы на эту загадку заведомо непостижимы для нашего мозга примата и лежат за пределами фундаментальной физики нашей Вселенной, то они (когда мы их получим) могут показаться нам тарабарщиной. Возможно, эти ответы вопреки нашим ожиданиям не заполнят эмоциональную и философскую пустоту, не утолят жажду поиска смысла.
3. Возможно, мы не там ищем удовлетворения, когда обращаемся за ним к началу истории. Наверное, если хочется прибавить смысла собственной жизни, нам нужно смотреть на настоящее или даже думать о том, каким мы хотим видеть конец истории. В собственной жизни мы по крайней мере в некоторой степени контролируем свою судьбу. Если человечество продолжит существовать, наша наука и технологии будут развиваться, общая сложность возрастет, – кто знает, насколько титаническое влияние мы будем оказывать на историю через тысячу, миллион или миллиард лет?
Философское удовлетворение и экзистенциальная осмысленность часто возникают не из зацикленности на собственных детских травмах или на том, что происходило в мире до нашего появления, а из добрых дел и достойного использования отпущенного нам времени. Если самые первые мгновения существования Вселенной что-то и доказывают, так это то, что на первый взгляд крошечные изменения могут сыграть огромную роль в структуре космоса.
2
Звезды, галактики и усложнение структур
Первые атомы водорода и гелия конденсируются в облака Газовые облака постепенно уплотняются • Слияние атомов приводит к ядерным взрывам, порождающим первые звезды • Звезды соединяют атомы водорода и гелия в углерод, азот, кислород и другие элементы, вплоть до железа • Звезды взрываются, превращаясь в сверхновые, и возникают более тяжелые элементы, такие как золото, серебро и уран • Все 92 элемента естественного происхождения созданы этими водородными бомбами в небе
Как мы уже описали, через 10–43 секунды после Большого взрыва Вселенная стремительно расширилась от размера квантовой частицы до объема грейпфрута. Для сравнения: если бы расширение продолжилось с прежней скоростью, то грейпфрут вырос бы до размеров нынешней Вселенной за доли секунды, а не за 13,8 миллиарда лет. В течение той первой доли секунды в распределении энергии образовались крошечные неравномерности. В отдельных точках, рассыпанных по космическому грейпфруту, было немного больше энергии, в отличие от почти равного ее распределения в остальной части Вселенной. Именно эти крохотные точки с чуть большим количеством энергии породили звезды, галактики, планеты и дали старт усложнению структур, которое формирует нашу историю. Без этих неравенств во Вселенной не началось бы усложнение, и наша книга оказалась бы значительно короче.
Когда энергия в тех точках сгустилась в субатомные частицы, возникла первая материя, и Вселенная продолжила расширяться и остывать.
Наполненная газовым облаком из водорода и гелия Вселенная по мере расширения достигла температуры чуть выше абсолютного нуля и находится в этом состоянии по сей день. Подавляющая часть пространства с того момента осталась простой и холодной – не было тепла для формирования более сложных структур, чем водород и гелий. Это пространство в основном заполнялось лишь слабым излучением. Только в крошечных областях, где царило неравенство в материи и энергии, температура начала расти.
©Aira Pimping
Огненное происхождение звезд
В течение миллионов лет огромные облака водорода и гелия плыли во все расширяющемся космосе. Среди этого мрака было не так уж много чего-то еще, и Вселенная казалась довольно однородной: скучное мертвое пространство без особых перемен и истории.
В течение 50–100 миллионов лет после Большого взрыва (или примерно столько времени, сколько отделяет нас от тираннозавров), гравитация сжимала газообразные водород и гелий во все более плотные облака. В конце концов давление в центре облаков стало настолько сильным, что атомы водорода столкнулись друг с другом, и их ядра слились. Другими словами, давление преодолело обычное ядерное отталкивание, сохраняющее атомы отдельно друг от друга. Слияние ядер (тот же процесс, что приводит к взрыву водородной бомбы) породило мощный выброс энергии, и облака внезапно превратились в гигантские огненные шары, генерирующие тепло и отправляющие его во Вселенную в качестве энергии. Так родились первые звезды. Процесс слияния ядер водорода продолжался до тех пор, пока оставался газ, который звезды могли поглощать.
Во время термоядерного синтеза температура в центре звезды достигает минимум 10 миллионов градусов по Кельвину (примерно в 25 000 раз выше температуры жаркого летнего дня). Через три минуты после Большого взрыва впервые появилось несколько новых химических элементов.
Во Вселенной возникли миллиарды звезд. Звезды первого поколения, появившиеся 50–100 миллионов лет назад, были огромными, поскольку вокруг них находилось много газа – объемами примерно в 100–1000 раз больше нашего Солнца. Из-за своих размеров те звезды существовали не более нескольких миллионов лет. Однако, когда они взрывались, их материал всасывали звезды второго поколения, которые были меньше размером, но могли жить дольше – миллиарды лет.
Под действием гравитации звезды начали притягиваться друг к другу и образовали скопления протяженностью от 30 до 300 световых лет. Звездные скопления сливались в еще более крупные образования. В период 13,7–10 миллиардов лет назад такие слияния продлились до нашего сегмента космоса, создавая Млечный Путь, протяженность которого составляет примерно 100 000 световых лет. В нашей галактике находится около 200 миллиардов звезд. Тот же процесс слияния звездных скоплений происходил по всей Вселенной, образовав предположительно 400 миллиардов галактик, существующих в наблюдаемой Вселенной.
Образование галактик
За период 13–10 миллиардов лет назад возникли различные виды галактик. Спиральные галактики (такие, как наш Млечный Путь) составляют 60 % от предполагаемых 400 миллиардов галактик наблюдаемой Вселенной. Именно в них формируется подавляющая часть звезд. Однако выпуклая центральная часть спиральных галактик содержит настолько высокую концентрацию звезд, что условия там неблагоприятны
