Глядя на нашу Вселенную сегодня, очень легко прийти в восторг от увиденного. Звезды на нашем ночном небе — лишь малая часть, несколько тысячи из сотен миллиардов от того, что присутствует в нашем Млечном Пути.
Сам Млечный Путь — лишь одна-одинешенька галактика из триллионов присутствующих, в наблюдаемой Вселенной, которая простирается во всех направлениях примерно на 46 миллиардов световых лет. И все это началось около 13,8 миллиарда лет назад из горячего, плотного, быстрого, расширяющегося состояния, известного как Большой Взрыв.
Именно начиная с Большого Взрыва мы получаем возможность описать нашу Вселенную как полную материи и излучения и подключить известные законы физики, объясняющие современную форму космоса. Но Вселенная продолжает расширяться. Появляются новые звезды, космос эволюционирует.
Представьте, что Вселенная — это всего лишь пузырь в гигантском океане, состоящем из множества таких пузырей. Возможно, то, что мы называем реальностью, на самом деле является крошечной частью гораздо большего, скрытого за горизонтом обозримого пространства. Современная космология уже давно предполагает существование мультивселенной — множества параллельных вселенных, разделяющихся на квантовые ветвления или существующих в “пузырьках” инфляционного процесса. А еще ученые работают с идеей, что наша вселенная может быть замкнутой или иметь форму “бублика” — трёхмерного тороида, где движение в одном направлении ведет обратно к себе. Эти концепции могут показаться сюжетом научной фантастики, но они базируются на строгой математике, наблюдениях и смелых экспериментах.
В последние годы физики и астрономы все чаще поднимают вопрос — возможен ли не конец, а своеобразная “перезагрузка” Вселенной? Хотя звучит как сюжет фантастического фильма, за этой идеей стоят серьезные теории и наблюдения. Современные космологи все больше склоняются к мысли, что наша Вселенная может не просто однажды исчезнуть, а трансформироваться в нечто новое. Некоторые из этих гипотез вытекают из анализа структуры времени и материи, другие — из последних данных о темной энергии, собираемых телескопами и спутниками. Все это говорит о том, что картина конца времен может быть куда сложнее и неожиданнее, чем считалось прежде.
Одни из самых таинственных обитателей космоса, сверхмассивные черные дыры, как правило располагаются в центрах большинства галактик, а их масса составляет десятки и сотни миллиардов масс нашего Солнца. Однако, когда речь заходит о черных дырах, сформированных в ранней Вселенной – то есть в первые сотни и миллиарды лет после Большого взрыва, – астрономы разводят руками: вопрос о том, почему эти объекты достигли огромных размеров за столь короткий промежуток времени до сих пор не имеет ответа. Масла в огонь подлили результаты нового исследования, авторы которого, с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», обнаружили в сердце древней галактики черную дыру малой массы, которая поглощает материю со скоростью, в 40 раз превышающей так называемый предел Эддингтона.
Мы живем в эпоху стремительного научного прогресса, который позволяет разгадывать самые сложные тайны Вселенной. Каждый год ученые открывают новые планеты, узнают подробности о формировании космических объектов и даже изучают черные дыры. Однако, несмотря на все удивительные достижения науки, остаются вопросы, на которые, возможно, никогда не будет дано окончательных ответов. Эти загадки ставят под сомнение границы наших знаний и заставляют задуматься: возможно, некоторые тайны так и останутся непостижимыми? В этой статье мы поговорим о трех вопросах на тему Вселенной, которые будоражат умы ученых уже много сотен лет.
В последнее время ученые сделали массу невероятных открытий и разгадали множество тайн, заставлявших человечество ломать голову в течение тысячелетий. Тем не менее наука все еще имеет много вопросов, на которые пока нет ответов. Например, в последнее время ученые активно спорят о том, что такое темная материя, из которой, предположительно, состоит большая часть Вселенной. Мы подготовили пять наиболее монументальных и интересных научных вопроса, на которые нет ответа, и в ближайшее время они вряд ли появятся.
Много лет назад люди были уверены, что Земля плоская и вокруг нее кружатся звезды, Солнце и другие космические объекты. Первым человеком, который теоретически доказал, что наша планета круглая, стал итальянский физик Галилео Галилей. Потом, в 1500-е годы, испанский мореплаватель Фернан Магеллан совершил самое первое кругосветное путешествие в истории и доказал это на практике. Потом стало ясно, что Земля не может являться центром Вселенной, так же как и Солнце и даже галактика Млечный путь. Если космос расширяется, должно же быть место, откуда это расширение берет начало? На самом деле, центр Вселенной находится гораздо ближе к вам, чем кажется. Прозвучит слишком странно, неожиданно и даже в некоторой степени приятно, но центр Вселенной — это и есть вы.
В космосе, как известно, каждый объект находится в движении — планеты вращаются вокруг звезд, а звездные системы в свою очередь вращаются вокруг галактики. Галактики тоже все время движутся. Причины этому существуют разные. Например, ученые пришли к выводу, что 13,8-17 миллиардов лет назад произошел Большой взрыв, который привел к сверхбыстрому расширению Вселенной из бесконечно плотной единой точки. Это привело к возникновению всего, что мы наблюдаем сегодня, причем расширение все еще продолжается. Однако Большим Взрывом невозможно объяснить все виды движений, которые нам известны.
Несмотря на то, что космос заполнен звездами, сам по себе он темный. Но почему? Этот казалось бы простой вопрос на деле настолько сложный, что даже получил специальное название — парадокс Ольберса. Судите сами – по оценкам астрономов, в наблюдаемой Вселенной насчитывается около 200 миллиардов триллионов звезд. Многие из них такие же яркие, как наше Солнце, но еще больше звезд сияют намного ярче. Так почему же, в таком случае, космос не наполнен ослепительным светом? Астрономы справедливо полагают, что ответ может заключаться в расстоянии – многие наблюдаемые нами звезды находятся очень далеко от Земли. А чем дальше находится звезда, тем менее яркой она выглядит. Но это – лишь часть головоломки, различные решения которой предлагались на протяжении веков. Теперь же, с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, исследователи предлагают новое решение знаменитого парадокса.
С тех пор как космический телескоп Джеймса Уэбба приступил к работе, прошло совсем немного времени, однако данные, полученные с тех пор, продолжают устанавливать новые рекорды. Недавно исследователи сообщили об уникальном открытии – меткий взор Уэбба обнаружил несколько самых древних галактик во Вселенной. Отметим, что звания «самых старых» галактик удостаивались самые разные объекты, так как их открытие происходит постепенно, однако обнаруженные Уэббом галактики представляют собой серьезную проблему для астрономов – все потому, что они рушат имеющиеся модели формирования этих обитателей космоса. Так, самая дальняя галактика, JADES-GS-z14-0, на снимках видна такой, какой она была примерно через 300 миллионов лет после Большого взрыва (существуя по меньшей мере на 100 миллионов лет раньше, чем предыдущий рекордсмен). Это означает, что свет, который запечатлел Уэбб шел до нас примерно 13,5 миллиардов лет. Соседняя галактика находится почти на таком же расстоянии и занимает второе место в рейтинге самых древних галактик.
Ведущая космологическая модель гласит, что Вселенная родилась около 13,7 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва. Вот только каким он был на самом деле? Невероятно огромным или крошечным? Оглушительно громким или окутанным тишиной? И главное – где именно он произошел, если вокруг вообще ничего не было? Вопросов настолько много, что некоторые исследователи полагают, что взрыв мог повторяться несколько раз, а значит неверно даже название. Получается довольно странная картина – о Большом взрыве знают все, но никто не может с уверенностью сказать, на что было он был похож. В конечном итоге, чтобы говорить о начале времен нужно подобрать не только правильные слова, но и правильную физику. Так, открытия последних лет позволили нам сформировать более-менее ясное представление о Вселенной, однако пытаясь заглянуть все дальше в прошлое, мы все чаще переходим к физике элементарных частиц. Это означает, что чтобы узнать больше о космическом детстве и о таинственном Большом взрыве, физики должны использовать концепции физики высоких энергий, выходящие за рамки экспериментальных результатов.
Ведущая космологическая модель гласит, что наша Вселенная родилась около 13,7 миллиардов лет назад после Большого взрыва, а сам космос состоит из трех типов материи: «обычной материи», «темной энергии» и «темной материи». Правда, на сегодняшний день нет никаких прямых доказательств существования как таинственной темной энергии, так и темной материи – ученые предполагают, что эти две гипотетические материи ответственны за расширение Вселенной и удерживание галактик посредством гравитации. Еще одной проблемой является несоответствие ведущих физических теорий – общей теории относительности (ОТО), объясняющей устройство Вселенной на макроуровне и квантовой механики, объяснеющей ее устройство на уровне элементарных частиц. Но что, если темной материи, поисками которой занимаются исследователи со всего мира, не существует? И может ли быть так, что возраст нашей Вселенной намного больше 13,7 млрд лет? Поразительно, но автор нового исследования отвечает «да» на эти вопросы.
Будучи очарованными поисками жизни за пределами Земли, каждая новость о потенциально обитаемой планете вызывает бурю эмоций. Недавно издание The Spectator опубликовало репортаж, в котором говорится, что космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил планету с явными признаками жизни. Эксперты, однако, выступили против публикации, отмечая, что информация в ней вырвана из контекста. И хотя представитель NASA также сообщил журналистам, что пока никаких доказательств существования жизни за пределами Солнечной системы обнаружено не было, исследователи признают возможность предстоящего революционного открытия, для подтверждения которого (минутка разочарования) потребуются годы последующих исследований.
Устройство Вселенной, ее происхождение и эволюция являются главными загадками космологии. Согласно Стандартной модели, описывающей формирование и эволюции Вселенной, после Большого взрыва космос представлял собой бурлящий плазменный бульон, который начал быстро расширяться благодаря невидимой силе – темной энергии. По мере расширения Вселенной, обычная материя, взаимодействующая со светом, сгущалась вокруг скоплений невидимой темной материи, образуя первые галактики, соединенные вместе обширной космической паутиной. По этой причине считается, что что обычная материя, темная материя и темная энергия составляют около 5%, 25% и 70% Вселенной соответственно. Однако результаты исследования, опубликованного в журнале Physical Review D, предполагают, что стандартная космологическая модель неверна, а космос менее уплотнен, чем полагали ученые.
Рождение и эволюция Вселенной – извечные загадки космологии. Согласно общепринятой теории, своим существованием мы обязаны Большому взрыву, который произошел примерно 13,7 млрд лет назад. С тех пор Вселенная расширяется со все возрастающей скоростью, а причины, по которым это происходит, неизвестны. Массу вопросов у ученых также вызывает таинственная темная материя, которая «удерживает» космические объекты вместе, как будто склеивая их и не поддается непосредственному наблюдению. Так как темная материя является, по сути, основой, на которой «держатся» звезды и галактики, ученые считают что она может предоставить детальное понимание того, как возникла Вселенная. По этой причине недавно исследователи выдвинули новую, крайне спорную гипотезу, согласно которой в начале времен существовал не один, а два Больших взрыва.
Несмотря на внушительное количество накопленных данных, наши знания о Вселенной крайне малы. Мы не знаем как она появилась, почему расширяется с ускорением и почему устроена таким странным образом. Чтобы немного приблизиться к тайнам, что скрывает в себе этот космический океан, ученые создают компьютерные модели Вселенной. Одна из них, под названием FLAMINGO simulations (моделирование FLAMINGO), создана международной командой ученых с помощью суперкомпьютера. Новое моделирование предназначено для расчета эволюции всех известных компонентов Вселенной и позволяет детально рассмотреть космическую эволюцию с момента Большого взрыва. Новый проект, как отмечают его авторы, поможет разрешить одни из самых сложных загадок современной космологии.
Если вы любите видеоигры, то наверняка знаете, что они положительно влияют на память, внимание и моторику, а еще помогают бороться со стрессом. Более того, играть попросту интересно, впрочем, как и размышлять о том, не являемся ли мы сами персонажами компьютерной игры. Да, звучит безумно, но что если мы и правда живем в симуляции? Удивительно, но эта необычная идея все чаще привлекает внимание ученых и является предметом научных дебатов и исследований. Недавно авторы нового исследования предположили, что доказательства так называемой “гипотезы симуляции” могут быть скрыты в законах, которые управляют информацией, например, генетической и цифровой. Но как понять не ошибаются ли ученые и можно ли хоть как-то проверить, что наша Вселенная – настоящая?
Несмотря на то, что Вселенная кажется хаотичной, у нее есть структура, состоящая из массивных нитей галактик, разделенных между собой гигантскими пустотами. Эта «космическая паутина», как называют ее ученые, подобно рекам, питающим океаны, потоками газа простирается по всему космосу. Увидеть эти потоки, однако, практически невозможно –настолько они слабые. В то время как астрономы знали о космической паутине на протяжении десятилетий и даже мельком видели свечение ее нитей вокруг ярких космических объектов, называемых квазарами, эти протяженные структуры оставались невидимыми для широкой общественности. К счастью, до недавнего времени. На снимках, недавно полученных с помощью Keck Cosmic Web Imager, или KCWI можно увидеть свет, излучаемый самой большой и скрытой частью космической паутины: перекрещивающимися тонкими нитями в пространстве между галактиками.
В 2016 году аэрокосмическое агентство NASA запустило в космос исследовательскую станцию OSIRIS-REx. Она полетела в сторону потенциально опасного астероида Бенну для того, чтобы изучить его поверхность и собрать образцы грунта. Спустя семь лет, миссия наконец-то успешно завершилась — вечером 24 сентября 2023 года этот аппарат пролетел мимо Земли и сбросил в пустыню капсулу с добытыми материалами. Коробку с несколькими слоями защиты забрали ученые в защитных костюмах, и потом отправили ее в лабораторию для разделения на части и последующей отправки в другие страны для тщательного изучения. Это исторически важное событие, потому что добытые образцы могут помочь ответить на вопросы о возникновении Вселенной и жизни на Земле.
Сказать, что мы хоть что-то знаем про космос, будет очень самонадеянно. В нем хранится столько тайн, которые мы можем изучать тысячи лет и не дойти даже до одного процента познаний. Но кое-какие открытия ученые время от времени все же делают. Даже на нашем уровне понимания каждое из них вызывает восторженное: ”А, вот оно как…”. Вот и сейчас недалеко от Млечного Пути обнаружено расположение галактик в гигантском пузыре, и астрономы полагают, что это может быть пережитком ранней Вселенной — тех времен, когда только случился большой взрыв, а то, к чему мы привыкли, только начало формироваться. Нам еще только предстоит доказать Теорию большого взрыва, но новое открытие становится еще одним шагом на этом нелегком пути. Так о чем же нам говорит новое открытие?
В 2016 году астрофизики доказали существование гравитационных волн – ряби в пространстве-времени, вызванной столкновением массивных черных дыр. О том, что гравитационные волны действительно существуют, говорил еще в 1916 году Альберт Эйнштейн, хотя и сомневался в том, что их когда-нибудь удастся обнаружить. Все потому, что гравитационные волны представляют собой изменения гравитационного поля и распространяются подобно волнам, которые, когда проходят между двумя небесными телами, то изменяют расстояние между ними. Открытие гравитационных волн, удостоенное Нобелевской премии в 2017 году, также стало первым доказательством существования черных дыр – одних из самых таинственных космических обитателей. Теперь же, исследователи обнаружили низкочастотные гравитационные волны, источником которых, вероятно, могут быть как медленно сближающиеся двойные сверхмассивные черные дыры, так и космические струны.