Когда 20 лет назад выяснилось, что расширение Вселенной ускоряется, ученые представили этому полное, простое и проверяемое объяснение. Но по мере того, как поступало все больше и больше данных из экспериментов и наблюдений, причина существования темной энергии – предположительно, причины этого ускорения – оставалась неуловимой. Хотя технически она эквивалентна «космологической постоянной» (или энергии, присущей самому пространству), нет никакого способа вывести ее величину. Но если вспомнить, что помещение определенных форм материи в пустое пространство меняют силы, действующие на эту материю, возможно, и темная энергия возникает по очень простому принципу: оттого, что в нашей Вселенной вообще существует материя как таковая.
В 1926 году знаменитый астроном Эдвин Хаббл разработал морфологическую классификацию галактик. Этот метод разделил галактики на три базовые группы – эллиптические, спиральные и линзообразные. С тех пор астрономы посвятили значительное количество времени и усилий для того, чтобы выяснить, как галактики развиваются в течение нескольких миллиардов лет и почему они приобретают именно те формы, которые в конечном итоге приобретают.
Физики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе предложили новую теорию того, как могли сформироваться первые черные дыры Вселенной и какую роль они могли сыграть в производстве тяжелых элементов, таких как золото, платина и уран. Работы были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
В 1973 году Британское межпланетное общество — первая и старейшая организация, целью которой были заявлены исключительно космические исследования, развитие и поддержка космонавтики, — запустило масштабный пятилетний проект по поиску и созданию наиболее перспективного дизайна беспилотного космического аппарата, предназначенного для межзвездных путешествий. Первым среди предложенных решений стал «Дедал». Данный план выглядел еще более амбициозным и ставил ключевой целью поиск возможности для пилотируемых путешествий к различным звездам с прицелом использования технологий ближайшего будущего.
Одна из самых знаменитых цитат английского писателя, учёного, футуролога и изобретателя Артура Чарльза Кларка звучит следующим образом: «Есть две вероятности: либо мы одни во Вселенной, либо нет. И обе одинаково пугают». На данный момент мы совершенно ничего не знаем о внеземной разумной жизни, а также о возможности ее существования. Но даже среди самых светлых умов науки бытует мнение, или даже сказать уверенность в том, что рано или поздно мы совершим первый контакт.
Самый большой урок общей теории относительности Эйнштейна состоит в том, что пространство само по себе не является плоской, неизменной и абсолютной сущностью. Оно соткано вместе со временем в одну ткань: пространство-время. Эта ткань непрерывная, гладкая и становится изогнутой и деформированной в присутствии вещества и энергии. Все существующее в этом пространстве-времени движется по пути, определяемому кривизной пространства-времени, и его движение ограничено скоростью света. Но что, если в самой ткани будут дефекты? Это не научная фантастика, а действительно существующая идея в теоретической физике. С ней связаны высокоэнергетические реликты вроде доменных стен, космических струн и монополей. Итан Зигель с Medium.com постарался ответить на вопрос, каким может быть их происхождение, свойства и как они будут уживаться с обычной Вселенной.
Ровно 100 лет назад наша концепция Вселенной сильно отличалась от сегодняшней. Люди знали о звездах в Млечном Пути и знали о расстояниях до них, но что за ними — этого никто не знал. Вселенную считали статичной, спирали и эллипсы в небе считали объектами нашей собственной галактики. Ньютонова гравитация пока не была превзойдена новой теорией Эйнштейна, а научные идеи вроде Большого Взрыва, темной материи и темной материи не были на слуху. Но затем, буквально с каждым десятилетием, начали свершаться прорывы за прорывами, и так до сегодняшнего дня. Перед вами хроника Итана Зигеля с Medium.com того, как менялось наше представление о Вселенной за последние сто лет.
Как только объект попадает в черную дыру, покинуть ее он уже не может. Неважно, сколько энергии у вас есть, вы никогда не сможете двигаться быстрее скорости света и преодолеть горизонт событий изнутри. Но что, если попытаться обмануть это маленькое правило и окунуть крошечный объект в горизонт событий, привязав его к более массивному, который сможет покинуть горизонт? Можно ли вытащить что-нибудь из черной дыры хоть как-нибудь? Законы физики строгие, но они обязаны отвечать на вопрос, возможно это или нет. Итан Зигель с Medium.com предлагает это выяснить.
Мы многое знаем о космосе, но так как во Вселенной все относительно, то можно с уверенностью сказать, что о космосе мы практически ничего не знаем. И совсем необязательно, что это плохо, потому что каждое новое открытие по-прежнему продолжает вызывать в нас восторг и захватывает нас как минимум до следующего крупного открытия. Сегодня поговорим о десятке самых интересных космических феноменов, открытых совсем недавно.
Астрономы обнаружили огромное галактическое сверхскопление, расположенное примерно в 4 миллиардах световых лет от Земли. И это сверхскопление не только представляет собой одну из самых больших космических структур среди обнаруженных, это также и самое удаленное сверхскопление, которое удалось найти и исследовать.
Только в одном Млечном Пути, по разным оценкам, может содержаться от 100 до 400 миллиардов звезд. Потенциально возле каждой из них могут находиться планеты. Лишь в наблюдаемой нами Вселенной может быть как минимум два триллиона галактик, в каждой из которых содержатся триллионы планет, обращающихся вокруг сотен миллиардов звезд. И даже если среди такого количества планет, тех, что будут способны поддерживать жизнь, очень и очень мало, где-то во Вселенной все равно должна иметься разумная жизнь, кроме нашей.
Еще до появления Эверетта и его идеи множественных вселенных, физики оказались в тупике. Им приходилось использовать один набор правил для субатомного мира, который подвластен квантовой механике, и другой набор правил для крупномасштабного повседневного мира, который мы можем видеть и осязать. Сложности перехода от одного масштаба к другому скручивают мозги ученых в причудливые формы.
Массивный значит большой, менее массивный значит маленький, так? Все не так просто, когда речь заходит о звездах и их размерах. Если сравнивать планету Землю с Солнцем, выясняется, что можно разместить 109 наших планет одна на другой, просто чтобы проложить дорогу от одного конца светила до другого. Но бывают звезды меньше Земли и намного, намного больше орбиты Земли вокруг Солнца. Как это возможно? Что определяет размер звезды? Почему «солнца» такие разные?
Когда-то у человечества были амбиции, которые приводили к таким невероятным проектам, как первый полет человека в космос или миссия на Луну. Следующим шагом будет колонизация планет, а затем и межзвездное путешествие. Инициатива Breakthrough Starshot становится преемником человеческих амбиций и обещает проложить нам путь к ближайшим звездам.
У Вселенной было начало. Но с чего она началась? Чем стала в начале? Мы знаем, что все началось с довольно быстрого расширения и закончилось появлением большого количества галактик, сделанных из маленьких частиц. Но что было до этого? Какими были законы физики, когда все началось? Известные физики Джеймс Хартл и Стивен Хокинг предложили несколько ответов на эти вопросы несколько десятилетий назад. Новая работа другой группы физиков проанализировала популярную интерпретацию геометрии Большого Взрыва Хокинга и Хартла и столкнулась с некоторыми неприятностями. Эти результаты проливают свет на проблему начала Вселенной. Новое препятствие, которое придется преодолевать всем теориям будущего.
Общепринятой научной моделью появления Вселенной по-прежнему является модель Большого взрыва. Попытки доказать ее несостоятельность и объяснить возникновение бытия с гораздо более простой точки зрения, конечно, были. Одними из последних, например, можно выделить работу Джеймса Хартла и Стивена Хокинга, предложивших модель «безграничной» Вселенной. Или, скажем, работы Александра Виленкина о «туннельной природе Вселенной». Однако новое исследование, проведенное совместно немецким Институтом гравитационной физики Макса Планка и канадским Институтом Периметра, показывает, что никакой убедительной альтернативы модели Большого взрыва нет. Пока.
В третий раз за историю мы напрямую обнаружили неоспоримую сигнатуру черных дыр: гравитационные волны, появившиеся в результате их слияния. В сочетании с тем, что мы уже знаем о звездных орбитах возле галактического центра, рентгеновских и радионаблюдений других галактик, измерений скорости движения газа, отрицать существование черных дыр ну никак нельзя. Но хватит ли нам информации, из этих и других источников, чтобы рассказать нам, сколько на самом деле во Вселенной черных дыр и как они распределяются?
У нас на Земле есть еще миллиард-другой лет, прежде чем океаны вскипят и планета станет непригодной для жизни. Солнце нагреется, превратится в красного гиганта, сожжет топливо в ядре, раздует свои внешние слои и сожмется в белый карлик. Но появятся и новые звезды, которые будут сиять и сохранят галактику живой и здоровой в далеком будущем. Однажды и наша галактика Млечный Путь перестанет существовать. Пройдет время, и звезд не останется, не останется их останков и даже черных дыр. Такой будет космическая история нашего дома в космосе.
Есть порог, за который мы не можем выйти, есть вещи, которых мы никогда не узнаем. Но кое-что мы знаем, и у нас есть мощные инструменты: наука, воображение, анализ. 13,8 миллиарда лет назад Вселенная, какой мы ее знаем, родилась в горячем Большом Взрыве. Со временем пространство расширилось, материя прошла через гравитационное притяжение и получилось то, что получилось. Но всему, что мы видим, есть предел. На определенном расстоянии галактики исчезают, звезды меркнут и никакие сигналы далекой Вселенной увидеть нельзя. Что лежит за этим пределом? Если Вселенная ограничена в объеме, есть ли у нее граница? Достижима ли она? На что похож край Вселенной?
Человечество аккумулировало огромное количество информации о нашей Вселенной и о том, как она работает. Мы гордимся тем, что являемся самым умным видом на Земле, а также, на текущий момент, и во всей Вселенной. Однако информация, которую мы собрали о структуре нашей Вселенной, получена на основе 4%, которые мы можем наблюдать, измерить и проанализировать — обычного вещества. Оставшиеся 96% — это «темные» субстанции. Темные они потому, что мы ничего о них не знаем (и потому что физикам не хватает фантазии, когда дело доходит до наименований).