В 2015 году физика находится на мосту между старым миром и новым. Старая добрая Стандартная модель — набор уравнений, который объясняет многое, но, к счастью для нас, не все — физической работы Вселенной была подтверждена снова и снова, до невообразимого уровня точности.
Посмотрите на ночное небо и увидите, что оно заполнено звездами. Но невооруженным глазом можно разглядеть лишь микроскопическую их долю. В одной только галактике насчитывают до 100 миллиардов звезд, а галактик во Вселенной еще больше. Астрономы полагают, что в мире порядка 10^24 звезд. Эти мощнейшие электростанции бывают самых разных цветов и размеров — и рядом со многими из них наше Солнце выглядит крошкой. Но какая звезда будет настоящим гигантом небес? Начать стоит с определения того, что мы понимаем под гигантом. Будет ли это звезда с самым большим радиусом, например, или с самой большой массой?
В течение следующего десятилетия деликатное измерение первичного света может предоставить убедительные доказательства популярной теории космической инфляции, которая предполагает, что случайные микроскопические флуктуации плотности в ткани пространства и времени подарили жизнь Вселенной в процессе горячего и большого взрыва примерно 13,7 миллиарда лет назад.
«Два самых распространенных элемента во Вселенной — водород и глупость». — Харлан Эллисон. После водорода и гелия, в периодической таблице сплошь и рядом идут сюрпризы. В числе самых удивительных фактов есть и то, что каждый материал, которого мы когда-либо касались, который видели, с которым взаимодействовали, состоит из одних и тех же двух вещей: атомных ядер, заряженных положительно, и электронов, заряженных отрицательно. То, как эти атомы взаимодействуют между собой — как они толкаются, связываются, притягиваются и отталкиваются, создавая новые стабильные молекулы, ионы, электронные энергетические состояния, — собственно, определяет живописность мира вокруг нас.
В туманности Конская Голова обнаружено что-то странное. Эта туманность, названная так за свой жеребцовый силуэт, представляет собой вытянутое облако пыли и газа в 1500 световых годах от Земли, в котором постоянно рождаются новые звезды. Это один из самых узнаваемых небесных объектов, и ученые хорошо его изучили. В 2011 году астрономы из Института миллиметровой радиоастрономии (IRAM) и других мест снова к ней обратились.
Даже обжоры не могут есть вечно. Когда черные дыры в сердцах галактик набухают до 50 миллиардов масс нашего Солнца, они могут потерять диски газа, которые используют в качестве космических откормочных площадок. У большинства галактик в центре расположена сверхмассивная черная дыра. Вокруг нее есть регион пространства, в котором газ оседает в орбитальный диск. Этот газ может терять энергию и падать внутрь, вскармливая черную дыру. Но эти диски считаются неустойчивыми и склонны собираться в звезды.
Спорный эксперимент лаборатории Ферми, проведенный для поиска возможных признаков того, что наша Вселенная может быть голограммой, ничего не нашел. Называется он Holometer («голографический интерферометр»), и это детище физика лаборатории Ферми Крейга Хогана. Он придумал его в 2009 году как способ проверить так называемый голографический принцип.
Учитывая размеры Вселенной, есть веские причины предполагать существование жизни, помимо земной. И некоторые ученые твердо верят в то, что она будет обнаружена к 2040 году. Но как на самом деле выглядят (если они действительно есть) разумные внеземные формы жизни? Не одно десятилетие научная фантастика описывала нам пришельцев как низкорослых серых гуманоидов с большими головами и в целом не сильно отличающихся от человеческого вида. Однако есть как минимум десять веских причин считать, что разумная внеземная жизнь совсем не похожа на нас.
Борода, вообще, довольно популярна в мире на данный момент. Исследования показывают, что даже Солнечная система может быть «волосатей», чем предполагалось раньше. Гари Презо из Лаборатории реактивного движения NASA в Пасадене, Калифорния, предположил существование длинных нитей темной материи (волос). Работа была опубликована в журнале Astrophysical Journal.
В начале был знак вопроса. А потом и все остальное. Конец. Все мы слышали о теория Большого Взрыва (я сейчас про космологическую модель, а не про сериал), но важно понимать, чем эта теория является, а чем нет. Позвольте разъяснить одну точную, понятную и до смешного простую вещь: теория Большого Взрыва — это не теория создания Вселенной. Зафиксируйте это для протокола. Поправляйте людей, когда они ошибаются.
Через миллиарды лет Вселенная перестанет существовать. Но есть и хорошая новость: у нас много времени, чтобы к этому подготовиться и, возможно, даже выяснить, как обмануть космическую смерть. Вот несколько возможных способов, с помощью которых наши потомки могли бы пережить космологический апокалипсис. И, если вы там, в будущем, это читаете, не благодарите.
Вы можете разглядеть точку в вопросительном знаке этого предложения? А если отойти на пару метров? Эту мельчайшую деталь обычный человек может разглядеть с расстояния не больше метра. Называется это «разрешение». Лучшее разрешение оптической системы — вроде глаза — примерно задается отношением длины волны света, на который вы смотрите, и размером диафрагмы, через которую проходит свет.
Если человечество хочет когда-нибудь понять космос, ученые должны согласовать основные компоненты реальности. Клиффорд Джонсон, профессор физики и астрономии в USC Dornsife, объяснил, как Вселенная может вмещать дополнительные, скрытые измерения. Четырехмерная Вселенная, известная людям, представлена тремя пространственными и одним временным измерением, но на самом деле их может быть гораздо больше — просто они слишком малы, чтобы их обнаружить.
Можно сбиться со счета, сколько раз мы слышали фразу о том, что «ученые нашли первую по-настоящему землеподобную экзопланету». К настоящему моменту астрономы смогли определить наличие более 2000 различных экзопланет, поэтому неудивительно, что среди них есть и те, которые в той или иной степени действительно похожи на Землю. Однако сколько среди этих похожих на Землю экзопланет на самом деле могут быть обитаемыми?
Возможно, вы уже слышали о таком: известная нам Вселенная может внезапно дестабилизироваться и свернуться в совершенно новый тип физической реальности. Силы, которые движут нашим миром, канут в бездну, а вслед за ними — частицы, реакции, массы и даже сам свет. Что-то новое займет их место, но для нас это уже не будет иметь никакого значения, потому что мы превратимся в нечто совершенно неописуемое. Это будет даже не звездный материал.
Планеты, звезды, галактики, группы и кластеры (скопления) — все это реально. Но как насчет суперкластеров? Они не более чем оптическая иллюзия. Есть простой рецепт создания известной нам Вселенной: возьмите море вещества и излучения, которые начались с горячей, плотной и расширяющейся точки, и дайте ему остыть. Спустя достаточно долгое время образуются атомные ядра, нейтральные атомы и в конечном счете звезды, галактики и скопления галактик. Непреодолимая сила гравитации делает это неизбежным, благодаря ее влиянию на обычное (атомное) вещество, знакомое нам, и темную материю, наполняющую Вселенную, природа которой по-прежнему неизвестна.
«Конец? Нет, наше путешествие не заканчивается здесь. Смерть — это всего лишь еще одна дорога, по которой мы все должны пройти. Серый, дождливый занавес этого мира поднимается, и все превращается в серебряное стекло, и тогда вы это увидите». — Дж. Р. Р. Толкиен
Всему, что мы видим, узнаем и постигаем во Вселенной, однажды наступит конец. Не только нам всем придется однажды столкнуться с нашей собственной гибелью, но сами звезды выгорят, галактики умрут и даже сама материя, возможно, когда-нибудь перестанет существовать.
Ученые заметили свечение в космосе, которое могло прийти из другой Вселенной за пределами нашей, которая была рядом, когда материя, нас окружающая, впервые появилась. Уже давно возникла мысль, что наша Вселенная, возможно, была не единственной, которая появилась из Большого Взрыва: наша Вселенная могла быть всего одним кусочком вечно надувающейся большей вещи. Возможно, появилось большое число различных вселенных — но мы вряд ли когда-нибудь что-нибудь о них узнаем.
Мы не можем ее увидеть или почувствовать. Но Лиза Рэндалл считает, что темная материя может многое объяснить о нашей Вселенной — в том числе и гибель динозавров. Но каждый любитель астрономии знает, что темная материя весьма неуловимая штука. Мы не видим ее, не слышим, не чувствуем, не знаем, какова она на вкус и запах. Даже с использованием самого хитроумного научного оборудования в мире нам пока не удалось получить доказательств того, что эта давно предположенная форма вещества существует вообще — хотя считается, что Вселенная полна темной материи.
Звезды очаровывали людей испокон веков. Благодаря современной науке, мы знаем о звездах довольно много, об их разных типах и структурах. Знание этой темы постоянно пополняется и уточняется; астрофизики размышляют над рядом теоретических звезд, которые могут существовать в нашей Вселенной. Наряду с теоретическими звездами имеются и звездоподобные объекты, астрономические структуры, которые выглядят и ведут себя как звезды, но не обладают стандартными характеристиками, которыми мы описываем звезды. Объекты в этом списке находятся на грани физических исследований и не были наблюдаемы напрямую… пока.