Тайны вселенной

Самая большая планета

Первенство самой огромной планеты в Солнечной системе держит Юпитер, который вмещается в себя сотни таких планет как земля. Но в недрах видимой Вселенной притаился настоящий монстр.

Сравнение TRES-4B и Юпитера

До 2011 года планета TrES-4 обладала статусом самой крупной планеты Вселенной. Она была обнаружена в 2006 году. Находится на расстоянии полутора тысяч световых лет от земли. Это огромный шар, который состоит из водорода, а ее масса в 20 раз превосходит массу Юпитера. Температура на этой планете достигает 1260 градусов тепла по Цельсию и это огромный и невероятно горячий газовый гигант. Вероятно, эта планета точно не пригодна для органической жизни.

Сравнение HAT-P-32b с планетами Солнечной системы

Сейчас самая большая планета Вселенной это HAT-P-32b (на участке доступном для изучения учеными на сегоднешний день). Радиус планеты HAT-P-32b составляет 145 629 км, что соответствует 2,037 радиуса самой крупной планеты системы Солнца – Юпитера. Масса экзопланеты равна 0,941 от массы Юпитера. Впервые объект был обнаружен в 2004 году, но статус планеты был присвоен только 08 июня 2011 года. Подробней о самых больших планетах Вселенной читайте в нашей статье: самые большие планеты Вселенной.

Если говорить об экзопланетах, на которых гипотетически может быть жизнь, то одной из самых больших планет во Вселенной является Глизе 581, которая была открыта в 2007 году на расстоянии 20 тысяч световых лет от земли в чилийской обсерватории Ла Силья при помощи доплеровского смещения.

Видимая Вселенная и ее размеры

Видимая, или Наблюдаемая Вселенная – очень сложное понятие. По теории советского геофизика Фридмана, все космическое пространство находится сейчас в стадии расширения. При этом все его элементы отдаляются друг от друга со сверхсветовой скоростью. Относительно Земли, видимая часть вселенских просторов – это та область безграничного пространства, откуда до нас может поступать излучение. При этом сам объект, испускающий сигнал, уже мог приобрести сверхсветовую скорость удаления от нашей галактики, но излучение от него мы все еще регистрируем.

Каковы размеры Видимой Вселенной? Границей наблюдаемой части космоса является космологический горизонт. Все вселенские структуры, находящиеся за пределами этой области, испускают излучение, которое не доходит до Солнечной системы. Однако точные размеры видимой части Вселенной установить очень трудно из-за ее постоянно ускоряющегося расширения.

Если принять нашу звездную систему за центр наблюдаемой части космоса, а поверхность последнего рассеяния реликтового излучения за космологический горизонт, то вся эта сфера в диаметре будет составлять 93 млрд. световых лет. Ее составной структурой является Метагалактика —  область космического пространства, доступная для изучения современными астрономическими приборами. Метагалактика однородна и изотропна, а исследователи до сих пор спорят, является ли она всей Вселенной или только ее маленькой частицей. Ее протяженность постоянно меняется из-за совершенствования технологий, использующихся астрономами.

Как описать общие законы бытия в Космосе?

Человеческий разум настроен на то, что любой закон это определенный запрет. Законы Мироздания или космического бытия имеют одно, но кардинальное отличие от привычных нам правил. В глобальной системе важным понятием является необходимость и полезность каких-либо действий, а не запрет ради запрета. Поступки и действия каждой конкретной мыслящей единицы оцениваются с точки зрения общей пользы. А главное, изначально оценка направлена на самого себя. Кратко общие правила гармоничного бытия можно свести к следующему:

1. После разрушения всегда следует возрождение;
2. Высшие силы идеально мудры, а потому всегда помогут достойным;
3. Каждый день должен быть наполнен действиями;
4. Помогать необходимо каждому, но без ущерба личным интересам;
5. Если скопилась лишняя энергия, ее следует отдать или направить на совершение положительных поступков;
6. Зло должно отсутствовать как на отдельной планете, так и во всем космическом пространстве;
7. Смысл существования заключается не в накоплении материальных ценностей, а в получении опыта и знаний через жизнь, в постоянном саморазвитии;
8. Страх смерти не должен сопровождать человеческую жизнь, поскольку возрождение неизбежно;
9. Сотрудничество и взаимодействие между мыслящими единицами необходимо, так как они есть мощь и сила.

Темная материя

Геометрия Вселенной связана с плотностью ее вещества: если она больше определенного значения (5,5 атома водорода на кубический метр. — Прим. T&P), Вселенная закрытая, если меньше — открытая, а если равна — плоская. Соответственно, если Ω — отношение плотности Вселенной и критической плотности — больше единицы, то Вселенная закрытая, если меньше — открытая, а если равна — плоская.

В 1936 году Альберт Эйнштейн опубликовал в журнале Science статью («Линзоподобное действие звезды при отклонении света в гравитационном поле». — Прим. T&P), в которой писал, что раз пространство искривляется из-за гравитации и есть такие тяжелые объекты, как звезды, то свет, находящийся за звездой, обходит мешающие ему объекты, а пространство может выступать в роли линзы

Он пришел к этим выводам еще в 1914 году, но забыл о них, потому что считал, что это не так важно. На самом деле феномен гравитационной линзы, конечно, крайне важен

Вследствие явления, описанного Эйнштейном, мы можем видеть на изображении выше не только отдельные галактики и их скопления, но и множественные изображения одной и той же галактики. Свет от этой галактики прошел через другую галактику, попал в гравитационную линзу и был искажен.

Мы также можем подсчитать массу галактики, которая так сильно исказила свет. Эту сложную задачу, математическую инверсию, ученые решили в конце 1990-х годов. Они получили диаграмму распределения масс, на которой галактики обозначены пиками, — но присутствуют также пики там, где галактик вроде бы не видно. Это невидимая материя, которой в 40 раз больше, чем видимой, а раз она невидима и не сияет, то ее назвали темной. Оказалось, что в галактиках гораздо больше темной материи, чем материи самих галактик.

Темная материя состоит не из обычных протонов и нейтронов, а из других элементарных частиц. Она везде, а раз так, мы можем провести эксперимент здесь, на Земле, чтобы ее найти. Можно попробовать зафиксировать взаимодействие какой-нибудь массивной темной частицы с обычной частицей. Этому мешает естественный радиационный фон, поэтому такие эксперименты проводятся глубоко под землей. В качестве мишеней используются кристаллы кремния или германия, охлажденные до 0,001°C. Такие детекторы расположены в разных частях земного шара, но пока что они не зафиксировали ничего, что можно было бы однозначно трактовать как темную материю. Можно еще попробовать создать темную материю в лабораторных условиях — для этого у нас есть Большой адронный коллайдер. Но сейчас для нас важнее не из чего состоит темная материя, а сколько она весит — коль скоро она составляет бóльшую часть массы Вселенной.

Глядя на диаграмму выше, мы можем подсчитать общую массу, массу видимых галактик и массу темной материи. Однако все обнаруженные учеными массы составляют только 30% массы, необходимой, чтобы Вселенная была плоской. Можно было бы сделать вывод, что наша Вселенная открытая и будет расширяться бесконечно. Но здесь есть подвох: все эти подсчеты касаются только галактик и их скоплений. А то, что находится между ними, мы взвесить не можем. Так что нам нужен какой-нибудь другой объект для измерения.

Точка зрения Эйнштейна

В его теории относительности пространство и время больше не были Абсолютными, привязанными к какой-то точке отсчета. Он предположил, что они способны к динамическому развитию, которое определяется энергией во Вселенной. Время по Эйнштейну настолько неопределенно, что нет особой необходимости в его определении. Это походило бы на выяснение направления к югу от Южного полюса. Довольно бессмысленное занятие. Любое так называемое «начало» Вселенной было бы искусственно в том смысле, что можно было бы попытаться рассуждать о более «ранних» временах. Проще говоря, это проблема не столько физическая, сколько глубоко философская. Сегодня ее решением занимаются лучшие умы человечества, которые неустанно думают про образование первичных объектов в космическом пространстве.

Сегодня наиболее распространен позитивистский подход. Проще говоря, мы осмысляем само строение Вселенной так, как можем его представить. Ни у кого не получится спросить, является ли используемая модель истинной, нет ли других вариантов. Ее можно считать удачной, если она достаточно изящна и органически включает в себя все накопленные наблюдения. К сожалению, мы (скорее всего) неправильно интерпретируем некоторые факты, пользуясь искусственно созданными математическими моделями, что в дальнейшем приводит к искажению фактов об окружающем нас мире. Думая о том, что такое Вселенная, мы упускаем из виду миллионы фактов, которые пока еще попросту не открыты.

Откуда появилась Вселенная?

Если Вселенная возникла из космологической сингулярности, то откуда взялась сама сингулярность? На данный вопрос дать точный ответ, пока, невозможно. Рассмотрим некоторые космологические модели, затрагивающие «рождение Вселенной».

Циклические модели

Данные модели строятся на утверждении, что Вселенная существовала всегда и со временем лишь меняется ее состояние, переходя от расширения к сжатию – и обратно.

Модель Стейнхардта-Турока. Данная модель строится на теории струн (М-теории), так как использует такой объект как «брана». Согласно этой модели видимая Вселенная располагается внутри 3-бране, которая периодически, раз в несколько триллионов лет, сталкивается с другой 3-браной, что вызывает подобие Большого Взрыва. Далее наша 3-брана начинает отдаляться от другой и расширяться. В какой-то момент доля темной энергии получает первенство и скорость расширения 3-браны растет. Колоссальное расширение рассеивает вещество и излучение настолько, что мир становится почти однородным и пустым. В конце концов происходит повторное столкновение 3-бран, в результате чего наша возвращается к начальной фазе своего цикла, вновь зарождая нашу «Вселенную».

Моделирование бран

• Теория Лориса Баума и Пола Фрэмптона также гласит о цикличности Вселенной. Согласно их теории последняя после Большого Взрыва будет расширяться за счет темной энергии до тех пор, пока не приблизится к моменту «распада» самого пространства-времени – Большой Разрыв. Как известно, в «замкнутой системе энтропия не убывает» (второе начало термодинамики). Из этого утверждения следует, что Вселенная не может вернуться к исходному состоянию, так как во время такого процесса энтропия должна убывать. Однако эта проблема решается рамках данной теории. Согласно теории Баума и Фрэмптона за миг до Большого Разрыва Вселенная распадается на множество «лоскутов», каждый из которых обладает довольно малым значением энтропии. Испытывая ряд фазовых переходов, данные «лоскуты» бывшей Вселенной порождают материю и развиваются аналогично первоначальной Вселенной. Эти новые миры не взаимодействуют друг с другом, так как разлетаются со скоростью больше скорости света. Таким образом, ученые избежали и космологической сингулярности, с которой начинается рождение Вселенной согласно большинству космологических теорий. То есть в момент конца своего цикла Вселенная распадается на множество других невзаимодействующих миров, которые станут новыми вселенными.
• Конформная циклическая космология – циклическая модель Роджера Пенроуза и Ваагна Гурзадяна. Согласно данной модели Вселенная способна перейти в новый цикл, не нарушая второе начало термодинамики. Данная теория опирается на предположение, что черные дыры уничтожают поглощенную информацию, что неким образом «законно» понижает энтропию Вселенной. Тогда каждый такой цикл существования Вселенной начинается с подобия Большого Взрыва и заканчивается сингулярностью.

Инфографика конформной циклической космологии

Другие модели возникновения Вселенной

Среди других гипотез, объясняющих появление видимой Вселенной наиболее популярны две следующие:

• Хаотическая теория инфляции — теория Андрея Линде. Согласно данной теории существует некоторое скалярное поле, которое неоднородно во всем своем объеме. То есть в различных областях вселенной скалярное поле имеет разное значение. Тогда в областях, где поле слабое – ничего не происходит, в то время как области с сильных полем начинают расширяться (инфляция) за счет его энергии, образуя при этом новые вселенные. Такой сценарий подразумевает существование множества миров, возникших неодновременно и имеющих свой набор элементарных частиц, а, следовательно, и законов природы.
• Теория Ли Смолина – предполагает, что Большой Взрыв не является началом существования Вселенной, а – лишь фазовым переходом между двумя ее состояниями. Так как до Большого Взрыва Вселенная существовала в форме космологической сингулярности, близкой по своей природе к сингулярности черной дыры, Смолин предполагает, что Вселенная могла возникнуть из черной дыры.

Рождение Вселенной из черной дыры

Вселенная оказалась не плоской. Это проблема для стандартной физики

Самый точный на сегодня анализ анизотропии реликтового излучения, проведенный по данным спутника Европейского космического агентства «Planck», показал, что Вселенная (имеется ввиду трехмерное пространство) не плоская, а обладает положительной кривизной. Этот результат находится в полном несоответствии не только со всеми предыдущими астрофизическими данными и большинством общепринятых теорий эволюции космоса, но и с инфляционной моделью – стремительным расширением пространства в первые мгновения Большого взрыва. Результаты исследования представлены в журнале Nature Astronomy.

«Аномалии всегда играли большую роль в улучшении нашего понимания Вселенной, и обнаруженные нами разногласия указывают на необходимость «написания» нового космологического сценария», – рассказывает Элеонора Ди Валентино, ведущий автор исследования из Манчестерского университета (Великобритания).

Параллельные прямые пересекаются

Одно из основных предсказаний инфляционной теории, которая описывает эволюцию Вселенной вскоре после Большого взрыва, заключается в том, что она должна быть плоской, то есть мы не можем наблюдательно обнаружить ее кривизну, и на всем ее протяжении пространство можно описать при помощи привычной нам евклидовой геометрии. Например, сумма углов сколь угодно большого треугольника равна 180 градусам, а две параллельные прямые не пересекаются.

Три возможные формы Вселенной: эллиптическая (положительная кривизна пространства, согласно текущему исследованию), гиперболическая (отрицательная кривизна пространства) и плоская (нулевая или почти нулевая кривизна пространства, принято считать). В первом случае сумма углов сколь большого треугольника больше 180 градусов, во втором – меньше, а в третьем – равна. Credit: NASA

Предыдущие исследования, основанные на измерениях реликтового излучения спутником NASA «Wilkinson Microwave Anisotropy Probe», давали результаты, совместимые с этим прогнозом, однако выпущенный в 2020 году набор данных обсерватории «Planck» показал, что Вселенная является замкнутой, а не плоской, с более чем 99-процентным уровнем достоверности.

Вселенная не бесконечна

Согласно полученным результатам, пространство всего на 4 процента «более изогнуто», чем принято считать. Однако даже этого незначительного отклонения достаточно, чтобы внести существенные сомнения во все остальные существующие наборы данных. Например, Вселенная становится не бесконечной, модель вечной инфляции – несостоятельной, а содержание темных энергии и материи придется пересмотреть. С другой стороны, зная искривленность пространства, мы сможем точно рассчитать размер «невидимого» нам сегодня участка космоса, и, следовательно, всей Вселенной.

«В последние годы космологи «скрывали» эти аномалии, списывая их на погрешность. Но теперь их статистическая достоверность настолько велика, что пришло время взглянуть на них без предубеждений. Независимо от того, насколько элегантна, красива, симметрична или естественна ваша теория, последнее слово всегда за экспериментальными данными», – добавил Алессандро Мельхиорри, соавтор исследования из Римского университета (Италия).

Художественное представление будущего комического аппарата ESA «Euclid», целью которого станет изучение темной энергии и темной материи, а также более точное определение скорости расширения Вселенной. Credit: ESA

Авторы отмечают, что, хотя нынешние разногласия указывают на новый космологический сценарий, необнаруженные систематические погрешности все еще могут играть роль. В ближайшие несколько лет новые проекты, такие как «Dark Energy Survey» и «Euclid», предоставят наблюдательные данные, которые могут иметь решающее значение для фальсификации ведущей модели холодной темной материи.

Основные теории происхождения Вселенной

Большой взрыв не единственное современное представление о происхождении и эволюции Вселенной. Научный мир знает множество теорий возникновения мира, основными из которых являются:

• Теория струн. Ее основное утверждение
  заключается в том, что все существующее состоит из мельчающих энергетических
  нитей. Такие квантовые струны могут растягиваться, искривляться и располагаться
  в любых направлениях, что делает космическое пространство многомерным. И каждое
  из этих измерений имеет свою эволюционную стадийность.
• Теория стационарной Вселенной. По этой
  версии, в расширяющемся пространстве космоса постоянно возникает новая материя,
  что делают всю систему стабильной. Идея была популярна в середине 20-го века,
  но после открытия и изучения реликтового излучения у нее практически не
  осталось сторонников.

Не исключено, что все
предположения о возникновении мироздания, признанные сейчас в научном мире, не
будут опровергнуты в будущем. И чем дальше и дольше человечество исследует
космические просторы, тем больше новых ответов и вопросов оно находит.

Возможные сценарии развития нашего мира

1. Пульсирующая модель Вселенной, при которой вслед за периодом расширения наступает период сжатия и все заканчивается Большим хлопком 2. Вселенная со строго подогнанной средней плотностью, в точности равной критической. В этом случае наш мир Евклидов, и его расширение все время замедляется 3. Равномерно расширяющаяся по инерции Вселенная. Именно в пользу такой открытой модели мира до последнего времени свидетельствовали данные о подсчете средней плотности нашей Вселенной 4. Мир, расширяющийся со все нарастающей скоростью. Новейшие экспериментальные данные и теоретические изыскания говорят о том, что Вселенная разлетается все быстрее, и несмотря на евклидовость нашего мира, большая часть галактик в будущем будет нам недоступна. И виновата в столь странном устроении мира та самая темная энергия, которую сегодня связали с некоей внутренней энергией вакуума, заполняющего все пространство

Сергей Рубин, доктор физико-математических наук, источник — www.vokrugsveta.ru/publishing/vs/archives/?item_id=310

Чёрные дыры во вселенной

Давайте для начала разберёмся, что же такое эти загадочные Чёрные дыры?Так называют область пространства времени, с великим гравитационным притяжением. Как это ни странно, но покинуть её не могут никакие объекты. Граница этой области, так называемый горизонт событий. Её характерный размер — это гравитационный радиус.

Появление чёрных дыр

Как оказалось, чёрную дыру называют еще точкой невозврата.Это ещё одна великая загадка вселенной.Само понятие Чёрная дыра появилось в 1967 году благодаря астрофизику Джону Уиллеру. А с помощью телескопа впервые заметили в 1971 году.Более того, считается, что чёрные дыры — это угасшие звёзды, обладающие высокой плотностью. Даже свет не проходит сквозь их пределы. Отсюда и название. Они поглощают все вокруг себя.

Теория о звёздном происхождении

Как известно из астрофизики, жизнь звезды может длиться миллиарды тысяч световых лет, но рано или поздно подходит к концу. Все звезды имеют запас топлива, и когда он заканчивается, она, скажем так, гаснет.В зависимости от размера погаснувшая звезда может превратиться либо в белого карлика, либо в нейтронную звезду, либо в чёрную дыру. На самом деле, в последнюю чаще всего трансформируются самые большие объекты. Вероятнее всего, это связано с тем, что происходит сжимание огромных размеров, соответственно увеличивается масса, плотность, а значит и гравитация.

Учёные предполагают, что Чёрные дыры существуют во всех галактиках. Только наша, называемая Млечный путь, вмещает в себя около сотни миллионов таких дыр.

Интересные факты:

⦁ Чёрные дыры небольшого размера выделяют испарение, названное в честь открывшего его учёного «излучение Хокинга». ⦁ Учёные открыли две самые большие Чёрные дыры. Их масса составляет примерно 9,7 миллионов солнечных масс.⦁ Считается, что Чёрные дыры могут расти, за счёт того что они всасывают вещества, чаще всего газ и звезды.⦁ Занимательно, что Эйнштейн вычислил существование таких объектов в 1915 году и раньше их называли застывшими или сколлапсировавшими звёздами.⦁ Чёрные дыры движутся, и движутся очень быстро. При этом есть вероятность столкновения с другими объектами. В этом случае они не поглощают, а просто меняют их движение.

Образование чёрных дыр

Существует несколько теорий на данную тему:

1. Квантовые чёрные дыры могут возникать в результате ядерных реакций.
2. Первичные, образованные после Большого взрыва.
3. Чёрные дыры звёздных масс — погасшая звезда, в состав которой входят гелий, углерод, кислород, неон, магний, кремний и железо. Либо это угасшая нейтронная звезда весом 2-3 солнечной массы.

Чёрные дыры одни из самых загадочных образований вселенной. Как ни странно, их изучение началось относительно недавно

Они притягивают внимание и интерес, как и всё остальное во вселенной. Пока непонятно, для чего они нужны

Но как говорится, «если звёзды зажигаются, значит это кому — нибудь нужно». Только с оговоркой, если звёзды гаснут, то это, зачем то нужно.

В любом случае, для человека космос остаётся непостижимым и таинственным. Да, мы приложили немало усилий по его изучению. Да, мы уже многое узнали.

Но, остаётся еще бесчисленное неизведанное и неразгаданное. Наверное поэтому вселенная манит нас своими просторами, тайнами и загадками. Это страшно притягательная сила, скажу я Вам.

Не разгаданные тайны мира и загадки вселенной еще надолго останутся необъяснимыми для человека. Но учёные всего мира продолжают исследование космоса, создают новые технологии и способы для этого. А мы следим за этим и интересуемся.