Появление вселенной! Международная группа ученых получила экспериментальное подтверждение теории Большого взрыва. Им удалось в ходе опытов со столкновением частиц -воссоздать первые мгновения зарождения Вселенной: Согласно теории, в течение нескольких микросекунд после Большого взрыва произошел мощный скачок температуры, при которой материя существовала в виде плазмы - хаотичного движения фундаментальных частиц. Эти частицы называются кварками (это базовые "кирпичики" мироздания + глюоны - нейтральные частицы, которые сцепляют кварки между собой). После падения температуры глюоны соединили кварки в протоны и нейтроны, те образовали ядра и атомы. Во время экспериментов специалисты смогли воссоздать плазму материи, предположительно образовавшуюся после взрыва. В частности, они сталкивали ядра атомов золота на скорости, близкой к скорости света. В итоге температура в зоне эксперимента повысилась до двух триллионов градусов, что в 300 млн раз превышает температуру поверхности Солнца. Было отмечено также и исчезновение одного из сталкиваемых потоков ядер. Как считают ученые, ядра распались на невидимые кварки, существовавшие доли секунды.

Ученые считают, что жизнь на Земле зародилась на 300 млн лет раньше, чем предполагают. Ученые считают, что жизнь на Земле зародилась на 300 млн лет раньше, чем предполагают. Жизнь на Земле появилась на 300 млн лет раньше, чем предполагают специалисты, обнаружившие следы жизни в осколке каменной гряды, находящейся в 150 км от главного города острова Гренландия - Нуука. Жизнь на Земле появилась на 300 млн лет раньше, чем предполагают специалисты, обнаружившие следы жизни в осколке каменной гряды, находящейся в 150 км от главного города острова Гренландия - Нуука. Возраст камня оценивается в четыре млрд лет. Ученые намерены доказать, что жизнь на Земле в форме морских водорослей появилась гораздо ранее, чем это зафиксировано сейчас специалистами в области геологии. Возраст камня оценивается в четыре млрд лет. Ученые намерены доказать, что жизнь на Земле в форме морских водорослей появилась гораздо ранее, чем это зафиксировано сейчас специалистами в области геологии.

Американские ученые обнаружили свидетельства того, что 380 млн. лет назад наша планета столкнулась с неизвестным космическим телом, в результате чего погибло 40% всех обитателей океана. Как сообщила группа исследователей - это тело могло быть кометой или астероидом. И врезалось оно в Землю в том месте, где сейчас находится марокканская часть пустыни Сахары. По словам ученых, открытие является еще одним подтверждением теории, что эволюционное развитие на Земле происходило во многом под воздействием космических "пришельцев" - комет и астероидов. После столкновения с ними погибали одни организмы и образовывались новые. Подобные катаклизмы, как считается, происходили еще несколько раз миллионов, 200 миллионов и 65 миллионов лет назад. Место падения астероида 65 миллионов лет назад также известно - это полуостров Юкатан в Мексике. Тогда погибло около 75% живых существ на планете, в том числе и динозавры. По словам ученых, открытие было сделано в ходе изучения в марокканской пустыне каменистых пластов девонского периода. Ископаемые остатки позволяют также сделать однозначный вывод - катастрофа привела к образованию новых организмов. Ученые доказали, что развитие Земли изменили гигантские метеориты

Тайну происхождения жизни раскроют глубоководные микроорганизмы Работы ученых по расшифровке генома микроорганизмов, обитающих в гидротермальных источниках на океанском дне, - это весомый вклад в изучение вопросов зарождения и эволюции жизни на планете. Эти работы направлены на изучение вопросов существования на планете, эволюционных и адаптационных проблем. Ученые впервые предпринимают попытку расшифровать ген этих уникальных микроорганизмов, которые, по мнению ряда экспертов, являются древнейшими обитателями на планете и могли возникнуть около 4 миллиардов лет назад.

Ученые оживили древнейшую бактерию. Американским ученым удалось оживить бактерию, обнаруженную в куске соли возрастом 250 млн. лет. Бактерия была найдена в небольшой капле воды, которая уцелела внутри кристалла соли. Эта находка была сделана на глубине около 500 м недалеко от города Карлсбада в штате Нью-Мексико. Сейчас проводится уточнение возраста бактерии. Некоторые ученые не исключают возможности того, что микроорганизм попал в недра кристалла вместе с просочившейся в него позднее водой. Если возраст бактерии подтвердиться, то она станет самым древним представителем жизни на земле, который когда- либо оживляли ученые. Ранее исследователям удалось вернуть к жизни бактерию, споры которой были обнаружены во внутренностях пчелы из куска янтаря, сформировавшегося от 25 до 30 млн. лет назад. По мнению ряда ученых, нынешняя находка подтверждает гипотезу о внеземном происхождении жизни на Земле. Тот факт, что бактерия может выйти из анабиоза через 250 млн. лет, доказывает, что микроорганизмы могли бы выдержать космическое путешествие и появиться на нашей планете вместе с метеоритами.

Вселенная погибнет через 20 млрд лет из-за "большого взрыва", полагают американские ученые Вселенная, возникшая 13,7 млрд лет назад в результате Большого взрыва, прекратит свое существование примерно через 20 млрд лет из-за последствий того же Большого взрыва. Такую гипотезу выдвинула группа американских астрофизиков, основываясь на последних результатах космических исследований. Американские ученые считают, что процесс расширения пространства будет продолжаться с нарастающим ускорением под воздействием загадочной темной энергии, занимающей, согласно последним открытиям, около 73 процентов от всей массы Вселенной. В результате этого катастрофического процесса не только все космические объекты начнут разлетаться все дальше друг от друга, но и будут преодолены силы ядерного взаимодействия. По словам одного из ученого, "расширение станет таким быстрым, что буквально разорвет на части" галактики, звезды, Солнечную систему, планеты. "В конце концов оно разорвет и материю", - обещает ученый. "Мы не знаем, что будет после этого, - говорит он. - Но это будет выглядеть как конец времени".

Почему ученые считают, что Вселенная началась со взрыва?

Астрономы приводят три очень разные последовательности рассуждений, которые создают прочную основу для данной теории. Давайте рассмотрим их подробнее.

Открытие явления расширения Вселенной . Вероятно, самое убедительное доказательство теории Большого Взрыва вытекает из замечательного открытия, сделанного американским астрономом Эдвином Хабблом в 1929 году. До этого большинство ученых считали Вселенную статичной - неподвижной и не меняющейся. Но Хаббл обнаружил, что она расширяется: группы галактик разлетаются одна от другой, так же как осколки разбрасываются в разных направлениях после космического взрыва (см. раздел "Постоянная Хаббла и возраст Вселенной" в этой главе).

Очевидно, что если какие-то объекты разлетаются, то когда-то они были ближе один к другому. Прослеживая процесс расширения Вселенной назад во времени, астрономы пришли к выводу, что около 12 миллиардов лет назад (плюс-минус несколько миллиардов лет) Вселенная представляла собой невероятно горячее и плотное образование, высвобождение огромной энергии из которого было вызвано взрывом колоссальной силы.

Открытие космического микроволнового фона . В 1940-х годах физик Георгий Гамов понял, что Большой Взрыв должен был породить мощное излучение. Его сотрудники предположили также, что остатки этого излучения, охлажденные в результате расширения Вселенной, могут все еще существовать.

В 1964 году Арно Пенциас и Роберт Вилсон из AT & Т Bell Laboratories , сканируя небо с помощью радиоантенны, обнаружили слабое равномерное потрескивание. То, что они сначала приняли за радиопомехи, оказалось слабым "шелестом" излучения, оставшегося после Большого Взрыва. Это однородное микроволновое излучение, пронизывающее все космическое пространство (его еще называют реликтовым излучением). Температура этого космического микроволнового фона (cosmic microwave background) в точности такая, какой она должна быть по расчетам астрономов (2,73° по шкале Кельвина), если охлаждение происходило равномерно с момента Большого Взрыва. За свое открытие А. Пенциас и Р. Вилсон в 1978 году получили Нобелевскую премию по физике.

Изобилие гелия в космосе . Астрономы обнаружили, что по отношению к водороду количество гелия в космосе составляет 24 %. Причем ядерные реакции внутри звезд (см. главу 11) идут недостаточно долго для того, чтобы создать так много гелия. Но гелия как раз столько, сколько теоретически должно было образоваться во время Большого Взрыва.

Как оказалось, теория Большого Взрыва успешно объясняет явления, наблюдаемые в космосе, но остается только отправной точкой для изучения начального этапа развития Вселенной. Например, эта теория, несмотря на ее название, не выдвигает никаких гипотез об источнике "космического динамита", который и вызвал Большой Взрыв.

После Второй мировой войны во многих областях технологии произошли революционные сдвиги. То была эпоха полупроводников, лазера и электронно-вычислительных машин. Научная аппаратура также подверглась радикальному усовершенствованию. Многие эксперименты, проведение которых было неосуществимо с помощью техники сороковых годов, стали рутиной в шестидесятых. Детекторы радиации, что особенно для нас важно, тоже были усовершенствованы во стократ. К шестидесятым годам обнаружение сверхслабой магнитной радиации, предсказанной теорией "большого взрыва", стало технически осуществимым.

В 1965 году два американских ученых, сотрудники научно-исследовательской лаборатории телефонной компании "Белл", Арно Пензиас и Роберт Уилсон, занимались измерениями галактических радиоволн с помощью особо чувствительных антенн. Во время испытания антенны они заметили очень слабое, незнакомое электромагнитное излучение, которое шло, казалось, со всех сторон из космического пространства. Вскоре стало ясно, что это и есть та самая радиация, которую предсказала теория "большого взрыва" .

После опубликования открытия Пензиаса и Уилсона их результаты были подтверждены многими другими исследователями. В настоящее время не остается и тени сомнения, что это фундаментальное предположение теории "большого взрыва" является научно обоснованным фактом. Более того, подтвердились также и другие ключевые предположения этой теории. Так, например, теория предполагает, что все галактики Вселенной разбегаются с огромной скоростью в результате первоначального взрыва, причем отдаленные галактики движутся с большей скоростью, чем ближние. Это угаданное Гамовым "разбегание" галактик было подтверждено, главным образом, исследованиями американского астронома Эдвина Хаббла; скорость галактического движения получила название константы Хаббла. Еще одна победа теории "большого взрыва" связана с химическим составом Вселенной. Соотношение количества водорода и гелия, наблюдаемое во Вселенной, полностью соответствует постулатам теории.

Теория "большого взрыва" получила дополнительное подтверждение в конце 90-х годов, когда космический спутник СОВЕ передал результаты произведенных им измерений. Американское Агентство по Освоению Космического Пространства (NASA) запустило этот спутник за пределы атмосферы с целью измерения различных свойств излучения, вызванного "большим взрывом". Полученная информация полностью подтвердила теорию "большого взрыва". Английский журнал Nature назвал эти исследования "триумфом науки", а журнал Scientific American за июль 1992 года открывался статьей "Дальнейшие доказательства теории "большого взрыва" .

Открытия, сделанные в 1992 году с помощью СОВЕ, неоднократно освещались также и в широкой прессе. Поскольку все предположения теории "большого взрыва" получили подтверждение, она превратилась в общепринятую космологическую теорию, все же прочие теории этого рода были преданы забвению. В настоящее время все космологические исследования проводятся исключительно в рамках теории "большого взрыва" Окончательное признание обоснованности этой теории пришло в 1978 году, когда Арно Пензиасу и Роберту Уилсону за их фундаментальное открытие была присуждена Нобелевская премия по физике. К сожалению, Джордж Гамов умер в 1968 году и не мог разделить с ними славу, ибо правила Нобелевского комитета не допускают присуждения премии посмертно

Значение открытия Пензиаса и Уилсона трудно переоценить. Профессор Стивен Вайнберг назвал его "одним из важнейших научных открытий двадцатого века". Энтузиазм Вайнберга вполне понятен Теория "большого взрыва" радикально изменила наши представления о происхождении Вселенной.

Начиная с 1980 года, теория "большого взрыва" обогатилась существенными новыми открытиями, которые Гут и Стайнхардт определили общим термином "расширяющаяся Вселенная". В недавно опубликованной статье, где подводятся итоги этих новых открытий, имеется следующая фраза: "первоначально Вселенная находилась в беспорядочном, хаотическом состоянии". Одна из новых книг по космологии подробно рассматривает феномен изначального хаоса и проистекающие из него важнейшие космологические последствия. Раздел книги, где рассматривается этот вопрос, озаглавлен "Первичный хаос" и помещен в главе, называющейся "От хаоса к космосу". И, наконец, Андрей Линде, профессор Московского физического института имени Лебедева, предложил так называемый "сценарий хаотического расширения", описывающий истоки Вселенной. Объяснение природы этого хаоса и его значения выходит за пределы данной монографии, однако необходимо подчеркнуть, что роль хаоса в развитии первоначальной Вселенной превратилась в важнейший предмет космологических исследований .

Существует широко распространенное убеждение, что, поскольку в настоящее время космологические изменения происходят чрезвычайно медленно, то они и всегда происходили в таком же темпе. В этом, по сути дела, и заключалась философия прежних, ныне опровергнутых космологических теорий. Современная же теория, теория "большого взрыва", гласит, напротив, что длинная цепь драматических космологических изменений в начале Вселенной совершилась в чрезвычайно короткое время. Эту ситуацию ярко подчеркнул профессор Гарвардского университета Стивен Вайнберг, назвав свою популярную книгу по современной космологии "Первые три минуты ". Профессору Вайнбергу понадобилась 151 страница текста и множество диаграмм, чтобы описать те важнейшие космологические изменения в нашей Вселенной, которые заняли всего три минуты.

Основные выводы, следующие из данной главы, лучше всего передает формулировка профессоров Гута и Стайнхардта, которые считают, что "с исторической точки зрения, вероятно, самый революционный аспект" современной космологической теории заключается в утверждении, что материя и энергия были сотворены в буквальном смысле этого слова. Они подчеркивают, что "этот постулат радикально противоречит многовековой научной традиции, утверждавшей, что нельзя сделать нечто из ничего".

Астрономия, т.е. наука о Вселенной, получила гигантское развитие за последние 60 лет, которое фактически сравнимо с революцией. Еще совсем недавно ученым казалось, что наша Вселенная стационарна, т.е. в ней не происходят никакие изменения и что сегодня она такая же, какой была сотни лет назад. На самом деле Вселенная находится в состоянии бурного динамического развития и там происходят катастрофы, рождение и гибель новых звезд, столкновения галактик, образование новых звезд, включая нейтронные звезды и черные дыры. Вселенная расширяется и все внутри Вселенной движется и изменяется, расстояния между галактиками увеличиваются и они удаляются от нас и друг от друга с ускорением. Исследование зависимости скорости удаления галактик от расстояния между ними позволило Э. Хабблу определить возраст Вселенной. Чем больше расстояние между двумя галактиками, тем быстрее они удаляются друг от друга (закон Хаббла). Закон Хаббла позволяет определить возраст Вселенной. Оказалось, что наша Вселенная образовалась около 14 миллиардов лет. Внутри Вселенной имеется огромное количество темной, т.е. невидимой материи (а dark matter), которая удерживает галактики вместе и темной энергии (а dark energy) или силы отталкивания, ответственной за разбегание галактик с ускорением. Видимая материя составляет всего 4% и одна из причин, почему ученые построили суперколлайдер, чтобы понять природу невидимых материй, исследовать куда исчезло антивещество из Вселенной, а также проверить предсказания новых физических моделей и, в частности стандартную модель и различные суперсимметрии. Говоря иначе, Вселенная находится в состоянии бурного развития и огромное количество революционных открытий изменили отношение к ней не только ученых, но и широкой общественности.

Я преподавал астрономию много лет в одном из университетов Чикаго. Довольно часто в неформальной обстановке мои родственники, друзья да и просто знакомые просят меня рассказать об особенностях нашей Вселенной и, в частности, о моменте ее возникновения и этапах ее развития. Когда я говорю, что наша Вселенная возникла около 14 миллиардов лет тому назад в результате Большого Взрыва (a Big Bang), мне не забудут задать вопрос, а откуда вы все это знаете, ведь вас тогда не было, и вы не могли увидеть момент ее возникновения. Или как сказали бы в Одессе – вас там не стояло. Цель этой статьи не только рассказать о свидетельствах, подтверждающих Большой Взрыв, но и показать, как мы познаем нашу Вселенную. Наши знания основаны на двух фактах – наблюдениях с помощью телескопов, a light bucket, и применении соответствующих законов физики. Полную информацию о Вселенной мы можем получить, применяя различные телескопы, регистрируя все виды излучений, приходящих к нам из космоса, – от радиоволн до гамма-лучей.

Рассмотрим несколько примеров, как астрономы определяют те или иные характеристики Вселенной. Например, чтобы определить массу Солнца мы должны рассмотреть движение Земли вокруг Солнца, измерить ее период обращения (1 год) и расстояние от Земли до Солнца (равное 1 АU или 150 миллионов км). Затем используя гравитационный закон Ньютона – Кеплера, который связывает между собой три величины – массу, период и расстояние, мы определяем массу Солнца. Оказалось, что масса Солнца в 330000 раз больше массы Земли. Аналогично, мы можем определить и массу нашей Галактики, используя период обращения Солнца вокруг центра Галактики (200 миллионов лет) и расстояние до центра Галактики (28 тысяч световых лет). Напомню, что световой год это расстояние, которое свет покрывает за год со скоростью 300000 км/сек. Наше Солнце вращается вокруг центра Галактики со скоростью 220 км/сек. За всю историю своего существования наше Солнце совершило всего 23 оборота вокруг центра Галактики. Оказалось, что масса нашей Галактики в 100 миллиардов раз больше массы Солнца, т.е. наша Галактика состоит из 100 миллиардов звезд подобных нашему Солнцу. Вся Вселенная состоит из 100 миллиардов галактик и полное число звезд таким образом равно 10 в степени 22, которое сравнимо с числом песчинок на всех пляжах Земли. Число галактик во Вселенной было определено с помощью а Hubble Space Telescope. Для этого фотографируется определенный участок неба и определяется количество галактик на снимке. Зная полную площадь поверхности Вселенной, можно определить и полное число галактик.

Чтобы найти свидетельства Большого Взрыва, нам необходимо провести измерения излучений, которые есть в космосе и, применяя законы физики, определить те или иные характеристики Вселенной. Такие измерения были осуществлены впервые двумя американскими физиками А. Пензиас и Р. Вильсон в 1967 г. с помощью 6-метрового радиотелескопа. Они измерили остаточное излучение в космосе (a cosmic background radiation), которое возникло еще в момент Большого Взрыва и которое мы можем измерить сегодня, т.е. спустя почти 14 миллиардов лет. Это было ярким подтверждением, что Большой Взрыв имел место. За это выдающееся открытие Пензиас и Вильсон стали лауреатами Нобелевской премии. Измеряя зависимость интенсивности этого излучения от длины волны, которое представляет собой ассиметричную колоколообразную кривую, ученые измерили длину волны излучения, соответствующую максимуму этой кривой, и нашли, что длина волны излучения в максимуме равна 1.1 мм (микроволновое излучение). Длина волны излучения изменилась (увеличилась) – от длины волны видимого света до длины волны микроволнового излучения вследствие расширения Вселенной. Используя один из законов теплового излучения (закон Вина, который связывает длину волны излучения соответствующую максимуму этой кривой и температуру), мы можем определить температуру космоса. Температура космоса оказалась всего 3 К (Кельвин). Интересно, что дальнейшее расширение Вселенной приведет к смещению максимума этой кривой в сторону больших волн и соответственно низких температур. Если температура космоса уменьшится до 0 К, длина волны возрастет до бесконечности и Вселенная прекратит свое существование. Напомню, что в физике температура измеряется в К или С и они связаны соотношением К = С + 273. Температура в Цельсиях С оказалась – 270 С. Причина такой низкой температуры космоса – расширение Вселенной в течение очень большого времени. В момент же взрыва температура была гигантской и равнялась 10 в 32 степени, а длина волны излучения космоса практически равнялась нулю. Такую температуру невозможно даже себе представить. Температура в центре нашего Солнца, например, равна всего 15 миллионов С, т.е. много меньше температуры во время взрыва. Однако, после взрыва в первые же секунды она уменьшилась до 10 миллиардов С и продолжает уменьшатся сегодня вследствие расширения Вселенной. Интересно, что если температура уменьшится до 0 К, наша Вселенная исчезнет, она как бы растворится в пространстве – плотность и температура станут близкими к нулю. Я даже попытался определить путем теоретических расчетов, когда же это произойдет. Оказалось, что не скоро, т.к. уменьшение температуры сильно замедлилось и приблизится к 0 К не скоро, а после многих миллиардов лет.

Существуют ли, однако, другие доказательства Большого Взрыва? Таких свидетельств несколько. Одно из них связано с количеством водорода и гелия в ранней Вселенной, которое равнялось 75% водорода и 25% гелия. Расчеты, основанные на теории Большого Взрыва, приводят в точности к такому же результату. Говоря иначе, то что мы измеряем и то что мы получаем на основе теоретических расчетов оказываются в прекрасном согласии друг с другом, т.е. наше понимание Вселенной, основанное на теории Большого Взрыва, является правильным. Но откуда во Вселенной берутся другие элементы, ведь фактически там имеется сегодня вся периодическая система элементов Менделеева? Без этих элементов возникновение жизни на Земле было бы просто невозможным. Дело в том, что во Вселенной имеются не только звезды с массой, сравнимой с массой нашего Солнца (a low mass star), но и звезды с массой много больше массы нашего Солнца (a high mass star). Наше Солнце, когда запасы водорода в нем будут исчерпаны, превратится в белого карлика (a White Dwarf) размером с нашу Землю, т.е. Солнце сожмется более чем в 100 раз. Плотность этого объекта так велика, что одна чайная ложка вещества будет весить несколько тонн. Термоядерные реакции внутри Солнца превращают 4 водорода в гелий с выделением огромной энергии. Т.е. количество водорода при этом уменьшается, а гелия увеличивается. Понимание этих реакций внутри Солнца немецким физиком лауреатом Нобелевской премии Г. Бете позволило физикам осуществить эти реакции на Земле при создании водородной бомбы, которое представляет собой маленькое рукотворное Солнце, созданное учеными на Земле. Массивные звезды «умирают» по-другому, т.к. в этих звездах термоядерные реакции в их ядрах протекают при более высоких температурах за счет большего давления внутри звезды и в этих звездах образуется не только Не из Н, но и другие элементы – С, О, Ne, Mg, Si, Fe, Pb, U. Фактически вся таблица Менделеева. Когда звезда проходит стадию a supernova explosion, т.е. взрывается, эти элементы рассеиваются в пространстве и оседают в других звездных системах, включая нашу планету. Наш организм, например, содержит более 70 элементов. Конечный этап такой звезды – образование нейтронной звезды или черной дыры. Интересно, что расширение Вселенной началось с сингулярности, т.е. пространства с гигантским давлением и температурой и ничтожным размером. Если нашу Вселенную развернуть вспять, она сожмется до точки сингулярности. Вселенная имела меньший размер в прошлом и будет иметь больший размер в будущем. Открытие красного смещения (а red shift) свидетельствует о разбегании (удалении) галактик от нас и друг от друга. Другое свидетельство Большого Взрыва – это наличие в космосе пустых пространств (voids) и суперкластеров, т.е. гигантских скоплений галактик, которые были обнаружены.

Группой астрономов, работающих в Европейской Южной обсерватории, а также в обсерваториях Франции и Индии, впервые получено экспериментальное подтверждение правильности теории Большого взрыва. Они определили температуру фонового микроволнового космического излучения в тот момент, когда возраст Вселенной составлял всего 2,5 млрд лет. Если Вселенная действительно была образована в результате Большого взрыва, то ее первичный огненный шар должен был бы в прошлом иметь более высокую температуру, чем сейчас.

Для подтверждения этого предположения с помощью спектрографа UV-Visual Echelle Spectrograph (UVES), установленном на 8,2-метровом телескопе VLT Kueyen в Европейской Южной обсерватории, был получен спектр излучения далекого квазара PKS 1232+0815. Анализ этого спектра показал, что в молодой Вселенной действительно имело место реликтовое излучение, причем его температура была выше, чем нынешние 2,7 градусов К. Для измерений использовались некоторые линии поглощения нейтральных атомов углерода. Исследования показали, что, когда Вселенной было около 2,5 млрд лет, температура реликтового излучения лежала в пределах между 6 и 14 градусами К, что соответствует данным теории Большого взрыва (9 градусов К).

Реликтовое излучение было предсказано теоретически в 40-х годах, а открыто оно было с помощью радиотелескопа в 1965 г. американскими физиками Арно Пензиасом (Arno A. Penzias) и Робертом Уилсоном (Robert W. Wilson). За это открытие они в 1978 г. получили Нобелевскую премию.