Вселенная

Sufferer

Вот и всё.
#1
Аннотация. Мы сейчас немало знаем об окружающем мире. Знаем, что есть атомы и молекулы, есть планеты и звезды. На больших масштабах есть галактики, квазары, скопления галактик. Тут просматривается некая уровневость, иерархичность строения нашего мира. И не только. На каждом уровне, начиная от микромира (атомы, молекулы) до скоплений галактик, структурная организация вещества и характер движения в них весьма схожие: это - образование сферических тел и вращение вокруг центра масс. Только масштабы разные. Напрашивается вывод, что "повинен" в этом некий единый фактор, который вызывает схожие процессы на самых различных масштабах. И даже похоже, что и сам масштаб "делается" под действием этого же фактора.
Автором делается вывод, что этот фактор - фактор глобальный - это уменьшение со временем внутренней энергии Вселенной, остывание Вселенной. Что приводит к множественным фазовым переходам, и вызывает череду изменений агрегатного состояния вещества. Можно даже сказать больше. Сама суть эволюции Вселенной состоит из череды последовательных фазовых переходов вещества. Одним словом, внутри Вселенной вследствие постепенного остывания шли и идут "всемирные", чередующиеся конденсационные процессы. В ранней истории Вселенной путем конденсации появляются микрочастицы, конденсация которых в свою очередь порождает ядра атомов, а потом и атомов. Конденсация атомов порождает молекул, а они - планет/звезд. Конденсация планет и звезд, порождает квазаров. А что мы называем галактиками, это сам действующий процесс конденсации, которого наблюдаем воочию. Таким образом, путем последовательной конденсации внутри Вселенной появляются все более и более масштабные и массивные объекты. А главная причина этого - постепенное уменьшение внутренней энергии Вселенной в течение эволюции.
При таком подходе находит естественное объяснение один из фундаментальных закономерностей нашего мира: минимизация энергетического состояния телами (системами). Это является прямым следствием падения внутренней энергии Вселенной, что заставляет систем минимизировать энергетическое состояние. Не исключается, что этот же фактор определяет преобладание экзотермических реакций во Вселенной, что может являться причиной асимметрии вещества и антивещества.
И еще одно. При таком подходе выявляется иной взгляд на гравитацию. Она не является самостоятельной "силой", а является лишь частью более объемного процесса - конденсации и фазового перехода вещества.

Введение. Поглядев на ночное небо, наблюдаем мириады мерцающихся звезд. Их бесчисленное множество. Некоторые светятся ярко, некоторые - тускло. Из-за больших расстояний они кажутся светящимися точками. Кажется, что весь бесконечно огромные пространства Вселенной заполнены только звездами. Хотя мы знаем что это не так. Кроме звезд там есть далекие звездные системы (галактики), звездные скопления, ассоциации, группы, которые просто из-за дальности выглядят как одиночные звезды. При применении инструментальных методов и при достаточном увеличении выясняется, кто есть кто: большинство галактик выглядят как "небольшие" звездные карусели, а скопления звезд часто выглядят как "комок вещества". За что получили название шаровых скоплений. На дальних просторах Вселенной обнаруживаются квазары, извергающие энергию целой галактики, но имеющие довольно малые размеры. Из-за чего их назвали квазизвездами (квазарами). Это очень далекие объекты. Некоторые находятся чуть ли на "краю" Вселенной и свет от них идет к нам 10-15 млрд. лет.
Кроме этих масштабных объектов, во Вселенной немало более мелких тел: планеты, астероиды, кометы и др. Они в основном остывшие (или, остывающие) объекты, не светятся, поэтому их довольно трудно обнаружить. Большинство из них являются спутниками звезд. Вращаясь вокруг центрального светила, создают либо кольцевой диск (наподобие колец Сатурна), либо образуют планетарную систему, как в Солнечной системе.

Огромные пространства внутри Вселенной занимает разреженное диффузное вещество, в виде газа и пыли. Оно в основном рассеяно межзвездном и межгалактическом пространстве. Возле сильных источников, какими являются звезды, они нагреваются, и представляют собой горячий, ионизованный газ. В местах подальше от источников энергии, газопылевое вещество сильно охлаждается и может образовать довольно плотные газопылевые туманности больших размеров. Такие места обычно являются "инкубаторами" новых звезд.

Откуда все это? Что представляют собой планеты, звезды, галактики населяющие Вселенную? Как они образуются? Что за процессы привели мир к такому состоянию, каким мы наблюдаем его сейчас?
Но прежде чем попытаться ответить на них, придется некоторым образом "разложить по полочкам" наши скромные знания об окружающем мире. Чтобы потом, обобщив, и сравнив их с наблюдаемыми данными получить некоторые выводы (или, хотя бы выбрать верное направление поиска).
Для начала зададимся вопросом. Что мы знаем о нашем мире на сегодняшний день: о его структуре; о действующих в нем взаимодействиях, и закономерностях. Лучше, наверное, начать с микромира и идти по восходящей к макромиру. Такой порядок обычно воспринимается как-то легче.

Структура. Считается твердо установленными, что все объекты и тела, включая и нас самих, состоят из атомов и молекул, которые скрепляются между собой электромагнитными силами.
Если посмотрим строение самих атомов и молекул, то обнаружим, что атомы "построены" примерно, так же как и Солнечная система: вокруг массивного ядра вращаются более мелкие частицы - электроны. Они образуют вокруг ядра электронные оболочки, нечто вроде орбит. Крайняя оболочка принимается за размеры атома. И он чрезвычайно мал по нашим меркам, и составляют пр. 10-10 м. Эти крохотные "солнечные системы", объединившись между собой, создают более крупные системы - молекулы. Размер, которых варьируется в пределах 10-10 - 10-7 м. А молекулы, в свою очередь, скрепившись электромагнитными силами, образуют каких - либо объектов нашего масштаба: камни, деревья, животные… И не только. Они образуют и масштабные тела. Например, планета Земля, на которой мы живем, тоже состоит из атомов и молекул.
Если обратим взоры на большие масштабы, то обнаружим нечто схожее с микромиром. Наша Солнечная система устроена как гигантский атом, размер которой порядка 1012 м. Так же, как и в атоме, вокруг массивного Солнца вращаются девять (пока) "маленьких" планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. На одной из них, на планете Земле мы и живем. Кроме планет, вокруг Солнца вращаются сотни и тысячи других мелких объектов: астероиды, кометы, космическая пыль. Их размеры могут быть самыми различными: от нескольких долей миллиметра (пыль), и до несколько сотен километров (астероиды).

Так же как в атоме, где электроны и ядро взаимодействуют с помощью электромагнитных сил, Солнце и планеты, тоже взаимодействуют через электромагнитные силы. Магнитное поле Солнца как скорлупа накрывает всю Солнечную систему, превращая ее в единую, взаимосвязанную систему. Вследствие этого в системе возникает общий центр масс, вокруг которой вращаются все тела Солнечной системы.

Если перейти еще более масштабным структурам, то оказывается, что наше Солнце является лишь одной из рядовых звезд, гигантской звездной системы Milky Way (Млечный Путь), состоящей не менее 1011 звезд, и имеющей пространственный размер, около 1020 м. И все звезды, как и планеты Солнечной системы, вращаются вокруг центра масс нашей Галактики.
И, это не все. Таких галактик, как наше, во Вселенной "созданы" огромное множество: только в доступной нами части Вселенной насчитывается не менее 1011 галактик. Они бывают различной морфологической формы: иррегулярные, спиральные, эллиптические. В зависимости от размера, они могут содержать в себе, примерно от 106 до 1012 звезд. Так что наша Галактика (кстати, спиральная по форме), всего лишь одна из многих. Дальнейшее исследования показали, что галактики тоже объединяются в более крупные структуры - скопления галактик, где количество галактик может быть сотни, и тысячи. Там они тоже вращаются вокруг центра масс скопления, образуя некую грандиозную упорядоченную структуру. А затем обнаружились еще более грандиозные вещи: скопления галактик объединяются в сверхскопления...

Таким образом, в структуре нашей Вселенной просматривается некая иерархичность: микрочастицы объединяются в атомы, атомы - в молекулы, молекулы - в планеты и звезды, звезды - в галактики, а галактики - в скопления. Внутренняя структура этих систем на каждом уровне и характер движения в них, тоже очень схожие: это - вращение вокруг центра масс. Только масштабы разные.
Все это наводит на мысль о наличие некоего единого механизма образования этих структур, и, на наличие некоего единого фактора (или взаимодействия), которое является ответственным за самоорганизацию вещества в подобные структуры, на самых разных уровнях: от микрочастиц до скоплений, или даже, кончая самой Вселенной.

Взаимодействия. Но пока, на сегодняшний день, общепринятым считается наличие во Вселенной четырех фундаментальных сил, с помощью которых осуществляется вся структурная организация вещества: это - гравитационные, электромагнитные, сильные и слабые ядерные силы. Слабые ядерные силы действуют на очень малых масштабах, в районе 10-17 м, и выше этого расстояния довольно быстро спадают. Они ответственны за бета-распад (электронный и позитронный), а также за К-захват. Вследствие этого происходит взаимопревращение одних частиц в другие. Например, превращение нейтрона в протон, и наоборот. Если это происходит внутри ядра, то результатом этого, в конечном счете, является взаимопревращение ядер одних элементов в ядра других. При этом выделяется или поглощается энергия. Если это происходит свободной частицей (нейтроном), то вследствие бета-распада нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино. И выделяется соответствующая энергия.
Сильные ядерные силы действуют в масштабах размеров атомных ядер 10-15 м., и быстро сходят на нет, чуть больше этих расстояний. Они скрепляют протонов и нейтронов (нуклонов) в единую систему, и образуют, таким образом, атомные ядра.
Электромагнитные силы удерживают вращающихся электронов возле ядра, обеспечивая устойчивость и целостность атомов химических элементов. Они в свою очередь соединяются в молекулы тоже с помощью электромагнитных сил. А те (молекулы) сгущаясь и объединяясь между собой, образуют привычные нам вещи, и макротела, включая планет и звезд. Тут интересно отметить один момент. Хотя планеты и звезды образуются с помощью электромагнитных сил, как цельные объекты, взаимодействие между звездами и планетами считаются гравитационными. Скорее всего, такого довольно, искусственного разграничения, принято считать, что электромагнитные силы действуют в основном микромире (атомы, молекулы). А в больших масштабах их действие постепенно спадают, и, дальше эстафету берут в "свои руки" гравитационные силы. Гравитация удерживают нас на Земле, Землю (и других планет) - при вращении вокруг Солнца, а саму Солнце (и других звезд) в Галактике, а галактик - в скоплении и т.д. Таким образом, принимается, что гравитационные силы доминируют в больших масштабах, и как бы, создают саму Вселенную как единую систему.

Закономерности. Если перейти к закономерностям, то сразу бросается в глаза форма небесных объектов. Подавляющее большинство имеет шарообразную форму. Все планеты, звезды, квазары в первом приближении сферичны. Есть данные, что атомные ядра тоже имеют сферическую форму. Такую форму они приобретают самопроизвольно, и это не зря. Это результат минимизации энергетического состояния системы. Как известно, из всех геометрических фигур при данном объеме, сфера имеет минимальную поверхностную энергию. Поэтому в природе большинство тел самопроизвольно принимают сферическую форму. Все это нам хорошо известно, и подкрепляется наблюдательными данными. Но что заставляет их принимать шарообразную форму? Если скажете, минимизация энергетического состояния, то это будет неполный ответ. Тогда, я вам дам следующий вопрос: а зачем они минимизируют? Что заставляет их минимизировать? (На эти вопросы ответ будет дан чуть ниже).

Есть еще одна закономерность, которая тоже бросается в глаза. Это - агрегатные состояния вещества. Думаю что, эта одна из важнейших. В повседневности мы сталкиваемся тремя агрегатными состояниями вещества: газообразное, жидкое и твердое. Воздух, например, представляет собой газ. Он, в основном, состоит из двух компонентов: газообразного азота (78%) и кислорода (21%). Вода (Н2О) представляет собой жидкость. В жидком состояние вещество более плотно упаковано, чем в газообразном. А железо (Fe) при тех же условиях находится в твердом состоянии. В твердом состоянии, вещество упакуется еще больше, чем в жидком. Эти свойства конкретным веществам не даны навечно, и не значит, что воздух всегда бывает только газообразным, вода всегда жидким, а железо всегда твердым. Любое вещество можно превратить и в газ, и в жидкость, и перевести его в твердое состояние. Все зависит от условий, в котором находится вещество
Для более тонкого понимания этого, присмотримся как "устроены" газ, жидкость и твердое тело. В газообразном состоянии вещества средняя кинетическая энергия частиц вещества значительно превосходят их потенциальной энергии связи. Расстояние между частицами в таком состояние значительно больше их размеров, и взаимодействие между ними незначительны. Тогда силы притяжения не могут удержать их вблизи друг друга. Частицы разлетаются, и газ может занять любой объем. Поэтому говорят, у газов нет собственного объема. Они легко расширяются и легко сжимаются.
В жидком состоянии средняя кинетическая энергия частиц сравнимы с потенциальной энергией их взаимодействия. Расстояния между частицами не превышает их собственные размеры, хотя частицы довольны подвижны и могут перемещаться относительно друг друга. Амплитуды тепловых колебаний частиц довольно большие, но не настолько, чтобы частицы оторвались друг от друга. Они колеблются в некотором положении равновесия. Из-за хорошей упаковки жидкости очень мало сжимаемы. Имеют свойство текучести. Твердое и жидкое состояние обычно называют конденсированным состоянием.
В твердом состоянии вещества энергия связи между частицами несравнимо велико, чем их кинетическая энергия движения. Хотя расстояние между частицами примерно такой же как в жидком состояние, амплитуда колебаний частиц в положении равновесия намного меньше чем жидком. В твердом состоянии частицы как бы более твердо "закреплены", чем в жидком. Характерными свойствами твердых тел является их собственная форма и объем, а также очень низкая сжимаемость даже при очень высоких давлениях.
Как видим, различные состояния вещества в основном отличаются кинетической энергией движения частиц. Стоит у газа отнять часть кинетической энергии движения частиц, то он приближается к жидкому состоянию. Если дальше отнять, то жидкость превращается в твердое тело. Так как, в основном, температура тела определяет среднекинетическую энергию движения частиц, то уменьшая температуру тела можно газ превратить в жидкость, а жидкость в твердое тело. И, наоборот, если нагреть твердое тело, то оно сначала превратиться в жидкость, а потом и в газ. Таким образом, отнимая кинетическую энергию движения частиц (или наоборот, увеличивая) можно перевести вещество из одного состояния в другое. Все это хорошо известно, и называется фазовыми переходами первого рода.
Любой элемент из таблицы Менделеева, или любое сложное вещество, можно получить как газообразном, так и жидком, и твердом виде. Установлено, что у каждого элемента, и у каждого сложного вещества есть своя температура конденсации и плавления. Например, воздух при обычных условиях (300 К) газ, но можно превратить его в жидкость при температуре 81 К. Вода обычно жидкая, но можно превратить в твердое тело (лед) при температуре ок. 273 К (0 0С). А из железа можно получить не только жидкость, но и газ при температуре (и выше) 3323 К, и т.д.
Конечно, при этих превращениях кроме температуры немаловажную роль играет и давление. При уменьшении давления, так же снижается температура плавления и кипения (парообразования ). Например, вода на высокой горе из-за пониженного давления закипает более низкой температуре (меньше 100 0С), чем на уровне моря. В низине, и в других местах, где давление больше, наоборот, вода кипит более высокой температуре (более 100 0С). Так же водяной пар на горе конденсируется более низкой температуре, чем на уровне моря. Иными словами, значение давления смещает температуру конденсации и плавления в ту или другую сторону.
Кроме этих трех агрегатных состояний (газ, жидкость, твердое тело) нам известен еще одно состояние вещества. Этим состоянием мы обычно почти не сталкиваемся. Это - плазма. При сверхвысоких температурах от молекул газа начинают отрываться электроны. Появляется большое количество положительно и отрицательно заряженных частиц. Происходит термическая ионизация газов, с образованием плазмы. Плазма - это смесь атомных ядер, электронов и положительно заряженных ионов. По сути, это уже другое вещество, с другими свойствами.
Скорее всего, природа не ограничивается только этими состояниями вещества. Должны быть еще. Например, при температуре 109 К и чуть выше, ядра атомов распадаются и получается "бульон" из микрочастиц. Это уже другое состояние вещества. А что получится при 1012 - 1013 К? Распад электронов и позитронов? Что за будет состояние вещества? Если поднять температуру еще выше?. Вообщем, из всего этого можно сделать однозначный вывод: каждому диапазону температур соответствует определенное состояние вещества. Но как ведет себя вещество в таких условиях, могут показать только новые эксперименты и новые исследования.

А пока, рассмотрим, как современная наука объясняет, почему мир, в котором мы живем такой, какой он есть? Откуда все это? Что за это процессы привели его к такому состоянию?
Кратко остановимся на стандартной космологической модели Большого взрыва, которая считается на сегодняшний день общепринятой.
Согласно этой модели, вначале существовала некая "горячая первоматерия", эволюция которой привела к Большому взрыву. Что является точкой отсчета нашей Вселенной. Тогда же возникло пространство и время. Затем, вследствие расширения и охлаждения, путем конденсации и фазового перехода, возникло привычное нам вещество.
В те первые мгновения, когда температура была выше 1012 К, не могли существовать известные нам элементарные частицы (электроны, позитроны и др.). С достижением температуры этого значения стало возможным "рождения" этих частиц. Это соответствует верхней пороговой энергии электронов/позитронов, при которой они "появляются". Первое время количество электронов и позитронов были равными, так как они "рождаются" только парами, то находились динамическом равновесии. В этом первичном "бульоне" они то появлялись, то исчезали (аннигилировали). Потом рождались новые пары… Так их "жизнь" состояла из бесперерывной череды "рождения" и аннигиляции. До тех пор, пока температура среды не упала до 1010 К. Эта температура ниже нижней пороговой энергии электронов/позитронов, ниже которой они не могут "рождаться". И тогда процессы аннигиляции возобладали над рождением частиц. Произошла, можно сказать, массовая аннигиляция. Но, все-таки по-видимому, существовала некая диспропорция в количестве электронов и позитронов (или что-то привело к этому), что при массовой аннигиляции уцелело незначительное количество электронов. Иначе бы мы сейчас не наблюдали привычного нам вещества, которое состоит в основном из протонов, нейтронов, и электронов.
Еще до массовой аннигиляции электронно/позитронных пар, когда еще возраст Вселенной была одной сотой доли секунды (10-2 сек), при температуре пр. 1011 К, стали появляться протоны/антипротоны, и нейтроны/антинейтроны. Это значение ниже верхнего порогового значения "конденсации" протонов /антипротонов, и нейтронов/антинейтронов. Первое время, как и у электронов/позитронов, между протонами/антипротонами (нейтронами/антинейтронами) существовало динамическое равновесие. Они рождались и аннигилировали парами.
Спустя примерно 3 мин. после Большого Взрыва температура среды упала ниже нижнего порога энергий образования протонов/антипротонов (нейтронов/антинейтронов), и, также произошла взаимная аннигиляция этих частиц. Но, как и при аннигиляции электронов/позитронов, при аннигиляции протонов/антипротонов, нейтронов/антинейтронов, по каким-то факторам оказалась диспропорция в количестве частиц/античастиц. В итоге уцелели некоторое количество протонов и нейтронов, которые чуть позже, когда температура понизилась примерно до 109 К, соединившись образовали ядра легких элементов (в основном, водород и гелий).
С этого момента "огненный шар" расширялся без особых изменений. Только спустя примерно 7*105 лет после Большого Взрыва, когда температура Вселенной упала ниже 104 К, ядра (протоны-нейтроны) соединившись со свободно "гуляющими" электронами образовали первые нейтральные химические элементы - атомов водорода и гелия.
С появлением нейтральных атомов Вселенная стала прозрачной для электромагнитного излучения, возникло то что мы сейчас называем реликтовым излучением. Оно со временем остывало, и его температура в наши дни составляет пр. 3 К. Это как бы средняя температура внутри Вселенной на сегодняшний день.

Наблюдаемые ныне тяжелые элементы, чем водород и гелий, по Стандартной модели, образовались в недрах звезд. Это представляется таким образом. По мере понижения температуры во Вселенной, происходило сгущение облаков водорода и гелия. Гравитация стягивала их газовые "шары", где в недрах создавались условия для начала ядерных реакций. С их "включением" вспыхивала звезда. Внутри звезд, при миллионных градусах температуры, давления, плотности, происходит синтез тяжелых ядер из более легких. В основном из ядер водорода. Реакция происходит многоступенчато, через множество стадий, и, в конечном счете, приводит к образованию ядер железа. При этих реакциях выделяется огромная энергия, что и обеспечивает светимость звезд на многие миллионы и миллиарды лет.
В конце жизни более массивные звезды взрываются (сверхновые) и выбрасывают в пространство тяжелых элементов, обогащая тем самым Вселенную. Поэтому позже образовавшиеся звезды уже изначально содержать в своем составе тяжелых элементов. И они в свою очередь, тоже будут производит и выбрасывать в окружающую среду тяжелых элементов. Таким образом, Вселенная, по мере смены поколений звезд, постепенно будет обогащаться тяжелыми элементами.
Исходя из таких соображений, в Стандартной модели, делается вывод, что первое поколение звезд состояли только из водорода и гелия. А после их взрыва, дальше уже тяжелые элементы "начинают гулять" по всей Вселенной, попадая в состав вновь рождающихся звезд. Если это так, то со временем, в соотношении Н/Z (Н-водород, Z-тяжелые элементы) доля Z должен возрастать. И это действительно наблюдается. Но пока только в более "меньших" структурных образованиях - в звездах, галактиках. Происходит ли это в масштабах всей Вселенной пока сказать трудно. Соотношение же химических элементов на сегодня во Вселенной составляет - водород (70%), гелий (пр.29%), и остальные элементы ок. 1%.

Образование звезд и галактик продолжается и сейчас. Их рождение общепринятая модель объясняет гравитационным сгущением диффузного вещества. Хотя с объяснением начала сгущения имеет немалые проблемы. Как начинает сгущаться вещество, что к этому подталкивает? Случайные ли флуктуации являются тому виной? Или что-то другое? А может это "железная" необходимость и закономерность? Ответ неоднозначен. Посмотрим, как обычно описывается в книгах сгущение диффузного облака в протозвезду.

Рождение звезд связываются с газовыми облаками. Но не всякими. Есть горячие газовые облака, есть облака нейтрального водорода НI, и есть газовые облака молекулярного водорода Н2. Сразу можно сказать, что горячие газовые облака с температурой порядка 104 К, и выше, не место для рождения звезд. Слишком большая температура и газ тут ионизован. Нейтральный водород образуют облака НI с температурой ок. 100 К, и плотностью ок. 10 частиц на см-3. Их размеры могут быть порядка десятки парсек. Тут вполне возможны звездообразования, хотя температура высоковатая. Все будет зависит от флуктуации плотности.
Рождение же звезд, в основном, связывается с холодными, эмиссионными газопылевыми облаками молекулярного водорода Н2. Они считаются самыми холодными объектами. Их температура чуть-чуть выше абсолютного нуля, ок. 10 К, и, весьма плотны - ок. 102 частиц в см-3. Местами их масса достигает 104-105 массы солнца. И считается, что это идеальное место для образования звезд. Действительно, в таких местах часто наблюдаются рождение новых звезд.
Если масса вещества облака, в какой то его области превышает критическую величину, то все атомы в этой области под действием чисто гравитационной силы начинают падать друг в друга. В разреженном состоянии облака обладают огромной потенциальной энергией, и при взаимном падении частиц облака их потенциальная энергия превращается в кинетическую. Облако сжимается, и по мере сжатия температура облака возрастает. Часть энергии падающих частиц идет на повышение температуры облака, а часть рассеивается в пространство в виде излучений. Таким образом, постепенно облако превращается в протозвезду. Когда плотность, давление, температура в центральной части протозвезды достигнет критической величины, "включаются" ядерные реакторы, и загорается звезда.

Звезды, по общепринятой модели, рассматриваются как газовые шары, внутри которых идут ядерные реакции, и за счет которых звезды горят миллионы и миллиарды лет. Массивные звезды ярче горят и быстрее расходуют свои ресурсы, и поэтому меньше живут. Они заканчивают свою эволюцию обычно взрывом (сверхновые). Часто остаток сверхновой представляет собой нейтронную звезду, с размерами ок. 10 км. Плотность этой звезды достигает плотности ядерного вещества и составляет пр. 1014 г/см3 - 1017 г/см3. Они являются источниками сильного рентгеновского излучения. Звезды массой поменьше, с массой Солнца, горят миллиарды лет. Когда иссякнет горючее, они превращаются сперва в красные гиганты, затем сбросив, газовую оболочку, становятся белыми карликами. Плотность белых карликов тоже внушительна где-то 1010 г/см3. Далее, и нейтронные звезды и белые карлики медленно и долго остывают.

Тут хоть, худо - бедно знаем об эволюции звезд, и имеем более-менее стройное представление (хотя немало нерешенных проблем, например, начальная фаза сгущения, что к этому подталкивает?), то про "жизни" и эволюции галактик, знаем гораздо меньше. Вернее сказать, наблюдательных данных немало, но верной их интерпретации, и стройного представления о них нет. Поэтому наши представления выглядят как бы отрывочно, мозаично. Знаем, что галактики бывают различной модификации: эллиптические, спиральные, иррегулярные. Считается, что галактики эволюционируют в направлении от эллиптических, (через спиральные), к иррегулярным (ради справедливости надо сказать, что не всеми это поддерживается). Согласно этой схеме, эллиптические галактики считаются экстра ранними, а иррегулярные - поздними. Действительно ли это так, или нет, пока общепринятого ответа не существует. До сих пор не найдена (не определена) протогалактика, из чего казалось бы, должна возникать галактика (чуть ниже изложу свое видение на эволюцию галактик, чуть-чуть иных позиций, где легко находится и протогалактика, и эволюция галактик принимает стройную логичную форму, и в придачу, связываются в единое целое со странными небесными объектами - квазарами).
Что касается "жизни" скоплений галактик, то тут знаем еще меньше. Они тоже бывают регулярные и иррегулярные, и содержат в своем составе сотни и тысячи галактик. Некоторые скопления более компактны, некоторые более, диффузны. Как в галактиках, где более красные и старые звезды концентрируются к центру, в скоплениях происходит примерно то же самое: более компактные эллиптические галактики концентрируются ближе к центру скопления, а спиральные галактики находятся на периферии. Общепринятого объяснения этого тоже пока не существует.
Еще меньше знаем (или же не знаем) еще более масштабных вещах: о сверхскоплениях, сверхсверхскоплениях, и вообще, о Вселенной как о цельном объекте. Что это такое, и какую она имеет форму (внешне). Даже для умозаключений приближенного характера, недостаточно наблюдательных данных.

Стандартная модель исходит из модели изменяющейся со временем Вселенной. На сегодня, по общепринятому мнению, Вселенная представляет собой расширяющейся сферу, размером пр. 1026 м. Какова же будет ее дальнейшая судьба?
Согласно Стандартной модели все будет зависит от массы и плотности вещества внутри Вселенной. Как мы знаем, силы гравитации зависят от массы вещества. Большие массы создают более сильные гравитационные поля. Поэтому если достаточно массы вещества внутри Вселенной, и его плотность больше некоего критического значения (ок. 10-29 г/см3) то расширение затормозится гравитационными силами. И сегодняшнее расширение сменится на сжатие, и Вселенная будет коллапсировать. Если же плотность вещества меньше критической, то говорят Вселенная плоская, и расширение будет продолжаться вечно. Нынешнее значение плотности по всем расчетам получается ниже критической на пару порядков (ок. 10-31 г/см3). И, поэтому пока делается вывод о вечном расширении. Хотя здесь не все так просто. Во Вселенной вполне могут быть пока нами не обнаруженные темные объекты, с учетом которых нынешнее значение (10-31 г/см3) может измениться в сторону увеличения. Будут ли обнаружены такие объекты или нет, будет ли их достаточны для остановки расширения или нет, покажет будущее. Здесь же стоит только отметить, что как бы то не было, в Стандартной модели будущая судьба Вселенной зависит от критической массы и плотности вещества: будет ли она расширяться вечно, или произойдет обратное сжатие.

Стандартная модель, которую я тут вкратце изложил, если взять в общих чертах выглядит правдоподобной. Но не без изъянов. Мне кажется, в ней есть довольно спорные моменты, на которых остановлюсь чуть ниже. Здесь только скажу, что, прежде чем "строить" прошлое и будущее какой - либо системы, надо хорошенько изучить ее сегодняшнее состояние. Чем лучше и подробно будем знать нынешнее состояние, тем правдоподобным и "работоспособным" будет наши экстраполяции в прошлое и будущее этой системы.
И, так…
 

Sufferer

Вот и всё.
#2
Ответ: Вселенная.

Что происходит во Вселенной. Сперва для разминки, посмотрим пример. Допустим, в невесомости висит стеклянная сферическая колба (будем считать, что под действием больших температур и давлений стекло не разрушится). Внутри колбы ок. 4000 К. И там находится газообразная смесь, в составе которой, скажем, железо, ртуть, кислород, азот, гелий и водород. Постепенно начинаем понижать температуру. При достижении температуры примерно 3330 К, внутри колбы появится некоторая замутненность. Начинают образоваться "железные" газовые туманности, которые в свою очередь состоят из мельчайших капелек начавшегося конденсироваться железа. Затем туманности начнут фрагментироваться. Тут, применим принцип масштабирования и, сделавшись очень маленькими, "внедримся" внутрь какой - либо туманности, и внимательно посмотрим, что там происходит. Капельки внутри туманности будут взаимодействовать друг с другом, образуя пары, тройки, группы, ансамбли и т.д. Где-то будут сливаться, укрупняться. При этом они будут выделять энергию, и светиться, и естественно, будут вращаться вокруг центра масс. В местах большого скопления капелек образуются нечто похожее на галактик. А светящиеся капельки будут похожими на звезды. Выберем какую-нибудь "галактику" и внедримся и туда. "Галактика" как Галактика, очень даже похожа. Если очень близко подойти какому-нибудь конкретному светящемуся объекту, то можем увидеть знакомую картину. Это мы где-то уже видели. Нечто похожее на нашу Солнечную систему в ранней стадии. Центральный светящийся объект, и вокруг множество капелек различных размеров: от ничтожных, до довольно больших.

Так как это происходит в невесомости, естественно, конденсирующиеся железо примет форму множество "висячих" шариков. Шар (сфера) наиболее энергетически выгодное состояние объекта в таких условиях (происходит минимизация энергетического состояния). Это "работу округления" в основном выполняют силы поверхностного натяжения, которые усиливаются по мере охлаждения. Дальнейшие понижение температуры ниже 3320 К, приведет к остыванию "шариков". Они будут остывать по разному, и с разной скоростью. Это будет зависит от размера, массы и плотности. При достижении температуры в колбе примерно 1805 К, начинается кристаллизация железных "шариков". При кристаллизации, сперва появиться тоненькая твердая корочка, которая временами будет лопаться и наружу будет выливаться жидкое железо (лава?). Если же еще при стадии конденсации были захвачены другие элементы в виде соединений (окиси железа, соединения азота, водород, ртуть), то при кристаллизации нашей "планеты" будет происходит более сложные вещи: конвективные явления внутри "шарика", дегазация, вулканы и др. Получим максимально приближенную картину, нечто похожее на то, что происходит в действительности с нашей планетой Земля.
При падении температуры примерно до 630 К, начнут сгущаться и конденсироваться пары ртути. Некоторые уже остывшие железные "шарики" могут стать центрами конденсации для паров ртути. И потекут по нашей железной "планете" ртутные "речки". Когда температура упадет внутри колбы до 300 К, будем иметь "планету" с твердой поверхностью, ртутные "речки", атмосферу (воздух - азот, кислород) и вдалеке, газообразные гелий и водород. Стоя на поверхности такой железной "планеты" с ртутными "речками" и азотно-кислородной атмосферой, и наблюдая наши окрестности, мы будем думать, что "наш мир" состоит по большей части из водорода и гелия. Так как именно они будут заполнять просторы нашей сферы (колбы). Тогда как более тяжелые элементы просто претерпели фазовый переход и сконденсировались в "планеты" (или, в капельки - звезды).

При конденсации паров железа и ртути выделится соответствующая энергия, хорошо известная из физики, как теплота парообразования, и равная произведению удельной теплоты парообразования этих элементов (веществ) на их массу (Q=r*m). Так как в газообразном состоянии вещества внутренняя энергия всегда больше чем в жидком, а в жидком - больше чем твердом. то при конденсации, эту разность они выделяют в виде излучений в окружающую среду. А сами переходят на более низкоэнергетическое агрегатное состояние, в соответствии с температурой окружающей среды. Это является их относительно равновесным состоянием при данных конкретных внешних условиях.

Если сейчас обратно "выйти" из светящегося объекта, "выйти" из той туманности, и вернуться в наш реальный мир, приняв обычный вид, и посмотреть на экспериментальную колбу, охватив единым взором все внутреннее пространство колбы, то увидим, что такие же схожие процессы конденсации идут по всему внутреннему пространству колбы, одновременно во множественных местах, там и тут, то получим картину нечто похожее на нашу Метагалактику. Где конденсирующееся вещество будет образовать мириады "галактик", "звезд" и "планет".

Продолжим эксперимент. Только сейчас будем делать в обратном порядке. Начнем нагревать полученную систему (то бишь, колбу с "планетами", "туманностями" и т.д.). Тогда все произойдет в обратном направлении. "Галактики" и "туманности" будут постепенно разрушаться, разлетаться и постепенно исчезать. Разогревшись, атмосферы "планет" начнут расширяться, ртутные "речки" - испаряться и высыхать. Наша железная "планета" начнет перегреваться, потом перейдет в жидкую форму, а затем и вовсе испариться. Таким образом, в определенной температуре (ближе к 4000 К), мы придем в то же состояние системы с чего вообще-то и начали: газообразное состояние элементов внутри колбы. При этом то количество энергии, которую мы сообщили системе, чтобы перевести ее в газообразное состояние, превратилась во внутреннюю энергию системы. При конденсации или кристаллизации эту энергию система выделит обратно в окружающую среду.

Если сейчас начнем опять постепенно охлаждать нашу экспериментальную систему, то получим ту же картину, которую мы уже рассмотрели. Дифференцированную конденсацию вещества (элементов), в зависимости от критической температуры конденсации. У каждого вещества, у каждого химического элемента есть своя температура конденсации, и своя температура плавления, которые нам более-менее известны. Например, железо из газообразной фазы в жидкую переходит при 3323 К, и начнет твердеть при температуре 1803 К,(температура плавления). Ртуть соответственно при 630 К и 234 К. А вот азот и кислород переходят в жидкую фазу только при температуре 77 К и 90 К. У водорода и гелия эта температура еще ниже 20 К и 4 К соответственно. Поэтому чтобы их перевести в жидкое состояние (сконденсировать) нужны сверхнизкие температуры.
Когда они переходят из газообразного состояния в жидкое, то выделяют энергию равное удельной теплоты парообразования конкретного элемента или вещества. Которые то же в общих чертах нам известны. Например, удельная теплота парообразования железа равна 5,8*104 Дж/кг, у ртути - 2,85*105 Дж/кг, у воздуха - 2,1*105 Дж/кг и т.д. При конденсации этих веществ (элементов) из газообразного состояния в жидкое, выделяется соответственно эта энергия в виде излучения (Q = r*m).
Чем больше компонентов (химических элементов) возьмем в подобных экспериментах, тем ближе будет к реальности. Конечно, наличие множество химических элементов сильно усложнит картину: в "туманностях" будут идти множество химических реакции, приводящие к образование сложных веществ (в том числе, и воды). При конденсации которых говорит, "о чисто" железном шарике, или "о чистой" ртути не приходится. Зато ближе к реальности.

Эти упражнения нужны для того, чтобы более - менее наглядно представить, что же происходит в больших масштабах, внутри Вселенной. И, сфера взята не зря. По сегодняшним воззрениям, наша Вселенная представляет собой гигантскую расширяющиеся сферу. Хотя конечно, мы не знаем, как она выглядит внешне, и расширяется ли она. Здесь нас прежде всего интересует что происходит внутри Вселенной.

А внутри нашей действительной Вселенной происходит… то же самое, что и в вышеприведенном опыте. Из-за постепенного понижения температуры внутри Вселенной (ныне, примерно, 3 К), перед нашими очами происходит самая банальная, самая обычная конденсация, и фазовый переход вещества в невообразимо гигантских масштабах.
Происходит ли это вследствие расширения Вселенной или просто идет отдача энергии куда-то, неясно. Но одно очевидно. В течение эволюции внутри нашей Вселенной падает температура и давление (вернее сказать, идет уменьшение внутренней энергии Вселенной). Вследствие чего идет масштабная конденсация и фазовый переход вещества из одного агрегатного состояние в другое по всему объему Вселенной. Сперва, они превращаются в гигантские газообразные туманности. А туманность сама по себе уже состоит из мельчайших капелек сконденсированного вещества. Потом мельчайшие капельки начинают взаимодействовать между собой, образуя различные структуры, и сливаться все в более крупные образования. Это примерно тоже самое, если бы вы изнутри смотрели на процесс конденсации, скажем, пара воды. Находясь на какой-либо молекуле, вы видели бы тоже самое. Вас окружали бы мириады "болтающихся" молекул воды. По мере охлаждения, они теряют кинетическую энергию движения, и между ними начинают возникать межмолекулярные связи. Они объединяются в пары, группы, ассоциации, при этом эти структуры будут вращаться вокруг центра масс (многоатомные молекулы, или групп молекул всегда имеют вращательный момент, хорошо известно). Далее, эти группы, ассоциации будут объединяться в свою очередь в мельчайшие капельки воды. Таким образом, при определенной температуре, мы вокруг увидим, мириады разномасштабных капелек воды: мельчайшие, мелкие и более крупные. Дальше, капельки сливаясь с друг другом, и где-то взаимодействуя друг с другом создают нечто все больше и больше укрупненные, усложненные структуры, местами и крупные мегакапли. Но прежде чем сливаться они некоторое время будут вращаться возле друг друга, вокруг центра масс.

Примерно тоже самое происходит во Вселенной, только в гигантских масштабах. Здесь "работает" принцип относительности масштабов. Наши размеры просто ничтожны по сравнение с пространственными масштабами процессов, которые идут, и теми небесными объектами, которые при этом образуются (планеты, звезды, галактики и т.д.). Мы здесь также смотрим на процессы конденсации изнутри, сами находимся внутри этого неимоверно гигантского остывающего облака, которую называем Вселенной. И газ (вещество) внутри Вселенной не однородно как вода, а состоит из смеси сотен элементов, вся Менделеевская таблица. И, не только. В туманностях идут химические реакции и образуются множество различных химических соединений и веществ, вплоть до органических молекул. Весь этот сложный конгломерат подвергается конденсации. Притом происходит дифференцированная и как бы эшелонированная конденсация, в зависимости от температуры конденсации конкретных элементов и веществ. Сперва конденсируются элементы (вещества) имеющие более высокую температуру конденсации, которые как бы составляют первый "эшелон" конденсации. Затем - вторые, третьи... Так по убывающей, согласно температуры конденсации. По этой причине, на сегодня во Вселенной, одни вещества находятся в твердом состоянии, другие в - "жидком", а третьи - в газообразном (например, водород, гелий). И нетрудно догадаться, что по этой схеме самыми последними будут конденсироваться "чистый" водород и гелий.

Таким образом, небесные объекты планеты, звезды, галактики и др. образуются путем конденсации. Конденсационный подход снимает многие проблемы Стандартной модели. При таком подходе не возникает проблемы с первоначальным сгущением диффузного облака. Не случайные флуктуации, и не критическая масса облака служит началом сгущения как принято считать. И не гравитация здесь играет главную роль.
К сгущению диффузного вещества подталкивает низкая температура в конкретных областях, что является тем "спусковым крючком", который запускает механизм конденсации. Вследствие потери кинетической энергии движения молекулы и атомы при сближении не могут разлететься и начинают впадать в взаимосвязанное состояние. Между ними сначала возникает слабое электромагнитное взаимодействие. Но этого вполне достаточно, чтобы появились у них общий центр масс (центр механического равновесия). Тогда они начинают вращаться и падать в центр масс. Как видим, что мы называем гравитацией - это вторичный эффект, это всего лишь падение в центр масс. Не будет между молекулами взаимосвязи (электромагнитное), не будет и центр масс, и падать будет некуда. Таким образом, с появлением взаимосвязи и центра масс, облако начинает сжиматься. По мере сжатия растет плотность, повышается температура, и это приводит к еще большему излучению, и большему потерю внутренней энергии облака. Постепенно протозвездное облако конденсируется, сжимается в центр, и когда "включаются" ядерные реакторы, превращается в звезду. Надо сказать, звезды не газовые шары, как принято считать, а более ближе к "жидкому" агрегатному состоянию вещества. (Поверхность Солнца, его гранулы, больше напоминает кипящую поверхность жидкости, чем газ). А дальше, когда потухнет внутренний реактор, звезды остывают и переходят в твердокристаллическую фазу (белые карлики, нейтронные звезды).

По этой же схеме, вследствие конденсации, протопланетное облако сжимается в планету. Только у планеты нет "хорошего внутреннего обогревателя", поэтому она быстрее остывает и переходит в твердую фазу. Хотя наличие слабеньких ядерных реакции (ядерный распад), и наличие экзотермических химических реакции внутри планеты, а также выделяемая удельная теплота кристаллизации, на некоторое время могут оттянуть окончательное остывание планеты.
 

Sufferer

Вот и всё.
#3
Ответ: Вселенная.

В масштабе галактик происходит то же самое. Начала конденсации приводит к образованию холодных, и плотных газовых туманностей. Дальнейшая потеря внутренней энергии приводит к началу фрагментации, и локальным, точечным фазовым переходам (нечто похожее на капли дождя в облаке, но в гигантском масштабе). Так образуются звезды.
С появлением звезд, туманность становится видимой в оптическом диапазоне и известны нам как бесформенные Irr (I)-галактики. Они являются экстра ранними, и по сути являются протогалактиками (если не брать в расчет дозвездную историю облака). Температурная асимметрия и разность давлений, а также взаимодействие звезд через электромагнитные поля, могут привести систему во вращение, и тогда Irr (I) - галактика превращается в спиральную S-галактику. В рукавах спиральной галактики создаются идеальные условия для конденсации вещества в звезды: низкотемпературный холодный газ, и "насильственное" увеличение плотности. Поэтому там идут бурные процессы звездообразования. Кроме того, вращающейся вихрь втягивает из окружающей среды новые порции вещества для "создания" новых звезд. Этот поступающий поток вещества не дает быстро "схлопываться" (исчезнуть) рукавам. И это будет продолжаться до тех пор пока "торнадо" не втянет все вещество ближайшего окружения, и не превратить их в звезды. Хотя, по правде говоря, этому "торнадо" и не надо втягивать вещество, вещество само будет аккрецировать на "торнадо". Так как фактически, по сути, идет конденсация вещества. "Торнадо" лишь активизирует процесс конденсации.
А уже "созданные" звезды медленно дефилируют по спирали к центру. В пути они стареют, и их цвет становится красноватым. Что и наблюдается в действительности в спиральных галактиках: по краям и в рукавах преобладают молодые звезды, а ближе к центру больше становится число старых и красных звезд.
Когда вокруг спиральной галактики ресурс вещества будет исчерпан, прекратится аккреция, и исчезнут рукава. Галактика примет более округленную форму (Sa, S0).
Постепенный рост плотности внутри галактики усиливает излучение энергии и способствует еще большему потерю внутренней энергии, и сжатию, и она со временем превращается в эллиптическую галактику -E. Дальнейшая конденсация приводит к падению всего вещества прежней галактики в центр масс и образовании квазара -QSO.

Таким образом, что мы называем галактиками, являются грандиознейшими процессами конденсации, которых наблюдаем воочию. Различные виды галактик, иррегулярные (Irr (I)), спиральные (S), и эллиптические (E) являются лишь разными стадиями единого конденсационного процесса растянутого на миллиарды лет, и рано или поздно завершающиеся с образованием некоего плотного сферического тела - квазара (QSO).

Здесь, в масштабе галактик претерпевают конденсацию не только масштабные газовые туманности размерами сотни и тысячи парсек, но и идет конденсация самих звезд, как структурные единицы Вселенной (скажем, как молекулы или атомы). Это не должно удивлять. Скажем, конденсация водяного пара, и образование капель (и слияние капель) нас нисколько не удивляет. Тут, то же самое. Для природы нет никакой разницы, конденсируется ли атомы, молекулы, звезды или сами галактики (в скоплениях галактик). Только пространственные масштабы разные, да и сами процессы масштабные.

Скорее всего, по такой же схеме происходит эволюция скоплений галактик. Нам ныне известно иррегулярные и регулярные скопления галактик. Иррегулярные скопления более рассеяны, диффузны, протяженны. Большую часть "населения" составляют спиральные галактики. Регулярные скопления более "собраны", имеют сфероподобный вид, и сильно концентрированы к центру. Преобладающее большинство "населения" - эллиптические галактики и спиральные на стадии S0. В центре обычно находится гигантские сD-галактики, и вокруг них "собираются" сотни и тысячи других галактик образуя некую грандиозную структуру, напоминающее шаровое скопление.
Все это наводит на мысль, что с течением времени иррегулярные скопления претерпывают сжатие и эволюционируют в регулярные скопления. К этому времени молодые спиральные галактики бывшего иррегулярного скопления стареют, и превращаются в эллиптические галактики и составляют костяк новоявленного регулярного скопления. По мере сжатия иррегулярного скопления, возможны столкновения, слияния, и укрупнения галактик, что может привести к возникновению сверхгигантов и сD-галактик. Что и чаще встречается в регулярных скоплениях. Дальнейшее сжатие регулярного скопления должно привести к образованию в центре скопления некоего грандиозного сферического тела (нечто вроде гигантского квазароподобного тела). Эта картина, вообщем-то, схожая с образованием звезды (из протозвездного облака) или квазара (из галактики). Те же конденсационные процессы, та же минимизация энергетического состояния. Только это происходит на более масштабном уровне, где роль молекул, звезд, играют уже сами галактики.
Исходя из этих соображений, можно сказать, что эволюция скоплений галактик должна идти в направлении от иррегулярных скоплений (которые более рассеяны), через регулярные, и к доселе пока неизвестным космическим объектам. Назовем пока их К-телами. По сравнении с этими объектами наблюдаемые нами квазары покажутся просто игрушками, так как эти тела образуются от слияния сотни, и тысячи галактик. Такой процесс, естественно, займет довольно много времени - несколько десяток миллиардов лет. Пока такие тела не обнаружены, но по логике вещей они должны образоваться, и не могут не образоваться. Тут могут быть два варианта объяснений: либо из-за дальности расстояний мы просто пока до них не добрались; или их действительно еще нет. Вселенная существует меньше, чем время, необходимое для их образования.

Таким образом, в конце конденсации на каждом масштабном уровне самопроизвольно образуется нечто шарообразное и плотное: атомные ядра, планеты, звезды, квазары (от галактики), К - тела (возможны от скоплений галактик). И это не зря. Это результат минимизации энергетического состояния, которая известна нам как один из фундаментальных закономерностей нашего мира. К такой минимизации энергетического состояния объектов подталкивает уменьшение внутренней энергии Вселенной, остывание Вселенной.
Одним словом, внутри Вселенной на данном этапе вещество из газообразного состояния (плотные холодные облака, туманности/галактики, протозвезды, протопланеты) переходит в "жидкое" состояние (молодые квазары, звезды, планеты в начальной фазе - например, Юпитер, Уран), и постепенно излучая энергию, остывают и переходит в твердую фазу (остывшие квазары, белые карлики, нейтронные звезды, планеты - например, Венера, Земля, Марс). И весь этот процесс конденсации и кристаллизации идет перед нашими глазами в очень больших масштабах.

Здесь "работает" единый механизм, шаблон. Это - конденсация и фазовый переход вещества. Главная причина этого - уменьшение внутренней энергии Вселенной.

Тут наверное самое время вернуться в раннюю историю Вселенной и истолковать все произошедшее с точки зрения конденсации.
Вначале мы упомянули о иерархичности строения Вселенной. Что атомы объединяются в молекулы, молекулы - в масштабные тела (планеты, звезды), звезды объединяются в галактики, галактики в скопления и т.д. Такое формирование иерархичности систем, видимо, идет в направлении от малых к большим. По сути, это является прямым следствием постепенного уменьшения внутренней энергии Вселенной, и результат последовательной конденсации. Последовательная конденсация это более широкое понятие, чем три - четыре агрегатного состояния вещества, которых мы рассмотрели выше (плазма, газ, жидкость, твердое тело). Оно охватывает состояние вещества в более широком диапазоне температур, и в более широком плане, начиная от микрочастиц до скоплений галактик (а может и выше). И означает многократное, последовательное изменение агрегатного состояния вещества, по мере остывания Вселенной. Это когда, каждый последующий уровень организации вещества, образуется путем конденсации предыдущей, по мере падения температуры во Вселенной (??? - микрочастицы - атомы - молекулы - планеты/звезды и т.д.). И, это приближенно может выглядит как на рисунке (Т - температура, t - время).

Вначале Вселенная, видимо, действительно была плотная и горячая. При расширении и охлаждении, на каком то этапе образуются (читай, конденсируются) элементарные частицы: электроны/позитроны (и др.). Это происходит по Стандартной модели, при температуре примерно 1012 К, и по этой же модели, они рождаются и аннигилируют парами. Поэтому при равновесных реакциях сохраняется баланс между электронами и позитронами. Но мы знаем, что равновесия между ними не было, иначе не было бы сегодня привычного нам вещества. При аннигиляции они бы взаимно уничтожались, и не было бы свободных электронов. Но они есть, это факт, от которого невозможно отмахнуться. Так что же могло сместить равновесие между электронами и позитронами? Тут могут быть два предположения.
Первое: нам известно, что в химических реакциях равновесие часто смещает в ту или иную сторону катализаторы. Они "дают" как бы определенное направление реакциям. В биосистемах это же роль играют ферменты. Они не только определяют направление процессов, смещая равновесие, но при этом реакции идут с минимумом затратой энергии. Точно так же, в то время равновесие между электронами и позитронами, могли сместить в пользу электронов, некие третьи частицы, играя роль катализаторов. При отсутствие таких частиц рождались бы одинаковое количество электронов/позитронов. А при наличии этих частиц, произойдет смещение равновесия: уже не будут рождаться одинаковое количество электронов/позитронов. Что и могло быть причиной наблюдаемой асимметрии частиц/античастиц (и не только электронов/позитронов).
Второе: такую же функцию могут играть изменение каких-либо параметров. Это может быть, например, изменения значений, по ходу реакций, магнитных и электрических полей, которые по каким-то причинам могут "сократить жизнь" позитронам. Или же, сортировать их по принципу "ты - сюда, а ты - туда".
Поэтому когда произошла, можно сказать, массовая аннигиляция (при понижении температуры до 1010 К), из-за существующей асимметрии уцелело некоторое количество электронов, которые впоследствии, наряду с протонами/нейтронами дали нам привычного вещества.

Когда же температура во Вселенной упала до 1011 К, сконденсировались протоны/антипротоны, и, нейтроны /антинейтроны. При обычных условиях они тоже рождаются и аннигилируют парами. Но тут тоже, видимо, как у электронов- позитронов, действовал тот же механизм: либо катализ, либо изменяющиеся параметры среды. Которые сместили равновесие в пользу протонов и нейтронов, и несколько подавив выход их античастиц.
И, когда произошла взаимная аннигиляция этих частиц/античастиц, то уцелело некоторое количество протонов и нейтронов, которые чуть позже, когда температура понизилась примерно до 109 К, соединившись, образовали ядра легких элементов - водорода и гелия. Поэтому этот район температуры 109 К, считается важной вехой в истории эволюции Вселенной.
На этом месте, почему-то по Стандартной модели считается, что кроме ядер водорода и гелия, ядра других элементов не образовались. Чувствуется некий обрыв процессов образования ядер. Выглядит это как-то неестественно. Даже если процессы остывания (скажем, из-за быстрого расширения) были столь стремительны, всеравно должны были образоваться тяжелые ядра. Весь вопрос в том много или мало. Известно, что при грубом приближении, распространенность частиц обратно пропорционально массе частиц. Поэтому легких элементов обычно больше, чем тяжелых. Это позволяет предполагать (так как нет причин сказать, что этого не может быть), что наряду с ядрами водорода и гелия, образовались и ядра более тяжелых элементов, но в меньшем количестве. Иначе быть не могло.
Почему-то считается, что внутри звезд создаются физические условия для образования тяжелых элементов, а при тех же (или даже более крутых) условиях во Вселенной образуются только ядра водорода и гелия (???). Довольно странно. Ведь Вселенная на каком-то этапе так же прошла через тех же физических условий, в которых ныне образуются внутри звезд тяжелые элементы. Только в звездах эти условия возникают вследствие сжатия, а Вселенная двигалась в обратном направлении, т.е в сторону расширения (или охлаждения). Она так же прошла через тех же физических условий, в которых могли образоваться тяжелые элементы. Поэтому, на мой взгляд, выглядит вполне естественным, что по мере понижения температуры, образовались наряду с ядрами водорода и гелия, и ядра более тяжелых элементов, вплоть до самых тяжелых и экзотических, которых возможно, в сегодняшних условиях нет. Они просто распались и не "дожили" до наших дней (как динозавры). Или продолжают распадаться - естественная радиоактивность???.
При таком подходе находит естественное объяснение, почему состав космического газа почти одинаковое в довольно больших масштабах: конденсация и образование тяжелых ядер (элементов) шли синхронно, во всяком случае, во всем объеме, доступной нам части Вселенной - в Метагалактике.
А дальше уже происходит как в Стандартной модели. Обогащение Вселенной тяжелыми элементами идет через звезды. Но первичный газ, из которых образовались первые звезды, уже изначально содержал немало тяжелых элементов.

Дальнейшее понижение температуры во Вселенной привело к конденсации атомов, которые объединились в молекулы. А конденсация молекул в свою очередь, дали нам привычных вещей, и более масштабных тел: планет, звезд. Механизм образования всех от микрочастиц до скоплений галактик (пока известный нам) един - это понижение температуры во всей Вселенной, и как следствие, последовательная конденсация. Например, мириады атомов создают молекулу, а мириады молекулы в свою очередь образуют планету. Скажете, атомов в молекуле скрепляет электромагнитные силы, а планету удерживает гравитационные силы. Верно, атомов держит вместе электромагнитные силы. Но их к такому состоянию привел процесс конденсации. Мириады, мириады молекул к объединению и образованию планет, "подтолкнул" тоже процесс конденсации. Если бы температура среды в котором они находились не падала бы ниже некоего уровня, то молекулы не объединились бы. Высокая температура, и их высокая кинетическая энергия не дала бы им объединиться.
Тоже самое относиться к звездам в галактике. Если их кинетическая энергия движения была бы выше некоторого уровня, галактики не могли бы существовать как единое целое, просто распались бы (скорее, всего вообще бы не образовались). Звезды "гуляли" бы сами по себе (броуновское движение). Именно потеря кинетической энергии движения приводит звезд к взаимодействиям между собой (это сродни охлаждению ансамбля молекул, и атомов), и как результат, сгущение и вращение вокруг центра масс. Это так же относится и скоплениям галактик. Пока кинетические энергии галактик выше некоторого уровня, образование скоплений галактик невозможны. Чтобы получились скопление галактик движение галактик нужно замедлить. А это рано или поздно случится, если будет падение внутренней энергии Вселенной, как всеобъемлющей системы. Тогда галактики будут терять кинетическую энергию движения (замедляться), и по достижении некоего значения, начнут устанавливаться межгалактические связи. Появится центр масс системы, вращение. Что и есть скопление галактик.

Отсюда, можно сделать вывод: что иерархические системы (частицы, атомы, молекулы, звезды, галактики и т.д.), образовались путем последовательной конденсации, в направлении от малых к большим, по мере падения внутренний энергии Вселенной. А это означает, что в ранние эпохи Вселенной не могли образоваться масштабные объекты. Было время, не было атомов и молекул (были только элементарные частицы). Было время, были только атомы и молекулы, но не были еще ни звезд, ни планет. Дальше, появились (сконденсировались) звезды и планеты, но не были еще галактик. Затем сформировались галактики, но не были еще скоплений и т.д. Нам сейчас известны, что скопления образуют более масштабные структуры - сверхскопления. Есть ли еще более масштабные структуры, нам пока неизвестны. Все это говорит, что внутренняя энергия Вселенной довольно низка (по нашим понятиям).

Выше уже говорилось, что по Стандартной модели первые звезды состояли в основном из водорода. Мне кажется, это слишком вольное допущение. Если подойти к этому с позиций дифференцированной конденсации, то первые поколение звезд не могли состоят только из водорода. Во время первых звезд условия внутри Вселенной были несколько иными - температура была выше, чем сейчас. И водород не мог сконденсироваться в звезды. Он даже и сейчас по большей части остается в газообразной фазе. Им же в основном создаются горячие короны звезд, галактик, и фоновое рентгеновское излучение галактических скоплений.
Конечно же он в большом количестве попадают в конденсируемый объект и принимают непосредственное участие во многочисленных процессах, включая и ядерные (даже на Земле есть водород довольно большом количестве, в виде различных соединений, например, вода, органика и т.д.).
При таких условиях внутри Вселенной (ок. 3 К,), более тяжелые элементы конденсировались, и превратились в планеты, звезды, квазары. Не исключено, что много вещества находится в старых небесных объектах, которые уже остыли и бродят по Вселенной. А водород и гелий при этих условиях, по большей части, находятся еще в газообразной фазе. И создают иллюзию, что как будто Вселенная состоит из них. Хотя спору нет, они действительно самые распространенные химические элементы Вселенной (по наблюдательным фактам). Но их сегодняшнее агрегатное (газообразное) состояние, только усиливает эффект преобладающего большинства. Тяжелых элементов, все-таки, наверное больше, чем мы это пока себе представляем.

Если такое предположение верно, то при дальнейшем падении температуры во Вселенной не исключено образование водородных, а затем и гелиевых звезд (объектов). Если сейчас вдруг обнаружатся во Вселенной такие, довольно чистые водородные объекты, то это должны быть молодые образования. Они могли образоваться только в более позднее время, когда облако охладилось настолько, чтобы сконденсировался водород. Хотя по общепринятому мнению такие объекты считаются как раз самыми древними и первичными. Так сказать, пра-звезды. Думаю, что это ошибочное мнение. Первые звезды скорее всего, наоборот, как раз состояли из более тяжелых элементов, у которых температура конденсации была выше, чем у водорода и гелия. За ними конденсировались другие элементы и вещества, согласно температуры парообразования (температуры кипения). Как известно, у каждого конкретного элемента и вещества, есть свое значение температуры, при которой происходит плавление, испарение и переход в газообразное состояние. Температура перехода в газообразное состояние и есть температура парообразования. При обратном процессе, конденсации элемент (вещество) переходит в жидкое состояние при той же температуре.
Таким образом, по сути дела, первыми конденсируются (сгущаются) более тяжелые элементы, чем водород и гелий. И поэтому первые звезды не могли быть водородными. По мере падения температуры конденсируются все более и более легкие элементы. Соответственно, последними будут конденсироваться, по логике вещей, водород и гелий. Отсюда, водородные звезды - это дело будущего.
 

Sufferer

Вот и всё.
#4
Ответ: Вселенная.

Ныне считается, что примерно 98% вещества Вселенной сосредоточены в звездах. Это говорит о масштабах конденсации, которые идут. Что же дальше будет? Каково будущее Вселенной, с точки зрения конденсационного подхода? Выше мы упомянули, что звезды объединяются в галактики, галактики в скопления галактик, а те - в сверхскопления. Это показывает, что по мере понижения внутренней энергии Вселенной, образуются все более и более масштабные структуры. Происходит все более и более масштабные сгущения вещества. Если продолжит эту линию, то рано или поздно все вещество Вселенной "соберутся" (сконденсируются) в гигантское сфероидальное тело (аналогия: протозвездное облако- звезда, галактика - квазар).
А пока мы от этого страшно далеки. Плотность внутри Вселенной ничтожно мала (10-31 г/см3). Небесные объекты разбросаны друг от друга на чудовищно огромные расстояния. Галактики, скопления галактик природой воспринимаются пока как "молекулы газа", которых нужно сконденсировать (не отсюда ли расширение, или броуновское движение?). На каком уровне "температуры" они сконденсируются, пока трудно сказать. Но что рано или поздно сконденсируются, это весьма вероятно. Тогда начнется фаза сжатия. В фазе сжатия Вселенная будет нагреваться, и возможны процессы обратные, чем сейчас: разрушение сверхскоплений, скоплений, галактик и т.д. На определенном этапе внутреннее давление остановить сжатие, и возможны обратное расширение. Это все очень похоже на поведение пульсирующих звезд (например, цефеид), только в гигантских масштабах. Пульсация идет по затухающей, и пульсируя Вселенная все больше и больше будет сжиматься. А дальше.. дальше возможен либо новый взрыв как свергигантская сверхновая, либо медленное остывание гигантской сверхплотной "сверхзвезды"(если, наша Вселенная одна из многих).

В рамках общепринятой Стандартной модели тоже рассматривается подобного рода развития событий. В основном два сценария: либо вечное расширение, либо сжатие (коллапс). Это будет зависит от критической массы и критической плотности вещества внутри Вселенной. Основным критерием берется плотность вещества (10-29 г/см3). Если плотность выше этого значения Вселенная коллапсирует, если меньше - вечное расширение. С конденсационной точки зрения будущее Вселенной не зависит ни от критической плотности, ни от критической массы вещества. Сжатие Вселенной предопределено. Распространенное заблуждение, что будущее Вселенной зависит от критической плотности и критической массы вещества является, мне кажется, результатом необоснованной централизации и глобализации гравитационных сил. Тогда как, таких самостоятельных "сил" в природе не существует. Что мы называем гравитацией это всего лишь вторичное явление от взаимодействия электромагнитных сил. Поэтому центральное место должны занимать не они, а скорее всего электромагнитные силы.
Плотность и масса определяют только насколько быстрее или медленнее будет сжиматься Вселенная. Так как излучение и потеря внутренней энергии зависит от массы и плотности системы. Поэтому, например, более массивные звезды намного интенсивнее излучают свою энергию, быстрее ее теряют и быстрее заканчивают свой жизненный путь, чем менее массивные звезды. Здесь со Вселенной та же ситуация. Пусть даже во Вселенной будет три-четыре электрона или три-четыре планеты, они при дальнейшем понижении температуры внутри Вселенной всеравно сконденсируются и сожмутся. А вот насколько это будет происходит быстрее или медленнее, будет как раз зависит от массы и плотности вещества. При данном примере Вселенная с тремя электронами просуществует намного дольше, чем Вселенная с тремя планетами. Планеты быстрее будут терять свою кинетическую энергию, и быстрее соберутся вместе и быстрее сожмутся чем электроны. Таким образом, независимо от критической плотности вещеста, в любом случае сжатие Вселенной наиболее вероятностный вариант.

Некоторые следствия. Если предположить, что доминирующими процессами на нынешнем этапе Вселенной являются процессы конденсации, то появляется иной взгляд на гравитацию. Вернее сказать, можно посмотреть на нее под другим углом. Если вы находитесь внутри конденсирующейся системы, скажем, в Солнечной системе, и на Земле, то вам ничего не остается кроме как предположить, что планет на орбите удерживает некая сила (гравитация?). А если на это посмотреть снаружи Солнечной системы, то мы увидим излучающую энергию в окружающую среду систему, и которая вследствие потери внутренней энергии, постепенно конденсируется. И как результат - сжимается. Тогда становиться понятным, что мы называем гравитацией (изнутри), то со стороны окажется самая что ни на есть простая конденсация с фазовым переходом. И будет определяться температурой, балансом нагрева и охлаждения (излучения), и … параметрами окружающей среды, в которой находится система. В первую очередь температурой. Если температура окружающей среды низкая, то система будет стремиться к относительному равновесию с окружающей ее средой и будет излучать энергию. Вследствие этого охлаждаться, сжиматься и претерпевать фазовый переход. А изнутри системы будет казаться, что всех тел что-то стягивает в единый центр. По сути, это всего лишь результат потери телами орбитальной кинетической энергии - следствие излучения, и постепенное падение в центр масс.
Таким образом, закон Всемирного тяготения, по сути, является только частью единого процесса - конденсации. И. Ньютоном был "выхвачен" и описан (количественно), только падение в центр масс. Остались за кадром причины приводящие к этому - электромагнитные взаимодействие тел, и возникновение общего центра масс (только потом последует падение). А по сути все это единый процесс - процесс конденсации и фазового перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое (как, пар - капля - град).

В этом отношении интересен наше нынешнее состояние. Мы привыкли считать, что нас (и все что находится на Земле) удерживает на поверхности планеты гравитация. Но гравитация всего лишь падение к центру масс. Центр масс не притягивает, он не есть "сила", тела потерявшие свою кинетическую энергию движения ниже некоего предела сами конденсируются в центр масс. Центр масс своего рода центр механического равновесия системы, и это явление вторичное. Для его возникновения нужно электромагнитное взаимодействие между телами.
Все это (электромагнитное взаимодействие, возникновение центр масс, и падение тел в центр масс (гравитация)), вместе представляют собой более объемный процесс - процесс конденсации. С этой точки зрения мы (и все что находится на планете), уже "упавшие и сконденсировавшиеся" объекты. Наше кинетические энергии движения на поверхности планеты по отношению к центру масс, ок. 465 м/сек. (вместо вращаемся с планетой), явно недостаточно чтобы "испариться" (улететь) с поверхности планеты. Для этого нам нужно сообщить минимум ок. 8 км/сек, что выше нашей нынешней скорости (465 м/сек), пр. 17,2 раза. Мы находимся своего рода потенциальной яме (вернее сказать, конденсационной яме), и без дополнительной кинетической энергии не выбраться. Это очень похоже на работу выхода из какой-либо системы какого-нибудь объекта: например, электрона или молекулы из уже сконденсировавшейся среды (твердого или жидкого тела). Они тоже могут оторваться от системы, если только имеют определенную кинетическую энергию. При меньшей энергии (скорости) они не смогут улететь.

Раз коснулись гравитационных сил, хочется сказать, что многие проблемы (во многих областях) возникают из-за попытки глобализировать "гравитационные силы". Это мы уже видели, когда Стандартная модель сталкивается с проблемой начального сгущения диффузного облака при образовании звезд, и галактик. И пытается прибегнуть к неким критическим массам и плотностям ("чисто гравитационные силы", "самогравитация", "падение частиц друг на друга", и т.д.). То же самое делает и в масштабе Вселенной, пытаясь "привязать" будущее Вселенной к неким критическим значениям. Тогда как все эти проблемы легко снимаются, стоит только посмотреть на все происходящее с точки зрения конденсации вещества. Что мы называем гравитацией, как самостоятельная сила не существует, это всего лишь часть конденсационного процесса - падение в центр масс, и ничего более.. И если не глобализировать (и не выпячивать) "гравитационные силы", то не нужно будет прибегать ни к критическим массам, ни к критическим плотностям.

Прежде чем говорит об еще одном немаловажном следствие конденсационного подхода, нужно сделать небольшой экскурс в химию. Там больше всего применяются понятия экзотермические и эндотермические реакции. Экзотермические реакции - это когда реакции идут с выделением энергии. А эндотермические, наоборот, идут только с поглощением энергии. При неизменных внешних условиях обычно в системе устанавливается некое динамическое равновесие.
Так, например, в реакции 2Н2 + О2 = 2Н2О + Q, если не изменятся внешние условия скоро установится некое равновесие, реакция будет идти как слева направо, так и справа налево. А вот если внешняя температура будет падать, то равновесие сместиться в сторону экзотермических реакций, будет преобладать процессы образования воды с выделением энергии (слева направо).. Если внешняя температура будет повышаться, то будет преобладать эндотермические процессы, и реакция больше пойдет в направлении справа налево, и разложение воды будет преобладать над их синтезом.
Или еще один пример: 2NО = N2 + О2, реакция соединения азота и кислорода идет при очень высоких температурах (свыше 3000 0С, часто при вспышках в каналах молнии), а при охлаждении NO быстро распадается (не сразу, ступенчато), и равновесие реакции смещается вправо.
Давайте, задумаемся. Если наша Вселенная постепенно остывает, то это значит, что внутри Вселенной преобладают экзотермические процессы, которые идут с выделением энергии. Мы вообще-то являемся свидетелями этого на каждом шагу. Самопроизвольная минимизация энергетического состояния систем, с выбросом лишней энергии тому хорошее подтверждение. И не только это. Как мы знаем, самопроизвольный распад тяжелых ядер (уран, торий), а-распад (вылет из атомного ядра ядер гелия), бета-распад (электронный), К-захват идут с выделением энергии. Это экзотермические процессы. А вот один из видов бета-распада (позитронный, при котором вылетает позитрон) часто идет с поглощением энергии (эндотермический процесс), и в природе почти не встречается. Зато такое можно инициировать искусственным путем (искусственная радиактивность).
Все это наталкивает на мысль, что преобладание во Вселенной на данном этапе экзотермических процессов (включая процессов на ядерном уровне), вполне могут быть причиной асимметрии вещества и антивещества во Вселенной. Те ядерные процессы, которые идут с поглощением энергии (эндотермические процессы), и, при которых образуются позитроны, антипротоны, и т.д., на данном этапе, при остывающей Вселенной, почти не идут (или ничтожно мало, они могут идти в ограниченном виде в центральных частях звезд, галактик). Преобладают же во Вселенной экзотермические процессы, при которых выделяется энергия, и образуются электроны, протоны, и а-частицы (ядро гелия), и, немало антинейтрино. Что вполне может дать наблюдаемую картину мира.

Фундаментальной закономерностью в таком остывающем мире является минимизация энергетического состояния системы (стремление к равновесии). Любая система, подлаживаясь под температуру окружающей среды, принимает такое внутреннее состояние, при которой ее энергия минимальна, или, равна энергии окружающей среды. Тогда в системе возникнет колебательное движение. При уменьшении ее внутренней энергии ниже некоего значения, или же ниже окружающей среды, она "проглотит" энергию из окружающей среды, и тем самым повысит свою внутреннюю энергию. И если при этом внутренняя энергия превысит некоего минимального значения, или же станет выше энергии окружающей среды, то она обратно излучит лишнюю энергию, пытаясь восстановить равновесие. Так и будет поддерживаться некое динамическое равновесие система-окружающая среда, и система будет осциллировать возле некоторого равновесного значения. Внутренняя энергия системы никогда не упадет ниже энергии окружающей среды, среда просто этого не даст сделать. Обеспечивая тем самым относительную устойчивость обособленных систем (атомов, молекул, планетных систем), при определенных стабильных внешних условиях, и при определенном диапазоне энергетических параметров внешней среды (температуры, напряженности электромагнитных полей и т.д.).

Резюме. Таким образом, мы живем внутри сверхгигантской системы (мегаоблака?), которая постепенно теряет внутреннюю энергию. Пока не совсем непонятно, то ли это следствие расширения, то ли излучение энергии куда-то. Остывание на таком глобальном уровне все и диктует, все и "тащит". Это тот главный фактор, который приводит к масштабным конденсационным процессам внутри Вселенной, и способствует к сгущению и самоорганизацию вещества путем последовательной конденсации, и структурирует вещество в схожие структуры на самых различных, все увеличивающихся масштабах внутри Вселенной (атомы, молекулы, планеты, звезды, галактики и.д.). Этот процесс еще не завершен, он продолжается, и мы сейчас находимся только на определенном этапе.
Нам не грозит "тепловая смерть" как думали, и думают многие, а наоборот, идет потеря внутренней энергии Вселенной, и постепенное остывание. Большинство закономерностей природы установленных на сегодняшний день говорят именно об этом:

а), последовательное сгущение вещества (конденсация), с образованием различных плотных тел на различных масштабных уровнях (атомы, молекулы, планеты, звезды и т.д.);
б), структурная организация вещества с постепенным укрупнением, усложнением, и вращением вокруг центра масс, принцип от простого к сложному (все это опять следствие постепенного падения температуры, последовательной конденсации и фазового перехода);
в), стремление систем к минимизации своего энергетического состояния (самопроизвольное принятие сферической формы - планеты, звезды и .т.д., это тоже следствие падения общей температуры, и стремления к равновесии).

Если мы бы жили не остывающем мире, то наши закономерности природы наверное были бы совсем иными. Давайте позволим себе немножко пофантазировать.
Представим себе, наоборот, систему увеличивающую свою внутреннюю энергию. Скажем, наша Вселенная, кем-то чем-то, подогревается. Вернее даже, наша Вселенная находится в фазе сжатия, что более реально. Тогда температура внутри Вселенной стала бы расти (ныне ок. 3 К). Сначала тела не излучали бы энергию, наоборот, поглощали, превратившись в первое время в эдаких "черных дыр". Потом по мере достижения их температуры до некоего критического значения они начали бы плавиться и испаряться. Для нас это выглядело бы как нечто вроде "антигравитации". Тела большие и малые самопроизвольно ускорялись и улетели бы в космос. Как забавно не звучит, но их трудно было бы удержать на поверхности Земли. Они норовились бы улететь. Скажем, "пригвоздить" ракету чтобы не улетела пришлось бы затратить много энергии. Еще труднее было бы ее сажать. (Для простоты, попробуйте удержать молекулу воды с испаряющейся поверхности воды). Это навряд ли удастся. Такая же картина наблюдалась бы в гигантских масштабах, внутри Вселенной. Всюду царил бы разрушение: сперва распались бы сверхскопления галактик, затем скопления. Галактики начали бы распадаться на отдельные звезды (увеличение броуновского движения). Звезды и планеты в свою очередь - на молекулы и атомы. А те... Вообщем эволюция мира была бы направлена в обратном направлении, чем то, что наблюдаем сейчас.

Мы ныне наблюдаем как раз не разрушение, а самопроизвольную структурную организацию вещества на разных масштабах, от микромира до Вселенной. Это говорит, что эволюция нашего мира на данном этапе идет по сценарию уменьшения внутренней энергии Вселенной и масштабной конденсации вещества с фазовым переходом. Что приводит к усилению взаимосвязи тел, их упорядочиванию и самоорганизации вещества в различные, разномасштабные структуры: от микрочастиц до Вселенной.

Вообщем, получается, что на небесах ничего сверхестественного не происходит. Те же процессы конденсации с которыми на Земле мы сталкиваемcя чуть ли на каждом шагу. Кипятим воду, получаем пар, потом охладив получаем жидкость, охладив еще больше получаем лед (твердое вещество). Здесь на Земле в обычных условиях мы привыкли к трем акрегатным состояниям вещества: газообразное, жидкое и твердое. Наблюдаем изменение агрегатного состояния вещества в более узком диапазоне температур от силы от 230 К до 320 К. Можем искусственно создавать большие (104 К) и сверхнизкие температуры (пр.1 К). И наблюдать поведение вещества в этом диапазоне температур.

Но в долгой эволюции Вселенной происходит изменение состояния материи в очень широком диапазоне температур. Это даже трудно вообразить. По сравнении с ними "наше три (или, четыре) агрегатные состояния" это всего лишь небольшой кусочек, в каких состояниях может находится материя (вещество). Например, при температуре 1012 К что это за состояние вещества? А при 109 К? В течении эволюции Вселенной, сколько фазовых переходов прошло вещество, прежде чем "дошел" до нас в таком виде, каким мы наблюдаем сейчас? Трудно сказать.
Пока мы только начинаем осознавать, что вещество прошло множество фазовых переходов. И видимо, и дальше будет. Исходя из таких соображений я назвал последовательное "восхождение" от электронов до скоплений галактик, последовательной конденсацией. Имея в виду, что каждый последующий уровень организации вещества образуется путем конденсации предыдущей (??? - микрочастицы - атомы - молекулы - планеты/звезды и т.д.). Главным "двигателем" такого целенаправленного процесса, и главной причиной этого является постепенное уменьшение внутренней энергии Вселенной. Которое все и "тащит".
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#5
Какого цвета Вселенная?

а) Черного с серебряными точками.
б) Серебряного с черными точками.
в) Бледно-зеленого.
г) Бежевого.
Официально Вселенная бежевая.
В 2002 году, проанализировав свет от 200 тыс. галактик, собранный австралийскими специалистами в рамках проекта «Составление карты галактик с помощью красного смещения», американские ученые из университета Джона Хопкинса пришли к выводу, что цвет Вселенной — бледно-зеленый. Если принять за основу палитру красок «Дьюлакс», то цвет этот окажется где-то между «мексиканской мятой», «нефритовой гроздью» и «шелком Шангри-Ла».
Правда, уже через несколько недель после доклада Американскому астрономическому об ществу ученым пришлось признать, что в их расчеты вкралась досадная ошибка и что на самом деле по цвету Вселенная скорее ближе к этаким унылым оттенкам серо-коричневого.
Еще в XVII веке величайшие и наиболее пытливые умы задумывались над вопросом: почему ночью небо темное? Ведь если Вселенная бесконечна и в ее пространстве равномерно рассеяно бесконечное число звезд, то повсюду, куда ни взгляни, обязательно окажется какая-то звезда, а значит, ночное небо должно быть таким же ярким, как днем.
В науке эта загадка известна как «фотометрический парадокс Ольберса» — в честь немецкого астронома Генриха Вильгельма Ольберса, описавшего (но не первым в истории) сей таинственный феномен в 1826 году.
Тем не менее до сегодняшнего дня никто так и не нашел по-настоящему убедительного ответа на этот вопрос. Возможно, число звезд во Вселенной все же конечно, а может, свет от наиболее удаленных звезд просто до нас пока не дошел. Ольберс решил задачу по-своему: по его мнению, в далеком прошлом светили не все звезды, и в один прекрасный день что-то их все же «включило».
Эдгар Алан По в своей пророческой поэме «Эврика» (1848) первым предположил, что свет от самых далеких звезд все еще на пути к нам.
В 2003 году был проведен интересный эксперимент: широкоугольная камера космического телескопа «Хаббл» сфотографировала участок ночного неба, представлявшийся наиболее пустым. Эффективная выдержка снимка составила миллион секунд (около одиннадцати дней).
Полученное изображение показало десятки тысяч доселе неизвестных галактик, каждая из которых состоит из сотен миллионов звезд, исчезающих в дальних уголках космоса.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#6
Черные дыры зачали жизнь во Вселенной

Загадочные черные дыры, без устали поглощающие материю Вселенной, являются не только разрушителями, но и созидателями, считают американские ученые. По их мнению, раскаленный газ, ускользавший из гравитационных "объятий" таких сверхмассивных образований, мог стать одним из источников тяжелых химических элементов, необходимых для возникновения жизни. После Большого взрыва, давшего начало нашей Вселенной, в ней присутствовали только водород и гелий. Более тяжелым химическим элементам предстояло появиться позже, а затем рассеяться по просторам расширявшейся Вселенной. И именно черные дыры могли помочь "разбросать" эти элементы на огромные, даже по космическим меркам, расстояния. Астрофизики изучили поведение сверхмассивной черной дыры, расположенной в центре галактики NGC 4051, и обнаружили, что газ способен ускользать из куда более близких окрестностей загадочного космического объекта, чем ранее считалось. По полученным оценкам, вещество улетало со скоростью свыше 6 000 000 км в час. За тысячи лет оно могло преодолеть колоссальные расстояния и в конечном итоге стать составной частью космических облаков газа или пыли, из которых формировались новые звезды и планеты.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#7
Где находится самое холодное место во Вселенной?

В Финляндии.
В 2000 году группа ученых из Хельсинкского технологического университета охладила кусок родия до температуры лишь на десять миллиардных градуса выше абсолютного нуля (-273 °С).
Родий — редкий металл, в основном использующийся в автомобильных нейтрализаторах выхлопных газов.
Второе по «холодности» место занимает Массачусетский технологический институт. В 2003 году исследовательскому коллективу этого учреждения под руководством Вольфганга Кеттерле удалось получить чрезвычайно холодный газ натрия.
В 2001-м Кеттерле был удостоен Нобелевской премии по физике за работы над конденсатом Бозе-Эйнштейна — новым агрегатным со стоянием, в котором вещество существует лишь при температурах, близких к абсолютному нулю. Интерес к науке у Кеттерле пробудился в раннем детстве — когда он развлекался с кубиками «Лего».
Столь низкие температуры, полученные в лабораторных условиях, являются выдающимся достижением. Ведь даже в глубоком космосе, за пределами Солнечной системы, температура практически не опускается ниже минус 245 градусов по Цельсию.
Единственное известное исключение составляет туманность Бумеранг, открытая австралийскими астрономами в 1979 году. Она, кcтати, и правда похожа на бумеранг (а может, на галстук-бабочку). В самом центре туманности находится умирающая звезда, масса которой троекратно превышает массу нашего Солнца.
Все последние 1500 лет туманность Бумеранг испускает газ в виде ветра, дующего со скорос тью 500 000 км/ч. Подобно тому, как охлаждает ся воздух, который мы выдыхаем, охлаждается и газ, выжатый из туманности. Газ оказывается на два градуса холоднее пространства, в котором он впоследствии расширяется. Из-за быстрого расширения молекулы газа туманности охладились до —271 °С, что является самой низкой из официально зарегистрированных в природе есте ственных температур.
Самая низкая температура в Солнечной системе, —235 °С, измеренная в 1989 году косми ческим аппаратом «Вояджер II» на поверхности Тритона (одном из двух спутников планеты Нептун), по сравнению с этим — легонькая прохладца. А самая низкая из температур, когда-либо зарегистрированных на Земле, —89,2 °С, в Антарктиде, в 1983 году, — настоящие тропики.
Исследования в области низких температур необычайно важны для изучения сверхпроводников — материалов, которые имеют нулевое электрическое сопротивление, но при этом (по крайней мере, до настоящего времени) работают лишь при очень низких температурах.
Если бы человечество смогло обуздать сверхпроводники, они полностью изменили бы окружающий мир.
Благодаря им резко возросла бы вычислительная мощность компьютеров и при этом значительно снизились как стоимость электроэнергии, так и выбросы газов, виновных в парниковом эффекте. Мы получили бы транспорт, способный передвигаться без топлива, альтернативный способ заглянуть внутрь тела человека, не пользуясь вредными для здоровья рентгеновскими лучами, а также электронную бомбу — оружие, выводящее из строя электронную аппаратуру противника без необходимости кого-либо убивать.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#8
Вселенная из ничего
Космолог Вячеслав Муханов рассказал о происхождении окружающего мира

001.jpg

В понедельник, 23 мая, в Москве в Физическом институте имени Лебедева (ФИАН) РАН прошли лекции двух известных космологов - профессора Университета Монпелье-2, научного руководителя Национального центра научных исследований Франции Андре Неве и руководителя кафедры астрочастиц университета имени Людвига-Максимилиана в Мюнхене Вячеслава Муханова. Ученые рассказывали собравшимся об эволюции Вселенной и о том, какие данные об этом процессе можно "вытянуть" из экспериментов на ускорителях элементарных частиц. Лекции были организованы фондом некоммерческих программ Дмитрия Зимина "Династия".

Корреспондент "Ленты.Ру" пообщался с Вячеславом Мухановым, который является одним из авторов инфляционной гипотезы - наиболее общепринятой на сегодняшней день модели, объясняющей происхождение Вселенной. Ученый рассказал о том, что такое космическая инфляция, почему Вселенная может родиться из ничего, а также о том, откуда берутся новые научные идеи.

"Лента.ру": Расскажите, пожалуйста, коротко, каковы основные положения инфляционной гипотезы.

Вячеслав Муханов: Коротко инфляционную гипотезу можно изложить так: в далеком прошлом, в первые доли секунды после Большого взрыва - если он вообще был - гравитация действовала как антигравитация и Вселенная проходила стадию ускоренного расширения. В этот период доминировала темная энергия, но не та, которую открыли недавно, а другая, не имеющая, вероятно, к нынешней темной энергии никакого отношения.

Пока вы не продолжили, задам вам сразу два вопроса: не могли бы вы подробнее объяснить, что такое антигравитация, и в чем разница между современной темной энергией и темной энергией прошлого?

Когда имеет место нормальная гравитация, то частицы вещества притягиваются друг к другу. А в случае антигравитации они как бы отталкиваются. Антигравитацию можно рассматривать как одну из форм материи – гравитация всегда "работает" на притяжение, но есть такая форма материи, которая может эффективно имитировать антигравитацию. Дело в том, что в создание гравитационного поля вклад вносит не только плотность энергии вещества, но еще и давление. В привычном нам окружении давление очень мало по сравнению с энергией, поэтому мы не замечаем этого вклада. Но в космических условиях давление может быть огромным, и, более того, оно может быть отрицательным. Именно это отрицательное давление "ответственно" за возникновение явления антигравитации.

Если представить себе расширяющийся шар из такой антигравитирующей материи, то составляющие его частицы вместо того, чтобы замедлять свое разбегание, напротив, начнут ускоренно удаляться друг от друга. Изначально частицы такого шара могут иметь нулевые скорости, но действующая в обратном направлении гравитация способна очень быстро разогнать их. То есть инфляция, фактически, является источником Большого взрыва и позволяет породить Вселенную из ничего.

То есть новая Вселенная может взять и появиться вот прямо сейчас?

Да, в принципе, новые Вселенные могут рождаться прямо в этой комнате, потому что гравитация имеет отрицательную энергию, которая компенсирует положительную энергию обычного вещества. Достаточно, чтобы произошла маленькая флуктуация, потом она должна попасть в "правильный" режим - то есть в режим ускоренного расширения, а дальше ускоренное расширение будет работать само за себя. Но "дверцы", ведущие в эти Вселенные, будут настолько маленькими, что пролезть в них или хотя бы заглянуть мы не сможем.

Возможно ли наблюдать антигравитацию сейчас?

Так мы сейчас ее и наблюдаем. То, что открыли совсем недавно и назвали темной энергией - это как раз и есть антигравитирующее вещество, которое кардинально отличается, например, от темной материи, которая гравитирует обычным образом. Кстати, сейчас антигравитирующее вещество опять начало доминировать, и этот факт приводит к новому витку инфляции и ускорения, хотя причины этого не ясны.

А в чем все-таки разница между нынешней темной энергией и темной энергией, которая существовала в молодой Вселенной?

В темной энергии в отличие от обычного вещества плотность энергии в процессе расширения не изменяется. У того антигравитирующего вещества, которое мы наблюдаем сейчас, плотность энергии очень мала, и в прошлом такое вещество доминировать не могло. Если мы чуть-чуть дальше отойдем в прошлое, то плотность той темной энергии, которая сегодня доминирует во Вселенной, окажется совершенно несущественной. Поэтому приходится предполагать, что в прошлом была какая-то своя темная энергия, возможно, другая, возможно, связанная с нынешней темной энергией. И эта неизвестная нам темная энергия на ранних стадиях эволюции Вселенной отвечала за ее ускоренное расширение – ту самую инфляцию.

И на стадии инфляции из так называемых квантовых флуктуаций, происходивших в период 10-35 секунды после Большого взрыва, появлялись неоднородности, которые потом развились в то, что мы сейчас наблюдаем: планеты, звезды, галактики, скопления галактик и так далее. Обычно такие флуктуации существенны только в размерах атома, но Вселенная является огромным ускорителем, и она разогнала эти небольшие флуктуации до космических масштабов.

Какова природа этих квантовых флуктуаций?

Один из основополагающих законов физики - принцип неопределенности Гейзенберга - постулирует, что вы не можете одновременно точно установить скорость частицы и ее положение. Грубо говоря, произведение неопределенности скорости частицы на неопределенность ее положения должно всегда превышать очень маленькую величину, которая называется постоянной Планка. Соответственно, из принципа неопределенности вытекает, что вещество нельзя распределить абсолютно однородно – всегда будет присутствовать некая рябь, такая минимальная неоднородность.

Возможно ли каким-то образом подтвердить существование в прошлом таких флуктуаций экспериментально?

Исходя из предположения о квантовых флуктуациях и последующем ускоренном расширении, можно детально рассчитать, что мы должны были бы видеть на небе, скажем, в реликтовом излучении - излучении, которое "отделилось" от материи, когда Вселенной было всего около 100 тысяч лет и она была в тысячу раз меньше, чем сейчас. То есть реликтовое излучение несет как бы фотографию молодой Вселенной. И эти предсказания о неоднородностях реликтового излучения блестяще совпадают с данными наблюдений.

В то время, 100 тысяч лет спустя после рождения Вселенной, еще не существовало ни галактик, ни звезд, ни планет - материя была распределена по пространству очень однородно, то есть Вселенная была как бы выглажена. Плотность энергии тоже варьировала очень незначительно - приблизительно на 0,001 процента, но, тем не менее, точные наблюдения позволяют эти неоднородности увидеть. При помощи компьютерного моделирования ученые могут рассчитать, как эти неоднородности должны были бы возрастать в ходе дальнейшей эволюции Вселенной, когда она расширилась еще в тысячу раз - до нынешнего своего состояния.

Можно ли, опираясь на положения инфляционной гипотезы, делать предсказания о будущем развитии Вселенной?

Нет, нельзя. Существуют множество моделей, и они дают разные предсказания. Вероятнее всего, будет происходить дальнейшее расширение Вселенной. Но некоторые специалисты не исключают, что в какой-то момент расширение достигнет максимума и Вселенная начнет сжиматься, но это все очень гипотетично. Единственное, что можно было бы предсказать, - это с какой скоростью Вселенная будет умирать, потому что инфляция рано или поздно приведет к тому, что космическое пространство превратится в пустыню. Но изучать умирание Вселенной в нашей локальной области не очень интересно. Ведь останется еще множество других Вселенных.

Насколько я понимаю, из инфляционной гипотезы вытекает положение о возможности существования множества Вселенных. Не могли бы вы пояснить, как именно делается такой вывод?

Квантовые флуктуации, о которых я говорил выше, были очень незначительными, но инфляция усилила их до колоссальных масштабов. И теория предсказывает, что такие "усиленные" флуктуации могут за счет инфляции непрерывно производить свои новые Вселенные. То есть из теоретических выкладок следует, что если один раз начать инфляцию, то ее потом никогда нельзя будет закончить и где-то далеко от нас, на том участке пространства, который мы даже теоретически не можем наблюдать, будут постоянно рождаться новые Вселенные. Наша "собственная" Вселенная существует только 13,7 миллиарда лет – соответственно, все объекты, до которых свет должен добираться больше времени, принципиально не доступны для наблюдения.

Существуют ли сегодня альтернативы инфляционной гипотезе?

Нет, никаких разумных альтернативных гипотез не существует.

А были ли такие альтернативные гипотезы в прошлом?

Нет, и в прошлом не было, потому что до появления инфляционной гипотезы вообще не существовало каких-либо приемлемых моделей. В начале 1980-х космология пребывала в очень печальном состоянии, потому что ученым было известно очень мало фактов о Вселенной, и все они друг с другом не стыковались. Разные специалисты выдвигали множество альтернативных гипотез образования Вселенной, которые сегодня уже забыты.

В 1980-м году ко мне, тогда студенту-астрофизику, подошел Гена Чибисов, с которым мы потом много лет работали вместе, и предложил посчитать квантовые флуктуации. Я согласился, и мы довольно быстро обнаружили, что усилить эти флуктуации так, чтобы получить наблюдаемые сейчас неоднородности, можно, только задействовав период ускоренного расширения, то есть инфляцию. В своей работе мы использовали модель Алексея Старобинского. Чуть позже появились работы Андрея Линде и Алана Гуса из MIT (Массачусетский технологический институт). Так довольно быстро картина рождения и эволюции Вселенной стала проясняться, и все встало на свои места.

Можно ли сказать, что разработка инфляционной гипотезы полностью завершена?

В этой гипотезе существует много аспектов, над которыми нужно дальше работать, но не ясно, в каком направлении должна двигаться эта работа. Так всегда бывает: когда приходит идея – то это направление проясняется автоматически и остается только работать-работать-работать. А потом опять наступает ступор, и физики топчутся вокруг да около и не знают, что делать. Сейчас есть много самых разных данных, и, казалось бы, их анализ должен вывести ученых на правильные идеи. Но идеи приходят вовсе не в результате обработки данных – это всегда озарение, которое появляется как бы со стороны.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#9
ФИЗИКИ ПОМЕСТИЛИ ВСЕЛЕННУЮ ВНУТРЬ ЧЕРНОЙ ДЫРЫ

Американский физик-теоретик Никодем Поплавски (Nikodem Poplawski) предложил теоретическую модель, согласно которой наша Вселенная есть внутренность черной дыры, расположенной где-то в объемлющей Вселенной. Статья ученого появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводится на сайте Индианского университета, в котором работает Поплавски.
В рамках работы Поплавски удалось показать, что все астрономические черные дыры (области пространства, из которых ничто не может выйти) можно рассматривать как входы в червоточины Эйнштейна-Розена. Эти объекты представляют собой гипотетические тоннели, соединяющие различные регионы пространства.
Поплавски полагает, что другой конец червоточины черной дыры соединен с белой дырой (антипод черной дыры - область пространства, в которую ничто не может попасть). При этом внутри червоточины возникают условия, напоминающие расширяющуюся Вселенную, аналогичную наблюдаемой нами. Из этого следует, что и наша Вселенная может оказаться просто внутренней частью какой-то червоточины.
Все конструкции Поплавски носят теоретический характер, то есть автор не предлагает способа проверки собственной теории. К плюсам данной гипотезы можно отнести тот факт, что она позволяет решить информационный парадокс: при попадании в черную дыру информация об объектах исчезает из Вселенной, поскольку ничто не может покинуть дыру.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#10
Ученые: Вселенная имела 10 измерений
Японские физики с помощью компьютерного моделирования выяснили, как пропали шесть пространственных измерений из десяти, которыми, согласно теории суперструн, обладала наша Вселенная сразу после рождения.

Авторы исследования, которое будет опубликовано в Physical Review Letters — Дзюн Нишимура (Jun Nishimura) из лаборатории KEK в городе Цукуба и его коллеги Асато Цутия (Asato Tsuchiya) из университета города Сидзуока и Сан-ву Ким (Sang-Woo Kim) из университета Осаки (Япония) - разработали компьютерную модель Большого Взрыва с учетом всех положений теории суперструн, сообщает РИА "Новости".

Согласно этой теории, Вселенная родилась десятимерной, то есть обладала одним временным и девятью пространственными измерениями. Часть сторонников этой теории считают, что «лишние» шесть измерений схлопнулись и замкнулись сами на себя. Другие физики считают, что наша четырехмерная Вселенная является лишь частью многомерной мультивселенной (мультиверса), а остальные шесть измерений мы не можем увидеть и изучить.

Нишимура и его коллеги попытались решить эту проблему при помощи своей модели, проследив за изменением протяженности измерений на разных этапах Большого взрыва. Они использовали несколько остроумных математических приемов, позволяющих проводить вычисления со сверхбольшими матрицами - огромными наборами чисел, выстроенных в виде двумерной или многомерной таблицы.

Для экспериментальной проверки модели ученые подготовили ее компьютерную реализацию и запустили ее на суперкомпьютере Hitachi SR16000. Этот вычислитель состоит из 3,5 тысяч процессоров архитектуры PowerPC и имеет производительность 90 терафлопс - триллионов операций в секунду.

Результаты работы модели подтвердили выводы теории суперструн - Вселенная родилась десятимерной, однако шесть «лишних» пространственных измерений так и не развились в процессе расширения после начала Большого Взрыва. В результате только остались три измерения и время, повторяющие структуру реальной Вселенной.

Ученые полагают, что их модель и методы помогут понять механизм расширения Вселенной на самых ранних этапах ее развития и позволят объяснить то, почему она расширяется с ускорением.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#11
Квазары подтвердили ускоренное расширение Вселенной

Международная группа исследователей из США и Японии получила очередное подтверждение ускоренного расширения Вселенной и существования тёмной энергии. Статья учёных принята к публикации в The Astrophysical Journal, а её препринт доступен на сайте arXiv.org.

В 90-х годах прошлого века астрофизики установили, что со времени Большого Взрыва Вселенная расширяется с ускорением. Это открытие было сделано благодаря наблюдениям за так называемыми сверхновыми класса Ia, за которое американцам Солу Перлмуттеру и Адаму Рису и австралийцу Брайану Шмидту в 2011 году вручили Нобелевскую премию. Для объяснения ускоренного расширения учёным пришлось ввести понятие тёмной энергии.

В рамках новой работы учёные использовали для оценки скорости расширения Вселенной независимый статистический подход. Проведя некоторую теоретическую работу, они установили, что разные "форматы" расширения пространства (с ускорением, без ускорения, с замедлением) взаимосвязаны с количеством наблюдаемых "космических миражей".

Так учёные окрестили многократные изображения квазаров в результате гравитационного линзирования - процесса искажения направления движения света под воздействием гравитации сверхмассивного объекта. Иногда, в ходе такого взаимодействия свет от квазара разделяется на два и наблюдателю на Земле видно сразу два квазара. За 10 лет работы группа исследователей изучила изображения 100 тысяч квазаров, собранные в рамках программы SDSS.

Из этих, а также ранее известных миражей, было отобрано 19 квазаров, на основе которых учёные проверили свои статистические гипотезы. Как оказалось, распределение квазаров по расстояниям лучше всего согласуется с гипотезой расширяющейся с ускорением Вселенной.

Более того, новые результаты показывают, что тёмная энергия ведёт себя как космологическая постоянная - дополнительный член, введённый Эйнштейном в собственное уравнение, описывающее гравитационное взаимодействие. Известно, что Эйнштейн ввёл этот член для того, чтобы получить статическую Вселенную, то есть не расширяющуюся и не сжимающуюся. Однако, после открытия расширения космоса Хабблом великий физик назвал космологическую постоянную своей "величайшей ошибкой". В свою очередь уже после открытия ускорения у этого расширения стало понятно, что космологическая постоянная Эйнштейна может отвечать за загадочную тёмную энергию.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#12
НОВАЯ ГИПОТЕЗА ОБРАЗОВАНИЯ ВСЕЛЕННОЙ ПЕРЕЧЕРКНУЛА ТЕОРИЮ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА

Наша Вселенная является "наследницей" другой Вселенной, существовавшей до нее. Это опровергает существовавшую ранее теорию Большого взрыва.

Такой сенсационный вывод содержится в работе космолога из Университета штата Пенсильвания Мартина Боджоволда. Выполненные им вычисления на базе одной из теорий квантовой гравитации, позволяют предположить, что наша Вселенная родилась не в сингулярности, которую принято называть Большим взрывом, а в результате Большого скачка, вызванного квантовыми процессами и силами.

Ранее предполагалось, что моменту Большого взрыва, положившего начало нашей Вселенной, предшествовали бесконечно большие значения энергии и искривления пространства-времени, когда все ныне известные законы физики не действовали. Нынешнее же исследование предполагает, что, хотя уровни энергии и деформации пространственно-временного континиума были исключительно высоки, но не носили бесконечно высокого характера, а были конечны.

Какие-то следы от прошлой Вселенной могут существовать и в нынешней. По мнению Боджоволда, их можно обнаружить в астрономических наблюдениях и численных моделях Вселенной. Вместе с тем, согласно ученому, некоторые знания о прошлом - исходной Вселенной - безвозвратно утеряны. В частности, нынешние размеры Вселенной полностью исключают возможность точного установления того, как изменялась в размерах Вселенная, предшествовавшая Большому взрыву. Этот феномен ученый назвал "космическим беспамятством".

Новая гипотеза пока не сбросила с пьедесталов существующие теории, но вызвала большой интерес и имеет огромное философское и мировоззренческое значение. Об этом сообщает "Взгляд" со ссылкой на ИТАР-ТАСС.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#13
Классификация галактик


История «открытия» мира галактик весьма поучительна. Больше двухсот лет назад Гершель построил первую модель Галактики, преуменьшив ее размеры в пятнадцать раз. Изучая многочисленные туманности, разнообразие форм которых он первый и обнаружил, Гершель пришел к выводу, что некоторые из них являются далекими звездными системами «типа нашей звездной системы». Он писал: «Я не считаю необходимым повторять, что небеса состоят из участков, у которых солнца собраны в системы». И еще: «...эти туманности также могут быть названы млечными путями - с малой буквы в отличие от нашей системы».

Однако, в конце концов, сам Гершель занял в отношении природы туманностей другую позицию. И это было не случайностью. Ведь ему удалось доказать, что большинство открытых и наблюдавшихся им туманностей состоят не из звезд, а из газа. Он пришел к весьма пессимистическому выводу: «Все, что за пределами нашей собственной системы, покрыто мраком неизвестности».

Английский астроном Агнесса Кларк писала в книге «Система звезд» в 1890 году: «Можно с уверенностью сказать, что ни один компетентный ученый, располагающий всеми имеющимися доказательствами, не станет придерживаться мнения, что хотя бы одна туманность является звездной системой, сравнимой по размерам с Млечным Путем. Практически установлено, что все объекты, наблюдаемые на небе (как звезды, так и туманности), принадлежат к одному огромному агрегату»...

Причина такой точки зрения была в том, что долгое время астрономы не умели определять расстояния до этих звездных систем. Так, из проведенных в 1907 году измерений будто бы следовало, что расстояние до «Туманности Андромеды» не превышает 19 световых лет. Четыре года спустя астрономы пришли к выводу, что это расстояние составляет около 1600 световых лет. И в том, и в другом случае создавалось впечатление, что упомянутая туманность и в самом деле находится в нашей Галактике.

В двадцатые годы прошлого века между астрономами Шепли и Куртисом разгорелся ожесточенный спор о природе Галактики и других объектов, видимых с помощью телескопов. В числе этих объектов находится знаменитая туманность Андромеды (М31), которая видна невооруженным глазом всего лишь как звезда четвертой величины, но разворачивается в величественную спираль, если разглядывать ее в большой телескоп. К этому времени в некоторых из этих туманностей были зарегистрированы вспышки новых звезд. Кертис предположил, что в максимуме блеска упомянутые звезды излучают столько же энергии, что и новые звезды нашей Галактики. Так, он установил, что расстояние до Туманности Андромеды равно 500 000 световых лет. Это и дало Кертису основание утверждать, что спиральные туманности - это далекие звездные вселенные, подобные Млечному Пути. С таким выводом Шепли не соглашался, и его рассуждения также были вполне логичными.

Согласно Шепли, вся Вселенная состоит из одной нашей Галактики, а спиральные туманности типа М31 представляют собой более мелкие объекты, рассыпанные внутри этой Галактики, как изюм в куличе.

Предположим, говорил он, что Туманность Андромеды имеет такие же размеры, как и наша Галактика (300 000 световых лет по его оценке). Тогда, зная ее угловые размеры, находим, что расстояние до данной туманности составляет 10 миллионов световых лет! Но тогда непонятно, почему наблюдавшиеся в Туманности Андромеды новые звезды имеют большую яркость, чем в нашей Галактике. Если же яркость новых в этой «туманности» и в нашей Галактике одинакова, то отсюда следует, что Туманность Андромеды в 20 раз меньше нашей Галактики.

Куртис, напротив, считал, что М31 представляет собой самостоятельную галактику-остров, не уступающую в достоинстве нашей Галактике и отдаленную от нее на несколько сотен тысяч световых лет. Создание больших телескопов и прогресс астрофизики привели к признанию правоты Куртиса. Измерения, проделанные Шепли, оказались ошибочными. Он очень сильно недооценил расстояние до М31. Куртис, впрочем, также ошибался: теперь известно, что расстояние до М31 - более двух миллионов световых лет.

Природу спиральных туманностей окончательно удалось установить Эдвину Хабблу, который в конце 1923 года обнаружил в Туманности Андромеды первую, а вскоре еще несколько цефеид. Оценив их видимые величины и периоды, Хаббл нашел, что расстояние до этой «туманности» составляет 900 000 световых лет. Так окончательно была установлена принадлежность спиральных «туманностей» к миру звездных систем типа нашей Галактики.

Если же говорить о расстояниях до этих объектов, то их еще предстояло уточнять и пересматривать. Так, на самом деле расстояние до галактики М31 в Андромеде равно 2,3 миллиона световых лет.

Мир галактик оказался удивительно огромным. Но еще большее удивление вызывает многообразие его форм.

Первую и довольно удачную классификацию галактик по их внешнему виду предпринял уже Хаббл в 1925 году. Он предложил относить галактики к одному из следующих трех типов: 1) эллиптические (обозначаемые буквой Е), 2) спиральные (S) и 3) неправильные (Ir).

К эллиптическим были отнесены те галактики, которые имеют вид правильных кругов или эллипсов и яркость которых плавно уменьшается от центра к периферии. Эту группу подразделяют на восемь подтипов от ЕО до Е7 по мере увеличения видимого сжатия галактики. Линзовидные галактики SO похожи на сильно сплюснутые эллиптические системы, однако имеют четко выделенное центральное звездообразное ядро.

Спиральные галактики, в зависимости от степени развития спиралей, подразделяются на подклассы Sa, Sb и Sc. У галактик типа Sа основной составной частью является ядро, тогда как спирали выражены еще слабо. Переход к последующему подклассу - констатация факта все большего развития спиралей и уменьшения видимых размеров ядра.

Параллельно нормальным спиральным галактикам существуют еще так называемые пересеченные спиральные системы (SB). У галактик этого типа очень яркое центральное ядро пересекается по диаметру поперечной полосой. Из концов этой перемычки и начинаются спиральные ветви, причем в зависимости от степени развития спиралей эти галактики делятся на подтипы SBa, SBb и SBc.

К неправильным галактикам (Ir) отнесены объекты, у которых отсутствует четко выраженное ядро и не обнаружена вращательная симметрия. Их типичными представителями являются Магеллановы Облака.

«Я использовал ее 30 лет, - писал впоследствии известный астроном Вальтер Бааде, - и хотя упорно искал объекты, которые нельзя было бы действительно уложить в хаббловскую систему, их число оказалось столь ничтожным, что я могу пересчитать их по пальцам». Классификация Хаббла продолжает служить науке, и все последующие модификации существа ее не затронули.

Некоторое время полагали, что эта классификация имеет эволюционный смысл, т. е. что галактики «передвигаются» вдоль «камертонной диаграммы» Хаббла, последовательно меняя свою форму. Сейчас этот взгляд считается ошибочным.

Среди нескольких тысяч ярчайших галактик насчитывается 17 процентов эллиптических, 80 процентов спиральных и около 3 процентов неправильных.

В 1957 году советский астроном Б.А. Воронцов-Вельяминов открыл существование «взаимодействующих галактик» - галактик, связанных «перемычками», «хвостами», а также «гамма-форм», т. е. галактик, у которых одна спираль «закручивается», тогда как другая «раскручивается». Позже были открыты компактные галактики, размеры которых составляют всего около 3000 световых лет, и изолированные в пространстве звездные системы с поперечником всего 200 световых лет. По своему внешнему виду они практически не отличаются от звезд нашей Галактики.

Новый общий каталог (НОС) содержит перечень около десяти тысяч галактик вместе с их важнейшими характеристиками (светимость, форма, отдаленность и т. д.) - и это лишь малая толика из десяти миллиардов галактик, в принципе различимых с Земли. Сказочный гигант, способный охватить взглядом сотню-другую миллионов световых лет, разглядывая Вселенную, увидел бы, что она заполнена космическим туманом, капельками которого являются галактики. Временами встречаются скопления, состоящие из тысяч галактик, собранных вместе. Одно такое гигантское скопление находится в созвездии Девы.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#14
Ученые "разглядели" в космосе множество параллельных миров. Наша Вселенная сталкивалась с ними четырежды

Ученые считают, что впервые нашли признаки существования в космосе множества параллельных вселенных. В свете этой теории наша собственная Вселенная представляется лишь одним из "пузыриков", плавающих в огромном пространстве, которые вполне могут сталкиваться между собой, пишет The Daily Mail.

Физик и астроном Стефан Фини из Университетского колледжа Лондона - одного из ведущих британских вузов - убежден, что следы таких столкновений можно заметить на картах реликтового излучения, которое, как считают, сохранилось с начальных этапов существования Вселенной и равномерно ее заполняет. Оно рассматривается как одно из главных подтверждений теории Большого взрыва.

На подобных картах представлены результаты измерения спектра реликтового излучения - более горячие области обозначены красными цветами, более холодные - синими. Пристально изучив круглые образования, имеющиеся на панораме, Фини и его коллеги пришли к выводу, что это и есть своего рода "космические выбоины", оставшиеся после столкновения параллельных вселенных.

Центр такого круга являет собой самую горячую область, тогда как ближе к периферии цвета спектра становятся все холоднее.

По предположениям ученых, в далеком прошлом в космосе шли настоящие "бои" между параллельными мирами, в которых участвовал и наш. "Пузырик-вселенная", в которой мы живем, по их словам, пережила не менее четырех подобных столкновений.

Многие космологи, впрочем, уже выступили с критикой, заявив, что подобным образом можно легко сделать множество других скороспелых выводов. Авторы исследования соглашаются, что еще многое предстоит перепроверить. Однако если теория "пузыриков" подтвердится будущими исследованиями, то человечество сможет впервые "заглянуть" в параллельные миры, не ограничиваясь только собственной вселенной, оптимистично говорят они.

Как замечает британская газета, данное "открытие" по следам реликтового излучения сделано спустя месяц после того, как другая группа ученых на основе аналогичных данных поставила под сомнение теорию, согласно которой вселенную породил Большой взрыв. Они считают, что вселенная была и до него, а "большие взрывы" случаются периодически - по космическим меркам.

Профессор Оксфордского университета Роджер Пенроуз и профессор Ереванского государственного университета Ваге Гурзадян обнаружили на картах реликтового излучения 12 концентрических кругов, из них некоторые имеют в своем составе до пяти колец. Разделение круга на пять колец означает, что в период существования объекта, который отображает этот круг, было отмечено пять масштабных событий.

Космологи считают, что круги - это отпечатки волн мощнейшего гравитационного излучения, образованных в результате столкновения черных дыр в течение "предыдущей вечности" - космической эпохи, которая была до Большого взрыва.

В конечном счете черные дыры поглотят всю материю во Вселенной, считает профессор Пенроуз. С уничтожением материи останется лишь энергия. А она, в свою очередь, вызовет новый Большой взрыв и новую "вечность". Между тем, согласно нынешней теории Большого взрыва, Вселенная постоянно расширяется, и этот процесс будет длиться бесконечно. Некоторые астрономы считают, что в результате она превратится в холодную мертвую пустошь.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#15
Новая гипотеза происхождения "Оси Зла" способна кардинально изменить характер трактовки феномена и еще более осложнить ситуацию в современной космологии

гипотеза.jpg

Обнаружение космическими обсерваториями COBE и WMAP феномена флуктуаций в распределении реликтового микроволнового излучения на небесной сфере, необъяснимого с позиций современной космологии и получившего по этому "хлесткое" обозначение "Ось Зла", стало одним из крупнейших открытий последнего времени, способным привести к глубокой ревизии основопологающих положений современной картины мира.

Однако, возможно, наблюдаемые флуктуации могут иметь совершенно иное, но не менее интригующее объяснение - новую гипотезу выдвинул известный радиоастроном, профессор университета Мемфиса Геррит Вершур (Gerrit Verschuur).

Как сообщает Space Daily, ему удалось показать, что распределение флуктуаций температуры реликтового излучения странным и совершенно необъяснимым образом хорошо коррелирует с распределением межзвездных облаков нейтрального водорода HI в самой нашей Галактике, выявленных при радиоастрономических наблюдениях. Однако сами эти облака изменить характеристики реликтового электромагнитного излучения, по видимому, не могут никак.

Профессор Вершур выдвинул гипотезу, согласно которой неоднородности в результатах измерений, осуществленных обсерваториями COBE и WMAP, вызваны "сложением" реликтового излучения с излучением еще неизвестной природы, но имеющим явно галактическое происхождение и каким-то образом ассоциированным именно с облаками нейтрального водорода HI.

Если эта гипотеза получит право на существование, это будет означать, что в измерения температуры реликтового излучения вкралась систематическая ошибка, и они требуют как минимум пересмотра и не могут пока что использоваться для анализа космологических моделей.

Предположение о том, что реликтовое излучение - полностью или частично - имеет галактическое происхождение, станет cерьезным вызовом современным космологическим моделям. Тем не менее, профессор Вершур уже пытается применять новую гипотезу в прагматических целях - для поиска в температурных "пиках" реликтового излучения неизвестных прежде облаков нейтрального водорода HI.

Позволит ли новая гипотеза снизить остроту кризиса в космологии, покажет время. Тем не менее, масштабы проблем растут - так, проведенное в рамках теории "Оси Зла" исследование спиральных галактик, в котором принимали участие многие тысячи астрономов-любителей из разных стран мира, привело к совершенно обескураживающему выводу - большинство галактик с точки зрения земного наблюдателя (то есть с геоцентрической точки зрения) "завернуто" в одну сторону, в то время как в другую - меньшинство.

Естественно, что для внегалактических объектов, к Земле никакого отношения не имеющих, те и другие вроде бы должны встречаться с равной вероятностью. Если результаты исследования будут подтверждены независимо и "геоцентрическая асимметрия" Вселенной будет подтверждена, современная космология окажется в исключительно непростой ситуации.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#16
Вселенной не может быть

Общепринятая теория Вселенной логически ошибочна. Чтобы устройство космоса стало таким, каким мы его себе представляем, потребовалось бы чудо, утверждают ученые. Все более стремительно расширяющаяся Вселенная обречена повторить себя, считает Леонард Сусскинд из Стэнфорда и его коллеги. Но вероятность того, что в этом повторе возникнут миры, такие же, как наш, бесконечно мала. Поэтому либо космос не ускоряется по тем причинам, по которым, как мы считаем, он делает это, либо нам еще предстоит узнать фундаментальные законы физики, предопределившие начальное состояние, которое привело к возникновению нашей Вселенной, а затем управлявшие эволюцией космоса, чтобы она развернулась именно таким образом, как это произошло.

Непостижимость нынешней ситуации даже заставила группу Сусскинда задаться вопросом о том, не "вмешалось ли в эволюцию некое действующее лицо, руководствуясь своими собственными мотивами". Но даже Бог, каким мы его себе представляем, не объясняет столь странное положение вещей.
Проблема произрастает из сделанного в 1998 году наблюдения, что Вселенная расширяется с ускорением. Самое распространенное объяснение этому состоит в существовании космологической константы – силы отталкивания, противостоящей гравитации. Если состояние дел не изменится, то другие галактики в конце концов пропадут из виду, когда начнут удаляться друг от друга со скоростью выше скорости света. И тогда ничто, происходящее в других частях космоса, нас не коснется. Наш мир – и все остальное – будет изолировано за так называемым горизонтом де Ситтера. Из этого вытекает, что Вселенная распадется на множество "пузырьков", разделенных горизонтом де Ситтера. А каждый пузырь, в конце концов, превратится в мягкую безжизненную однородность И это будет концом истории.

Или нет? Термодинамика утверждает другое - напоминает Сусскинд и его коллеги. Если ждать достаточно долго, то произойдет все, что может произойти. То есть Вселенная, ведомая космологической константой к превращению в пространство де Ситтера, после чрезвычайно длительного ожидания возвратится в некое подобие своего изначального состояния. Затем начнет разворачиваться новая космическая история, включая новое появление жизни. Но вероятность того, что тогда возникнет Вселенная вроде нашей, чрезвычайно малы.

На такие возражения космологи имеют контраргумент, называемый антропным принципом. Согласно этому принципу, не важно, сколь маловероятной кажется Вселенная, сам факт того, что мы способны задавать эти вопросы, снимает все сомнения. Если бы все было иначе, жизнь бы не существовала и этот вопрос не встал бы.

Но Сусскинд показал, что даже антропный принцип – не ответ, потому что большое число других вселенных может содержать жизнь и при этом серьезно отличаться от нашей. Все эти обитаемые вселенные могли быть результатом "сверхъестественных" статистических случаев, но их слишком много, чтобы объяснять все случайностью. Даже если что-нибудь предопределило особые начальные условия нашей Вселенной, это могло сработать только один раз. А в другие разы может возникнуть совсем другая Вселенная.
В этом случае мы приходим к выводу, что мы живем в первом развертывании умело управляемой Вселенной. А это уже слишком напоминает обнаружение некоего нового, до сих пор неизвестного ученым факта, считают исследователи. Так что либо не существует космологической константы – но в таком случае непонятно, почему ускоряется Вселенная – либо мы не знаем о ней что-нибудь основополагающее.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#17
Российские астрофизики разглядели в космосе машину времени

Ученые уверены, что в космосе есть туннели (они же - «кротовые норы»), через которые можно переместиться в другие Вселенные и совершить путешествие во времени. Предположительно они образовались, когда Вселенная только зарождалась, сообщает сайт Роскосмоса.

Этим космическим «машинам времени» астрофизики дали название – «кротовая нора». От «черной дыры» нора отличается тем, что туда можно не только попасть, но и вернуться обратно.

Общая теория относительности (ОТО) не опровергает существование таких туннелей (хотя и не подтверждает). Для существования проходимой кротовой норы необходимо, чтобы она была заполнена экзотической материей с отрицательной плотностью энергии, создающей сильное гравитационное отталкивание и препятствующей схлопыванию норы. Решения типа кротовых нор возникают в различных вариантах квантовой гравитации, хотя до полного исследования вопроса ещё очень далеко. Поиск «кротовых нор» – одна из главных задач современной астрономии.

«В данном случае речь идет об очень необычных объектах, которые были открыты в теории Эйнштейна. Согласно этой теории, в очень сильном поле происходит искривление пространства, и время, оно то скручивается, то замедляется, вот такие фантастические свойства», – цитирует сайт Игоря Новикова, заместителя директора Астрокосмического центра ФИАН, члена-корреспондента РАН.

«Кротовые норы» принадлежат к такому загадочному явлению как «темная энергия», из которой состоит 70 процентов Вселенной.

«О черных дырах начали говорить где-то в конце 60-х годов, и когда они делали эти доклады, это казалось фантастикой. Всем казалось, это абсолютная фантастика - сейчас это у всех на устах, - рассказывает директор Астрономического института МГУ имени Штернберга Анатолий Черепащук. - Так и сейчас «кротовые норы» тоже фантастика, тем не менее теория предсказывает, что «кротовые норы» существуют. Я оптимист и думаю, что «кротовые норы» тоже когда-нибудь будут открыты».

«Сейчас открыта темная энергия - это вакуум, который обладает отрицательным давлением. И в принципе «кротовые норы» могли формироваться из состояния вакуума», - предполагает Анатолий Черепащук.

Одно из мест обитания «кротовых нор» - центры галактик. Но здесь главное не перепутать их с черными дырами. Сегодня открыто более трехсот черных дыр. От Земли до центра нашей галактики Млечный путь 25 тысяч световых лет. Если окажется, что эта черная дыра - «кротовая нора», коридор для путешествия во времени, человечеству до него лететь и лететь.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#18
Вселенная оказалась населена небольшими экзопланетами

Статистический анализ данных телескопа "Кеплер" показал, что приблизительно каждая шестая звезда в обследованной Вселенной имеет в своей системе похожую на Землю экзопланету. Об этом на конференции Американского астрономического общества рассказал Франсуа Фрессон (Francois Fressin) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, его публикация принята к печати в журнале The Astrophysical Journal.

Поиск экзопланет при помощи космической обсерватории "Кеплер" проводится транзитным методом. Он подразумевает анализ светимости звезды: если яркость свечения периодически падает, это может означать частичное перекрытие света звезды вращающейся вокруг нее планетой. Обнаруженные "Кеплером" кандидаты в экзопланеты затем проходят проверку при помощи наземных телескопов.

Более крупные, вращающиеся поблизости от своей звезды экзопланеты "Кеплеру" заметить легче - их транзит приводит к более значительному падению яркости. Это, однако, не означает, что более мелких, похожих на Землю планет действительно меньше. Чтобы установить, насколько те или иные типы экзопланет на самом деле распространены во Вселенной, ученым пришлось провести сложный статистический анализ данных "Кеплера".

Экстраполируя уже полученные результаты, ученые утверждают, что около 17 процентов звезд во Вселенной имеют в своей системе экзопланеты размером в 0,8 - 1,25 размера Земли. Вращаются они, впрочем, гораздо ближе к своим звездам. Год на них занимает 85 земных дней и меньше.

Около одной пятой всех звезд содержат суперземли с массой до двух масс Земли, и только пять процентов светил являются обладателями газовых гигантов.

Ученые также обнаружили, что тип экзопланеты практически не зависит от типа звезды, вокруг которой они вращаются. Планеты, подобные Земле удавалось найти в системах самых разных звезд.

Телескоп "Кеплер" был запущен на орбиту в марте 2009 года. За первые 16 месяцев работы он обнаружил около 2400 кандидатов в экзопланеты, 105 из них были подтверждены независимыми группами ученых.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#19
Вселенной грозит «Большой разрыв»

Китайские ученые пришли к жуткому выводу — нашу Вселенную разорвет темная энергия. При этом сначала распадутся все галактики, потом развалится Солнечная система, взорвется Земля (за 16 минут до полного апокалипсиса), и, наконец, прекратят существовать даже атомы.

Группа астрофизиков из Пекинского университета под руководством Синь Чжана занималась изучением темной энергии. Это загадочная субстанция, о которой до сих пор мало что известно, но ученые считают, что именно она ответственна за «расширение» Вселенной. А так как Вселенная все время расширяется, то это означает, что нарушится притяжение между галактиками, звездными системами, отдельными планетами и их спутниками: например, Луна оторвется от Земли. В конце концов видимая материя вообще перестанет существовать.

Специалисты из КНР решили посчитать, когда же все это произойдет, используя параметр w (он определяет, как меняется темная энергия в зависимости от увеличения или уменьшения ее плотности). Если w равен или меньше -1, то Вселенная будет расширяться бесконечно, и тогда конец света обязательно наступит.

«По нашим расчетам, он произойдет примерно через 103 миллиарда лет в лучшем случае, и через 16,7 миллиардов — в худшем. В это время Вселенная прекратит свое существование в ходе „Большого разрыва“, — цитирует РИА „Новости“ статью китайских ученых под названием „Темная энергия и судьба Вселенной“, опубликованную в журнале Science China.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#20
Астрономы увидели во Вселенной следы "первозданного" гелия

Астрономы, анализирующие переданные зондом WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe - зонд для исследования анизотропии микроволн имени Уилкинсона) данные, обнаружили в микроволновом фоновом излучении Вселенной следы гелия, образовавшегося в ходе Большого Взрыва. Об этом пишет New Scientist.

Микроволновое фоновое, или реликтовое, излучение равномерно заполняет космическое пространство. Оно несет информацию о Большом Взрыве - процессе, в результате которого образовалась Вселенная. Гелий - второй элемент периодической системы элементов - является достаточно тяжелым для того, чтобы оказывать влияние на процессы, протекавшие в молодой Вселенной. Кроме того, оценивая количество присутствовавшего в космосе гелия, ученые могут оценить скорость расширения Вселенной в первые сотни тысяч лет после Большого Взрыва.

До сих пор зарегистрировать "первозданный" гелий напрямую не удавалось, так как его "следы" были слишком незаметными. Авторы нового исследования наряду с зондом WMAP использовали показания двух телескопов, находящихся на Южном полюсе.

Зонд WMAP, запущенный в 2001 году, составил карту реликтового излучения. Как выяснилось недавно, она является не только источником ценной информации, но также стимулирует воображение ученых и людей, далеких от науки. Так, на карте удалось
найти автограф британского физика Стивена Хокинга и головы различных животных.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#21
Тепло первых звезд почти стерилизовало Вселенную

Астрономы определили, что тепло от первых светил и аккреционных дисков черных дыр привело к частичной "стерилизации" Вселенной: в результате сформировалось гораздо меньше галактик, чем могло бы. Об этом сообщается в пресс-релизе Университета Дурхама, сотрудники которого принимали участие в работе. Результаты своего исследования ученые представили на заседании Королевского астрономического общества.

В настоящее время считается, что в образовании галактик важную роль играет так называемая темная материя - загадочная субстанция, участвующая в гравитационном взаимодействии, но "игнорирующая" электромагнитное. Считается, что скопления темной материи являются своего рода зародышами галактик.

В рамках исследования ученые моделировали поведение темной материи на ранних этапах развития Вселенной. В результате им удалось установить, что в настоящее время вокруг Млечного Пути вращается большое количество (несколько сотен тысяч) сгустков темной материи - гораздо больше, чем карликовых галактик (пока их известно несколько десятков).

Исследователи предлагают следующее объяснение этому парадоксу. Примерно через полмиллиарда лет после Большого Взрыва, когда в космосе предположительно появились черные дыры (и, соответственно, их аккреционные диски) и первые звезды, от их излучения средняя температура вещества в космосе возросла до 20-100 тысяч градусов по Цельсию. В результате "обычный" газ, присутствующий в маленьких скоплениях темной материи, оказался перегрет (для образования звезд необходим достаточно холодный газ) и никаких галактик из него не образовалось.

В рамках симуляции ученые использовали теорию холодной темной материи (cold dark matter - CDM), то есть материи, составленной из медленно движущихся частиц. Отметим, что общепринятой теории темной материи в настоящее время не существует. Сами исследователи отмечают, что результаты их исследования хорошо вписываются в теорию CMD, поэтому могут служить ее косвенным подтверждением.

Однако совсем недавно измерения, проведенные астрономами из Калифорнийского университета поставили под сомнение теорию холодной темной материи. Исследователям удалось доказать, что для масс карликовых галактик существует нижняя граница. Это, в свою очередь, непосредственно противоречит теории CMD.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#22
Астрономы увеличили яркость Вселенной в два раза

Вселенная примерно в два раза ярче, чем считалось до сих пор. Половина излучаемого звездами света поглощается пылью, сообщает коллектив астрономов под руководством Саймона Драйвера (Simon Driver) в статье, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal.

Было известно, что межзвездная пыль – углеродные и силикатные частицы размером около нескольких микрометров – поглощает некоторую часть электромагнитного излучения, однако до сих пор астрономы не знали, какую именно. Для многих источников доля поглощения света пылью оценивалась примерно в десять процентов.

"Меня потряс масштаб этого явления, – сообщил Драйвер порталу Space.com. – Большинство всегда говорило: «Да пыль, наверное, незначительная проблема»". Сам Драйвер значительную часть своей профессиональной жизни провел, работая со снимками телескопа "Хаббл", и практически полностью игнорировал пыль.

Для уточнения роли пыли астрономы проанализировали данные о 10 тысячах галактик. Галактики могут быть расположены по отношению к Земле по-разному: ребром, "анфас" (плоскость диска полностью видна), под углом. Если предположить, что пыль поглощает несущественную долю света, то каждое возможное положение должно было бы быть представлены равным количеством галактик. Это, однако, не так: галактик, повернутых к Земле ребром, на 70 процентов меньше, чем галактик "анфас".

Для того чтобы объяснить такую неравномерность, астрономы создали новую модель распределения пыли в галактиках. По их мнению, наибольшее количество пыли сосредоточено в дисках спиральных галактик, а не в плотных центральных выпуклостях. Соответственно, при взгляде с ребра пыль затмевает галактику значительно сильнее. Расчеты показали, что в целом пыль поглощает около 50 процентов видимого света, испускаемого звездами в галактиках.

Этот результат удалось подтвердить измерениями инфракрасного излучения пыли. Энергия поглощенного света не исчезает, она нагревает частицы пыли, и они начинают излучать в другой части электромагнитного спектра – инфракрасной. До сих пор многие наблюдения показывали, что такого инфракрасного излучения больше, чем предсказывает теория. У группы Драйвера все сошлось идеально: все инфракрасное излучение объясняется поглощенным видимым светом.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#23
Опровергнута общепринятая модель Вселенной

Международная группа астрономов пришла к выводу, что плотность темной энергии, из-за которой Вселенная расширяется с ускорением, должна со временем увеличиваться. Статья ученых опубликована в журнале Nature Astronomy.

Темной энергией называют гипотетический вид энергии, из-за которой наблюдается ускоренное расширение. По оценкам, она должна составлять около 70 процентов массы Вселенной. Согласно одному из объяснений, любой объем пространства имеет определенную величину плотности темной энергии, называемой космологической постоянной. Поскольку объем Вселенной увеличивается, увеличивается и количество темной энергии. Космологическая постоянная очень мала, и ни одна теоретическая модель не предсказывает ее точное значение, что является одной из нерешенных проблем современной физики.

На настоящее время космологическая модель «Лямбда-CDM» (ΛCDM) является наиболее точным описанием эволюции и крупномасштабной структуры Вселенной. Она математически описывает эволюцию плоской Вселенной, возникшей после Большого взрыва и имеющей ненулевую положительную космологическую постоянную (лямбда-член). Модель объясняет наблюдаемую структуру реликтового излучения (космического микроволнового фона), распределение галактик во Вселенной, обилие водорода и других легких атомов, а также скорость расширения вакуума.

Почти все наблюдения соответствуют ΛCDM, однако модель плохо протестирована на огромных расстояниях, между самой далекой сверхновой типа Ia и поверхностью последнего рассеивания (космический микроволновый фон), расположенной на расстоянии около 46 миллиардов световых лет (расстояние не совпадает с возрастом Вселенной в 13,8 миллиарда лет из-за ускоренного расширения). Ученые провели новое измерение скорости расширения, построив диаграмму Хаббла (зависимость между видимой яркостью и красным смещением) для более тысячи квазаров.

Астрономы обнаружили, что соотношение модуля расстояния и красного смещения (по красному смещению можно определить расстояние до далекого космического объекта) соответствует модели на расстоянии, которое свет прошел за 9,1 миллиарда лет (красное смещение меньше 1,4). Однако при большем красном смещении наблюдаются отклонения от ΛCDM, которые указывают на то, что с возрастом Вселенной плотность темной энергии должна увеличиваться.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#24
НОВЫЕ ТОЧНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ПОДТВЕРДИЛИ СТАРУЮ ЗАГАДКУ СКОРОСТИ РАСШИРЕНИЯ ВСЕЛЕННОЙ

Оценка постоянной Хаббла, полученная с помощью наблюдений реликтового фона наземными телескопами, совпала с данными космического аппарата Planck, но не с результатами других измерений.

Как известно, наша Вселенная расширяется. Скорость этого процесса характеризуется постоянной Хаббла, которая связывает скорость удаления объекта с расстоянием до него. Эту постоянную, как правило, измеряют с помощью квазаров — ярких центров далеких галактик — или переменных звезд цефеид. Другой подход опирается на наблюдения более древнего объекта, реликтового фона Вселенной — «эха» первого излучения, появившегося после Большого взрыва. Однако разные методы дают результаты, отличающиеся друг от друга на несколько процентов.

Измерения через сверхновые указывают, что постоянная Хаббла составляет примерно 74 км/с/МПк (мегапарсек — единица измерения расстояния, эквивалентная примерно 3,3 миллиона световых лет). А наблюдения за реликтовыми микроволнами — около 67 км/с/МПк. Причина такого расхождения остается загадкой. Для объяснений этому выдвигаются самые различные гипотезы — от неравномерности самого процесса расширения до систематической ошибки, которая вкрадывается в измерения, хотя до сих пор так и не обнаружена специалистами. Впрочем, все новые работы позволяют довольно уверенно отбросить вариант с ошибкой.

В паре новых статей, представленных в открытой онлайн-библиотеке препринтов arXiv_org, ученые сообщают о новых оценках постоянной Хаббла, которая получена на основе данных о микроволновом фоне Вселенной. Наблюдения проводились с помощью наземного телескопа АТС (Atacama Cosmology Telescope) и дали примерно те же цифры, что предыдущие работы, проведенные на основе данных космического аппарата Planck, который исследовал реликтовый фон с орбиты, — 67,9 км/с/МПк.

Судя по тому, что две независимые работы (АТС и Planck) дали одинаковый результат, отличный от измерений с помощью цефеид и квазаров, речь идет не о простой ошибке. Возможно, мы упускаем нечто важное в устройстве Вселенной — нечто, вызывающее ее неравномерное расширение.
 

Nobody

Раздел "Наука и Религия"
Команда форума
Модератор
#25
Обнаружен переворачивающий представление о Вселенной феномен

Астрономы обнаружили феномен, который переворачивает представления о темной материи во Вселенной. Согласно результатам, полученным учеными из Национального института астрофизики в Италии, в некоторых галактиках концентрация темной материи более чем на порядок выше предполагаемого, что указывает либо на неизвестные свойства невидимого вещества, либо на фундаментальные пробелы в знаниях о космосе. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Science.

Исследователи провели наблюдения с помощью космического телескопа «Хаббл», чтобы найти гравитационные линзы — феномен, возникающий, когда какой-то массивный объект искривляет траекторию движения света. Темная материя также создает гравитационные линзы, искажая изображения фоновых галактик. Чем сильнее искажение, тем сильнее гравитационное поле и тем больше создающая его масса. Это позволяет создать подробные карты с распределением темной материи.

Астрономы изучили 11 галактических скоплений и заметили, что что-то создает маленькие линзирующие эффекты, которые незаметны в масштабах всего скопления. Это указывает на существование большего количества темной материи, чем предполагалось лучшими математическими моделями, предсказывающими свойства невидимого вещества. Исследователи пока не знают, как объяснить это расхождение.