Первые попытки объяснить происхождение вселенной

Первой научной гипотезой происхождения вселенной считается гипотеза А. Эйнштейна. Она появилась в 1917 году, и ее появление было обусловлено созданием релятивисткой теории тяготения. Гипотеза Эйнштейна также получила название релятивисткой, и описывала вселенную как статичную, сплошную и изотропную модель. Однако данные астрофизики очень быстро поставили эту теорию под сомнение и полностью ее опровергли. Уже в тридцатые годы 20 века стало очевидно, что ни о какой статичности вселенной речи быть не может.

Гипотеза большого взрыва

После того, как астрофизик Э. Хаббл в 1929 году сделал потрясающее открытие – обнаружил, что галактики удаляются от нашей со скоростью, которая пропорциональна расстоянию до этих галактик, последние сомнения в том, что вселенная не статична, отпали. На основании этих данных физик А. Фридман построил новую гипотезу происхождения вселенной, ставшую самой популярной и получившую название гипотезы большого взрыва. По сути, эта гипотеза основана на гипотезе Эйнштейна, только дополненной и лишенной представлений о статичности.
Согласно теории большого взрыва, расширяющаяся вселенная могла образоваться только в результате сильного взрыва в некой единой точке, вследствие которого образовалась знакомая нам картина мироздания. Откуда возник взрыв, что послужило его толчком, что представляла собой сингулярность – точка взрыва, – эти вопросы являются самыми противоречивыми в данной гипотезе.

Современные данные астрономии и физики свидетельствуют о том, что данная теория лишена логики и не может полностью быть применена к описанию картины появления нашей вселенной. Дело в том, что расширение вселенной было установлено на основе спектрального анализа звезд, которое обнаружило эффект «красного смещения», свидетельствующий о том, что звезды и галактики от нас удаляются. Но современные научные исследования говорят о том, что эффект «красного смещения» есть не что иное, как следствие старения фотонов. Эти данные опровергают гипотезу большого взрыва и вынуждают ученых искать новые объяснения космическим процессам.

Что думает современная наука

Современные гипотезы происхождения вселенной могут показаться абсурдными и фантастическими, а некоторые и вовсе не признаны научными. Открытия в области физики элементарных частиц и астрономии постоянно задают новые вопросы и ставят перед учеными неразрешимые дилеммы. Ни одна из существующих на сегодняшний день теорий не может дать ответа на главный вопрос – из чего же появилась вселенная? Что за «кирпичик» лежит в ее основе? Если еще несколько десятилетий назад этим кирпичиком ученые считали самую мелкую элементарную частицу, то в наши дни, когда таких частиц открыто более 400 и это не предел, ученые уже сомневаются в том, что эти частицы – элементарные. Очевидно, что они, в свою очередь, могут состоять из чего-то еще не изученного.

Вопрос о том, как именно образовалась вселенная, и какое будущее ее ждет, остается открытым. Некоторые современные гипотезы представляют большой интерес, например гипотеза В. Труфанова. Российский ученый из города Самары представил модель вселенной в виде кристалла. Какой бы парадоксальной такая теория не казалась, она смогла объяснить все известные во вселенной явления, от гравитации до большинства известных науке астрономических явлений. Гипотеза Труфанова основана на том, что вселенная представляет собой «первокристалл», сопротивляющийся вторжениям извне и обладающий всеми законами, характерными для кристаллической решетки. Но и данная теория в научном мире не признана совершенной, она имеет не меньше неразрешимых вопросов, и входит в противоречие с теорией относительности Эйнштейна.
Интересна и струнная гипотеза мироздания, которая представляет вселенную как пронизанное «струнами» пространство. «Струны» – это особые нити, состоящие из неведомых пока частиц или полей, которые образуют клубки, петли и скопления, и дают начало современной вселенной. Но данная теория не может быть осмыслена в силу отсутствия физической подоплеки, ведь существование струн доказать нельзя.

Современная наука находится в своеобразном тупике, пытаясь объяснить устройство вселенной так, чтобы не противоречить самым последним научным данным и придать теории научную логику. Происхождение вселенной остается для нас загадкой, разрешить которую предстоит астрофизике будущего.

Самая близкая к нашей солнечной системе звезда носит название Проксима Центавра, и находится на расстоянии 1,3 парсека.
Звезды существенно отличаются друг от друга по ряду характеристик, от массы и плотности, до химического состава.

Масса звезд

Для того чтобы определить массу той или иной звезды, ученые применяют метод изучения движения звезд, входящих в звездные пары или звездные группы. В этих группах звезды двигаются вокруг общего центра массы, при этом испытывая притяжение друг к другу. В таких системах массу звезд можно определить с помощью закона всемирного тяготения. По данным исследований, все звезды вселенной имеют массу в пределах от одной десятой до пятидесяти масс нашего Солнца.

Размеры звезд

Диаметр звезд различается очень существенно. Самыми маленькими звездами, известными науке, являются нейтронные звезды. Их диаметр равен 10-20 км. Небольшими размерами отличаются и белые карлики. А звезды, превосходящие в диаметре наше солнце в несколько раз, называются гигантами. Известны науке и красные сверхгиганты, которые по размеру могут быть равны всей солнечной системе.

Плотность звезд

Звезды имеют различную плотность. В среднем плотность вещества звезд в 1,4 раза выше плотности воды. Но у маленьких звезд плотность повышается, а у больших – уменьшается. Например, у красных сверхгигантов плотность может быть меньшей плотности земного воздуха. Белые карлики отличаются высокой плотностью. Один кубический сантиметр звездного вещества таких звезд весит около 2 тонн. Плотность нейтронных звезд приближена к плотности ядер атомов.

Светимость звезд

Интенсивность выделения звездами световой энергии тоже сильно различается у разных представителей данного класса космических тел. Светимость определяется в единицах, равных светимости Солнца. Самые яркие звезды имеют показатель светимости в тысячи и даже миллионы светимостей Солнца, а самый тусклые светят в тысячи раз слабее нашего светила.

Состав звезд

Химический состав всех звезд был изучен благодаря анализу их спектра. Оказалось, что в основном звезды состоят из водорода и гелия, на долю этих элементов приходится около 98% всей звездной массы. При этом количество водорода почти вдвое больше, чем количество гелия. Остальные 2% звездной массы состоят из самых различных элементов, встречающихся на земле. Ученые с максимальной точностью могут определить лишь состав поверхностного слоя звезд, а внутреннее содержимое рассчитывают теоретически.

Все звезды нашей вселенной подразделяются на три большие группы по тем физическим свойствам, которыми они обладают.
Большинство звезд относится к так называемым нормальным звездам. Эти звезды состоят из идеального газа – такого сочетания элементов, которое создает давление, прямо пропорциональное температуре звезды, и обратно пропорциональное объему звезды. Жизнь таких звезд полностью подчиняется законам идеального газа, и ученые без труда могут определить плотность, температуру и давление внутри этих звезд.

Белые карлики отличаются высокой плотностью вещества, при которой оно уже не обладает характеристиками идеального газа. Газ в таких звездах ученые называют вырожденным. Белые карлики развиваются и существуют по совершенно особым законам.
Нейтронные звезды являются самыми загадочными звездами во вселенной. Плотность вещества в них настолько огромна, что даже атомные ядра в составе такой звезды не могут существовать. Нейтронные звезды состоят из нейтронов – элементарных частиц, входящих в состав атомного ядра, обладающих нейтральным зарядом.

Каждая звезда обладает гравитацией, которая направлена на сжатие светила. Но такого сжатия не происходит благодаря внутренней силе давления звездного вещества. Это давление в нормальных звездах определяется по законам идеального газа, в белых карликах оно соответствует законам вырожденного газа, а в нейтронных звездах сжатие невозможно по причине взаимодействия ядерных сил отдельных нейтронов.

Давление звезд и их температура определяются внутренними источниками энергии. Эти источники не вечны, поэтому рано или поздно силы, препятствующие сжатию звезды, ослабевают, звезда охлаждается и сжимается в маленький плотный шарик. Выработка энергии происходит в центральной части звезды, где идет термоядерная реакция, участниками которой являются протоны – ядра атомов водорода. В результате этой реакции водород преобразовывается в гелий и происходит выброс энергии. Если бы запасы водорода в звездах были бесконечными, звезды светили бы неограниченно долго. Но в реальности водород рано или поздно кончается, и звезда умирает.

Дольше всего могут светить небольшие по массе и размерам звезды, которые меньше нашего Солнца, они расходуют свою энергию очень экономно. Огромные звезды светят сравнительно недолго и быстро умирают.
Звезды до сих пор остаются самими интересными для исследования объектами во вселенной. Ученые не исключают возможности существования вокруг отдельных звезд планетных систем, похожих на Солнечную систему, а значит, не исключено и существование разумной жизни во вселенной.

Ученые по сей день не пришли к окончательному выводу по поводу того, как же появляются звезды. Если учесть законы эволюции газа и принять во внимание тот факт, что известные науке области звездообразования во вселенной всегда сопровождаются огромными облаками холодного газа, то можно предположить, что звезды образуются путем постепенного сжатия межзвездной среды, которая первоначально находится в очень разреженном состоянии. Под воздействием гравитационного притяжения молекул этой среды друг к другу, начинается сжатие, в итоге рождающее звезду. Но это лишь гипотеза, которая пока не доказана, но и не опровергнута.

Срок жизни звезды зависит от ее массы. Чем больше масса и размеры звезды – тем короче срок ее существования. Дело в том, что крупные звезды «сгорают» быстрее, чем звезды небольших размеров, которые очень экономно расходуют имеющийся в своем составе водород.

На протяжении всего своего существования звезда сохраняет определенные размеры и температуру. Пока звезда жива – она мало изменяется. Но как только в центральной области звезды начинает кончаться топливо, поддерживающее существование светила – водород, звезда очень быстро меняется. Звезда существенно увеличивается в размерах, температура на поверхности светила падает, но внутри повышается, достигая ста миллионов градусов. В центральной области звезды, где после окончания запасов водорода остался только гелий, гелий начинает превращаться в углерод. Таким образом, звезда становится красным гигантом. Так она существует долгое время, пока не сбрасывает внешние оболочки и не сжимается до размеров и плотности белого карлика.
Но такой путь ожидает только те звезды, которые не превышают размеров нашего Солнца более чем в 2-3 раза. Если звезда намного крупнее Солнца, она будет развиваться по другому пути. В процессе сжатия такая звезда не остановится на стадии белого карлика, и сжатие продолжится до тех пор, пока не произойдет полная нейтрализация протонов с электронами. Останутся только нейтроны, и родится нейтронная звезда.

С некоторыми звездами на определенном этапе пути происходит более загадочное явление – вспышка сверхновой. Механизм таких вспышек неясен ученым до сих пор. Споры идут об источнике энергии для такого мощного взрыва звездного вещества, при котором звезда загорается как несколько миллиардов звезд, подобных Солнцу. С определенной уверенностью ученые утверждают, что вспышки сверхновых происходят на этапе умирания звезды. После огромного мощного взрыва сверхновая выделяет в окружающее пространство огромное количество энергии и вещества.

Сверхновая постепенно разгорается, затем угасает и сжимается до состояния нейтронной звезды. Но в связи с огромным зарядом энергии, полученным при взрыве, образованная таким путем нейтронная звезда вращается, превращаясь в пульсар. Пульсар – быстро вращающаяся вокруг своей оси нейтронная звезда, которая выделает интенсивный поток радиоволн.
Но самое загадочное явление происходит на стадии сжатия звезды, масса которой после потери вещества остается больше солнечной более чем в 5 раз. Сжатие такой звезды не останавливается даже на стадии нейтронной звезды. Именно так образуются черные дыры – явление, которое до сих пор остается самой главной загадкой космоса.