Три силы во вселенной. Три основных и самых важных закона вселенной

Это переход от ложных к истинным жизненным ценностям. И в первую очередь это правильно расставленные в жизни приоритеты.
Чтобы лучше понять, как происходит работа с кармой, придется познакомиться с проявлением и действием трех сил во Вселенной.
Изначально, оценивая любую ситуацию, люди усматривают в ней или хорошее, или плохое. Но человек, владеющий определенными знаниями и имеющий более развитый ум, может прийти к пониманию, что хорошее и плохое - всего лишь две стороны одной медали, две составляющие одного и того же явления.

Однако целостный объект воспринимается любым человеком, как включающий в себя не две, а три составляющие. Что такое целостный объект? За примером далеко ходить не надо. Физическое пространство, в котором мы живем, целостно. Но в нем мы выделяем длину, ширину и высоту. Правда, о высоте обычно вспоминают только тогда, когда поднимаются в гору или ходят по лестницам. Говоря про время, люди упоминают прошлое, настоящее и будущее. Но в жизни эти разговоры касаются, как правило, или прошлого в виде воспоминаний, или планов на будущее. А настоящее? О! О нем все как-то забывают.
Поэтому неизменно популярен лозунг психологов: «Быть здесь и сейчас». Но на деле действительно БЫТЬ «здесь и сейчас» удается лишь единицам.

Тайна золотого сечения

Можно привести и другие примеры троичности, с которыми приходится встречаться в жизни. Архитекторам, живописцам и математикам хорошо известна так называемая золотая пропорция, или золотое сечение. Если отрезок разделить на две части так, чтобы длина большей части относилась к длине меньшей части, как длина всего отрезка относится к длине его большей части, то мы и получим деление отрезка в отношении золотого сечения. Эта же идея выражается численно в виде отношения 1,61803398875 к единице. По поводу золотого сечения и его замечательных свойств написано немало книг. Пифагорейцы выбрали в качестве своего опознавательного знака пентаграмму, возможно потому, что она несет в себе отношение золотого сечения. Здание, построенное с учетом золотой пропорции, выглядит очень гармоничным. Живописные произведения, созданные на основе золотых сечений, обычно признаются шедеврами. Эти и другие замечательные свойства золотого сечения, например, его проявление в строении живых организмов, членении человеческого тела, во временных ритмах исторических процессов, можно понять, если учесть, что оно несет в себе идею троичности. А через троичность проявляется целостность, единство, поскольку все три части объединены друг с другом золотой пропорцией.

Дает нам еще один пример единства в троичности. Вспомним, что треугольник - жесткая геометрическая фигура. Все треугольные конструкции оказываются очень прочными, потому что и тут через троичность проявлена целостность. И это свойство тоже часто используется в архитектуре и технике.
Идея троичности стара, как мир. Три субстанции составляют божественную триаду в индуистской мифологии. Это Тримурти - «тройственный образ» или «обладающий(ая) тремя обликами». Все три облика персонифицированы и известны как боги Брахма, Вишну и Шива. Похожая персонификация существовала и у славян. Божественная триада называлась у них Триглав. Каждый из трех богов имел свое имя: Световид, Белбог и Чернобог.

В мифологии многих народов Мир - это целое, но он содержит три уровня: верхний, средний и нижний, причем человек обычно обитает на среднем уровне.
Судьба человека в античных мифах представлялась в виде трех женских образов Мойр.
Идею троичности в своих таинственных книгах своеобразно выражали средневековые алхимики, указывая, что есть три субстанции: ртуть, сера и соль. Обязательным атрибутом древних ясновидцев был треножник. Великий Учитель Орфей считал, что в триаде «бытие, жизнь, интеллект» бытие соответствует духу, жизнь - душе, материя - интеллекту.

Рассмотрим, как эти три составляющие проявлены в нашей повседневности. Для этого введем следующие обозначения: пусть, например, первая составляющая, субстанция, или , называется активной, или положительной, вторая - пассивной, или отрицательной, третья - нейтрализующей, или уравновешивающей.

Используемые термины - это только названия, слова. Не стоит к ним сильно придираться. Например, термин «сила» не используется тут с позиции физики. В разных жизненных ситуациях это может быть как сила, так и энергия. В действительности, все эти три силы одинаково активны и проявляют себя как активная, пассивная и уравновешивающая только в отношении друг друга. Здесь можно провести аналогию с трехфазным электрическим током. По всем трем проводам передается энергия, но токи отличаются друг от друга сдвигом по фазе на 120 градусов. Причем выбор начальной фазы может быть достаточно произвольным.

В нашем физическом мире трудно познавать эти субстанции, или силы, сами по себе. Чаще всего, люди могут наблюдать их через проводники, которыми могут стать вещество, энергия или информация. Известное из натурфилософии и древней алхимии понятие «стихии», как раз и является попыткой осмыслить действие этих сил в физическом мире. Так, активная сила проявляется, как стихия «огонь», пассивная - как стихия «вода», уравновешивающая - как стихия «воздух». Если же не действует никакая сила, то мы имеем дело со стихией «земля».

Человек является целостным, совершенным объектом, и в нем действуют все три силы. Он является их проводником. Но иногда та или иная сила может превалировать, что влияет на поведение человека.

Активная сила. В физике к проявлению активной силы можно отнести процессы извлечения энергии из вещества (например, сжигании газа, угля). В механике ей соответствует кинетическая энергия.
Активная сила побуждает к действию, к изменению существующей ситуации. Причем именно побуждает или направляет. Ведь для того, чтобы совершилось действие, нужно проявление всех трех сил. Активной силе соответствует мужское начало и энергия ЯН в китайской философии. Для человека активная сила проявляется, когда он направляет свое внимание на объекты окружающего мира, желая изменить этот мир. Она может дать о себе знать, как сильное стремление что-то делать, например, достичь поставленной цели или заниматься собственным развитием. Активная сила проявляется и как сексуальная энергия и желание. Ей соответствует растяжение, возникающее в мышцах. Людей с преобладанием активной силы в психологии называют экстравертами.

Эту силу можно усмотреть в заботе о собственном выживании. Изначальная задача природы для всех видов биологической жизни одна - выжить, и человек следует своему биологическому началу. Данная сила, пожалуй, наиболее понятна людям, так как они ведут активную жизнь по отношению к среде и другим людям. Недаром большой популярностью и во многом примером для подражания в социуме пользуется тип энергичного, пробивного и целеустремленного человека. Когда эта сила доминирует, люди стремятся к жизни без ограничений.
Но активность может вызывать и что-то, сильно захватывающее внимание, требующее повышенной заботы и тем самым побуждающее к действию, например, маленький ребенок.

Социум по отношению к человеку будет выступать как проявление активной силы, побуждая к труду, предлагая и обеспечивая рабочие места. И деньги могут стать проводником активной силы. Когда появляются деньги, появляются и желания. А деньги позволяют их удовлетворять, то есть начать действовать.

Пассивная сила - это сила стабилизации. Заряженные конденсатор или аккумулятор демонстрируют нам проявление пассивной силы в электротехнике, а в механике этой субстанции соответствует потенциальная энергия.
Для человека она проявлена как внимание к себе, своему внутреннему миру. В теле эта сила преобладает в момент сокращения мышцы. Людей с преобладанием пассивной силы в психологии называют интровертами.

Можно увидеть ее проявление в виде обеспечения стабильности существования или торможения процесса развития. Пассивная сила - это сила женственности. Это энергия ИНЬ в китайской философии, Шакти у индусов.
Различные процессы овеществления, например, приобретения покупок, можно отнести к проявлению этой силы.

Дом, семья, родственники, если они проявляют заботу о человеке, будут такой пассивной силой. «Дома и стены помогают». Например, мать в отношении ребенка обычно проявляет себя как пассивная сила. Социум по отношению к человеку будет выступать как проявление пассивной, стабилизирующей силы, обеспечивая соблюдение законов, поддерживая доверие к деньгам, предлагая разнообразные социальные гарантии и льготы, в том числе и тогда, когда это касается вопросов собственного развития человека. тоже могут стать проводником пассивной силы. Например, это счет в банке, который позволяет безбедно существовать на проценты.

Уравновешивающая, или третья, сила редко доступна нашему пониманию и прямому наблюдению. Причину тому можно найти в привычном для людей мировоззрении: ощущении пространства и времени, в дуальности ума.
Это сила сохранения, субстанция, благодаря которой происходит благоустройство космоса, формирование его из хаоса, то есть установление порядка и меры. Ее проявление связано с созданием разных классификаций, всевозможных измерений, установлением законов, постановкой диагноза и даже в момент счета предметов. Сколько предметов лежит сейчас в вашем портфеле, сумочке или ящике стола? Вряд ли кто даст внятный ответ. А вот перечислить это содержимое вы, скорее всего, сможете.

В физике она проявлена в так называемых . Наверное, проявление именно третьей силы привело однажды к изобретению колеса.
Социум по отношению к человеку будет выступать как проявление уравновешивающей силы, создавая структуры управления и обеспечивая формулирование законов. Новое знание для человека может выступать в виде третьей силы, помогая ему решать вопросы собственного развития.

Большинство общепризнанных гуманитарных дисциплин предполагают наличие в социальной ориентации человека двух полюсов: открытости (экстраверт) и закрытости (интроверт). Но поскольку всегда существуют три полюса, то значит есть и три типа отношения к обществу, и третий полюс - это ортодоксальность. Ортодоксальность - это как раз и есть проявление третьей силы, совершенно самостоятельное отношение человека к миру и себе самому.

Ортодоксы стремятся зафиксировать некоторый объем, площадь, замкнуть круг и, как следствие, бесконечно двигаться по нему. Поэтому неудивительно, что в теле человека третья сила проявляется в момент скручивающего движения. Если ортодокс сумел очертить круг идей, друзей, событий, то он чувствует себя нормально. Занудство, упрямство, консерватизм - вот внешние проявления ортодоксальности. Идея, основательно овладевшая ортодоксом, станет догмой. Особенность ортодоксальности, как появления третьей силы в том, что она подразумевает поиск стабильности. Ведь не даром третья сила - это сила сохранения. Поэтому человек, тяготеющий к ортодоксальности, жаждет сохранения стабильности, неизменности внешних обстоятельств.
Ребенок по отношению к родителям выступает как проявление третьей силы. Подобна тому и роль пастуха для стада. К проявлению уравновешивающей силы можно отнести некоторые ограничения, например, диету.

Прошлое, которое уже свершилось, пассивно и неизменно. Будущее многовариантно и потому активно. Настоящее находится между прошлым и будущим. Поэтому его можно отнести к проявлению действия третьей силы. Благодаря ей обеспечивается пребывание человека в настоящем времени, в сущности, сама жизнь.

Когда осуществляется обмен товарами между людьми по известной формуле: товар - деньги - товар, то в качестве третьей силы будут выступать деньги.

Натуральный обмен по формуле ТОВАР на ТОВАР - это обмен на уровне активной и пассивной сил. Продавец выступает как проводник активной силы, отдавая товар, а покупатель как проводник пассивной силы, поскольку принимает товар. Но когда появились деньги, ситуация в корне изменилась. Банкноты в кошельке можно считать проводниками третьей силы. Теперь в обмене стали участвовать все три силы. Появление третьего полюса в добавление к двум другим, приводит к тому, что ситуация становится сформированной, целостной. Это значительно упростило и ускорило весь процесс.

Каждое событие, какого бы оно ни было масштаба и где бы оно ни проявлялось, всегда есть результат сочетания трех сил. Когда наблюдается остановка в чем-то, бесконечное топтание на одном месте, то можно сказать, что в этом случае нет третьей силы. Например, нет денег и никак не сделать покупку. Известно немало примеров, когда в момент экономического кризиса вновь всплывает натуральный обмен и как трудно, оказывается, обменять один товар на другой.
Уравновешивающая сила всегда несет в себе элемент обмена, согласования двух или более несогласованных объектов. Она практически неуловима, поскольку все внимание человека сосредоточено на самих объектах. Мы лишь видим результат ее действия, но не знаем, как она работает. Если бы мы захотели изобразить все три силы графически, в виде векторов, то они оказались бы взаимно ортогональны, как оси координат. Третья сила не входит в мир активных и пассивных сил, и поскольку она плохо осознается, то можно сказать, что она всегда «не от мира сего».

В жизни полезно учитывать наличие всех трех сил. Например, для умелого обращения с деньгами. Люди хорошо научились зарабатывать деньги. Это проявление активной силы. Еще лучше умеют их тратить. Это проявление пассивной силы. Но когда вопрос касается сохранения или меры при получении или расходовании денег, иначе говоря, третьей силы, то тут люди чаще всего пасуют. Иногда на вопрос: «Сколько бы вы хотели иметь денег?» можно услышать ответ: «Столько, чтобы можно было их не считать!» или «Надоело считать копейки!» Это в корне неверно. Денежные потоки должны протекать, но при этом нужен учет и контроль, как прихода, так и расхода денег. Иначе говоря, необходима бухгалтерия и мера при управлении денежными потоками. Если мы хотим владеть деньгами, их придется считать, ведь недаром говорят «денежки счет любят». Но это не жадность или скупость. Искусство владеть деньгами связано с третьей силой, умением сохранять и считать деньги, управлять денежными потоками.

Другой пример. Применим концепцию трех сил для решения вопросов, связанных со здоровьем. Очевидно, что хорошему состоянию человека будет соответствовать наличие гармоничного баланса всех трех сил. Превалирование любой из них негативно сказывается на здоровье. Читателю, наверное, уже понятно, что проблемы чаще всего связаны с недостатком, а то и отсутствием в некоторых случаях именно уравновешивающей силы. Так, например, если возникло желание достичь некоторой цели, оно обязательно должно подкрепляться действием. Тогда будут на месте все три полюса. Желание может рассматриваться, как проявление активной силы. Цель соответствует пассивной силе. Но когда есть только два полюса, возникнет неустойчивое равновесие, которое вызовет разрушение организма. А вот если есть действие, то возникает третий полюс и ситуация становится более целостной. Чтобы избежать нежелательного течения событий, лучше дать возможность организму проявить третью силу иначе, чем болезнь.

Еще пример. У каждого человека в жизни много конкретных задач, но основные, так сказать, бытовые цели и желания можно свести к трем. Это наличие здоровья, счастья в семье и материального достатка. Эти три жизненные задачи, которые приходится решать любому человеку, можно соотнести с выше упомянутыми тремя полюсами и изобразить в виде схемы (см. рис.).

Из этой схемы следует, что мужчинам для обретения третьего полюса надо больше внимания уделять собственному здоровью. Если вы мужчина, то вспомните, когда вы, например, были у зубного врача? Здоровый мужчина может и денег заработать достаточно. А вот для женщины обретение третьего полюса в большей степени связано с наличием материального благосостояния. Исследователи установили, что если у женщины доход уменьшается на 10%, то ее вес, видимо от расстройства, может увеличиться на 30%.
Ну, а если здоровьем природа щедро не одарила, и денежные потоки оставляют желать лучшего? Тогда третья сила может проявиться через налаживание семейных отношений. Крепкая семья - проводник третьей силы.

Третья сила и карма

Закон смешивания

В метафизике индусов карма представлялась как нечто материальное. Считалось, что некая тонкая материя, готовая превратиться в карму, вливается в душу. Душа, являющаяся прибежищем страстей, задерживает эту тонкую материю, и она вступает в контакт с душой, образуя с ней в некоторое «химическое» соединение. Это «химическое» соединение превращается в карму и образует своего рода тонкое тело, которое определяет индивидуальное состояние и удел данной души. Третья сила проявляется, когда нечто высшее смешивается с низшим, чтобы появилось среднее, которое становится высшим для прежнего низшего и низшим для прежнего высшего. Карма есть результат действия третьей силы.

Если применить закон смешивания ко всему сущему, то словом «высшее» можно обозначить то, что выходит за границы восприятия, мир, который люди не могут постигать при помощи ощущений. А слово «низшее» будет означать мир, полностью доступный органам чувств человека. Между этими двумя мирами есть ниша, которую заполняет их смесь: это жизнь.

Третья сила проявляется только в момент объединения активной и пассивной силы. Тогда возникает целостное состояние и происходит действие. Все делается отнюдь не посредством активной или пассивной силы. Именно третья сила позволяет что-либо делать. И карма появляется как результат действия третьей силы, она сопровождает жизнь. Поэтому карма должна быть. Другое дело, какое качество имеет эта карма.

Космология - это наука о Вселенной в целом, и таким образом, предметом частной науки космологии является вся Вселенная. Космология рассматривает наиболее общие закономерности развития, наиболее общие эпохи в истории Вселенной. Общий возраст нашей Вселенной оценивается в ~15-20 млрд лет. Термин "ранняя Вселенная" родился сравнительно недавно и как всякий новорожденный термин является неустоявшимся. Различные специалисты именуют этим термином разные эпохи развития нашей Вселенной. Так, еще 15-20 лет назад, говоря о ранней Вселенной, космологи имели в виду эпоху, соответствующую возрасту от ~300 тысяч лет до 1 млрд лет от начала ее истории.

Сейчас, когда говорят о ранней Вселенной, обычно подразумевают эпоху, соответствующую возрасту от ~10 - 43 секунды до 3 минут от начала истории. Это наиболее интересная часть истории Вселенной. В этот период эволюции Вселенной сформировались многие ее свойства, которые сейчас проявляются в виде хаббловского расширения , крупномасштабной структуры Вселенной и даже в виде физических законов, действующих в нашей части Вселенной. Краткому описанию основных этапов в развитии нашей Вселенной посвящена эта статья.

Эпохи во время эволюции Вселенной можно характеризовать указанием времени этой эпохи относительно момента Большого Взрыва , однако более удобно характеризовать их соответствующим значением красного смещения z - так в астрономии называют смещение линий в спектрах далеких галактик (при удалении объекта от наблюдателя его спектральные линии смещены в красное крыло спектра относительно лабораторной системы отсчета). Чтобы понять физический смысл красного смещения, предположим, что импульс излучения (фотон) проходит мимо последовательного ряда наблюдателей, каждый из которых соответствует определенному этапу состояния вещества в расширяющейся Вселенной. Скорость фотона постоянна, но из-за эффекта Доплера частота излучения фотона для каждого из наблюдателей уменьшается со временем. Если λ н и λ и - длины распространяющейся волны в месте наблюдения и месте излучения соответственно, то смещение спектральных линий не слишком далекой (в космологическом смысле) галактики определяется равенством 1+z =λ н /λ и. Таково историческое определение понятия красного смещения. Точное определение красного смещения через геометрические характеристики Вселенной - это 1+z =a н /a и, где a н и a и - значения масштабного фактора (см. ниже) соответственно в момент наблюдения и в момент излучения. Значение красного смещения для рассматриваемых здесь эпох меняется от ~10 32 до ~10 8 . Основные эпохи ранней Вселенной приведены в табл. 1.

2. Рождение Вселенной

W ∝ exp[-(18/16)π 2 m pl 2 /H 2 ].

Здесь планковская масса m pl ≈10 - 5 г, множители перед экспонентой опущены. Таким образом, вероятность рождения мира с большим значением радиуса кривизны, H - 1 ≫m pl - 1 , мала (единицы измерений выбраны так, чтобы размерности H и m pl были одинаковы), наиболее вероятно рождение мира с радиусом кривизны порядка планковского (H - 1 ~m pl - 1).Процесс расширения Вселенной принято описывать с помощью масштабного фактора a (t ), который характеризует изменение со временем расстояний между космологическими объектами.

На рис. 1 схематически представлена зависимость масштабного фактора a от времени t . Слева от оси ординат (при t 3. Расширяющаяся Вселенная После рождения Вселенной из "ничего" можно пользоваться неквантовыми уравнениями общей теории относительности (ОТО) для описания эволюции масштабного фактора. Уравнения ОТО однозначно предсказывают закон расширения Вселенной , если известны плотность энергии αc 2 и давление p вещества (в однородной и изотропной модели). Плотность энергии часто выражают с помощью параметра Ω=ρ/ρ кр, а давление - через уравнение состояния p (ρ). Здесь ρ кр - критическая плотность Вселенной , выражаемая через параметр Хаббла H : ρ кр =3H 2 /(8πG ).В общей теории относительности основной функцией является метрика или пространственно-временной интервал между двумя событиями. В космологии же основной функцией является масштабный фактор a (t ), который определяет также и метрику пространства-времени и имеет размерность длины. Функция a (t ) определяется из совместного решения уравнений Фридмана и уравнения состояния вещества во Вселенной (то есть зависимостью давления вещества от плотности).Физический смысл уравнений Фридмана ясен из следующего примера. Если мысленно в однородной и изотропной расширяющейся Вселенной описать окружность радиуса a вокруг некоторой точки, то первое уравнение Фридмана представляет собой уравнение сохранения энергии при расширении этой элементарной сферы. Удельная кинетическая энергия такой сферы

1/2[da /dt ] 2 =v 2 /2,

А удельная потенциальная энергия есть -4πG ρa 2 /3. Сумма этих энергий есть величина постоянная. Второе уравнение Фридмана представляет собой уравнение Ньютона в релятивистском случае: d 2 a /dt 2 =g , где g - сила тяжести. При вычислении массы этой элементарной сферы учитывается вклад давления в массу, что является спецификой ОТО:

M =4/3πa 3 [ρ+3p /c 2 ].

Закон расширения Вселенной зависит также от уравнения состояния вещества.В космологии различают три основных уравнения состояния . Это пылеподобное уравнение состояния (p =0), радиационно-доминированное уравнение состояния (p =ρc 2 /3) и уравнение состояния фальшивого вакуума (p =-ρc 2), или инфляционное. Для современной Вселенной, которую описывают пылеподобным уравнением состояния, зависимость масштабного фактора от времени имеет вид a (t )∝t 2/3 . В ранней Вселенной для масштабного фактора характерно другое поведение. Через 10 - 42 секунды после рождения классического пространства-времени во Вселенной начинается инфляционная стадия. Она характеризуется предельно сильным отрицательным давлением p =-ρc 2 (состояние фальшивого вакуума), при котором меняются сами законы обычной гравитационной физики. Вещество в этом состоянии не источник притяжения, а источник отталкивания.Отрицательное давление имеет простой физический смысл - это силы натяжения. Если обычное положительное давление препятствует сжатию вещества, то отрицательное давление препятствует растяжению вещества. Тем не менее в лабораторных условиях такое уравнение состояния не встречается: при таком уравнении развивается очень большое (релятивистское) отрицательное давление, которое действует независимо от направления (паскалево давление). Натяжения в обычном твердом теле (например, в резине) являются непаскалевыми, они возникают только в одном направлении. В случае уравнения состояния p =-ρc 2 плотность не зависит от времени и масштабного фактора, то есть во время инфляционной стадии при расширении Вселенной плотность среды не меняется, ρ=const. В обычной физике только у вакуума плотность не меняется при расширении, поэтому такое состояние иногда называют состоянием фальшивого вакуума.При подстановке в уравнение массы выбранной пробной сферы отрицательного давления фальшивого вакуума p =-ρc 2 получается отрицательная масса. Это означает, что притяжение, имеющее место при обычных уравнениях состояния (p =0, p =ρc 2 /3), меняется на отталкивание. Уравнение эволюции масштабного фактора принимает вид

d 2 a /dt 2 =8πG /3·ρa .

Поскольку ρ=const, то решение уравнения представляет собой сумму двух членов:

a (t )=a 1 e H (t - t i ) + a 2 e - H (t - t i ) ,

Где H 2 =8πG ρ/3. Масштабный фактор растет со временем экспоненциально: a (t )∝e H t , так как второе слагаемое a 2 e - H (t - t i ) быстро убывает со временем и не дает никакого значимого вклада в общее движение уже через промежуток времени H δt ≈ 10. Это свойство приводит к тому, что во время инфляционной стадии объем Вселенной увеличивается на много порядков (в некоторых моделях даже на порядки порядков, скажем в 10 1000), так что вся Вселенная оказывается в одной причинно-связанной области, уравниваются кинетическая энергия расширения Вселенной и ее потенциальная энергия. Во время этой стадии возникают физические условия, которые позже приводят к расширению Вселенной по закону Хаббла .Пусть две частицы находятся на расстоянии r друг от друга в начале инфляционной стадии t =t i . Расстояние между ними изменяется согласно выражению

l (t )=a (t )/a (t i ) ,

А скорость меняется как первая производная от расстояния:

v (t )=[Ha 1 e H (t - t i ) + Ha 2 e - H (t - t i ) ]/a (t i )·r .

После достаточно длительного времени (H δt ≫1) вторым членом в числителе можно пренебречь и уравнение для взаимной скорости двух частиц будет выглядеть как v (t )=Hl (t ), то есть скорость изменения расстояния будет равна самому расстоянию, умноженному на постоянный (это важно!) коэффициент. Точно такой же закон описывает рост денежной массы в период инфляции. Именно поэтому автор данной теории американский космолог А. Гус назвал эту стадию развития Вселенной инфляционной стадией . На инфляционной стадии H =const, после ее окончания H начинает меняться со временем, но закон расширения уже не меняется. Гравитационные силы отталкивания в инфляционный период разгоняют частицы, а дальше они движутся по инерции. Так формируется хаббловский закон расширения.Необходимо четко представлять разницу между причиной взрыва в бомбе и Большим Взрывом во Вселенной. В бомбе сила, ответственная за разлет частиц, вызвана градиентом давления внутри взрывчатого вещества. Во Вселенной с уравнением состояния p =-ρc 2 вещество распределено однородно и градиентов давления нет. Из-за большой величины отрицательного давления меняется знак источника гравитационного поля ρc 2 +3p и возникает эффективная антигравитация, то есть разлетание вещества. Таким образом, толчком к расширению мира, к формированию хаббловского закона расширения, к установлению причинной связи во Вселенной на больших расстояниях, а также к выравниванию кинетической энергии расширения и потенциальной энергии поля послужила эффективная антигравитация, вызванная отрицательным давлением, которое, как полагают, существовало в ранней Вселенной.Во время стадии инфляции имел место еще один важный процесс: это рождение из вакуумных квантовых флуктуаций скалярного поля малых возмущений плотности, а из квантовых флуктуаций метрики - гравитационных волн. Материя с уравнением состояния p =-ρc 2 является неустойчивой относительно малых возмущений. Квадрат скорости звука в таком веществе - величина отрицательная, поэтому эволюция малого возмущения, описываемая экспонентой с мнимым декрементом, оказывается экспоненциально растущей или экспоненциально затухающей величиной. Экспоненциальный рост возмущения разрушает вещество с отрицательным давлением и прекращает инфляцию. Однако поскольку в разных местах пространства затравочные возмущения имели разную амплитуду и, следовательно, росли разное время до критического значения, то и инфляция в разных местах пространства прекращается в разное время. Переход от стадии расширения, когда масштабный фактор меняется по экспоненциальному закону (эпоха инфляции), на фридмановскую стадию расширения, когда масштабный фактор меняется по степенному закону, происходит неодновременно. Это вызывает флуктуации метрики вида h ~H δt (r ), где δt (r ) - запаздывание, зависящее от точки пространства, а H - параметр Хаббла в эпоху инфляции.Вакуумные квантовые флуктуации, которые обычно проявляются только в микроскопических масштабах, в экспоненциально расширяющейся Вселенной быстро увеличивают свою длину и амплитуду и становятся космологически значимыми. Таким образом, возникшие впоследствии скопления галактик и сами галактики являются макроскопическими проявлениями квантовых флуктуаций на ранних этапах развития Вселенной.Спектр первичных возмущений метрики можно построить, исследуя анизотропию реликтового излучения . Фотоны, двигаясь в переменном гравитационном поле, изменяют свою частоту и, следовательно, температуру. Поэтому температура реликтового излучения различна в разных направлениях на небе. Угловой спектр температурных флуктуаций реликтового излучения однозначно связан со спектром возмущений гравитационного поля. По наблюдениям анизотропии реликтового излучения можно восстановить спектр первичных возмущений. По спектру первичных возмущений вещества и спектру гравитационных волн можно восстановить законы физики на стадии инфляции, то есть в области энергий 10 16 ГэВ. Сейчас, в результате космических экспериментов РЕЛИКТ и COBE (COsmic Background Explorer) и наземных экспериментов TENERIFE, SASKATOON и САТ, угловой спектр анизотропии реликтового излучения измерен в интервале углов от 90° до 30′. На рис. 2 приведены теоретические спектры угловых флуктуаций реликтового излучения, сформированные скалярными возмущениями (то есть флуктуациями плотности) и гравитационными волнами. Измеренные значения близки к вычисленным, что подтверждает справедливость теоретических построений.

Очень важным следствием этих экспериментов является возможность сделать некоторые выводы о физических взаимодействиях в энергетическом диапазоне 10 16 ГэВ. Можно сказать, что теория инфляционной Вселенной получила первое экспериментальное подтверждение. Выводы из этих измерений - это также первые экспериментальные данные, относящиеся к поведению взаимодействий в области энергий 10 16 ГэВ. Здесь уместны несколько слов об общечеловеческом значении этих данных. Первые физические опытные данные человечества относились к масштабу энергий ~1 эВ на молекулу, то есть к горению веток, дров и каменного угля. Овладение огнем позволило нашим предкам стать homo sapiens. Вначале экспериментально-физическое, а затем и технологическое овладение масштабом энергий от ~100 кэВ до ~1 МэВ возвестило начало ядерного и термоядерного века. Это перемещение "всего" только в миллион раз по шкале энергий! Что же тогда сулят человечеству экспериментальные знания при перемещении в десятки миллиардов миллиардов раз, от 1 МэВ до 10 16 ГэВ!

4. Стадия бариосинтеза

[n p -n p ~ ]/n γ ∝10 - 9 .

Такое несоответствие эксперимента и теории ставит проблему асимметрии вещества и антивещества во Вселенной. Чаще ее называют проблемой , имея в виду, что во Вселенной присутствуют барионы (протоны и нейтроны) и практически полностью отсутствуют антибарионы (антипротоны и антинейтроны). Некоторое количество антипротонов регистрируется в космических лучах, однако их доля мала и они имеют не космологическое происхождение.Наиболее известными из барионов являются протоны и нейтроны, они же являются самыми стабильными частицами. Время распада протона превышает 10 32 лет, а время распада нейтрона около 20 мин. Имеется еще несколько короткоживущих барионов. Для всех этих частиц эксперименты показывают сохранение полного числа барионов во всех процессах взаимодействия. Например, если распадается нейтрон, то в результате взаимодействия появляется другой барион - протон: n →p +e + +ν ~ ; если в результате реакции рождается дополнительный протон, то этот процесс обязательно сопровождается рождением какого-либо антибариона, например антипротона p ~ :

π + +p →p +p ~ +π + .

Для описания этого экспериментального факта введено понятие сохранения барионного заряда по аналогии с сохранением электрического заряда. Самым ярким свидетельством в пользу сохранения барионного заряда является наблюдаемая стабильность протона, а самый яркий и единственный экспериментальный факт, опровергающий эту идею, - наличие вещества в современной Вселенной. Противоречие удается разрешить в рамках моделей Великого объединения (см. статью И.Л. Бухбиндера ), описывающих единым образом три вида фундаментальных взаимодействий: сильное (ядерное), слабое (с участием нейтрино) и электромагнитное, которые предсказывают несохранение барионного заряда при сверхвысоких энергиях от ~10 15 ГэВ и выше. Точнее, эти теории утверждают, что существуют частицы, названные X - и Y -лептокварками, обладающие свойствами как барионов, так и лептонов. Они взаимодействуют с кварками q и лептонами l следующим образом: q +q ↔X ↔q ~ +l ~ . Здесь символы q ~ и l ~ обозначают соответственно антикварк и антилептон. В этой цепочке реакций барионный заряд не сохраняется, так как барионный заряд кварка b =1/3, барионный заряд антикварка соответственно -1/3 , то есть в реакции такого типа барионный заряд уничтожается, Δb =-1.

С помощью гипотетических лептокварков удается объяснить высокую стабильность протонов, иными словами, наблюдаемое в экспериментах сохранение барионного заряда. Распад протона в этих моделях происходит по схеме, изображенной на рис. 3. Согласно теории элементарных частиц протон представляет собой систему из трех кварков (u,u,d ). Из моделей Великого объединения следует, что существует взаимодействие, переводящее два кварка u , d в сверхтяжелую частицу X . Однако процесс рождения частицы X является виртуальным, то есть реальная частица не рождается, поскольку масса X значительно больше массы протона и при рождении реальной частицы с массой m x нарушился бы закон сохранения энергии. В результате виртуальный X -лептокварк распадается на лептон (им может быть позитрон или мюон) и кварк u ~ , который в результате взаимодействия с третьим кварком u , составлявшим протон, образует, к примеру, π 0 - или K -мезон. Необходимость допустить при распаде протона промежуточное существование сверхмассивной частицы X приводит к тому, что вероятность данной реакции в единицу времени крайне низкая, Γ≈e 4 (m p /m X ) 4 m p из-за высокой массы X -лептокварка. Иными словами, при распаде протона в моделях Великого объединения барионный заряд на самом деле может меняться, но, чтобы зарегистрировать хотя бы одно событие распада единичного протона, потребовалось бы ждать не менее 10 32 лет. Уменьшить время ожидания, например, до одного года тоже можно, но в этом случае придется одновременно следить уже не за одним протоном, а за 100 тоннами водорода. Однако при столкновении двух протонов вероятность их распада растет пропорционально квадрату энергии в системе центра масс протонов, и, когда энергия частиц превышает ~10 15 ГэВ, распады протонов весьма интенсивны. Такие энергии были характерны для плазмы в ранней Вселенной в промежутке времени от ~10 - 42 до ~10 - 36 секунды после Большого Взрыва. Механизм бариосинтеза имеет много общего с обычными химическими реакциями, поэтому его называют горячим бариосинтезом, а эпоху генерирования избытка вещества над антивеществом - стадией бариосинтеза. Существует несколько альтернативных механизмов образования барионного избытка. Один из таких механизмов, который работает при значительно более низких температурах (когда энергия частиц падает до 10 ТэВ), носит название холодного бариогенеза.Среди других механизмов образования барионного заряда заслуживает упоминания механизм, связанный с испарением первичных черных дыр (подробнее см. статью Д.А. Киржница "Горячие черные дыры" в этом томе) . Этот процесс также ведет к образованию избытка вещества над антивеществом.

5. Нуклеосинтез

Из сравнения расчетов с наблюдаемым обилием элементов следует, что плотность барионов Ω b =0,05±0,03. Предсказание количества водорода (H ≈75 %), гелия (4 He≈25 %), а также остальных легких элементов, достаточно хорошо согласующееся с наблюдениями, является основным результатом теории нуклеосинтеза, а предсказание плотности барионов во Вселенной - основным побочным продуктом этой теории. Стадия нуклеосинтеза является заключительной стадией, которая относится к ранней Вселенной. Она заканчивается через 3 минуты после Большого Взрыва. Эпохи в жизни нашей Вселенной, следующие за эпохой нуклеосинтеза , представляют интерес уже с точки зрения космологии современной Вселенной.

6. Заключение

Литература

1. Космология . Физика космоса. Маленькая энциклопедия. М.: Сов. энциклопедия, 1986, с. 90.
2. Вайнберг С. Первые три минуты. М.: Энергоиздат, 1981.
3. Долгов А.Д., Зельдович Я.Б., Сажин М.В. Космология ранней Вселенной. М.: МГУ, 1988.
4. Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной. М.: Наука, 1975.
5. Окунь Л.Б. Физика элементарных частиц. М.: Наука, 1988.

Величие и многообразие окружающего мира способно поразить любое воображение. Все объекты и предметы, окружающие человека, другие люди, различные виды растений и животных, частицы, которые можно увидеть только с помощью микроскопа, а также непостижимые звездные скопления: все они объединены понятием «Вселенная».

Теории возникновения Вселенной разрабатывались человеком издавна. Несмотря на отсутствие даже начального понятия о религии или науке, в пытливых умах древних людей возникали вопросы о принципах мироустройства и о том, каково положение человека в том пространстве, которое его окружает. Сколько существует теорий возникновения Вселенной сегодня, сложно и сосчитать, некоторые из них изучаются передовыми учеными с мировыми именами, другие - откровенно фантастические.

Космология и ее предмет

Современная космология - наука о структуре и развитии Вселенной - рассматривает вопрос о ее происхождении как одну из интереснейших и до сих пор недостаточно изученных загадок. Природа процессов, способствовавших возникновению звезд, галактик, солнечных систем и планет, их развитие, источник появления Вселенной, а также ее размеры и границы: все это лишь краткий перечень изучаемых современными учеными вопросов.

Поиски ответов на основополагающую загадку об образовании мира привели к тому, что сегодня существуют различные теории возникновения, существования, развития Вселенной. Волнение специалистов, ищущих ответы, строящих и проверяющих гипотезы, оправдано, ведь достоверная теория рождения Вселенной раскроет для всего человечества вероятность существования жизни в других системах и планетах.

Теории возникновения Вселенной имеют характер научных концепций, отдельных гипотез, религиозных учений, философских представлений и мифов. Их все условно разделяют на две основные категории:

1. Теории, в соответствии с которыми Вселенная создана творцом. Иначе говоря, их суть в том, что процесс создания Вселенной был осознанным и одухотворенным действием, проявлением воли
2. Теории возникновения Вселенной, построенные на основе научных факторов. Их постулаты категорически отвергают как существование творца, так и возможность осознанного создания мира. Такие гипотезы зачастую основаны на том, что называется принципом заурядности. Они предполагают вероятность наличия жизни не только на нашей планете, но и на других.

Креационизм - теория создания мира Творцом

Как следует из названия, креационизм (творение) - это религиозная теория возникновения Вселенной. Это мировоззрение основано на концепции создания Вселенной, планеты и человека Богом или Творцом.

Идея длительное время являлась доминирующей, вплоть до конца XIX века, когда ускорился процесс накопления знаний в самых разных сферах науки (биология, астрономия, физика), а также широко распространилась эволюционная теория. Креационизм стал своеобразной реакцией христиан, придерживающихся консервативных взглядов на совершающиеся открытия. Доминирующая в то время идея только усилила противоречия, существующие между религиозной и другими теориями.

Чем отличаются научные и религиозные теории

Главные отличия между теориями различных категорий заключаются прежде всего в терминах, которые используют их приверженцы. Так, в научных гипотезах вместо творца - природа, а взамен сотворения - происхождение. Наряду с этим существуют вопросы, которые сходным образом освещены разными теориями или даже полностью продублированы.

Теории возникновения Вселенной, относящиеся к противоположным категориям, по-разному датируют само ее появление. Например, по данным самой распространенной гипотезы (теории большого взрыва), Вселенная образовалась около 13 млрд лет назад.

В противовес этому, религиозная теория возникновения Вселенной приводит совершенно другие цифры:

• В соответствии с христианскими источниками, возраст Вселенной, созданной Богом, на момент рождения Иисуса Христа составлял 3483-6984 лет.
• Индуизм предполагает, что нашему миру ориентировочно 155 трлн лет.

Кант и его космологическая модель

Вплоть до XX века большинство ученых придерживались мнения о бесконечности Вселенной. Этим качеством они характеризовали время и пространство. Кроме того, по их мнению, Вселенная обладала статичностью и однородностью.

Идею о безграничности Вселенной в пространстве выдвинул Исаак Ньютон. Развитием этого предположения занимался который разработал теорию об отсутствии также и временных границ. Продвинувшись дальше, в теоретических предположениях, Кант распространил бесконечность Вселенной на число возможных биологических продуктов. Этот постулат значил, что в условиях древнего и огромного мира без конца и начала может существовать неисчислимое количество возможных вариантов, в результате которых реально появление любого биологического вида.

На основании о возможном возникновении жизненных форм была позднее разработана теория Дарвина. Наблюдения за звездным небом и результаты расчетов астрономов подтвердили космологическую модель Канта.

Размышления Эйнштейна

В начале XX века Альбертом Эйнштейном была опубликована собственная модель Вселенной. Согласно его теории относительности, во Вселенной одновременно происходят два противоположных процесса: расширение и сжимание. Однако он соглашался с мнением большинства ученых о стационарности Вселенной, поэтому им было введено понятие космической силы отталкивания. Ее воздействие призвано уравновешивать притяжение звезд и прекращать процесс движения всех небесных тел для сохранения статичности Вселенной.

Модель Вселенной - по Эйнштейну - имеет определенный размер, но границы при этом отсутствуют. Такое сочетание осуществимо только при искривлении пространства таким образом, как это происходит в сфере.

Характеристиками пространства такой модели становятся:

• Трехмерность.
• Замыкание самого себя.
• Однородность (отсутствие центра и края), в которой равномерно располагаются галактики.

А. А. Фридман: Вселенная расширяется

Создатель революционной расширяющейся модели Вселенной, А. А. Фридман (СССР) построил свою теорию на основании уравнений, характеризующих общую теорию относительности. Правда, общепринятым мнением в научном мире того времени была статичность нашего мира, поэтому на его работы не было обращено должного внимания.

Через несколько лет астрономом Эдвином Хабблом было сделано открытие, давшее подтверждение идеям Фридмана. Было обнаружено удаление галактик от находящегося рядом Млечного пути. Вместе с тем неопровержимым стал факт сохранения пропорциональности скорости их движения расстоянию между ними и нашей галактикой.

Это открытие объясняет постоянное «разбегание» звезд и галактик по отношению друг к другу, что приводит к выводу о расширении мироздания.

В конечном счете выводы Фридмана были признаны Эйнштейном, впоследствии он упоминал о заслугах советского ученого как основателя гипотезы о расширении Вселенной.

Нельзя сказать, что существуют противоречия между этой теорией и общей теорией относительности, однако при расширении Вселенной должен был быть изначальный импульс, спровоцировавший разбегание звезд. По аналогии со взрывом, идея получила название «Большой взрыв».

Стивен Хокинг и антропический принцип

Результатом расчетов и открытий Стивена Хокинга стала антропоцентричная теория возникновения Вселенной. Ее создатель утверждает, что существование планеты, настолько хорошо подготовленной для жизни человека, не может быть случайным.

Теория возникновения Вселенной Стивена Хокинга предусматривает также постепенное испарение черных дыр, потерю ими энергии и испускание излучения Хокинга.

В результате поиска доказательств были выделены и проверены более 40 характеристик, соблюдение которых необходимо для развития цивилизации. Американским астрофизиком Хью Россом была произведена оценка вероятности подобного ненамеренного совпадения. Результатом оказалась цифра 10 -53 .

Наша Вселенная включает триллион галактик, по 100 миллиардов звезд в каждой. По произведенным учеными расчетам, общее количество планет должно составлять 10 20 . Эта цифра на 33 порядка меньше рассчитанной ранее. Следовательно, ни одна из планет во всех галактиках не может сочетать условия, которые подошли бы для самопроизвольного возникновения жизни.

Теория большого взрыва: возникновение Вселенной из ничтожно малой частицы

Ученые, поддерживающие теорию большого взрыва, разделяют гипотезу, в соответствии с которой мироздание является последствием грандиозного взрыва. Главным постулатом теории становится утверждение о том, что до этого события все элементы нынешней Вселенной были заключены в частице, имевшей микроскопические размеры. Находясь внутри нее, элементы характеризовались сингулярным состоянием, при котором такие показатели, как температура, плотность и давление не могут быть измерены. Они бесконечны. На материю и энергию в этом состоянии не воздействуют законы физики.

Происшедшего 15 миллиардов лет назад, называют возникшую внутри частицы нестабильность. Разлетевшиеся мельчайшие элементы положили начало тому миру, который мы знаем сегодня.

Вначале Вселенная была туманностью, образованной мельчайшими частицами (мельче атома). Затем, соединяясь, они сформировали атомы, которые послужили основой звездных галактик. Ответ на вопросы о том, что было до взрыва, а также, что стало его причиной, являются важнейшими из задач этой теории возникновения Вселенной.

Таблица схематически изображает этапы формирования мироздания после большого взрыва.

Как следует из приведенных выше данных, Вселенная продолжает расширяться и охлаждаться.

Постоянное увеличение расстояния между галактиками - основной постулат: то, чем отличается теория большого взрыва. Возникновение Вселенной таким способом может быть подтверждено найденными доказательствами. Также существуют и основания для ее опровержения.

Проблематика теории

Учитывая то, что теория большого взрыва не является доказанной на практике, не вызывает удивления то, что существует несколько вопросов, на которые она не в состоянии дать ответ:

1. Сингулярность. Этим словом обозначено состояние Вселенной, сжатой до одной точки. Проблемой теории большого взрыва становится невозможность описания процессов, происходящих в материи и пространстве в таком состоянии. Общий закон относительности здесь неприменим, поэтому составить математическое описание и уравнения для моделирования нельзя.
   Принципиальная невозможность получения ответа на вопрос об изначальном состоянии Вселенной дискредитирует теорию с самого начала. Ее научно-популярные изложения предпочитают замалчивать или упоминать лишь вскользь эту сложность. Однако для ученых, работающих над тем, чтобы подвести математическую базу под теорию большого взрыва, такое затруднение признано главным препятствием.
2. Астрономия. В этой сфере теория большого взрыва сталкивается с тем, что не может описать процесс происхождения галактик. Исходя из современных версий теорий, возможно предсказать то, как появляется однородное облако газа. При этом его плотность к нынешнему времени должна составлять около одного атома на кубический метр. Для получения чего-то большего не обойтись без корректировки исходного состояния Вселенной. Недостаток информации и практического опыта в этой сфере становятся серьезными препятствиями на пути дальнейшего моделирования.

Также существует несоответствие в показателях расчетной массы нашей галактики и теми данными, которые получены при изучении скорости ее притяжения к Судя по всему, вес нашей галактики в десять раз больше, чем предполагали ранее.

Космология и квантовая физика

Сегодня нет космологических теорий, которые не опирались бы на квантовую механику. Ведь она занимается описанием поведения атомных и Отличие квантовой физики от классической (излагаемой Ньютоном) в том, что вторая наблюдает и описывает материальные объекты, а первая предполагает исключительно математическое описание самого наблюдения и измерения. Для квантовой физики материальные ценности не представляют предмета исследований, здесь сам наблюдатель выступает частью исследуемой ситуации.

Исходя из этих особенностей, квантовая механика испытывает затруднения с описанием Вселенной, ведь наблюдатель - это часть Вселенной. Однако, говоря о возникновении мироздания, невозможно представить посторонних наблюдателей. Попытки разработать модель без участия постороннего наблюдателя были увенчаны квантовой теорией возникновения Вселенной Дж. Уилера.

Ее суть в том, что в каждый момент времени происходит расщепление Вселенной и образование бесконечного количества копий. В итоге каждая из параллельных Вселенных может быть наблюдаема, а наблюдатели могут видеть все квантовые альтернативы. При этом изначальный и новые миры реальны.

Инфляционная модель

Основной задачей, которую призвана решить теория инфляции, становится поиск ответа на вопросы, оставшиеся неосвещенными теорией большого взрыва и теорией расширения. А именно:

1. По какой причине Вселенная расширяется?
2. Что представляет собой большой взрыв?

С этой целью инфляционная теория возникновения Вселенной предусматривает экстраполяцию расширения на нулевой момент времени, заключение всей массы Вселенной в одной точке и образование космологической сингулярности, которая часто именуется большим взрывом.

Очевидной становится неактуальность общей теории относительности, которая не может быть применена в этот момент. В результате для разработки более общей теории (или «новой физики») и решения проблемы космологической сингулярности можно применить только теоретические методы, вычисления и выводы.

Новые альтернативные теории

Несмотря на успешность модели космической инфляции, есть ученые, которые выступают против, называя ее несостоятельной. Их основным аргументом становится критика предлагаемых теорией решений. Противники утверждают, что полученные решения оставляют некоторые детали упущенными, иначе говоря, вместо решения проблемы начальных значений, теория лишь искусно их драпирует.

Альтернативой становятся несколько экзотических теорий, идея которых основана на формировании начальных значений до большого взрыва. Новые теории возникновения Вселенной кратко можно описать следующим образом:

• Теория струн. Ее приверженцы предлагают, кроме привычных четырех измерений пространства и времени, ввести дополнительные измерения. Они могли бы играть роль на ранних этапах Вселенной, а в данный момент находиться в компактифицированном состоянии. Отвечая на вопрос о причине их компактификации, ученые предлагают ответ, гласящий, что свойством суперструн является Т-дуальность. Поэтому струны «наматываются» на дополнительные измерения и их размер ограничивается.
• Теория бран. Ее также называют М-теорией. В соответствии с ее постулатами, в начале процесса образования Вселенной существует холодное статичное пятимерное пространство-время. Четыре из них (пространственные) имеют ограничения, или стены - три-браны. Наше пространство выступает одной из стен, а вторая является скрытой. Третья три-брана размещена в четырехмерном пространстве, ее ограничивают две граничные браны. Теория рассматривает столкновение третьей браны с нашей и высвобождение большого количества энергии. Именно эти условия становятся благоприятными для появления большого взрыва.

1. Циклические теории отрицают уникальность большого взрыва, утверждая, что Вселенная переходит из одного состояния в другое. Проблемой подобных теорий становится возрастание энтропии, согласно второму закону термодинамики. Следовательно, длительность предыдущих циклов была меньшей, а температура вещества - существенно выше, чем при большом взрыве. Вероятность этого чрезвычайно мала.

Независимо от того, сколько существует теорий возникновения Вселенной, только две из них выдержали проверку временем и преодолели проблему всевозрастающей энтропии. Они были разработаны учеными Стейнхардтом-Тюроком и Баум-Фрэмптоном.

Эти относительно новые теории возникновения Вселенной выдвинуты в 80-х годах прошлого века. Они имеют немало последователей, которые разрабатывают модели на ее основе, занимаются поиском доказательств достоверности и работают над устранением противоречий.

Теория струн

Одна из наиболее популярных среди теории возникновения Вселенной - Прежде чем перейти к описанию ее идеи, необходимо разобраться с понятиями одного из ближайших конкурентов, стандартной модели. Она предполагает, что материю и взаимодействия можно описать как определенный набор частиц, делящихся на несколько групп:

• Кварки.
• Лептоны.
• Бозоны.

Эти частицы являются, по сути, кирпичиками мироздания, так как они настолько малы, что их нельзя разделить на составляющие.

Отличительной чертой теории струн становится утверждение о том, что такие кирпичики являются не частицами, а ультрамикроскопическими струнами, совершающими колебания. При этом, колебаясь на различной частоте, струны становятся аналогами различных частиц, описанных в стандартной модели.

Для понимания теории следует осознать, что струны не являются никакой материей, это энергия. Следовательно, теория струн заключает, что все элементы Вселенной состоят из энергии.

Хорошей аналогией может служить огонь. При взгляде на него создается впечатление его материальности, однако его нельзя осязать.

Космология для школьников

Теории возникновения Вселенной коротко изучают в школах на уроках астрономии. Учащимся описывают основные теории о том, как был образован наш мир, что происходит с ним теперь и как он будет развиваться в дальнейшем.

Целью уроков становится ознакомление детей с природой формирования элементарных частиц, химических элементов и небесных тел. Теории возникновения Вселенной для детей сводят к изложению теории большого взрыва. Преподаватели используют наглядный материал: слайды, таблицы, постеры, иллюстрации. Их основной задачей становится пробуждение у детей интереса к миру, который их окружает.

По данным программы по обзору неба Sky Survey Sloan Digital около половины процессов звездообразования в локальной Вселенной возникает от незначительных слияний между галактиками. Для получения высококачественных изображений спиральных галактик астрономы не раз изучали целый пласт небосклона, известный как Stripe 82 Выяснилось, что нарушения форм этих галактик, вызванные взаимодействием с их небольшими соседями, вызывает увеличение скорости процессов формирования звезд. Данное исследование было представлено на Национальном собрании астрономии в университете Ноттингема.

14 сентября 2015 г. при помощи обсерватории Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) были обнаружены гравитационные волны, идущие от столкновения двух черных дыр массами 29 и 36 масс Солнца соответственно. Ожидалось, что это событие не будет сопровождаться заметным испусканием электромагнитного излучения, однако космическая гамма-обсерватория НАСА «Ферми» зарегистрировала гамма-всплеск спустя всего лишь долю секунды после обнаружения сигнала обсерваторией LIGO. В новом исследовании предполагается, что эти две черные дыры могли находиться внутри одной массивной звезды, гибель которой сопровождалась испусканием гамма-лучей.

Как мы уже знаем, первые звезды родились через сто миллионов лет после , если таковой вообще имел место быть. С тех пор прошли миллиарды лет и Вселенная загорелась бесчисленным количеством звезд. И по сей день в безграничном космическом пространстве продолжают зарождаться новые звезды. Практически сражу же после Большого взрыва, скорость зарождения звезд превышала текущую в десять раз. О причинах такой высокой скорости зарождения новых звезд ученые рассуждают по сей день.

На днях, а именно 13 февраля 2016 года в США собралось ежегодное собрание Американской ассоциации содействия развитию науки, на котором были продемонстрированы снимки далекой двойной звезды, вокруг которой образуется планетная система. Подобные события космических масштабов удается заметить с большим трудом, поэтому для ученых это представляет большой интерес.

Несмотря на то, что уже очень много времени было потрачено на изучение нашей планеты, мы все еще очень мало знаем о ней. По поверхности Земли практически нет никакой возможности узнать о далеком прошлом нашей планеты. Прежде всего мы не можем это сделать в связи с тем, что на нашей планете постоянно проходят тектонические процессы, постоянно выпадает большое количество осадков и дуют сильные ветра, а все в целом это очень сильно влияет на постоянное изменение структуры Земли. Даже самые глубокие кратеры, образованные от столкновения метеоритов, комет с нашей планетой, бесследно исчезли с лица Земли.

Ученым удалось запечатлеть уникальное космическое явление, которое вполне может стать сюжетом для научно-фантастического фильма. В результате проводимого исследования выяснилось, что звезда типа разорвала на части проходящую рядом звезду . Это грандиозное событие происходило на краю нашей галактики в древнем звездном скоплении NGC 6388. В своей работе ученые использовали несколько телескопов, в том числе и рентгеновскую обсерваторию Чандра.

Ученые провели множество исследований за последние годы, в области эволюции вселенной. Новое исследование ученых Университета Шеффилда, пролило свет на то, как эволюционируют галактики, тем самым ученым удалось заглянуть в будущее и узнать, какое будущее ждет нашу . В центре каждой галактики расположена , в некоторых сразу несколько, а есть и такие, в которых расположены сверхмассивные черные дыры. Эти сверх гравитационные объекты являются двигателями гигантских массивных потоков молекулярного газа, состоящего преимущественно из водорода.

Совсем недавно, группой ученых было обнаружено уникальное явление. Целый звездный кластер выброшен из галактики M87 и теперь он движется по направлению к нашей галактике

Происхождение химических элементов во Вселенной

Создание химических элементов на Земле

Все знают периодическую таблицу химических элементов — таблицу Менделеева . Там элементов достаточно много и непрерывно физики трудятся над тем, чтобы создать всё более и более тяжёлые трансурановые элементы . Есть много интересного в ядерной физике, связанного с устойчивостью этих ядер. Есть всякие острова стабильности и люди, работающие на соответствующих ускорителях, пытаются создать химические элементы с очень большими атомными числами. Но все эти элементы живут очень недолго. То есть можно создать несколько ядер этого элемента , успеть что-то исследовать, доказать что вы его вправду синтезировали и открыли этот элемент . Получите право присвоить ему какое-то имя, может быть получите Нобелевскую премию. Но в природе этих химических элементов кажется нет, но на самом деле они могут в каких-то процессах возникать. Но совершенно в ничтожных количествах и за короткое время распадаются. Поэтому во Вселенной , в основном, мы видим элементы начиная с урана и легче.

Эволюция Вселенной

Но Вселенная наша эволюционирует. И вообще, как только вы пришли к идее какого-то глобального изменения, вы неизбежно приходите к мысли о том, что всё что вы видите вокруг, в том или ином смысле, становится бренным. И если, в смысле людей, зверей и вещей мы как-то с этим смирились, то сделать следующий шаг, иногда, кажется странным. Например, вода то она всегда вода или железо оно всегда железо?! Ответ нет, поскольку эволюционирует Вселенная в целом и когда-то, естественно, не было, например, земли и все её составные части были разбросаны по какой-нибудь туманности, из которой складывалась Солнечная система. Нужно идти ещё и ещё дальше назад и окажется, что когда-то не было, не только Менделеева и его периодической таблицы, но не было никаких элементов в неё входящих. Так как наша Вселенная родилась, пройдя через очень горячее, через очень плотное состояние. А когда горячо и плотно, всё сложные структуры разрушаются. И поэтому, в очень ранней истории Вселенной не существовало стабильно никаких, привычных для нас, веществ или даже элементарных частиц.

Происхождение лёгких химических элементов во Вселенной

Образование химического элемента — водорода

По мере того, как Вселенная расширялась , остывала и становилась менее плотной, появлялись какие-то частицы. Грубо говоря, каждой массе частицы, мы можем сопоставить энергию по формуле E=mc 2 . Каждой энергии мы можем сопоставить температуру и когда температура падает ниже этой критичной энергии, частица может становиться стабильной и может существовать.
Соответственно Вселенная расширяется , остывает и из таблицы Менделеева первым естественно появляется водород . Потому что это просто протон. То есть появились протоны, и мы можем сказать, что появился водород . В этом смысле Вселенная на 100% состоит из водорода, плюс тёмное вещество, плюс тёмная энергия, плюс многое излучения. Но из обычного вещества есть только водород . Появляются протоны , начинают появляться нейтроны . Нейтроны немножечко тяжелее протонов и это приводит к тому, что нейтронов появляется немножко меньше. Чтобы какие-то временные факторы в голове были, мы говорим ещё о первых долях секунды жизни Вселенной .

«Первые три минуты»
Появились протоны и нейтроны , вроде бы горячо и плотно. И с протона и нейтрона можно начать термоядерные реакции, как в недрах звёзд. Но на самом деле, ещё слишком горячо и плотно. Поэтому надо чуть-чуть подождать и где-то с первых секунд жизни Вселенной и до первых минут. Есть книжка Вайнберга известная, называется «Первые три минуты» и она посвящена вот этому этапу в жизни Вселенной .

Происхождение химического элемента — гелия

В первые минуты начинают идти термоядерные реакции, потому что вся Вселенная похожа на недра звезды и термоядерные реакции могут идти. Начинают образовываться изотопы водорода – дейтерий и соответственно тритий . Начинают образовываться более тяжелые химические элементы – гелий . А вот дальше двигаться трудно, потому что стабильных ядер с числом частиц 5 и 8 нет. И получается такая вот сложная затыка.
Представьте, что у вас комната усыпана детальками от лего и вам нужно бегать и собирать структуры. Но детальки разбегаются или комната расширяется, то есть, как-то всё движется. Вам трудно собирать детальки, да ещё вдобавок, например, вот две вы сложили, потом ещё две сложили. А вот приткнуть пятую не получается. И поэтому за эти первые минуты жизни Вселенной , в основном, успевает сформироваться только гелий , немножко лития , немножко дейтерия остаётся. Он просто сгорает в этих реакциях, превращается в тот же гелий .
Так, что в основном Вселенная оказывается, состоящей из водорода и гелия , спустя первые минуты своей жизни. Плюс совсем небольшое количество элементов немножко более тяжёлых. И как бы всё, на этом первоначальный этап формирования таблицы Менделеева закончился. И наступает пауза, пока не появятся первые звезды. В звёздах опять получается горячо и плотно. Создаются условия для продолжения термоядерного синтеза . И звёзды большую часть своей жизни, занимаются синтезом гелия из водорода . То есть всё равно игра с первыми двумя элементами. Поэтому из-за существования звёзд, водорода становится меньше, гелия становится больше. Но важно понимать, что по большей части, вещество во Вселенной находится не в звёздах. В основном обычное вещество разбросано по всей Вселенной в облаках горячего газа, в скоплениях галактик, в волокнах между скоплений. И этот газ может быть никогда не превратится в звёзды, то есть в этом смысле, Вселенная всё равно останется, в основном, состоящей из водорода и гелия . Если мы говорим об обычном веществе, но на фоне этого, на уровне процентов, количество лёгких химических элементов падает, а количество тяжёлых элементов растет.

Звёздный нуклеосинтез

И так после эпохи первоначального нуклеосинтеза , наступает эпоха звёздного нуклеосинтеза , который идёт и в наши дни. В звезде, в начале водород превращается в гелий . Если условия позволят, а условия это температура и плотность, то пойдут следующие реакции. Чем дальше мы продвигаемся по таблице Менделеева, тем труднее начинать эти реакции, тем более экстремальные условия нужны. Условия создаются в звезде сами по себе. Звезда сама на себя давит, ее гравитационная энергия уравновешивается с её внутренней энергией, связанной с давлением газа и изучением. Соответственно, чем тяжелее звезда, тем сильнее она себя сдавливает и получает более высокую температуру и плотность в центре. И там могут идти следующие атомные реакции .

Химическая эволюция звёзд и галактик

В Солнце после синтеза гелия , запустится следующая реакция, будет образовываться углерод и кислород . Дальше реакции не пойдут и Солнце превратится в кислородно-углеродный белый карлик . Но при этом внешние слои Солнца, уже обогащённые реакция синтеза, будут сброшены. Солнце превратится в планетарную туманность, внешние слои разлетятся. И по большей части, вот так сброшенное вещество, после того, как она перемешается с веществом межзвёздной среды, сможет войти в состав следующего поколения звёзд. Так что у звёзд есть такая вот эволюция. Есть химическая эволюция галактик , каждые следующие образующиеся звёзды, в среднем, содержат всё больше и больше тяжелых элементов. Поэтому самые первые звёзды, которые образовывались из чистого водорода и гелия , они, например, не могли иметь каменных планет. Потому что их не из чего было делать. Нужно было, чтобы прошел цикл эволюции первых звёзд и здесь важно, что быстрее всего эволюционируют массивные звёзды.

Происхождение тяжёлых химических элементов во Вселенной

Происхождение химического элемента — железа

Солнце и его полное время жизни почти 12 млрд лет. А массивные звезды живут несколько миллионов лет. Они доводят реакции до железа , и в конце своей жизни взрываются. При взрыве, кроме самого внутреннего ядра, всё вещество оказывается сброшено и поэтому наружу сбрасывается большое количество, естественно, и водорода , который остался не переработанным во внешних слоях. Но важно, что выбрасывается большое количество кислорода , кремния , магния , то есть уже достаточно тяжелых химических элементов , чуть-чуть не доходящих до железа и, родственных ему, никеля и кобальта . Очень выделенные элементы. Может быть, со школьных времен памятна такая картинка: номер химического элемента и выделение энергии при реакциях синтеза или распада и там получается такой максимум. И железо, никель, кобальт находятся на самой верхушке. Это означает, что распад тяжелых химических элементов выгоден до железа , синтез из лёгких тоже выгоден до железа. Дальше энергию нужно тратить. Соответственно мы двигаемся со стороны водорода, со стороны лёгких элементов и реакция термоядерного синтеза в звездах могут доходить до железа. Они должны идти с выделением энергии.
При взрыве массивной звезды, железо , в основном, не выбрасывается. Оно остается в центральном ядре и превращается в нейтронную звезду или чёрную дыру . Но выбрасываются химические элементы тяжелее железа . Железо выбрасывается при других взрывах. Взрываться могут белые карлики, то что остается, например, от Солнца. Сам по себе белый карлик очень стабильный объект. Но у него есть предельная масса, когда он эту устойчивость теряет. Начинается термоядерная реакция горения углерода .

Взрыв Сверхновой
И если обычная звезда, это очень стабильный объект. Вы её чуть-чуть нагрели в центре, она на это отреагирует, она расширится. Упадет температура в центре, и всё она себя отрегулирует. Как бы в её ни грели или ни охлаждали. А вот белый карлик так не умеет. Вы запустили реакцию, он хочет расшириться, а не может. Поэтому термоядерная реакция быстро охватывает весь белый карлик и он целиком взрывается. Получается взрыв Сверхновой типа 1А и это очень хорошая очень важная Сверхновая. Они позволили открыть . Но самое главное, что при этом взрыве карлик разрушается полностью и там синтезируется много железа . Всё желез о вокруг, все гвозди, гайки, топоры и все железо внутри нас, можно уколоть палец и посмотреть на него или попробовать на вкус. Так вот всё это железо взялось из белых карликов.

Происхождение тяжёлых химических элементов

Но есть ещё более тяжелые элементы. Где же синтезируется они? Долгое время считалось, что основное место синтеза более тяжелых элементов , это взрывы Сверхновых , связанных с массивными звёздами. Во время взрыва, то есть когда есть много лишней энергии, когда летают всякие лишние нейтроны , можно проводить реакции, которые энергетически невыгодны. Просто условия так сложились и в этом, разлетающемся веществе, могут идти реакции, синтезирующие достаточно тяжёлые химические элементы . И они действительно идут. Многие химические элементы , тяжелее железа, образуются именно таким способом.
Кроме того, даже не взрывающиеся звезды, на определенном этапе своей эволюции, когда они превратились в красных гигантов могут синтезировать тяжелые элементы . В них идут термоядерные реакции, в результате которых образуется немножко свободных нейтронов. Нейтрон , в этом смысле, очень хорошая частица, поскольку заряд у неё нет, она может легко проникать в атомное ядро. И проникнув в ядро, потом нейтрон может превратиться в протон . И соответственно элемент перепрыгнет на следующую клеточку в таблице Менделеева . Этот процесс довольно медленный. Он называется s-процесс , от слова slow-медленный. Но он достаточно эффективный и многие химические элементы синтезируются в красных гигантах именно способом. А в Сверхновых идет r- процесс , то есть быстрый. По сколько, действительно всё происходит за очень короткое время.
Недавно оказалось, что есть ещё одно хорошее место для r-процесса, несвязанное со взрывом Сверхновой . Есть ещё одно очень интересное явление — это слияние двух нейтронных звёзд. Звёзды очень любят рождаться парами, а массивные звезды рождаются, по большей части, парами. 80-90% массивных звезд рождаются в двойных системах. В результате эволюции, двойные могут разрушаться, но какие-то доходят до конца. И если у нас в системе было 2 массивных звезды, мы можем получить систему из двух нейтронных звёзд. После этого они будут сближаться за счет излучения гравитационных волн и в конце концов сольются.
Представьте, вы берите объект размером 20 км с массой полторы массы Солнца, и почти со скоростью света , роняете его на другой такой же объект. Даже по простой формуле кинетическая энергия равняется (mv 2)/2 . Если в качестве m вы подставить скажем 2 массы Солнца, в качестве v поставить треть скорости света , вы можете посчитать и получите совершенно фантастическую энергию . Она будет выделяться и в виде гравитационных волн, по всей видимости в установке LIGO уже видят такие события, но мы ещё об этом не знаем. Но при этом, поскольку сталкиваются реальные объекты, происходит действительно взрыв. Выделяется много энергии в гамма-диапазоне , в рентгеновском диапазоне. В общем-то всех диапазонах и часть этой энергии идет на синтез химических элементов .

Происхождение химического элемента — золота

Происхождение химического элемента золота
И современные расчёты, они наблюдениями окончательно подтверждены, показывают, что, например, золото рождается именно в таких реакциях. Такой экзотический процесс, как слияние двух нейтронных звёзд, действительно экзотический. Даже в такой большой системе, как наша Галактика , происходит где-то раз в 20-30 тысяч лет. Кажется довольно редко, тем не менее, хватает чтобы что-то насинтезировать. Ну или наоборот, можно сказать, что происходит так редко, и поэтому золото такое редкое и дорогое. И вообще видно, что многие химические элементы оказываются достаточно редкими, хотя они для нас часто важнее. Есть всякие редкоземельные металлы, которые используются в ваших смартфонах, а современный человек скорее обойдется без золота, чем без смартфона. Вот всех этих элементов мало, потому что они рождаются в каких-то редких астрофизических процессах. И по большей части все эти процессы, так или иначе, связаны со звездами, с их более или менее спокойной эволюцией, но с поздними стадиями, взрывами массивных звёзд, со взрывами белых карликов или состояниями нейтронных звёзд .