Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

ВЗРЫВ, ПОРОДИВШИЙ НАШУ ВСЕЛЕННУЮ

Доктор педагогических наук Е. ЛЕВИТАН.

Ученые, которым посчастливилось открыть реликтовое излучение "горячей Вселенной", - Арно Пензиас и Роберт Вильсон (США). За это открытие в 1978 году они получили Нобелевскую премию.
Семиметровая рупорно-параболическая антенна (небольшой радиотелескоп), на которой А. Пензиас и Р. Вильсон - сотрудники "Белл телефон лаборатории" обнаружили реликтовое излучение.
Рисунок (здесь изображен сектор общей панорамы) поясняет, как развивалась наша Вселенная (Метагалактика) от Большого взрыва до ее современного состояния.
Распространенность химических элементов во Вселенной

В том, что видимая картина мироздания может оказаться обманчивой, люди убеждались не один раз. Так, например, долго-долго казалось совершенно очевидным, бесспорным, что не Земля вращается вокруг Солнца, а оно ходит вокруг нашей Земли.

Потом рассеялось и другое заблуждение: выяснилось, что нет никакой "сферы неподвижных звезд". А ведь в ее существовании были уверены такие крупные ученые мира, как Аристотель, Птолемей, Коперник. Ну а теперь каждый школьник знает, что звезды не прикреплены ни к какой сфере, находятся от нас на разных расстояниях и движутся в пространстве. Затем, уже в ХХ веке, астрономы раскрыли тайну многочисленных туманных пятнышек на небе. Оказалось, что это - звездные системы, подобные нашей Галактике, что они удаляются и друг от друга и от нас. Так постепенно человек стал ощущать себя жителем расширяющейся Вселенной, звучит это как-то не очень понятно, даже загадочно. И осознать, что же все это на самом деле означает, оказалось совсем не просто.

В предыдущей беседе (см. "Наука и жизнь" № 12, 1997 г.) уже рассказывалось о том, как ученые поняли, что Вселенная (Метагалактика) состоит из многих миллиардов галактик, подобных нашему Млечному Пути, и что все галактики с огромными скоростями удаляются друг от друга. Американский астроном Эдвин Хаббл открыл закон, который назвали его именем, и этот закон помог установить, что чем дальше галактика (или какой-то другой внегалактический объект), тем с большей скоростью он удаляется от нас.

Так вот, галактики, разделенные расстоянием 1 Мпк (это 3,08.1019 км), бегут друг от друга со скоростью от 50 до 100 км/с. Таково расширение Вселенной сейчас. Каким оно было прежде и каким станет в будущем, пока можно лишь догадываться. Допустим, в прошлом темп расширения был таким же. Тогда возраст Метагалактики скорее всего близок к 15 миллиардам лет. И это означает, что расширение Метагалактики - самое грандиозное из известных в настоящее время явлений природы - началось примерно полтора десятка миллиардов лет назад.

Что же тогда случилось? Почти все современные ученые убеждены в том, что началось с расширения "огненного шара", и потом был Большой взрыв.

Мысленно перенесемся в ту эпоху и постараемся представить, как все происходило. Этот вопрос довольно подробно разбирает разработанная астрофизиками теория, которую называют теорией "горячей Вселенной". Она исходит из того, что сразу же, в первые мгновения после взрыва, Вселенную заполнило вещество, обладавшее огромной температурой и сверхбольшой плотностью (отсюда и название теории - "горячая Вселенная").

Это сверхплотное и сверхгорячее вещество физики и астрофизики называют первичной плазмой. Здесь мы должны сделать небольшое отступление и кое-что пояснить.

Еще древние греки догадывались о том, что все окружающие нас тела и вещества состоят из мельчайших неделимых частиц - атомов. Древние оказались правы. Из атомов состоим мы сами, все животные и растения, и наши дома, и наша Земля, и Луна, и Солнце, и звезды. Все химические элементы - водород и гелий, железо и кремний, углерод и уран тоже состоят из атомов. В основе большинства земных и некоторых небесных тел не просто атомы, а построенные из атомов молекулы, иногда - простые, а иногда и чрезвычайно сложные.

Такова окружающая нас земная и небесная природа в настоящее время. Но сразу после Большого взрыва она была совсем иной. Впрочем, и сейчас разные небесные тела устроены не одинаковым образом. Например, на раскаленном Солнце даже самые простые молекулы встречаются редко и лишь там, где температура ниже, чем обычная температура солнечной поверхности. Например, на солнечных пятнах. А вокруг пятен и тем более внутри Солнца так жарко, что там не только молекулы, но даже атомы распадаются на составляющие их менее сложные частички (ядра атомов, электроны и т. д.).

Мы знаем, что в центре Солнца температура около 15 миллионов градусов. В "горячей Вселенной" она была во много раз выше. Значит, в начале расширения Вселенной при такой температуре не могли существовать никакие химические элементы. В первичной плазме могли быть лишь "кирпичики", из которых потом начали складывать ся различные химические элементы.

По мере расширения Вселенной температура ее вещества уменьшалась. Как только она охладилась до 4000 К, в первичной свободной плазме частицы начали объединяться. Из таких хорошо известных в настоящее время элементарных частиц, как протоны и нейтроны, возникло вещество, состоящее из ядер самых легких химических элементов - водорода (его во Вселенной 75 процентов - по массе) и гелия (около 25 процентов).

В дальнейшем наиболее существенное событие в истории развития Метагалактики произошло примерно через 300 тысяч лет, когда температура понизилась до 3 тысяч градусов (то есть стала ниже той, которую мы сейчас наблюдаем в солнечных пятнах). Ученые говорят, что тогда наступила "эра радиации". Появились условия, при которых среда стала прозрачной для излучения (радиации). Радиация словно оторвалась от вещества, с которым до того она была связана неразлучно. Излучение, как и вещество, охлаждалось по мере расширения Метагалактики. В начале "эры радиации" его температура была тоже примерно 3 тысячи градусов, а сейчас (спустя миллиарды лет, прошедшие с начала расширения Вселенной) - всего 3-4 градуса. Заметим, что речь идет о так называемой абсолютной шкале температур, в которой нуль соответствует минус 273 градусам по шкале Цельсия.

После "эры радиации" наступила продолжающаяся до сих пор "эра вещества". В ней происходило и происходит расширение Метагалактики. Постепенно создались условия, подходящие для процесса рождения галактик с их звездами и планетами. И, в частности, нашей Солнечной системы, без которой нас не могло бы быть.

Все это время плотность расширяющейся среды уменьшалась. Буквально через несколько минут после начала расширения она стала близкой к плотности воды, еще спустя несколько часов плотность Вселенной можно было сравнить с нынешней плотностью воздуха у поверхности Земли. В наше время средняя плотность вещества Метагалактики ничтожно мала, она близка к величине 10_28 кг/мз.

Человеку, который впервые знакомится с теорией "горячей Вселенной", все, о чем мы здесь рассказываем, может показаться малоправдоподобной сказкой. Однако большинство специалистов в области астрофизики и космологии относятся к теории "горячей Вселенной" серьезно и уважительно. Вот что писал по этому поводу наш известный физик-теоретик академик Я. Б. Зельдович: "Теория "Большого взрыва" в настоящий момент не имеет сколько-нибудь заметных недостатков. Я бы даже сказал, что она столь же надежно установлена и верна, сколь верно то, что Земля вращается вокруг Солнца. Обе теории занимали центральное место в картине мироздания своего времени, и обе имели много противников, утверждавших, что новые идеи, заложенные в них, абсурдны и противоречат здравому смыслу. Но подобные выступления не в состоянии препятствовать успеху новых теорий". Чтобы так решительно отстаивать теорию "горячей Вселенной", нужно было иметь важные доказательства того, что эта теория верна и подтверждается данными, полученными из непосредственных наблюдений.

И такие данные действительно существуют. Вот главные из них.

Во-первых, возраст небесных тел, в том числе и нашего Солнца, меньше возраста Метагалактики. И это полностью согласуется с данными теории "горячей Вселенной". Во-вторых, во Вселенной по сей день больше всего водорода (около 75 процентов) и гелия (около 25 процентов). Остальные химические элементы, образовавшиеся значительно позже (например, в ходе процессов, происходящих внутри звезд), представляют собой лишь небольшую "примесь" к водороду и гелию (хотя без этой "примеси" планеты и жизнь на них никогда не могли бы возникнуть). Факт такого количественного соотношения химических элементов во Вселенной свидетельствует в пользу теории "горячей Вселенной". И, наконец, в-третьих (может быть, это - самое главное доказательство), - открытие реликтового излучения. Современным ученым удалось обнаружить то излучение, которое когда-то (в далекую от нас "эру радиации") начало свое самостоятельное странствие по Вселенной.

Это важнейшее открытие было сделано сравнительно недавно. В 1964-1965 годах молодые американские радиоастрономы А. Пензиас и Р. Вильсон занимались отладкой радиоантенны для работы по программе спутниковой связи. Радиосигналу, который принимала антенна, все время мешал какой-то посторонний шум, от него невозможно было избавиться. Как потом выяснилось, он оказался реликтовым излучением "горячей Вселенной", излучением, которое специалисты уже многие годы пытались уловить. Пензиас и Вильсон стали лауреатами Нобелевской премии 1978 года.

Итак, мы познакомили вас с историей рождения нашей Вселенной. Пересказали, конечно, лишь в самых общих чертах, суть теории "горячей Вселенной". Привели некоторые основные доказательства в ее защиту.

Есть, конечно, и другие точки зрения, объясняющие возникновение и эволюцию нашей Вселенной. Но на данном этапе развития науки теория Большого взрыва и "горячей Вселенной" довольно успешно выдерживает конкуренцию. Большинству ученых нашего времени она представляется хотя и удивительной, но все же наиболее правдоподобной.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Любителям астрономии»

Детальное описание иллюстрации

Семиметровая рупорно-параболическая антенна (небольшой радиотелескоп), на которой А. Пензиас и Р. Вильсон - сотрудники "Белл телефон лаборатории" обнаружили реликтовое излучение. Конструкция антенны позволяла достаточно хорошо освобождаться от посторонних излучений (шумов), учитывать неизбежные помехи при наблюдениях участков неба в разных направлениях. Странные "помехи", оказавшиеся реликтовым излучением, возникали при любых положениях антенны: загадочные "шумы" приходили отовсюду. Астрофизики (Р. Дикке и другие) сразу же догадались, что наблюдатели обнаружили не "шумы", а радиоизлучение, дошедшее до нас от древней "эры радиации". Открытие А. Пензиаса и Р. Вильсона впоследствии было многократно подтверждено другими наблюдателями, работавшими с наземными и космическими инструментами.
Рисунок (здесь изображен сектор общей панорамы) поясняет, как развивалась наша Вселенная (Метагалактика) от Большого взрыва до ее современного состояния. Большой взрыв, подобно гигантскому ускорителю, превращал одни элементарные частицы в другие до тех пор, пока не возникли первые химические элементы (водород и гелий), которые стали строительным материалом для рождающихся звезд и галактик.