Удивительные теории о вселенной.

Будущее Вселенной – один из основных вопросов космологии, ответ на который зависит, в первую очередь, от таких характеристик и свойств Вселенной как ее масса, энергия, средняя плотность, а также скорость расширения.

Что мы знаем о Вселенной?

Для начала следует определить само понятие «Вселенная», которое имеет место быть как в астрономии, так и философии. В области астрономии Вселенной называют Метагалактикой или просто астрономической Вселенной. Однако, с теоретической точки зрения, которая учитывается большинством моделей и сценариев развития Вселенной, она представляет собой колоссальную систему, выходящую за пределы возможного наблюдения.

Одним из важнейших свойств Вселенной, которое было открыто относительно недавно – это практически однородное и изотропное расширение, которое также оказалось ускоренным. В зависимости от продолжительности этого расширения история Вселенной может принять один из двух предполагаемых сценариев.

В первом случае расширение будет продолжаться до бесконечности, вместе с этим средняя плотность вещества во Вселенной будет стремительно падать, приближаясь к нулю. Коротко говоря, вся начнется с распада скоплений галактик, а закончится делением протона на кварки.

Второй сценарий учитывает постулаты общей теории относительности (ОТО), которая гласит о том, что при значительном росте плотности вещества искривляется пространство-время. Если расширение все же начнет замедляться, то вероятнее всего в какой-то момент оно обернется сжатием. Тогда Вселенная начнет сжиматься, а средняя плотность ее вещества – стремительно расти. При таком ходе событий, согласно ОТО, пространство-время будет постепенно искривляться до тех пор, пока Вселенная не замкнется сама на себе, вроде поверхности обычной сферы, но с большим количеством измерений, чем мы привыкли себе представлять.

Космологические эпохи Вселенной

В попытках предсказать дальнейшую судьбу астрономической Вселенной, ученые разделили ее существование на следующие этапы:

Несмотря на то, что вещество Вселенной постепенно аннигилирует, само пространство может эволюционировать по четырем гипотетическим сценариям:

1. Если со временем расширение Вселенной замедлится, а после — обернется в сжатие, то конечным этапом ее жизни станет Большое сжатие. В результате чего все вещество коллапсирует и вернется в изначальное свое состояние – сингулярность.
2. Иной сценарий — средняя плотность вещества Вселенной точно определена и является таковой, что расширение постепенно замедляется.
3. Наиболее вероятная, в силу современных результатов наблюдений, модель. Подразумевает равномерное расширение Вселенной, по инерции.
4. Стремительный рост скорости расширения Вселенной, который приведет наш мир к так называемому .

Будущее Вселенной - вопрос, рассматриваемый в рамках физической космологии. Различными научными теориями предсказано множество возможных вариантов будущего, среди которых есть мнения как об уничтожении, так и о бесконечной жизни Вселенной.

После того как теория о создании Вселенной посредством Большого взрыва и её последующем быстром расширении была принята большинством учёных, будущее Вселенной стало вопросом космологии, рассматриваемым с разных точек зрения в зависимости от физических свойств Вселенной: её массы и энергии, средней плотности и скорости расширения.

Вселенная и в наши дни продолжает свою эволюцию, так как эволюционируют её части. Время этой эволюции для каждого типа объектов разнится более, чем на порядок. И когда жизнь объектов одного типа заканчивается, то у других всё только начинается. Это позволяет разбить эволюцию Вселенной на эпохи. Однако конечный вид эволюционной цепи зависит от скорости и ускорения расширения: при равномерной или почти равномерной скорости расширения будут пройдены все этапы эволюции и будут исчерпаны все запасы энергии. Этот вариант развития называется тепловой смертью.

Если скорость будет всё нарастать, то, начиная с определённого момента, сила, расширяющая Вселенную, сначала превысит гравитационные силы, удерживающие галактики в скоплениях. За ними распадутся галактики и звёздные скопления. И, наконец, последними распадутся наиболее тесно связанные звёздные системы. Спустя некоторое время, электромагнитные силы не смогут удерживать от распада планеты и более мелкие объекты. Мир вновь будет существовать в виде отдельных атомов. На следующем этапе распадутся и отдельные атомы. Что последует за этим, точно сказать невозможно: на этом этапе перестает работать современная физика.

Вышеописанный сценарий - это сценарий Большого разрыва.

Существует и противоположный сценарий - Большое сжатие. Если расширение Вселенной замедляется, то в будущем оно прекратится и начнётся сжатие. Эволюция и облик Вселенной будут определяться космологическими эпохами до того момента, пока её радиус не станет в пять раз меньше современного. Тогда все скопления во Вселенной образуют единое мегаскопление, однако галактики не потеряют свою индивидуальность: в них всё также будет происходить рождение звёзд, будут вспыхивать сверхновые и, возможно, будет развиваться биологическая жизнь. Всему этому придёт конец, когда Вселенная ужмётся ещё в 20 раз и станет в 100 раз меньше, чем сейчас; в тот момент Вселенная будет представлять собой одну огромную галактику.

Температура реликтового фона достигнет 274 К и на планетах земного типа начнёт таять лёд. Дальнейшее сжатие приведёт к тому, что излучение реликтового фона затмит даже центральное светило планетной системы, выжигая на планетах последние ростки жизни. А вскоре после этого испарятся или будут разорваны на куски сами звёзды и планеты. Состояние Вселенной будет похоже на то, что было в первые моменты её зарождения. Дальнейшие события будут напоминать те, что происходили в начале, но промотанные в обратном порядке: атомы распадаются на атомные ядра и электроны, начинает доминировать излучение, потом начинают распадаться атомные ядра на протоны и нейтроны, затем распадаются и сами протоны и нейтроны на отдельные кварки, происходит великое объединение. В этот момент, как и в момент Большого взрыва, перестают работать известные нам законы физики и дальнейшую судьбу Вселенной предсказать невозможно.

Космологические эпохи
Введем понятие космологической декады (η) как десятичный показатель степени возраста Вселенной в годах:

Эпоха звёзд (6 Это время уже без каких-либо источников энергии. Сохранились только остаточные продукты всех процессов, происходящих в прошлых декадах: фотоны с огромной длиной волны, нейтрино, электроны и позитроны. Температура стремительно приближается к абсолютному нулю. Время от времени позитроны и электроны образуют неустойчивые атомы позитрония, долгосрочная судьба их - полная аннигиляция.

В научном мире принято считать, что Вселенная произошла в результате Большого взрыва. Строится данная теория на том, что энергия и материя (основы всего сущего) ранее находились в состоянии сингулярности. Оно, в свою очередь, характеризуется бесконечностью температуры, плотности и давления. Состояние сингулярности само по себе отвергает все известные современному миру законы физики. Ученые считают, что Вселенная возникла из микроскопической частицы, которая в силу неизвестных пока причин пришла в далеком прошлом в нестабильное состояние и взорвалась.

Термин «Большой взрыв» стал применяться с 1949 года после публикации в научно-популярных изданиях работ ученого Ф.Хойла. Сегодня теория «динамической эволюционирующей модели» разработана настолько хорошо, что физики могут описать процессы, происходящие во Вселенной уже через 10 секунд после взрыва микроскопической частицы, положившей начало всему сущему.

Доказательств теории существует несколько. Одним из главных является реликтовое излучение, которое пронизывает всю Вселенную. Оно могло возникнуть, по мнению современных ученых, только в результате Большого взрыва, благодаря взаимодействию микроскопических частиц. Именно реликтовое излучение позволяет узнать о тех временах, когда Вселенная была похожа на пылающее пространство, а звезд, планет и самой галактики не было и в помине. Вторым доказательством рождения всего сущего из Большого взрыва считается космологическое красное смещение, заключающееся в уменьшении частоты излучения. Это подтверждает удаление звезд, галактик от Млечного пути в частности и друг от друга в целом. То есть, свидетельствует о том, что Вселенная расширялась ранее и продолжает это делать до сих пор.

Краткая история Вселенной

• 10 -45 - 10 -37 сек - инфляционное расширение


• 10 -6 сек - возникновение кварков и электронов


• 10 -5 сек - образование протонов и нейтронов


• 10 -4 сек - 3 мин - возникновение ядер дейтерия, гелия и лития


• 400 тыс. лет - образование атомов


• 15 млн. лет - продолжение расширения газового облака


• 1 млрд. лет - зарождение первых звезд и галактик


• 10 - 15 млрд. лет - появление планет и разумной жизни


• 10 14 млрд. лет - прекращение процесса рождения звезд


• 10 37 млрд. лет - истощение энергии всех звезд


• 10 40 млрд. лет - испарение черных дыр и рождение элементарных частиц


• 10 100 млрд. лет - завершение испарения всех черных дыр

Теория Большого взрыва стала настоящим прорывом в науке. Она позволила ученым ответить на множество вопросов относительно рождения Вселенной. Но одновременно эта теория породила новые загадки. Главная из них заключается в причине самого Большого взрыва. Второй вопрос, на который нет ответа у современной науки - как появилось пространство, время. По мнению некоторых исследователей, они родились вместе с материей, энергией. То есть, являются результатом Большого взрыва. Но тогда получается, что и у времени, пространства должно быть какое-то начало. То есть, некая сущность, постоянно существующая и не зависящая от их показателей, вполне могла положить начало процессам нестабильности в микроскопической частице, породившей Вселенную.

Чем больше исследований проводится в этом направлении, тем больше вопросов возникает у астрофизиков. Ответы на них ждут человечество в будущем.

Благодаря инстинкту выживания человечество и наша цивилизация существуют уже тысячи лет. Хотя в течение нескольких последних десятилетий научные сообщества все чаще беспокоятся по поводу возможных глобальных катастроф – событий с высоким коэффициентом риска, способные не только нанести вред планете, но и уничтожить на ней жизнь.

Эра черных дыр описана в книге профессора Фреда Адамса «The Five Ages of the Universe», как век, в котором организованная материя останется только в форме черных дыр. Постепенно они благодаря квантовым процессам радиационной активности избавятся от поглощённой ими материи. К концу упомянутой эры останутся только низкоэнергетические протоны, электроны и нейтроны. Другими словами, можно попрощаться с нашей красивой голубой планетой.

По мнению многих религиозных течений, которые выдвигают разнообразные гипотезы, приближается конец света (судный день, второе пришествие Иисуса Христа, пришествие Антихриста). В одном все согласны: конец света наступит неизбежно. Ученые опровергают большинство гипотез, но тоже согласны, что это может случиться.

Когда вспоминаешь о периодах правления таких диктаторов, как Гитлер, Сталин, Саддам, Ким Чен Ын и других классических политических диктаторских режимах, то легко предположить, что такой сценарий тоже можно рассматривать началом конца цивилизации.

В результате еще одного сценария конца света, придуманные человеком нанороботы выйдут из-под контроля и уничтожат человечество.

Многие ученые обеспокоены тем, что чрезвычайно мощное гамма-излучение соседних галактик, в результате очень сильного взрыва, может стать причиной гибели нашей планеты. Эта гипотеза помогает объяснить так званый парадокс Ферми, который свидетельствует о том, что, кроме нас, других технологически развитых цивилизаций во Вселенной нет, так как гамма-лучи, возможно, уничтожили все.

Это спорный вопрос, но многие считают, что в результате деятельности человечества, возникшее глобальное потепление станет тем фактором, который можно рассматривать, как причину изменения климата и гибели жизни на нашей планете.

Солнце периодически выбрасывает в космос раскаленные радиоактивные облака газа, которые угрожают магнитному полю Земли, так как являются чрезвычайно мощными и достигают Земли всего за несколько часов. По словам некоторых ученых, в результате вреда, который человек приносит своей планете, неконтролируемые коронарные выбросы Солнца однажды уничтожат планету.

Теория Большого взрыва – это еще одна сомнительная космологическая гипотеза, согласно которой материя Вселенной, начиная от звезд, галактик до атомов и других частиц, которые появились в результате этого взрыва, таким же способом и исчезнут в будущем.

Большое сжатие является еще одной научной гипотезой конца нашего существования. В его результате Вселенная сожмется и взорвется. Большой взрыв породил её, а Большое сжатие уничтожит.

«Генетическое загрязнение» - сомнительный термин, используемый для объяснения бесконтрольного использования генной инженерии, которая вмешивается в мир природы. Вмешиваться в гены нежелательно, так как создав однажды новые организмы, можно безвозвратно нанести вред существующим. В результате спонтанных мутаций могут появиться нежелательные доминирующие виды.

Еще одним риском для жизни человечества можно считать глобальные эпидемии, которые смогут очень быстро распространяться воздушно-капельным путем и убить людей всего за несколько часов до того, как человечество найдёт эффективное лекарство.

Как бы выглядела планета, если бы человечество внезапно исчезло с лица земли, как динозавры? К внезапному вымиранию человечества могут привести несколько причин. Например, все мужчины станут геями и прекратится репродукция человечества.

Существуют два сценария развития будущего Вселенной, и оба ведут к ее гибели. Некоторые ученые говорят, что Вселенная взорвется, а другие – замерзнет. Так или иначе, но оба сценария абсолютно неоптимистичны.

Все чаще и чаще звучит угроза перенаселения планеты. Многие эксперты утверждают, что к 2050 году это станет самой большой проблемой для нас. Дело в том, что человечество будет настолько многочисленным, что не будет хватать различных жизнеобеспечивающих ресурсов, например, воды и нефти. В результате, получаем голод, засухи, болезни и бесконечные войны между странами.

Чрезмерное потребление уже в 2015 году считается одним из рисков. Так как люди потребляют намного больше, чем природа может регенерировать. Проявлениями чрезмерного потребления являются огромные выловы рыбы и чрезмерное потребление мяса. Это же касается и овощей, и фруктов.

Альберт Эйнштейн был одним из первых, кто предрек конец света в результате Третьей мировой войны. Он говорил, что не знает, какое оружие человечество будет использовать во время Третьей, но в Четвертую мировую войну человечество будет воевать камнями и дубинками.

Гибель цивилизации – это самый реалистический сценарий из тех, которые прогнозируют гибель человечества. Примером можно считать судьбу цивилизации Майя или Византийской империи. Все то же может случиться и со всем человечеством в будущем.

Ядерный холокост и апокалипсис относятся к самым реальным рискам, которые могут привести к гибели человечества. Это может произойти, так как в мире накопилось огромное количество ядерного оружия.

Новый мировой порядок может быть установлен одной из тайных организаций, которые существуют сегодня (Иллюминаты, Масоны, Сионисты и т.д.). Сегодня они находятся под контролем общества, но могут в будущем стать более могущественными и своими догмами и действиями привести человечество к рабству и служению злу.

Суть мальтузианской катастрофы по Томасу Мальту, автору «Опыт закона о народонаселении» (1798), в том, что в будущем численность населения обгонит рост и возможности аграрного сектора экономики и стабильности. После чего произойдет упадок и уменьшение численности населения, и начнутся бедствия.

Эта теория существует еще с античности и большинство (если не все) видели бесчисленные фильмы, в которых одним солнечным днем некая инопланетная цивилизация завоюет планету и попытается уничтожить жизнь на ней. В ближайшем будущем это не случится, но возможно произойдет когда-нибудь.

Трансгуманизм – это международное культурное и интеллектуальное течение нескольких последних лет, целью которого есть понимание великой роли технологий в трансформациях и улучшения качества материальной, физической и умственной сфер жизни человека. Хотя звучит великолепно, но в результате информационной и технологической революции человечество может пострадать.

Специалисты используют понятие «технологическая сингулярность», описывая гипотетический сценарий, в результате которого быстрый технологический прогресс сыграет злую шутку с человечеством, которое создаст искусственный интеллект и погибнет, потеряв над клонами и роботами контроль.

Понятие «взаимное гарантированное уничтожение» относится к глобальному использованию оружия с целью массовых уничтожений людей и планеты. Это реальный сценарий, если оценить сегодняшнюю политическую и военную ситуацию в мире.

Те, кто смотрел фильм «Умри, но не сейчас», знают, что кинетическая бомбардировка сможет уничтожить жизнь на планете. Если вы не видели фильм, тогда представьте разработку космического оружия, которое может уничтожить все, что есть на Земле за пару секунд. Страшно? Страшно. А ведь учёные даже подсчитали вероятность до тысячных процента.

Из теории Фридмана следует, что возможны различные сценарии эволюции Вселенной: неограниченное расширение, чередование сжатий и расширений и даже тривиальное стационарное состояние. Какой из этих сценариев реализуется - зависит от соотношения между критической и фактической плотностью вещества во Вселенной на каждом этапе эволюции. Для того, чтобы оценить значения этих плотностей, рассмотрим сначала, как астрофизики представляют себе структуру Вселенной.

В настоящее время считается, что материя во Вселенной существует в трех формах: обычное вещество, реликтовое излучение и так называемая «темная» материя. Обычное вещество сосредоточено в основном в звездах, которых только в нашей Галактике насчитывается около ста миллиардов. Размер нашей Галактики составляет 15 килопарсек (1 парсек = 30,8  10 12 км). Предполагается, что во Вселенной существует до миллиарда различных галактик, среднее расстояние между которыми имеет порядок одного мегапарсека. Эти галактики распределены крайне неравномерно, образуя скопления (кластеры). Однако, если рассматривать Вселенную в очень большом масштабе, например, «разбивая» ее на «ячейки» с линейным размером, превышающим 300 мегапарсек, то неравномерность структуры Вселенной уже не будет наблюдаться. Таким образом, в очень больших масштабах Вселенная является однородной и изотропной. Вот для такого равномерного распределения вещества можно рассчитать плотность  в, которая составляет величину  310 -31 г / см 3 .

Эквивалентная реликтовому излучению плотность  р  510 -34 г / см 3 , что много меньше  в и, следовательно, может не приниматься в расчет при подсчете общей плотности материи во Вселенной.

Наблюдая за поведением галактик, ученые предположили, что помимо светящегося, «видимого» вещества самих галактик в пространстве вокруг них существуют, по-видимому, значительные массы вещества, наблюдать которые непосредственно не удается. Эти «скрытые» массы проявляют себя только тяготением, которое сказывается на движении галактик в группах и скоплениях. По этим признакам оценивают и связанную с этой «темной» материей плотность  т, которая, по расчетам, должна быть примерно в ~ 30 раз больше, чем  в. Как будет видно из дальнейшего, именно «темная» материя является, в конечном счете, «ответственной» за тот или иной «сценарий» эволюции Вселенной 1 .

Чтобы убедиться в этом, оценим критическую плотность вещества, начиная с которой «пульсирующий» сценарий эволюции сменяется «монотонным». Такую оценку, хотя и достаточно грубую, можно произвести на основании классической механики, без привлечения общей теории относительности. Из современной астрофизики нам потребуется только закон Хаббла.

Вычислим энергию некоторой галактики, имеющей массу m, которая находится на расстоянии L от «наблюдателя» (рис.10.2). Энергия Е этой галактики складывается из кинетической энергии и потенциальной энергии
, которая связана с гравитационным взаимодействием галактикиm с веществом массы M , находящимся внутри шара радиуса L (можно показать, что вещество, находящееся вне шара, не вносит вклада в потенциальную энергию). Выразив массу M через плотность ,
, и учитывая закон Хаббла, запишем выражение для энергии галактики:

Рис. 10.2 К расчету критической плотности вещества Вселенной

Из этого выражения видно, что в зависимости от значения плотности  энергия Е может быть либо положительной (Е  0), либо отрицательной (Е  0). В первом случае рассматриваемая галактика обладает достаточной кинетической энергией, чтобы преодолеть гравитационное притяжение массы М и удалиться на бесконечность. Это соответствует неограниченному монотонному расширению Вселенной (модель «открытой» Вселенной).

Во втором случае (Е < 0) расширение Вселенной в какой-то момент прекратится и сменится сжатием (модель «замкнутой» Вселенной). Критическое значение плотности соответствует условию Е = 0, поэтому получаем

Подставив в это выражение известные значения Н = 15 ((км/с)/10 6 световых лет) и G = 6,6710 -11 м 3 /кг с 2 , получаем значение критической плотности  к  10 -29 г / см 3 . Таким образом, если бы Вселенная состояла только из обычного “видимого” вещества с плотностью  в  310 -31 г / см 3 , то ее будущее было бы связано с неограниченным расширением. Однако, как было сказано выше, наличие «темной» материи с плотностью  т   в может привести к пульсирующей эволюции Вселенной, когда период расширения сменяется периодом сжатия (коллапсом) (рис.10.3). Правда, в последнее время ученые все больше приходят к мысли, что плотность всей материи во Вселенной, включая и «темную» энергию, в точности равна критической. Почему это так? На этот вопрос ответа пока нет.

Рис. 10.3. Расширение и сжатие Вселенной

10.5 Иерархичность структуры Вселенной

Фундаментальные константы играют важную роль в построении масштабов нашего мира. Они позволяют дать некую иерархическую картину структуры Вселенной. Это можно пояснить графически представлениями изменения размеров тел и расстояний, а также их масс (рис. 10.4 и 10.5). Действительно, наиболее естественными и наглядными квалификационными признаками являются размер объекта и его масса. Выделяют

Микромир с характерными размерами меньше, чем 10 -8 м (частицы, ядра, атомы, молекулы),

Макромир (макромолекулы, кристаллы жидкости, газы, живые организмы, человек, объекты техники, т.е. макротела)

Мегамир (планеты, звезды, галактики).

Понятно, что границы микро- и макромира подвижны, и не существует отдельного микромира и отдельного макромира. Естественно, что макрообъекты и мегаобъекты, построены из микрообъектов и в основе макро- и мегаявлений лежат микроявления. Это наглядно видно на примере построения Вселенной из взаимодействующих элементарных частиц в рамках космомикрофизики. На самом деле мы должны понимать, что речь идет лишь о различных уровнях рассмотрения вещества. Микро-, макро- и мегаразмеры объектов соотносятся друг с другом как макро/микро ~ мега/макро. В классической физике отсутствовал объективный критерий отличия макро- от микрообъекта. Это отличие ввел М. Планк: если для рассматриваемого объекта минимальным воздействием (квант действия) на него можно пренебречь, то это макрообъекты, если нельзя - это микрообъект.

Кварки «являются» составной частью протонов и нейтронов, затем из них образуются ядра атомов. Атомы объединяются в молекулы. Если двигаться дальше по шкале размеров тел, то далее следуют обычные макротела, планеты и их системы, звездные скопления галактик и метагалактик, т.е. можно представить переход от микро-, макро- и мега- как в размерах, так и моделях физических процессов. Фундаментальные мировые константы определяют масштабы иерархической структуры материи нашего мира. Очевидно, что сравнительно небольшое их изменение и должно приводить к формированию качественно иного мира, в котором стало бы невозможным образование ныне существующих микро-, макро- и мегаструктур и в целом высокоорганизованных форм живой материи. Имеющая место «подгонка» мировых констант, т.е. определенные их значения и взаимоотношения между ними, по существу, и обеспечивает структурную устойчивость нашей Вселенной. Поэтому проблема, казалось бы, абстрактных мировых констант имеет глобальное мировоззренческое значение.

Антропный принцип требует также, чтобы средняя плотность вещества Вселенной ρ ср была бы близка к критической ρ кр, так как при ρ ср << ρ кр следует, что время существования нашего мира было бы настолько мало, что за это время жизнь не могла бы возникнуть.

Однако современная наука не дает однозначного ответа, какое из этих отношений между ρ кр и ρ ср справедливо, поскольку часть вещества находится в «невидимом» состоянии. Оценка же дает близкие значения ρ кр ≈ 10 -29 г/см 3 , ρ ср ≈ 10 -30 г/см 3 , откуда следует, что уже в рамках ньютоновской механики следует возможность нестационарной или, как мы уже знаем, пульсирующей Вселенной. Из таких вариантов эволюции Вселенной можно сделать следующие выводы: из термодинамических соображений следует, что Вселенную в целом можно рассматривать как открытую систему, в которой происходят необратимые и неравновесные процессы. Во всяком случае, ρ ср и ρ кр близки по своим значениям, и, следовательно, антропный принцип выполняется. Заметим также, что радиус R не должен быть больше критического R кр = 2Gm/c 2 , поскольку в нашем миропонимании и признании ОТО скорость разбегания Галактик не должна превышать скорость света (ν < с ). Показано, что при ρ кр ≈ ρ ср пространство может считаться псевдоевклидовым и число пространственных измерений опять же сводится к трем. Это вообще не удивительно, так как модель развита в рамках теории Ньютона. Заметим еще один интересный результат, полученный в 20-х годах П. Эренфестом (1880-1933): при четном числе пространственных координат не должно существовать замкнутых орбит планет и невозможна передача информации путем волн, что может служить дополнительным свидетельством в пользу трехмерности пространства и правильности антропного принципа.