БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ

В модели Фридмана 4-ое измерение Вселенной — время, — как и место, имеет ограниченную протяженность. Оно подобно отрезку, имеющему два конца либо две границы. Так что у времени есть конец и есть начало. Практически все решения уравнений Эйнштейна, приобретенные для того количества материи, которое мы смотрим во Вселенной, имеют одну очень важную общую характеристику БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ: некогда в прошедшем (примерно 13,7 млрд годов назад) расстояние меж примыкающими галактиками должно было приравниваться нулю. Другими словами, вся Вселенная была сжата в точку нулевого размера, сферу с нулевым радиусом. Плотность Вселенной и кривизна места‑времени должны были тогда быть нескончаемыми. Этот момент мы называем Огромным Взрывом.

Все наши БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ космологические теории основаны на предположении, что место‑время гладкое и практически плоское. Это значит, что все данные теории нарушаются в момент Огромного Взрыва, ведь место‑время нескончаемой кривизны тяжело именовать практически плоским! Таким макаром, если что‑то и предшествовало Большенному Взрыву, оно не даст ключа к осознанию того БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ, что случилось позднее, так как предсказуемость нарушается в момент Огромного Взрыва. Аналогично, зная только то, что случилось после него, мы не можем найти, что было ранее. Действия, предшествовавшие Большенному Взрыву, не могут иметь никаких последствий для нас и потому не должны приниматься в расчет при научном описании Вселенной. Мы должны исключить БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ их из собственной модели и считать, что Большой Взрыв был началом времени. Вопрос о том, кто сделал условия для Огромного Взрыва, и другие подобные вопросы не являются научными.

Очередной нескончаемой величиной во Вселенной нулевых размеров должна быть температура. Считается, что в момент Огромного Взрыва Вселенная была нескончаемо БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ жаркой. В процессе ее расширения температура излучения снижалась. И так как температура является мерой средней энергии — либо скорости — частиц, остывание Вселенной должно было иметь суровые последствия для материи. При очень больших температурах быстрое движение частиц препятствовало их обоюдному притяжению под действием ядерных либо электрических сил, но с снижением температуры частички БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ стали притягиваться и соединяться вместе. Даже типы имеющихся во Вселенной частиц зависят от ее температуры, а означает, и от возраста.

Аристотель не веровал, что вещество состоит из частиц. Он считал, что материя является непрерывной. По Аристотелю ее можно нескончаемо разделять на все наименьшие и наименьшие части и никогда не БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ наткнуться на неразделимую «крупицу». Но некие древнегреческие мыслители, к примеру Демокрит, задумывались, что материи присуща «зернистость» и что все в природе состоит из большущего числа атомов различного вида. (Слово «атом» значит в переводе с греческого «неделимый».) Мы сейчас знаем, что это верное представление — по последней мере, в окружающей нас БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ среде и при сегодняшнем состоянии Вселенной. Но атомы нашей Вселенной существовали не всегда, они не являются неразделимыми и представляют собой только маленькую часть всего контраста частиц во Вселенной.

Атомы состоят из частиц наименьшего размера: электронов, протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны, в свою очередь, построены из еще больше БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ маленьких частиц, именуемых кварками. Не считая того, каждому типу субатомных частиц соответствуют античастицы. Они имеют такую же массу, но обратный электронный заряд и другие свойства. К примеру, античастица электрона, именуемая позитроном, имеет положительный заряд, обратный отрицательному заряду электрона. Может быть, есть целые антимиры и антилюди, состоящие из античастиц БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ. Но же, если частичка и античастица повстречаются, они взаимно уничтожаются. Так что, если вам доведется повстречать свое анти‑я, не обменивайтесь с ним рукопожатием! Вы оба исчезнете в ослепительной вспышке света.

Световую энергию переносят частички другого типа — безмассовые фотоны. Для Земли наиблежайшим и наикрупнейшим поставщиком фотонов служит ядерное пекло БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ Солнца. Оно в обилии поставляет и другие частички — упоминавшиеся выше нейтрино (и антинейтрино). Но эти последние, будучи очень легкими, практически не ведут взаимодействие с веществом и поэтому проходят через нас млрд каждую секунду, не производя никакого эффекта. Отлично понятно, что физики нашли 10-ки типов простых частиц. Во Вселенной, претерпевающей сложные эволюционные БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ конфигурации, набор этих частиц тоже эволюционировал. Эта самая эволюция сделала вероятным появление планет, схожих нашей, и живых созданий, схожих нам.

Через секунду после Огромного Взрыва Вселенная расширилась довольно, чтоб ее температура свалилась примерно до 10 млрд градусов Цельсия. Это в тыщу раз больше, чем в центре Солнца, но подобные БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ температуры отмечались при взрывах водородных бомб. В то время во Вселенной присутствовали приемущественно фотоны, электроны, нейтрино и их античастицы, также еще наименьшее число протонов и нейтронов. Тогда частички обладали так высочайшей энергией, что, сталкиваясь, порождали огромное количество разных пар частичка—античастица. К примеру, столкновение фотонов могло породить электрон и его античастицу БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ, позитрон. Некие из таких вновь появившихся частиц, сталкиваясь со своими близнецами‑античастицами, аннигилировали. Каждый раз, когда электрон встречается с позитроном, они уничтожаются, но оборотный процесс не так прост. Для того чтоб две безмассовые частички, такие как фотоны, могли породить пару частичка—античастица, к примеру электрон и позитрон, безмассовым БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ частичкам нужно владеть некой малой энергией. Электрон и позитрон имеют массу, и эта вновь создаваемая масса должна порождаться энергией сталкивающихся частиц. Так как Вселенная продолжала расширяться и температура снижалась, столкновения частиц, владеющих достаточной энергией для рождения электрон‑позитронных пар, случались все пореже. Еще почаще происходило взаимоуничтожение пар (рис. 20). В конечном БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ счете б о льшая часть электронов и позитронов аннигилировали вместе, произведя огромное количество фотонов и оставив относительно не много электронов. Нейтрино и антинейтрино, которые ведут взаимодействие меж собой и с другими частичками очень слабо, уничтожали друг дружку не так стремительно. Они и сейчас должны еще находиться вокруг БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ нас. Если б мы могли следить их, это послужило бы неплохим доказательством для описанной чуть повыше картины жаркой юный Вселенной. К огорчению, энергия этих частиц в текущее время очень мала, чтоб следить их конкретно (хотя, может быть, их получится найти косвенно).

Примерно через 100 секунд после Огромного Взрыва Вселенная остыла до БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ 1-го млрд градусов — температуры недр самых жарких звезд. В этих критериях энергии протонов и нейтронов уже недостаточно для преодоления сильного ядерного взаимодействия. Они начинают соединяться, образуя ядра дейтерия (томного водорода), которые содержат один протон и один нейтрон.

Ядра дейтерия могут потом, присоединяя протоны и нейтроны, перевоплотиться в ядра гелия БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ, состоящие из пары протонов и пары нейтронов, также породить некое количество ядер 2-ух более томных частей — лития и бериллия. Можно подсчитать, что согласно теории жаркой Вселенной около четверти протонов и нейтронов соединяются воединыжды в ядра гелия при сохранении маленького количества томного водорода и других частей. Другие нейтроны в итоге распада БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ преобразуются в протоны — ядра обыденных атомов водорода.

Эта картина жаркой Вселенной была в первый раз предложена Джорджем Гамовым в известной работе, написанной в 1948 г. в соавторстве с его учеником Ральфом Альфером. Гамова отличало недюжинное чувство юмора: он добавил к списку создателей имя ученого‑ядерщика Ханса Бете БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ, чтоб вышло: Альфер, Бете, Гамов, наподобие первых 3-х букв греческого алфавита (альфа, бета, палитра), — очень уместно для статьи о зарождении Вселенной. В упомянутой работе создатели сделали замечательное пророчество, что излучение (в форме фотонов), возникшее на исходных, жарких стадиях развития Вселенной, должно сохраниться до наших дней, но его температура должна быть всего на БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ несколько градусов выше абсолютного нуля. (Абсолютным нулем считается температура —273°С, при которой вещество не обладает никакой термический энергией. Таким макаром, это самая низкая из вероятных температур.)

Конкретно это микроволновое излучение нашли Пензиас и Вильсон в 1965 г. Когда Альфер и Гамов выпустили свою статью, о ядерных реакциях меж протонами и БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ нейтронами было понятно достаточно не много. Потому пророчества соотношений разных частей в ранешней Вселенной оказались достаточно ориентировочными. Потом, когда вычисления были повторены с учетом новых, более четких, данных, оказалось, что результаты прекрасно согласуются с наблюдениями. Остается добавить, что очень тяжело отыскать другое разъяснение тому, почему конкретно БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ четверть массы Вселенной приходится на долю гелия.

Рис. 20. Равновесие фотонов и электрон‑позитронных пар.

В ранешней Вселенной наблюдалось равновесие меж образованием фотонов при столкновении электронов и позитронов и оборотным процессом. По мере того как Вселенная остывала, баланс был нарушен в пользу образования фотонов. Равномерно большая часть электронов и позитронов аннигилировали вместе, и БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ электронов осталось относительно не много.

И все таки описанная картина порождает ряд заморочек. Длительность ранешних шагов эволюции в модели Огромного Взрыва недостаточна для того, чтоб тепло успело распространиться из одной области жаркой Вселенной в другую. Это значит, что в исходном состоянии Вселенная должна была во всех местах БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ иметь строго схожую температуру, — по другому никак не разъяснить схожую температуру микроволнового фона во всех направлениях. Не считая того, исходная скорость взрыва должна была оказаться с ювелирной точностью подобранной, чтоб расширение шло на самой грани критичного режима, еще позволяющего избежать схлопывания. Очень тяжело разъяснить, почему Вселенная зародилась конкретно в таком состоянии БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ, если не полагать вмешательства Бога, который намеревался сделать созданий вроде нас.

Пытаясь отыскать модель Вселенной, в какой огромное количество разных исходных состояний могло развиться во что‑то схожее существующему мирозданию, ученый из Массачусетского технологического института Алан Гут представил, что ранешняя Вселенная могла пройти через период очень резвого расширения. Это БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ расширение именуют «инфляцией», подразумевая, что Вселенная в тот период расширялась с нарастающей скоростью. Согласно Гуту радиус Вселенной за ничтожно малую толику секунды возрос в миллион миллионов миллионов миллионов миллионов (единица с 30 нулями) раз. Любые неоднородности во Вселенной просто разгладились вследствие этого расширения, как морщины на раздувающемся воздушном шаре БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ. Таким макаром, инфляционная теория разъясняет, как сегодняшнее, гладкое и однородное, состояние Вселенной могло развиться из самых различных неоднородных изначальных состояний. Так что мы сейчас до известной степени убеждены в том, что имеем правильную картину событий прямо до одной миллиардной триллионной триллионной толики (10—33 ) секунды от Огромного Взрыва.

Вся БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ эта начальная суматоха Огромного Взрыва закончилась спустя всего несколько часов формированием ядер гелия и неких других частей, таких как литий. Потом около миллиона лет Вселенная просто продолжала расширяться и ничего существенного не происходило. В конце концов температура понизилась до нескольких тыщ градусов. Кинетическая энергия электронов и ядер стала недостаточной БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ для того, чтоб преодолевать силу электрического притяжения, и они начали объединяться в атомы.

Вселенная в целом продолжала бы расширяться и остывать, но в областях, где плотность была чуток выше средней, расширение дополнительно тормозилось гравитационным притяжением лишнего вещества. Под действием этого притяжения расширение в этих областях Вселенной тормознуло, уступив место сжатию (коллапсу). По БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ ходу коллапса тяготение окружающего вещества могло придать этим областям чуть приметное вращение. При стягивании коллапсирующей области ее вращение ускоряется, подобно тому как фигурист начинает резвее кружиться на льду, когда придавливает к для себя руки. В конце концов, когда размеры таковой области становились довольно малыми, ее вращение ускорялось так, что БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ могло сбалансировать гравитацию. Так образовались крутящиеся спиральные галактики. Другие области Вселенной, избежавшие вращения, стали округлыми объектами, которые именуют эллиптическими галактиками. В таких областях коллапс приостанавливается устойчивым воззванием отдельных частей галактики вокруг ее центра, в то время как вся звездная система в целом не крутится.

С течением времени водородно БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ‑гелиевый газ в галактиках был должен распадаться на маленькие облака, которые коллапсировали под действием собственного тяготения. При сжатии атомы в их сталкивались и температура газа росла, пока не достигала величины, нужной для начала реакций ядерного синтеза. Эти реакции конвертируют водород в гелий и похожи на управляемый взрыв водородной бомбы. Выделяемое БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ при всем этом тепло принуждает звезды сиять. Это тепло также наращивает давление газа, пока это последнее не приходит в равновесие с силами тяготения. В итоге газ перестает сжиматься. Приблизительно так газовые облака становятся звездами, схожими нашему Солнцу, которые сжигают водород, превращая его в гелий, и источают высвободившуюся энергию в БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ форме тепла и света. Они обнаруживают отдаленное сходство с воздушным шаром, в каком внутреннее давление воздуха на стены, заставляющее шар расширяться, уравновешивается упругостью резиновой оболочки, стремящейся уменьшить размер шара.

Сформировавшись из туч жаркого газа, звезды в течение долгого времени сохраняют устойчивость благодаря балансу меж выделением тепла в БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ ядерных реакциях и гравитационным притяжением. Но в какой-то момент звезда обречена исчерпать собственный припас водорода и другого ядерного горючего. Феноминально, но чем больше припасы горючего в звезде, тем резвее они завершаются. Дело в том, что чем массивнее звезда, тем горячее она должна быть, чтоб сбалансировать свое тяготение. А чем БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ горячее звезда, тем резвее протекает реакция ядерного синтеза и резвее расходуется горючее. Нашему Солнцу, возможно, хватит горючего еще на 5 млрд лет либо около того, но более мощные звезды способны израсходовать свои ресурсы всего за 100 миллионов лет, что существенно меньше возраста Вселенной.

Когда звезда исчерпывает горючее, она начинает БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ остывать и гравитация берет верх, вызывая сжатие. Сжатие сближает атомы, заставляя звезду опять разогреться. При достаточном нагреве звезда может начать преобразовывать гелий в более томные элементы, такие как углерод и кислород. Это, но, вызволяет не очень много энергии, так что кризис неизбежен. Что случается далее, не полностью ясно, но очень возможно, что БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ центральные области звезды коллапсируют, переходя в очень плотное состояние, становясь, к примеру, темной дырой.

Термин «черная дыра» появился сравнимо не так давно. В первый раз его употребил в 1969 г . южноамериканский ученый Джон Уилер в качестве приятного описания идеи, высказанной не меньше двухсотен годов назад. Если звезда довольно массивна, возможно БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ окажется, что даже свет не сможет преодолеть ее тяготение тогда и звезда будет смотреться темной для всех наружных наблюдателей.

Когда эта мысль в первый раз была высказана, было две теории о природе света. Одна, которой отдавал предпочтение Ньютон, провозглашала, что свет состоит из частиц, либо корпускул. Другая декларировала, что БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ свет представляет собой волны. Сейчас мы знаем, что верны обе теории. Как будет показано в гл. 9, вследствие корпускулярно‑волнового дуализма в квантовой механике свет в неких случаях ведет себя как волна, а в других точно проявляет характеристики частички. Понятия «волна» и «частица» — всего только выдуманные людьми концепции, и природа БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ совсем не должна следовать им, подгоняя все явления под ту либо иную абстрактную категорию!

Волновая теории не проясняет, как должен вести себя свет под действием гравитации. Но если считать свет состоящим из частиц, то можно ждать, что они будут реагировать на гравитацию так же, как пушечные ядра, галлактические корабли БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ и планетки. К примеру, после выстрела в воздух пушечное ядро в какой-то момент свалится на Землю, при условии что скорость, с которой оно вылетело из пушки, не превосходит определенной величины, именуемой скоростью убегания (рис. 21). Скорость убегания находится в зависимости от силы земного притяжения, другими словами от БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ массы Земли, но она не находится в зависимости от массы пушечного ядра — по той же самой причине, по которой ускорение свободного падения тел не находится в зависимости от их массы. И если уж скорость убегания не находится в зависимости от массы тела, то можно допустить, что приведенные выше рассуждения верны и БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ для частиц света, невзирая на то что их масса равна нулю! Потому резонно представить, что частички света должны двигаться с некой малой скоростью, чтоб вырваться из поля тяготения звезды.

Рис. 21. Пушечное ядро при скорости, наименьшей и большей скорости убегания.

Тело, летящее ввысь, не свалится, если скорость, которую ему БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ сказали, больше скорости убегания.

Сначало числилось, что частички света движутся нескончаемо стремительно и поэтому гравитация не способна их замедлить, но из открытия Рёмера, установившего, что скорость света конечна, вытекало, что гравитация может очень значительно повлиять на свет. У довольно громоздкой звезды скорость убегания возможно окажется больше скорости БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ света, и все излучение, испускаемое таковой звездой, будет к ней ворачиваться. Основываясь на этом предположении, доктор Кембриджского института Джон Мичелл в 1783 г. опубликовал в «Философских трудах Английского Царского общества» работу, в какой указал, что звезда определенной массы и плотности обязана иметь настолько сильное гравитационное поле, что свет не сумеет ее БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ покинуть. Всякий испущенный с ее поверхности свет будет притянут вспять, до того как уйдет довольно далековато от звезды. Такие объекты мы сейчас называем темными дырами, так как они и представляют собой темные пустоты в пространстве.

Но не очень верно вполне уподоблять свет пушечным ядрам, послушливым закону тяготения Ньютона, так как БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ скорость света имеет неизменное значение. Пушечное ядро, выстреленное ввысь, будет замедляться гравитацией, а в конечном счете остановится и свалится; фотон же должен двигаться ввысь с неизменной скоростью. Поочередной картины того, как гравитация оказывает влияние на свет, не было до 1915 г., когда Эйнштейн предложил общую теорию относительности. Детализированное описание БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ того, что происходит с излучением громоздкой звезды согласно общей теории относительности, в первый раз было предложено юным южноамериканским ученым Робертом Оппенгеймером в 1939 г.

Картина, которую мы узнали благодаря Оппенгеймеру, смотрится последующим образом. Гравитационное поле звезды изменяет линию движения световых лучей в пространстве‑времени. Этот эффект проявляется в отклонении света дальних звезд БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ, наблюдаемом во время солнечного затмения. Линии движения света в пространстве‑времени, проходящие рядом со звездой, немного искривлены в сторону ее поверхности. Когда звезда сжимается, она становится плотнее и гравитационное поле на ее поверхности усиливается. (Можно представлять для себя гравитационное поле исходящим из точки в центре звезды; когда звезда БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ сжимается, точки, лежащие на ее поверхности, приближаются к центру, попадая в более сильное поле.) Более массивное поле посильнее изгибает линии движения световых лучей. В конечном итоге при сжатии звезды до некого критичного радиуса гравитационное поле на ее поверхности становится так сильным, а извив световых лучей — так крутым БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ, что свет уже не может уйти прочь.

Согласно теории относительности ничто не способно двигаться резвее света. Так что если даже свет не может вырваться, то и ничему другому это тоже не под силу — все будет затянуто вспять гравитационным полем. Вокруг сколлапсировавшей звезды формируется область места‑времени, которую ничто не может покинуть, чтоб БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ достигнуть отдаленного наблюдающего. Эта область и есть темная дыра. Внешнюю границу темной дыры именуют горизонтом событий. Сейчас благодаря телескопам, которые работают в рентгеновском и палитра‑спектрах, мы знаем, что темные дыры еще более неиндивидуальное явление, чем нам думалось ранее. Один спутник нашел 1500 темных дыр на сравнимо маленьком участке БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ неба. Мы также нашли черную дыру в центре нашей Галактики, при этом ее масса в миллион раз превосходит массу нашего Солнца. Около этой сверхмассивной темной дыры найдена звезда, которая обращается вокруг нее со скоростью, равной около 2% от скорости света, другими словами резвее, чем в среднем обращается электрон вокруг ядра в БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ атоме!

Чтоб осознать, что происходит при коллапсе громоздкой звезды и формировании темной дыры, следует вспомнить, что теория относительности не признает абсолютного времени. Другими словами, каждый наблюдающий имеет свою меру времени. Ход времени для наблюдающего на поверхности звезды будет отличаться от хода времени для наблюдающего на расстоянии, так БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ как на поверхности звезды гравитационное поле посильнее.

Представим для себя бесстрашного космонавта, который остается на поверхности коллапсирующей звезды во время чертовского сжатия. В некий момент по его часам, скажем в 11:00, звезда сожмется до критичного радиуса, за которым гравитационное поле усиливается так, что из него нереально вырваться. Сейчас представим, что БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ по аннотации космонавт должен каждую секунду по своим часам посылать сигнал галлактическому кораблю, который находится на орбите на неком фиксированном расстоянии от центра звезды. Он начинает передавать сигналы в 10:59:58, другими словами за две секунды до 11:00. Что зарегистрирует экипаж на борту галлактического судна?

Ранее, проделав мысленный опыт с передачей световых сигналов снутри БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ ракеты, мы удостоверились, что гравитация замедляет время и чем она посильнее, тем значительнее эффект. Космонавт на поверхности звезды находится в более сильном гравитационном поле, чем его коллеги на орбите, потому одна секунда по его часам продлится подольше секунды по часам корабля. Так как космонавт совместно с поверхностью движется БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ к центру звезды, действующее на него поле становится все посильнее и посильнее, так что интервалы меж его сигналами, принятыми на борту галлактического корабля, повсевременно удлиняются. Это растяжение времени будет очень малозначительным до 10:59:59, так что для космонавтов на орбите интервал меж сигналами, переданными в 10:59:58 и в 10:59:59, очень ненамного БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ превзойдет секунду. Но сигнала, отправленного в 11:00, на корабле уже не дождутся.

Все, что произойдет на поверхности звезды меж 10:59:59 и 11:00 по часам космонавта, растянется по часам галлактического корабля на нескончаемый период времени. С приближением к 11:00 интервалы меж прибытием на орбиту поочередных гребней и впадин испущенных звездой световых волн станут все БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ длиннее; то же случится и с промежутками времени меж сигналами космонавта. Так как частота излучения определяется числом гребней (либо впадин), приходящих в секунду, на галлактическом корабле будет региться все более и поболее низкая частота излучения звезды. Свет звезды станет больше багроветь и сразу блекнуть. В конце концов звезда так потускнеет БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ, что сделается невидимой для наблюдателей на галлактическом корабле; все, что остается, — темная дыра в пространстве. Но действие тяготения звезды на галлактический корабль сохранится, и он продолжит воззвание по орбите.

Этот сценарий, вобщем, не полностью реалистичен. С удалением от центра звезды гравитация слабеет, потому ноги нашего бесстрашного космонавта должны притягиваться посильнее БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ, чем его голова. Эта разница сил приведет к тому, что тело космонавта вытянется на манер спагетти либо разорвется на части, до того как звезда достигнет критичного радиуса, на котором формируется горизонт событий! Но мы полагаем, что во Вселенной есть объекты куда большего масштаба, к примеру центральные области галактик БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ, которые тоже могут испытывать гравитационный коллапс, порождая сверхмассивные темные дыры, наподобие той, что есть в центре нашей Галактики. Находясь на таком объекте, наш космонавт не был бы разорван на части до формирования темной дыры. Не ощутив ничего такого особенного при достижении критичного радиуса, он пересек бы роковую черту неприметно себе БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ. Хотя наружные наблюдатели зафиксировали бы замедление его сигналов, которые в конце концов закончили бы приходить. И только через несколько часов (по измерениям космонавта) его порвало бы на части из‑за различия гравитационных сил, воздействующих на его голову и ноги (рис. 22).

Рис. 22. Гравитационные силы.

Так как гравитационное притяжение слабеет БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ по мере удаления от его источника, Земля притягивает вашу голову с меньше силой, чем ваши ноги, которые на метр либо два поближе к центру нашей планетки. Разница так ничтожна, что мы не чувствуем ее, но космонавт, оказавшийся около темной дыры, будет практически разорван на части.

Время от времени при коллапсе БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ очень громоздкой звезды ее наружные слои могут быть выброшены в место колоссальным взрывом, именуемым вспышкой сверхновой. Мощь этого взрыва так велика, что сверхновая светит ярче всех звезд целой галактики взятых вместе. Примером может служить сверхновая Крабовидной туманности. Китайские летописи относят ее к 1054 г. Хотя взорвавшаяся звезда находилась на БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ расстоянии 5000 световых лет, она оставалась видимой для невооруженного глаза в течение нескольких месяцев и зияла настолько ярко, что была различима даже деньком, а ночкой при ее свете можно было читать. Вспышка сверхновой в 500 световых годах от нас — в 10 раз поближе Крабовидной туманности — оказалась бы в 100 раз ярче и практически превратила БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ бы ночь в денек. Чтоб ощутить мощь подобного взрыва, представьте, что вспышка конкурировала бы с сиянием Солнца, даже притом, что звезда находилась бы в 10-ки миллионов раз далее него (напомним, что Солнце находится всего в восьми световых минутках от Земли). Довольно близкая вспышка сверхновой звезды хотя и БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ не разрушила бы Землю, но сопровождалась бы излучением, способным уничтожить все живое на нашей планетке. Не так давно было высказано предположение, что происшедшее два миллиона годов назад вымирание морских организмов было вызвано всплеском галлактического излучения, порожденного вспышкой сверхновой поблизости от Земли. Некие ученые считают, что высокоорганизованная жизнь может развиться БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ исключительно в тех областях галактик, где не очень много звезд, — так именуемых зонах жизни, — так как в районах более плотного скопления звезд вспышки сверхновых — настолько обыденные явления, что они временами уничтожают любые зачатки био эволюции. Каждый денек во Вселенной вспыхивают сотки тыщ сверхновых звезд. В отдельной галактике сверхновые возникают приблизительно раз в БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ столетие. Но это средние характеристики. К огорчению (для астрологов, по последней мере), последняя вспышка сверхновой в Млечном Пути произошла в 1604 г., еще до изобретения телескопа.

Главной претенденткой на роль последующей сверхновой в нашей Галактике является звезда ро Кассиопеи. К счастью, она находится на полностью неопасном для нас БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ расстоянии 10 000 световых лет. Она относится к малочисленному классу желтоватых сверхгигантов. Во всем Млечном Пути имеется только семь звезд этого типа. Интернациональная группа астрологов начала учить ро Кассиопеи в 1993 г. За прошедшие годы у звезды наблюдались повторяющиеся колебания температуры на несколько сотен градусов. Потом, летом 2000 г., температура ее в один момент свалилась БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ приблизительно с 7000 до 4000 градусов. В это время исследователи нашли в атмосфере звезды окись титана, которая, как считается, заходит в состав оболочки, выброшенной с поверхности звезды сильной ударной волной.

При вспышке сверхновой ряд томных частей, образовавшихся в конце актуального цикла звезды, выбрасывается вспять в межзвездную среду, становясь БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ сырьем для формирования последующего поколения звезд. Наше Солнце содержит примерно 2% таких томных частей. Это звезда второго либо третьего поколения, которая сформировалась примерно 5 млрд годов назад из облака вращающегося газа, содержавшего выбросы ранешних сверхновых. Б о льшая часть газа из того облака пошла на формирование Солнца или была выброшена вовне, но маленькая БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ часть томных частей смогла собраться совместно и образовать подобные Земле планетки, которые сейчас обращаются вокруг Солнца. И золото в наших украшениях, и уран в наших ядерных реакторах — все это остатки сверхновых звезд, которые вспыхнули еще до рождения Галлактики!

Когда Земля еще только сконденсировалась, она была очень жаркой и не имела БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ атмосферы. С течением времени она остыла и окуталась оболочкой газов, выделявшихся из скальных пород. Мы не смогли бы выжить в этой первичной атмосфере. Заместо кислорода в ней присутствовало огромное количество других, ядовитых для нас, газов, к примеру сероводород (которым пахнут тухлые яичка). Но есть некие примитивные формы жизни, процветающие БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ конкретно в таких критериях. Возможно, они развились в океанах в итоге случайного соединения атомов в огромные структуры, именуемые макромолекулами, которые обладали способностью собирать другие атомы в океане в подобные же структуры. Таким макаром, они воспроизводили самих себя и плодились. В неких случаях при проигрывании случались ошибки. Обычно, получившаяся БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ в итоге новенькая макромолекула не могла воспроизводить себя и в конце концов разрушалась. Но некие сбои приводили к возникновению новых макромолекул, еще лучше репродуцирующих себя. Владея схожим преимуществом, они удачно теснили начальные макромолекулы. Так было положено начало процессу эволюции, который привел к развитию все более сложных самовоспроизводящихся организмов. 1-ые примитивные БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ формы жизни потребляли разные вещества, включая сероводород, и выделяли кислород. Это равномерно изменило состав атмосферы, приблизив его к сегодняшнему, и послужило предпосылкой для появления более высокоорганизованных форм жизни: рыб, пресмыкающихся, млекопитающих и, в конце концов, людей.

Описанная картина Вселенной базирована на общей теории относительности. Она согласуется со всеми БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ современными наблюдениями. Но математика в реальности не может оперировать нескончаемыми числами, потому, утверждая, что Вселенная началась с Огромного Взрыва, общая теория относительности тем предвещает, что во Вселенной есть точка, где сама эта теория перестает работать. Схожая точка — пример того, что арифметики именуют сингулярностью. Когда теория предвещает сингулярности БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ типа нескончаемой температуры, плотности и кривизны, это свидетельствует о том, что она должна быть как‑то изменена. Общая теория относительности — неполная теория, так как она не разъясняет, как появилась Вселенная.

Двадцатый век изменил взоры человека на Вселенную. Мы сообразили, какое скромное место занимает наша планетка в необъятности Вселенной; нашли, что время БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ и место искривлены и неотделимы друг от друга; открыли, что Вселенная расширяется и что она имела начало. Но мы также удостоверились, что, рисуя новейшую картину крупномасштабной структуры Вселенной, общая теория относительности терпит беду при описании начала времен.

Двадцатое столетие также вызвало к жизни и другую величавую личную физическую теорию БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ — квантовую механику. Она имеет дело с явлениями, которые происходят в очень малеханьких масштабах. Концепция Огромного Взрыва гласит, что, по‑видимому, зарождающаяся Вселенная была так мала, что, даже изучая ее «крупномасштабную структуру», нельзя третировать эффектами квантовой механики, необходимыми в микроскопичных масштабах. И сейчас наибольшие надежды в части окончательного постижения Вселенной БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ мы возлагаем на объединение этих 2-ух личных теорий в единую квантовую теорию гравитации. Дальше будет показано, что объединение общей теории относительности с принятым в квантовой механике принципом неопределенности делает вероятным существование конечного места и времени, не имеющего никаких пределов либо границ. И может быть также, что обыденные физические законы действуют БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ везде, в том числе и сначала времен, не приводя ни к каким сингулярностям.

Глава девятая

КВАНТОВАЯ ГРАВИТАЦИЯ

Фуррор научных теорий, в особенности теории тяготения Ньютона, привел французского ученого Пьера Симона Лапласа сначала девятнадцатого столетия к убеждению, что Вселенная вполне детерминирована. По другому говоря, Лаплас считал, что должен существовать БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ ряд законов природы, которые позволяют — по последней мере, в принципе — предсказать все, что случится во Вселенной. Для этого требуется «всего лишь» подставить в такие законы полную информацию о состоянии Вселенной в некий произвольно избранный момент времени. Это именуется заданием «начального состояния» либо «граничных условий». (В случае граничных критерий идет БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ речь о границе в пространстве либо времени; граничное состояние в пространстве есть состояние Вселенной у наружных ее границ — если таковые имеются.) Лаплас считал, что, располагая полным набором законов и зная исходные либо граничные условия, мы сможем в точности найти состояние Вселенной в хоть какой данный момент времени.

Необходимость знать исходные условия, по БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ‑видимому, интуитивно явна: разные текущие состояния, вне сомнения, приведут к разным состояниям в дальнейшем. Необходимость познания граничных критерий в пространстве чуток сложнее для осознания, но в принципе это то же самое. Уравнения, лежащие в базе физических теорий, могут давать очень различные решения, выбор меж которыми основывается на БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ исходных либо граничных критериях. Тут выслеживается отдаленная аналогия с состоянием банковского счета, на который поступают и с которого списываются огромные суммы. Закончите вы нулем либо богачом, зависит не только лишь от перечисляемых сумм, да и от исходного состояния счета.

Если Лаплас прав, тогда физические законы позволят нам по известному нынешнему БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ состоянию Вселенной найти ее состояния в прошедшем и будущем. К примеру, зная положения и скорости Солнца и планет, мы можем с помощью законов Ньютона вычислить состояние Галлактики в хоть какой момент прошедшего либо будущего[11]. В случае планет детерминизм кажется совсем естественным — в конце концов, астрологи с очень высочайшей точностью БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ предвещают такие действия, как затмения. Но Лаплас пошел далее, предположив, что подобные законы управляют и всем остальным, включая человеческое поведение.

Но вправду ли ученые способны предвычислить все наши будущие деяния? Число молекул в стакане воды превосходит 10 в 20 четвертой степени (единица с 20 4-мя нуля). На практике мы не БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ имеем ни мельчайшей надежды выяснить состояние каждой из их; еще меньше у нас шансов выяснить четкое состояние Вселенной либо даже собственного собственного тела. Так что, говоря о детерминированности Вселенной, мы подразумеваем, что, даже если наших умственных возможностей недостаточно для этих вычислений, наше будущее все же предопределено.


bolshie-gruppi-ne-umirayut.html
bolshie-igri-na-isaakievskoj.html
bolshie-malchiki-7-11-let.html