Что такое Вселенная с точки зрения космологии?

Рано или поздно люди начинают интересоваться окружающим миром, задумываться о своем месте в нем. В такие моменты человек задается самыми разными вопросами: почему существует жизнь, как устроена Вселенная, одни ли мы в ней.

К сожалению, наука пока не может ответить на многие вопросы, но это не значит, что ответ на них она никогда не найдет. Технологии, как и научное знание, развиваются огромными темпами, и, возможно, на нашем веку мы станем свидетелями грандиозного открытия. Стоит только подождать. За последние 100 лет человечество накопило достаточно знаний об окружающем нас мире, которых хватает, чтобы “оттолкнуться” от парящей в пустоте точки и отправиться на поиски истины, поиски в огромном, бездонном пространстве.

Итак, давайте мысленно суммируем знания о космосе и попытаемся понять, что нам вообще известно о Вселенной?

Вселенная — это все, о чем вы можете только подумать. Поверхностное объяснение, не так ли? А если конкретно, Вселенную можно представить, как “коробку”, стены которой “облеплены” галактиками и постоянно раздвигаются. В этой “коробке” заключены пространство и время, материя, энергия, ну, и, конечно, мы с вами. На самом деле, ученые не знают, имеет ли вообще Вселенная границы и форму, но то, что она расширяется — факт.

Что такое Вселенная с точки зрения космологии? (4 фото)
Северная и Южная Америки с высоты 35 000 км от поверхности Земли. Изображение составлено из двух спутниковых снимков, которые сделали аппаратыTerra и NOAA (GOES)
Земля и Луна, как и другие соседние тела являются частью Солнечной системы. Таких систем в космическом пространстве огромное количество, и у каждой есть свои планеты, луны, астероиды и кометы, которые вращаются вокруг своих звезд. Наше Солнце — одно из многочисленных светил в галактике Млечный Путь, которая в свою очередь является одной из миллиардов галактик в наблюдаемой Вселенной. Считается, что все галактики в космосе, включая нашу собственную, имеют в центре сверхмассивные черные дыры — огромные воронки в пространстве, на которые падает все, что оказывается рядом с ними. Гравитационное притяжение этих “воронок” настолько велико, что из их оков не может вырваться даже свет.

Астрономам для изучения Вселенной доступна лишь крохотная ее часть, чуть больше 95% космического пространства скрыто от глаз наблюдателя. Возможно, совсем скоро у ученых появятся инструменты, которые позволят наблюдать за гораздо большим космическим регионом или вообще охватить всю область неба. Тогда можно будет увидеть большее количество галактик, чем специалисты видят сейчас при помощи современных телескопов, а значит, сделать множество важных открытий.

Что такое Вселенная с точки зрения космологии? (4 фото)
Изображение формирования планеты вокруг карликовой звезды PDS 70
Когда речь заходит о космосе, некоторые люди считают, что космос — это нечто далекое и недоступное, а Земля — отдельное от остальной Вселенной тело, существующее само по себе. Но это не так. На самом деле космос находится гораздо ближе, чем мы думаем, он начинается всего в 100 километрах от поверхности нашей планеты, а наш дом — часть Вселенной, как и другие миры. Так уж получилось, что здесь, на Земле, сложились благоприятные условия для жизни. Земля — ​​крошечное тело, парящее во враждебной и безжалостной для его обитателей среде.

Содержание

1 Сколько лет Вселенной?
2 Из чего состоит Вселенная?
3 Как менялись наши представления о Вселенной?
Сколько лет Вселенной?
Ученые считают, что возраст Вселенной около 13,8 миллиарда лет, именно столько времени назад произошел Большой взрыв — событие, положившее начало ее рождению с последующим ее расширением и остыванием. Как это узнали? Благодаря расширению Вселенной.

То, что космическое пространство расширяется, астрономы поняли с помощью эффекта Доплера — явления, возникающего при движении источника излучения относительно наблюдателя (или наоборот). В 1920-х годах астрофизик Эдвин Хаббл, измеряя расстояния до ближайших галактик, заметил, что в спектре их атомного излучения присутствует красное доплеровское смещение — эффект, при котором электромагнитное излучение увеличивает свою длину волны. Ученый сделал вывод, что галактики удаляются от нас и друг от друга. Чуть позже он обнаружил, что чем дальше от наблюдателя находится галактика, тем сильнее красное смещение, и, следовательно, тем быстрее она удаляется, а значит, Вселенная расширяется.

Разделив расстояние между галактиками на скорость удаления, ученые вычислили, как давно эти объекты находились в одной точке. Этот момент и считается началом Вселенной. По последним данным, галактики находились в одной точке 13,8 миллиардов лет назад.

Из чего состоит Вселенная?
Самый распространенный элемент в космосе — водород. Большая часть наблюдаемого вещества во Вселенной состоит из атомов водорода — простейших атомов, содержащих положительно заряженное ядро — протон, и отрицательно заряженный электрон. Если же атом содержит еще и нейтрон, то это тяжелый водород, или иначе дейтерий. Два или более связанных химическими связями атомов образуют молекулу — электрически нейтральную частицу. Триллионы связанных друг с другом атомов образуют частицу пыли. Смешайте несколько тонн углерода, кремния, кислорода, льда и некоторых металлов вместе, и вы получите астероид. Или соберите воедино водород и гелий в количестве, превышающем массу Земли в 333000 раза, и у вас появится звезда, подобная Солнцу.

Что такое Вселенная с точки зрения космологии? (4 фото)
Снимок Хаббла Hubble Ultra Deep Field (HUDF). Изображение охватывает участок неба с 10 000 галактик, равный 3 угловым минутам, или 1/13 000 000 от всей площади неба
С развитием технологий ученые стали классифицировать сгустки материи по их характеристикам. Галактики, звездные скопления, планеты, карликовые планеты, планеты-изгои, спутники, кольца, кометы, астероиды — все это совокупность материи, обладающей отличными друг от друга свойствами, но подчиняющейся одним и тем же законам природы.

Астрономы научились подсчитывать эти сгустки материи, и получили невероятно большие цифры. Оказалось, что наша родная галактика содержит не менее 100 миллиардов звезд, а наблюдаемая Вселенная — более 100 миллиардов галактик. Если бы все галактики в наблюдаемой Вселенной имели один размер, то в ней находилось бы 10 секстиллионов звезд.

Но в космосе содержатся сгустки материи и энергии, которые скрыты от глаз астрономов. Все звезды, планеты, кометы, астероиды, черные дыры составляют менее 5% вещества во Вселенной — видимой, барионной материи. Около 27% приходится на темную материю, а 68% — темную энергию, «темная» в названиях, говорит о том, что специалисты не могут наблюдать их напрямую, а значит, они вообще не изучены. По крайней мере, пока. Ученые считают, что Вселенная, в том смысле, в каком мы ее понимаем, не работала бы, если бы не было ни темной материи, ни темной энергии.

Напомним, что по мнению специалистов, темная материя — это форма материи, которая не взаимодействует с электромагнитным излучением, а проявляет себя только через гравитационное взаимодействие. Она отвечает за движение звезд и галактик. Темная энергия — форма энергии, которая отвечает за ускоренное расширение Вселенной.

Как менялись наши представления о Вселенной?
Представления людей о Вселенной, о том, как она устроена, менялись на протяжении тысяч лет.

Вероятно, наши предки начали интересоваться космосом, как только обрели сознание. В масштабах Вселенной с тех пор прошло относительно мало времени. Тогда у людей еще не было необходимых технологий, которые бы позволили лучше понять устройство мира. Но узнать окружающий мир для наших предков было необходимостью — это повышало шансы на выживание. Единственным инструментом познания в то время были мифы, но мифы не могли объяснить природу реальности, а были всего лишь отражением человеческих забот, надежд и страхов.

Что такое Вселенная с точки зрения космологии? (4 фото)
Туманность W51 — один из наиболее активных регионов звездообразования.
Только несколько веков назад люди научились применять математику и новые исследовательские методы для поиска истины. Со временем эти методы, как и научные инструменты, совершенствовались, и в конечном итоге завеса тайны Вселенной стала приоткрываться. Сотни лет назад, когда люди только начали систематически исследовать природу вещей, слова «ученый» и в помине не существовало, вместо этого исследователей называли «натурфилософами». Около ста лет назад появились приборы, позволяющие астрономам наблюдать за другими галактиками, и лишь 60 лет назад люди впервые отправили космические корабли к другим планетам и их спутникам.

За каких-то полвека зонды посетили внешнюю область Солнечной системы и прислали первые снимки четырех планет-гигантов и их спутников; марсоходы впервые прокатились по поверхности Марса; люди построили космическую станцию ​​на околоземной орбите с постоянным экипажем; а первые космические телескопы показали нам уголки далекого космоса. Только в начале XXI века астрономы открыли тысячи планет, вращающихся вокруг других звезд, впервые обнаружили гравитационные волны и получили первое изображение черной дыры.

Вселенной почти 14 миллиардов лет, нашей Солнечной системе 4,6 миллиарда лет, жизнь на Земле возникла примерно 3,8 миллиарда лет назад, а люди появились всего несколько сотен тысяч лет назад. Иными словами, Вселенная существует примерно в 56 000 раз дольше, чем наш вид. Все, что когда-либо происходило в космосе, происходило до появления людей, возможно, важные события обошли нас стороной.

Может быть, всего через одно поколение наше понимание космоса и своего места в нем изменится еще больше, изменится так, как мы сегодня не можем даже вообразить.