6 самых больших загадок во Вселенной

Космические загадки и загадочные тайны космоса, которые до сих пор остаются неразгаданными.

Космический вопросительный знак Говерт Шиллинг

Опубликовано: 7 апреля 2022 г., 11:09

От заднего двора нашей Солнечной системы до далеких берегов космического океана Вселенная полна загадок. Так было всегда.

Столетия назад древние астрономы были озадачены природой комет и интересовались химическим составом звезд.

Эти старые загадки теперь решены, но по мере того, как более крупные телескопы и более чувствительные инструменты заглядывают все глубже в космос, на смену им приходят новые загадки. Теперь мы размышляем над вопросами о черных дырах, о самой природе физических законов и о нашем месте во Вселенной.

Когда вы прочитаете наш обзор 9 самых больших космических загадок, вы поймете, что одна вещь совершенно ясна: самая большая загадка из всех — это сама Вселенная.

Космологи отчаянно пытаются понять его рождение, состав и судьбу.

Их, конечно, еще нет, хотя ответы вполне могут быть достигнуты в ближайшие десятилетия.

И к тому времени, кто знает, какие новые тайны мы, возможно, научились задавать.

А пока вот 9 самых больших загадок, касающихся космоса, космоса и почти всего во Вселенной:

1. Как формируются галактики?

Антенные галактики. Эти две галактики начали взаимодействовать миллионы лет назад и со временем сольются в одну. Предоставлено: NASA/ESA/Hubble Heritage Team (STScI/AURA) – ESA/Hubble Collaboration.

Пара «перекрывающихся» галактик под названием NGC 3314. Хотя кажется, что они сталкиваются, с нашей точки зрения они выровнены.

Как формируются галактики? Простой ответ: через гравитацию. Первичная материя в новорожденной Вселенной была распределена неравномерно.

Области с меньшей плотностью притягивали больше материи и со временем становились больше; пустые места становились еще пустее.

Таким образом, несмотря на то, что Вселенная расширялась, материя собиралась в комки, которые в конечном итоге превратились в галактики, подобные нашему Млечному Пути.

Космологи изучают рождение галактик в расширяющейся Вселенной, запуская огромные компьютерные симуляции, такие как гигантский «Millennium Run», выполненный учеными Даремского университета.

Правильно: астрономы могут построить вселенную на компьютере.

Затем статистика полученного распределения галактик сравнивается с наблюдаемой крупномасштабной структурой Вселенной.

Хорошая новость заключается в том, что одна конкретная модель очень хорошо согласуется с реальностью: Вселенная, в которой большая часть материи состоит из темных частиц, которые почти не взаимодействуют с нормальными атомами.

Антенные галактики. Эти две галактики начали взаимодействовать миллионы лет назад и со временем сольются в одну. Предоставлено: NASA/ESA/Hubble Heritage Team (STScI/AURA) – ESA/Hubble Collaboration.

Согласно этой модели, галактики и скопления галактик должны быть связаны между собой нитевидными структурами, и некоторые наблюдения, похоже, подтверждают эту точку зрения.

Однако есть одна загвоздка.

Модели также предсказывают, что большие галактики окружены сотнями меньших, а те не наблюдаются.

Кроме того, неясно, как первые массивные галактики могли сформироваться так рано после Большого взрыва.

Так что текущая картина может быть все-таки неполной.

2. Наша Солнечная система уникальна?

Удивительно, что этот вопрос вообще можно задать. До середины 1990-х астрономы понятия не имели о существовании других солнечных систем.

Правда, было обнаружено несколько стерилизованных планет, вращающихся вокруг пульсаров — компактных звездных трупов, испускающих обильные смертоносные рентгеновские лучи, — но никто не знал о планетарных спутниках солнцеподобных звезд.

Так решен ли вопрос об уникальности нашей Солнечной системы? В каком-то смысле да: теперь мы знаем, что он не единственный.

Астрономы теперь знают о других солнцеподобных звездах, которые сопровождаются одной или несколькими планетами.

Охотники за экзопланетами столкнулись со многими странными экзопланетами, в том числе с горячими юпитерами, которые, по-видимому, вращались по спирали внутрь на маленькие и быстрые орбиты, сбивая в процессе другие планеты по сильно вытянутым траекториям или вообще выбрасывая их из системы.

Маленький, похожий на Землю мир в такой системе, вероятно, не выжил бы в этой игре в планетарный бильярд.

Таким образом, планеты, пригодные для жизни, вполне могут оказаться менее распространенными, чем предполагали некоторые люди.

С другой стороны, нынешние телескопы не могут обнаружить солнечную систему, подобную нашей, хотя будущие должны быть в состоянии сделать именно это.

Так что на самом деле их может быть довольно много. Ведь природа никогда ничего не делает в единственном экземпляре.

Наша Солнечная система может быть редкой, но, вероятно, не уникальной. Однако мы не узнаем ответ на этот вопрос наверняка, пока не будет найдена подобная Солнечная система.

3. Что вызвало Большой Взрыв?

Это очень наводящий вопрос. Чтобы выяснить причину Большого взрыва, вы предполагаете предшествующее событие, которое, по-видимому, имело эффект порождения Вселенной.

Но не совсем ясно, имеет ли здесь какое-либо значение слово «до».

Возможно, Большой взрыв привел не только к созданию материи и энергии, но и к возникновению самого пространства и времени.

В этом случае трудно говорить о логической причине.

Это тяжелый философский материал, поэтому неудивительно, что космологи пытались обойти спонтанное создание Вселенной из ничего.

До недавнего времени некоторые ученые придерживались мнения, что Вселенная когда-нибудь снова схлопнется, что в конечном итоге приведет к еще одному взрыву.

Но с тех пор мы узнали, что нынешнее расширение Вселенной, вероятно, никогда не остановится, поэтому эта идея потеряла популярность.

Вместо этого некоторые физики предполагают, что Большой взрыв был вызван столкновением нашего пустого четырехмерного пространства-времени с другой вселенной, которая плавает рядом с нашей в многомерном «объемном пространстве».

Еще более ошеломляющим является следующее: если что-то вызвало Большой взрыв, то что вызвало причину?

4. Как закончится Вселенная?

Область около центра галактики Млечный Путь, занимающая 0,5 на 0,25 градуса, что примерно в два раза шире полной Луны в ночном небе. Это изображение содержит более 180 000 звезд и показывает область нашей галактики размером около 220x100 световых лет. Он был заснят камерой темной энергии на 4-метровом телескопе.

Может быть, это не так. Люди умирают, планеты разрушаются, звезды взрываются и даже черные дыры испаряются, но Вселенная может жить вечно.

Космический бум рождаемости, когда звездная рождаемость во Вселенной была на пике, уже ушел в прошлое, и пройдет еще около сотни миллиардов лет, пока звездообразование во многих галактиках почти полностью не сократится.

А как же Вселенная в целом?

С момента открытия в 1998 году загадочного ускорения скорости расширения Вселенной, известного как темная энергия, многие астрономы считают, что она никогда не замедлится, не говоря уже о возвращении к фазе сжатия.

Так что в далеком будущем галактики будут все больше удаляться друг от друга.

В конце концов они исчезнут за космическим горизонтом друг друга, и Вселенная станет темным и одиноким местом.

Тайна в точной последовательности событий. Может быть, все элементарные частицы со временем станут нестабильными, и материя полностью перестанет существовать.

Кроме того, таинственная темная энергия, управляющая ускорением Вселенной, со временем может стать сильнее, что приведет к «Большому разрыву», когда само пространство будет разорвано на части.

5. Был ли Эйнштейн неправ?

Начнем с другого вопроса: ошибался ли Исаак Ньютон? Его теория гравитации достаточно точна, чтобы отправить космический корабль на Луну, но она не работает на чрезвычайно высоких скоростях или в очень сильных гравитационных полях.

Вот где общая теория относительности Эйнштейна является лучшей альтернативой.

Он правильно описывает искривление звездного света гравитацией, орбитальный распад двойных пульсаров и искривление пространства-времени вокруг черной дыры.

Вот почему общая теория относительности в настоящее время является лучшей теорией гравитации для физиков (подробнее об этом читайте в нашем руководстве о разнице между гравитацией Ньютона и Эйнштейна).

Так почему же мы вообще задаем этот вопрос? Потому что история вполне может повториться.

Физики могут обнаружить небольшие эффекты, которые намекнут на еще лучшую теорию гравитации.

Космический корабль "Пионер-10", готовый к запуску на борту ракеты-носителя "Атлас-Кентавр", 26 февраля 1972 года.

На самом деле, необъяснимое замедление космических кораблей, таких как Pioneer 10 и 11, замедление которых было больше, чем можно было бы ожидать из-за объединенной гравитации Солнца и планет, было истолковано как свидетельство новой физики.

С помощью телеметрии космических аппаратов и астрономических наблюдений за последние годы и десятилетия было проведено множество чувствительных проверок общей теории относительности.

Эйнштейн с честью прошел все эти тесты, но физики продолжат подвергать его теорию критике.

Однажды он может даже потерпеть неудачу, поскольку будет показано, что он не ошибочен как таковой, а просто неполноценен.

6. Могла ли Вселенная быть другой?

Наша материальная Вселенная состоит из элементарных частиц, управляемых четырьмя силами природы.

Физики могут измерять свойства частиц, такие как соотношение масс протонов и электронов; они могут изучать силу и поведение гравитации, электромагнетизма и двух ядерных взаимодействий; и они могут определять множество физических констант, таких как скорость света.

Но никто не знает, почему все эти ценности такие, какие они есть. Так почему же Вселенная такая, какая она есть, и могла ли она быть другой?

Ясно одно: не стоит слишком много возиться с ручками и циферблатами космоса.

Всего лишь незначительное изменение массы или заряда определенного типа частиц или незначительное увеличение силы одной из сил природы лишило бы Вселенную звезд, планет и жизни.

Похоже, что природа была изменена, чтобы создать сложность — как будто Вселенная была точно настроена для появления жизни.

Это поднимает интересную загадку. Если фундаментальные свойства Вселенной являются случайным результатом случайного процесса, кажется сверхъестественным совпадением, что результат будет таким особенным.

в конце концов, если вы покупаете только один лотерейный билет, вряд ли он окажется выигрышным.

С другой стороны, если какая-то еще не открытая Теория Всего допускает только одну возможную Вселенную, неясно, почему это уникальное решение должно порождать жизнь.

Мультивселенная могла бы стать возможным решением этой загадки.

В теории мультивселенной наша Вселенная — всего лишь одна из огромного множества возможных вселенных.

Если это кажется надуманным, вспомните, что люди отказывались от подобных идей и раньше, когда ставилась под сомнение уникальность Земли, Солнца и Млечного Пути.

Если есть миллионы вселенных, то все возможные комбинации природных констант, свойств частиц и силы сил могут где-то встречаться.

Конечно, мы обязательно попадаем во Вселенную, допускающую зарождение жизни.

Опять же, если вам не нравится идея мультивселенной, вы в хорошей компании.

Некоторые астрономы говорят, что поскольку эту идею невозможно проверить, это даже не наука.