Модели Вселенной
«Так как есть закон, такой, как гравитация, Вселенная может, и будет создавать себя из ничего»
«Космос» («κόσμος») — мир, порядок, гармония. Что мы знаем о Вселенной? Откуда она появилась? В каком направлении развивается? Имела ли Вселенная начало, а если имела, что было до него? Какова природа времени? Возможно, некие законы управляли начальным состоянием Вселенной?
Священным Граалем физики является простое уравнение, которое объединило бы все физические взаимодействия Вселенной в рамках единой теории — «теории всего».
Альберт Эйнштейн в течение всей жизни пытался создать «теорию всего», которая описала бы все законы Мироздания. Хью Эверетт выдвинул теорию «расщепления» миров, суть которой заключалась в том, что каждый миг каждая Вселенная расщепляется на множество себе подобных. И в этом огромном множестве есть множество миров, в которых существуем мы.
Еще в древности люди пытались постичь природу Вселенной, но не обладали возможностями, которые открывает современная наука. Модели Солнечной системы и Вселенной предлагали: Аристарх Самосский, Коперник, Птолемей, Кеплер, Галилей, Ньютон, Леметр, Фридман, Эйнштейн, Сахаров.
Согласно гипотезе Майкла Талбота, Вселенная представляет собой гигантскую голограмму, где всё взаимосвязано и взаимозависимо, и самая крошечная часть изображения несет информацию об общей картине.
В ходе исследований ученые пришли к выводу, что Вселенная родилась мгновенно, распространившись из небольшого мячика до гигантских размеров в 13,7 млрд. световых лет. Это произошло в течение триллионной доли секунды после Большого Взрыва.
Одним из величайших достижений физики за последние два тысячелетия является определение четырех видов взаимодействия, которые правят Вселенной:
- Гравитация. Без гравитации вращение планеты вышвырнуло бы нас с Земли в космос со скоростью 1600 км/час.
- Электромагнетизм — лазеры, радио, телевидение, электроника, компьютеры, интернет, электричество.
- Сильные и слабые ядерные взаимодействия. Слабое взаимодействие разогревает радиоактивное ядро Земли, сильное — обеспечивает энергией Солнце и звезды.
Наиболее общепринятой в космологии является модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной, построенная на основе общей теории относительности, созданной Альбертом Эйнштейном.
Модель Большого Взрыва — «горячей Вселенной» была предложена Георгием Гамовым. Согласно теории, огромное радиационное давление внутри сгустка привело к необычайно быстрому его расширению – Большому Взрыву. Составные части этого сгустка теперь образуют далекие галактики, очень быстро удаляющиеся от нас. Мы наблюдаем их сейчас такими, какими они были примерно 10 — 14 млрд. лет назад.
Подтверждением теории Большого Взрыва является обнаружение реликтового излучения, являющегося последствием аннигиляции частиц и античастиц. Алан Гут предположил, что ранняя Вселенная могла пройти через период очень быстрого расширения с нарастающей скоростью — период «инфляции». Первоначально Вселенная расширялась быстрее скорости света. Благодаря полученному первоначальному импульсу, приобретенному в процессе инфляции, расширение Вселенной продолжается. Учёные утверждают, что Вселенная будет расширяться вечно.
Сегодня ученые описывают Вселенную в терминах двух основных теорий: общей теории относительности и квантовой механики. Общая теория относительности описывает действие гравитации и структуру Вселенной в масштабах от нескольких километров до миллиона миллионов миллионов миллионов (единица с двадцатью четырьмя нулями) километров — размера наблюдаемой Вселенной. Квантовая механика описывает системы с предельно малыми масштабами — порядка миллионной доли от миллионной доли сантиметра.
Известно, что эти две теории несовместимы друг с другом, поэтому одной из главных задач физики является поиск новой теории — квантовой теории гравитации, которая включит в себя обе нынешние теории.
Исследования показали, что эволюция Вселенной происходит не однородно — одни её части развиваются намного быстрее других. Учёные заявили, что скорость, с которой сверхновые звёзды движутся от нас, увеличивается, а значит, постепенно увеличивается Вселенная. Физики предполагают, что процессы, которые происходят во Вселенной, могут способствовать появлению ещё одного измерения, и с помощью теории неоднородности Вселенной можно будет объяснить существование гипотетических параллельных миров.
Путем моделирования на суперкомпьютере, исследователи впервые продемонстрировали, как в нашей Вселенной образовалось три пространственных измерений из десяти, девять из которых относились к пространству, а одно ко времени. Полученные результаты продемонстрировали, что привычное для нас трехмерное пространство, первоначально состояло из девяти измерений, как и предсказывает теория суперструн, которую называют «теорией всего».
Учёные надеются, что новый компьютерный метод проведения анализа теории суперструн, даст возможность обосновать инфляционное расширение Вселенной.
Недавно ученые создали самую совершенную и наиболее большую, за всю историю компьютерного моделирования, модель Вселенной. Впервые, была создана модель, в которой присутствует примерно 2/3 общего объема Вселенной, в неё было включено 400 миллиардов объектов. Поперечник созданной компьютерной модели составляет около 10 гигапарсек. Новая модель в 8800 раз больше, созданной в 2005 году. При моделировании Вселенной, специалисты ставили перед собой задачу воспроизвести эволюцию Вселенной.
«Как возникла Вселенная, можно было бы определить научными законами. Я бы удовлетворил свои амбиции и открыл, КАК возникла Вселенная. Но я так и не знаю, ПОЧЕМУ она возникла».
Стивен Хокинг
