Чи самотні ми у Всесвіті? Невже Всесвіт нескінчений? Давайте розглянемо найважливіші загадки космосу, на які наука не отримала чіткої відповіді, принаймні на даний момент.
Космос зачаровував людство з найдавніших часів. Небо, повне зірок, планет, комет та інших явищ, викликає у нас цікавість і захоплення. Нас також цікавлять загадки нашого походження та існування, чорні діри та темна матерія. При цьому Всесвіт приховує безліч загадок, на які у нас немає відповідей. Пропоную познайомитись з деякими з цих загадок.
Також цікаво: Тераформування Марса: чи може Червона планета перетворитися на нову Землю?
Це одне з найдавніших і фундаментальних питань існування людства. Чи є життя за межами Землі? Чи є ці форми життя розумними, і чи можемо ми з ними зв’язатися? Як виглядає і як розвивається життя за межами нашої планети? Які шанси зустрітися з іншими цивілізаціями? У нас немає відповідей на ці питання, хоча існують різні гіпотези і дослідницькі проекти. Наприклад, на основі рівняння Дрейка вчені намагаються визначити кількість потенційних цивілізацій в нашій галактиці, а програма SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) здійснює пошук радіосигналів з космосу. До сих пір, однак, ми не знайшли ніяких доказів життя за межами нашої планети. Хоча це може означати, що воно дуже рідкісне або його дуже важко виявити.
Одним з аргументів на користь існування життя у Всесвіті є його величезні розміри і різноманітність. За сучасними оцінками, наша галактика містить близько 100 мільярдів зірок, а весь Всесвіт, за яким ми зараз можемо спостерігати, нараховує близько 100 мільярдів галактик. Вчені прогнозують, що принаймні 10 мільярдів планет Чумацького Шляху розміром із Землю і знаходяться в зоні життя своєї зірки. Тобто, на відстані, яка дозволяє воді існувати на поверхні в рідкому стані. Деякі з цих планет можуть мати умови, схожі з нашими, а можуть бути зовсім іншими, але все ж сприятливими для життя. Можливо також, що інопланетне життя може витримувати умови, які нам недружні або зовсім відмінні від земних.
Іншим аргументом на користь існування життя у Всесвіті є його надзвичайна здатність адаптуватися і розвиватися. Вчені вважають, що життя з’явилося на Землі близько 3,5 мільярдів років тому, і з тих пір розвивалося дивовижним чином, створюючи мільйони видів рослин і тварин усіх форм, розмірів і здібностей. Життя на Землі пережило безліч катаклізмів і змін клімату, пристосовуючись до нових умов. Це відбувається навіть зараз в таких екстремальних середовищах, як гарячі джерела, глибокі океанські западини або арктичні льодовики. Якщо життя на Землі настільки гнучке і стійке, чому б йому не бути таким же в інших місцях?
Читайте також: Спостереження за Червоною планетою: Історія марсіанських ілюзій
Згідно з домінуючою на даний час космологічною теорією, Всесвіт утворився близько 14 мільярдів років тому в результаті Великого вибуху. Це був момент, коли вся матерія і енергія були зосереджені в нескінченно малій точці нескінченної щільності і температури. Внаслідок вибуху почалося стрімке розширення всесвіту та його охолодження, яке триває й досі. Але що було до Великого вибуху? Чи існував інший всесвіт? Великий вибух був унікальною подією, чи частиною якогось циклу? У нас немає відповідей на ці питання, тому що класична фізика не може описати стан Всесвіту до Великого вибуху. Однак існують різні гіпотези, які засновані на квантових теоріях.
Однією з таких є так звана гіпотеза початкової сингулярності. Вона передбачає, що до Великого вибуху не було нічого – ні часу, ні простору, ні матерії. Все це утворилося тільки в момент вибуху з точки нульового розміру і нескінченної щільності.
Ще одна гіпотеза – так звана вічна інфляція. Передбачається, що до Великого вибуху існувало квантове поле дуже високої енергії, яке розширювалося зі зростаючою швидкістю. Це поле було нестабільним і схильним до квантових флуктуацій. В різних місцях поля хаотично відбувалися переходи в більш низький енергетичний стан, створюючи бульбашки простору зі своїми законами фізики. Кожна така бульбашка могла стати початком іншого всесвіту. Наш Всесвіт був би однією з таких бульбашок, яка утворилася близько 14 мільярдів років тому.
Ще одним припущенням є, так звана, гіпотеза великого відскоку. Вона передбачає, що до Великого вибуху існував інший всесвіт, який стискався і досяг мінімальних розмірів. Потім був відскок і почалася нова фаза розширення, і такі цикли стискання і розширення Всесвіту можуть повторюватися нескінченно. Ця гіпотеза заснована на теорії петльової квантової гравітації, яка намагається узгодити квантову механіку із загальною теорією відносності Ейнштейна.
Як бачите, питання про те, що відбувалося до Великого вибуху, не має простої відповіді. Можливо, ми ніколи цього не дізнаємося, або, можливо, нам доведеться змінити наші уявлення про час і простір, щоб знайти відповідь. Хоча людство вже довело, що може дивувати.
Читайте також: Космічні пілотовані місії: чому повернення на Землю досі проблема?
Життя – одне з найбільших чудес Всесвіту. З неживої матерії виникли організми, здатні до росту, розмноження, адаптації та еволюції. Але як це сталося? Як виникли перші клітини з простих органічних молекул, і як з них еволюціонували всі форми життя на Землі? Ми поки що не маємо остаточних відповідей на ці питання, хоча існують різні теорії та гіпотези про походження життя. Одні з них засновані на експериментах і спостереженнях, інші – на вигадках і домислах.
Однією з теорій є гіпотеза так званого первинного бульйону. Передбачається, що життя зародилося в океанах ранньої Землі, де існували прості органічні молекули, такі як амінокислоти, поліпептиди, азотисті основи, нуклеотиди. Ці сполуки могли синтезуватися в атмосфері під впливом електричних розрядів або космічних променів, а потім потрапляти в океани. Там вони могли об’єднуватися в більші структури, такі як білки або нуклеїнові кислоти. З часом, на основі природного відбору могли з’явитися перші самовідтворювані системи.
Так звана, глиниста гіпотеза припускає, що життя зародилося на суші, де існували алюмосилікатні мінерали з кристалічною структурою. Ці мінерали могли служити каталізаторами і шаблонами для створення та організації органічних молекул. На глинистій поверхні могли формуватися шари білків і нуклеїнових кислот, з яких могли утворюватися перші клітини, оточені ліпідними мембранами.
Іншою теорією є гіпотеза, так званих, гідротермальних джерел. Передбачається, що життя зародилося на дні океану у гідротермальних кратерів, з яких виходить гаряча вода, багата мінералами і сполуками сірки. У такому середовищі можуть утворюватися прості органічні молекули і теплові та хімічні градієнти, які сприяють біохімічним реакціям. В ущелинах гірських порід або в мікропорах димоходу, можливо, утворилися перші захищені від зовнішніх умов клітини.
Подібних теорій і гіпотез дуже багато, але ні одна з них достеменно не доведена. Питання створення життя й досі відкрите. А можливо нас переселили, наприклад, з Марсу чи Венери? Чи може нас створили з якоїсь темної матерії чи енергії?
Читайте також: Про квантові комп’ютери простими словами
Астрономічні спостереження показують, що звичайна матерія (атоми, частинки, планети, зірки тощо) становить лише близько 5% маси і енергії Всесвіту. Решта – це так звана темна матерія (близько 27%) і темна енергія (близько 68%). Темна матерія невидима, оскільки вона не поглинає і не відбиває електромагнітне випромінювання, але має гравітаційну взаємодію з іншими об’єктами, без якого галактики не могли б триматися разом і розпадалися б під впливом обертання. Темна енергія – таємнича сила, яка прискорює розширення Всесвіту і протидіє гравітації. Однак ми не знаємо достеменно, що таке темна матерія і темна енергія, або як вони утворилися.
Ми знаємо, що темна матерія існує, тому що кількість звичайної матерії, тобто тієї, що складається з атомів або іонів, у Всесвіті надто мала, щоб генерувати гравітаційні взаємодії, які ми спостерігаємо. Чому я згадую тут гравітацію? Тому що вона є проявом існування матерії. Говорячи простою мовою, матерія має масу, яка здатна чинити специфічний гравітаційний вплив на навколишнє середовище. Якщо ми розглянемо кожну галактику, зірку, пилову хмару в міжзоряному просторі, тобто всю відому нам у Всесвіті звичайну матерію, ми будемо спостерігати набагато більше гравітаційних взаємодій, ніж може створити така кількість матерії. Тому має бути щось інше, що пояснює надмірну гравітацію.
Якщо є наслідок, повинна бути причина. Це один з абсолютно фундаментальних принципів в науці і спостереженні за навколишнім світом, який допомагає робити висновки, відкриття і є одним з кращих дороговказів у пошуку можливих відповідей на хвилюючі науку питання. Ми знаємо про існування темної матерії завдяки теорії, що описує, як темна матерія впливає на швидкість обертання зірок в рукавах Чумацького Шляху. Підраховано, що в нашій частині Галактики має бути лише від 0,4 до 1 кг темної матерії, яка, швидше за все, займає простір, порівнянний з розмірами Землі.
Припущення, що темна матерія існує, зараз є домінуючим поясненням аномалій обертання галактик, які ми спостерігаємо, і руху галактик у скупченнях. Тобто, спостереження за галактиками доказують існування темної матерії.
Тепер перейдемо до темної енергії. Вона суттєво відрізняється від темної матерії. Ми знаємо, що її вплив має бути відштовхувальним, що призводить до прискореного розширення Всесвіту. Це прискорення можна виміряти спостереженнями, адже галактики віддаляються одна від одної зі швидкістю, пропорційною відстані до них.
Отже, знову ж таки – у нас є наслідок, тому повинна бути причина. Всі поточні вимірювання підтверджують, що Всесвіт розширюється все швидше і швидше. Разом з іншими науковими даними це дозволило підтвердити існування темної енергії та дати оцінку її кількості у Всесвіті. Через цю відштовхувальну властивість темну енергію також можна розглядати як “антигравітацію”.
Яка різниця між темною матерією та темною енергією? Незважаючи на подібну назву, помилково думати про темну енергію як про щось, що відноситься до інших, відомих видів енергії, подібно до темної матерії, яка відноситься до звичайної матерії. Більш того, темна матерія і темна енергія мають абсолютно різний вплив на Всесвіт.
Читайте також: Хто такі біохакери та навіщо вони добровільно чипують себе
Подорож у часі – мрія багатьох людей, тому ми бачимо багато літературних творів та кінофільмів на цю тему. Але чи можливо це фізично? Відповідно до теорії відносності Ейнштейна, час не є постійним і абсолютним, а залежить від швидкості спостерігача і сили тяжіння. Чим швидше ми рухаємося, або чим сильніше гравітаційне поле, тим повільніше плине для нас час. Це означає, що подорож в майбутнє можлива, якщо ми досягнемо дуже високої швидкості або наблизимося до дуже масивного об’єкта. Наприклад, для космонавта на орбіті Землі час минає трохи повільніше, ніж для людини на поверхні планети. Однак ця різниця занадто мала, щоб бути помітною. Щоб мати змогу подорожувати в майбутнє, нам доведеться рухатися зі швидкістю, близькою до швидкості світла, або перебувати поблизу чорної діри. Однак обидва ці варіанти виходять за рамки наших технічних можливостей.
Подорож у минуле ще більш складна і суперечлива. Здається, це неможливо, адже заборонено якимись фізичними законами. Деякі теорії, однак, допускають існування так званих замкнутих часоподібних кривих, тобто шляхів у просторі-часі, циклів у часі, які повертаються до однієї і тієї ж точки. Такі шляхи могли б дозволити нам подорожувати назад у часі, але вони вимагали б дуже незвичайних умов, таких як червоточина або обертова чорна діра.
Теоретично чорні діри можуть обертатися, і це явище називається “обертова чорна діра” або “чорна діра Керра”. У 1963 році американський фізик Рой Керр запропонував математичну модель чорної діри, яка обертається навколо своєї осі.
Однак ми не знаємо, чи існують такі об’єкти, і чи є вони стабільними. Крім того, подорож у минуле породжує багато логічних парадоксів і причинно-наслідкових протиріч, наприклад, дідівський парадокс – що станеться, якщо мандрівник у часі вб’є свого діда ще до народження батька?. Деякі вчені намагаються пояснити ці парадокси, припускаючи існування декількох світів або самовідновлення простору-часу.
Читайте також: Телепортація з наукової точки зору та її майбутнє
Чи є наш Всесвіт унікальним, чи він є частиною більшої структури, так званого, мультивсесвіту? Чи існують інші всесвіти, де історія і фізика могли б скластися інакше? Чи можемо ми взаємодіяти з цими світами, або відвідувати їх? Це питання, які турбують не тільки вчених, а й письменників і кінематографістів. Існує кілька гіпотез про існування паралельних всесвітів, таких як теорія струн, теорія вічної інфляції та інтерпретація квантової механіки мультивсесвіту. Однак жодна з них не була підтверджена ні спостереженнями, ні експериментально.
Однією з гіпотез є теорія струн, яка передбачає, що основними фізичними об’єктами є не точкові частинки, а одновимірні струни, що коливаються в десятивимірному просторі. Теорія струн допускає існування гіпотетичних бран (мембран), які є багатовимірними об’єктами, виготовленими зі струн. Наш Всесвіт може бути подібною браною, підвішеною у вищому вимірі. Можливо також, що є й інші брани, відокремлені від нашої невеликою відстанню. Якби дві брани зіткнулися одна з одною, вони могли б викликати Великий вибух і створити новий всесвіт.
Ще одна гіпотеза – вічна інфляція, про яку говорилося вище. Вона пов’язана з квантовим полем дуже високої енергії, яке розширюється зі зростаючою швидкістю.
Цікавою гіпотезою є інтерпретація квантової механіки мультивсесвіту, яка припускає, що кожне квантове вимірювання призводить до розгалуження Всесвіту на безліч можливих результатів. Наприклад, якщо виміряти положення електрона в атомі водню, то з певною ймовірністю можна отримати різні значення. Подібна інтерпретація мультивсесвіту припускає, що кожна з цих величин реалізується в іншому всесвіті і що ми копіюємо себе з кожним виміром. Таким способом створюється нескінченна кількість паралельних всесвітів, що відрізняються один від одного дрібними деталями або абсолютно різними історіями.
Читайте також: Майнінг біткойнів приносить більше збитків, ніж вигоди — чому?
Чорні діри – це космічні об’єкти з такою високою щільністю і гравітаційною силою, що ніщо не може з них вирватися, навіть світло. Вони утворюються в результаті колапса ядер вмираючих зірок або злиттям більш дрібних чорних дір. Навколо кожної чорної діри є межа, звана горизонтом подій, яка позначає точку неповернення для всього, що наближається до неї. Але що відбувається за горизонтом подій? Що всередині чорної діри? У нас немає відповідей на ці питання, тому що класична фізика не може описати умови і процеси всередині чорної діри. Однак можливі різні гіпотези, засновані на квантових або альтернативних теоріях.
Одним з таких припущень є гіпотеза сингулярності. У ній говориться, що вся матерія і енергія всередині чорної діри зосереджені в одній точці нульового об’єму і нескінченної щільності та просторово-часової кривизни. У такий момент всі відомі закони фізики перестають діяти, і ми не знаємо, що там відбувається.
Гіпотеза зірок Планка передбачає, що глибоко всередині чорної діри матерія стискається не в сингулярність, а в стан надзвичайно високої щільності і температури, в якому діють закони квантової гравітації (поєднання квантової механіки і загальної теорії відносності). У такому стані матерія могла відскакувати одна від одної і утворювати сферичний об’єкт радіусом, близьким до довжини Планка – найменша можлива довжина у фізиці. Її значення — неймовірно мала величина: на 20 порядків менша за розмір атомного ядра. Такий об’єкт може випускати випромінювання Хокінга (квантові флуктуації над горизонтом подій) і поступово втрачати масу і енергію, поки не вибухне і не вивільнить весь вміст чорної діри.
Ще однією ідеєю є гіпотеза так званих гравастарів. Він передбачає, що на кордоні горизонту подій є шар екзотичної матерії з негативним тиском, який запобігає колапсу надр чорної діри в сингулярність. У цьому випадку внутрішня частина чорної діри була б порожнім простором з постійною щільністю і нульовою температурою. Така структура була б стабільною і не випускала б випромінювання Хокінга.
Читайте також: Блокчейни завтрашнього дня: Простими словами про майбутнє криптовалютної індустрії
Всесвіт нескінченний і не має меж – це найпростіша відповідь на це питання. Але що це насправді означає, і як ми можемо бути впевнені в цьому? Можливі три сценарії: Всесвіт необмежений, кінцевий і замкнутий (наприклад, у формі сфери або тора), Всесвіт кінцевий і відкритий (наприклад, у формі сідла), або Всесвіт нескінченний і плоский. Ми також не знаємо, що відбувається за горизонтом подій, межею спостережуваного Всесвіту, що виникає в результаті обмеженої швидкості світла.
Почнемо з того, що знаємо точно. Ми знаємо, що Всесвіт розширюється, а це означає, що відстані між галактиками постійно збільшуються. Ми також знаємо, що Всесвіту близько 13,8 мільярда років і що він утворився в результаті Великого вибуху – стану екстремальної щільності і температури, з якого виникли матерія, енергія, час і простір.
Але що було до Великого вибуху? А що знаходиться за горизонтом подій – межа спостережуваного Всесвіту, за яким ми нічого не можемо побачити через обмежену швидкість світла? Чи є кінець Всесвіту або бар’єр?
Вчені вважають, що це малоймовірно. Доказів такого кінця або бар’єру немає. Замість цього найбільш прийнятною моделлю є та, в якій Всесвіт однорідний і ізотропний, тобто однаковий у всіх напрямках і місцях. Такий всесвіт не має краю або центру і може бути нескінченним за розмірами.
Звичайно, ми не можемо перевірити це безпосередньо, тому що не можемо подорожувати швидше світла або виходити за межі спостережуваного Всесвіту. Але ми можемо зробити висновок про властивості всього Всесвіту з того, що ми бачимо у межах нашої досяжності. І всі спостереження вказують на те, що Всесвіт однорідний у великих масштабах.
Це не означає, що немає інших варіантів. Деякі альтернативні теорії припускають, що Всесвіт може бути викривленим або мати складну геометричну форму. Він також може бути частиною більшої конструкції або мати кілька копій або віддзеркалень.
Також цікаво: Проблеми геоінженерії: Євросоюз заборонить вченим “грати в Бога”
Рух швидше за світло є гіпотетичною можливістю руху матерії або інформації швидше за швидкість світла у вакуумі, що становить близько 300 000 км/с. Теорія відносності Ейнштейна передбачає, що тільки частинки з нульовою масою спокою (наприклад, фотони) можуть рухатися зі швидкістю світла, і що ніщо не може рухатися швидше. Було зроблене припущення про можливість існування частинок зі швидкістю, більшою за швидкість світла (тахіони), але їх існування порушило б принцип причинності і означало б переміщення у часі. Вчені поки що не прийшли до єдиної думки з цього питання.
Однак є припущення, що деякі спотворені області простору-часу можуть дозволити матерії досягти віддалених місць за менший час, ніж світло в звичайному (“неспотвореному”) просторі-часі. Такі “очевидні” або “ефективні” області простору-часу не виключаються загальною теорією відносності, але їх фізична правдоподібність в даний час на підтверджується. Прикладами є привід Алькуб’єра, трубки Краснікова, червоточини і квантове тунелювання.
Наслідки подорожей швидше за світло на нашому рівні знань про космос важко передбачити, оскільки вони вимагають нової фізики та експериментів. Одним з можливих наслідків може бути можливість подорожей у часі та логічних парадоксів, пов’язаних з причинністю. Іншим наслідком може стати можливість дослідження далеких зірок і планет протягом життя людини. Наприклад, найближча зірка за межами Сонячної системи, Проксима Центавра, знаходиться на відстані близько 4,25 світлових років від нас. Подорож зі швидкістю світла зайняла б всього 4 роки і 3 місяці, а подорож швидше світла займала б ще менше часу.
Також цікаво: Першим фото з телескопа Джеймса Вебба – рік: Як він змінив наше уявлення про Всесвіт
Втрачені планети є гіпотетичними об’єктами в Сонячній системі, існування яких не підтверджено, але було зроблено на основі наукових спостережень. Сьогодні існують наукові припущення про можливість існування невідомих планет, які можуть бути недосяжними для наших нинішніх знань.
Однією з таких гіпотетичних планет є Фаетон, або планета Ольберса, яка могла існувати між орбітами Марса і Юпітера, а її руйнування призвело б до утворення поясу астероїдів (включаючи карликову планету Церера). Ця гіпотеза в даний час вважається малоймовірною, оскільки пояс астероїдів має занадто малу масу, щоб виникнути в результаті вибуху великої планети. У 2018 році дослідники з Університету Флориди виявили, що пояс астероїдів утворився з фрагментів, щонайменше, п’яти-шести об’єктів розміром з планету, а не з однієї планети.
Іншою гіпотетичною планетою є планета V, яка, на думку Джона Чемберса і Джека Ліссо, колись існувала між Марсом і поясом астероїдів,. Припущення про існування такої планети зроблене на основі комп’ютерного моделювання. Планета V, можливо, була відповідальною за Велике бомбардування, яке сталося близько 4 мільярдів років тому, в результаті якого утворились численні ударні кратери на Місяці та інших тілах Сонячної системи.
Існують також різні гіпотези про планети за межами Нептуна, такі як Дев’ята планета, Планета X, Тіхе та інші, які намагаються дати пояснення існуванню явних аномалій в орбітах деяких віддалених транснептунових об’єктів. Однак жодна з цих планет не спостерігалася безпосередньо, і їх існування досі залишається дискусійним. Хоча вчені й сьогодні намагаються вивчати простір між Марсом і Юпітером, поза межами Нептуна. Можливо, згодом нас чекають нові гіпотези та відкриття.
Для людства завжди було важливо знати відповіді про космос, про Землю і про себе. Але поки що наші знання обмежені, хоча вчені не стоять на місці, намагаючись шукати відповіді, прокладаючи нові шляхи в космічний простір. Бо на будь-яке питання чи загадку має бути відповідь. Так влаштована людина, так влаштований Всесвіт.
Також цікаво:
View Comments
Дякую!!!