ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Спіральна структура Галактики.

1 23

Припущення, за яким наша Галактика є системою спіральних рукавів, було висловлено в середині XIX ст. І лише через сто років під час дослідження розподілу в просторі розсіяних зоряних скупчень виявилося, що вони вкладаються у три вузькі смуги, які можна вважати частинами спіральних рукавів.

Наша Галактика має дуже добре виражену спіральну структуру. Певний час складалася думка, нібито в Галактиці чотири спіралі, однак зараз надійно доведено, що їх дві.

На відміну від гало, де прояви зоряної активності надзвичайно рідкісні, в спіральних рукавах триває бурхливе життя: речовина безперервно переходить з міжзоряного простору в зорі під час їхнього утворення і у зворотному напрямку на заключних стадіях еволюції.

Магнітне поле Галактики також зосереджене головним чином у спіралях. За сучасними уявленнями, спіральні рукави в Галактиці утворюються завдяки наявності в центрі системи певного спотворення її форми, наприклад, через наявність перемички в ядрі, яка обертається як тверде ТІЛО. 4. Місце Сонця в Галактиці. В околицях Сонця можна прослідкувати ділянки двох спіральних рукавів, віддалених приблизно на 3 000 св.р. За назвами сузір'їв, де вони спостерігаються, їх називають рукавом Стрільця і рукавом Персея. Сонце знаходиться майже точно посередині між ними. Щоправда, недалеко від Сонця, в сузір'ї Оріона, проходить ще один, не так явно виражений рукав, який вважається розгалуженням одного з основних спіральних рукавів.

Відстань від Сонця до центру Галактики становить, за різними оцінками, 22-33 тис. св. р. Відносно найближчих зір Сонце рухається зі швидкістю 16 км/с в напрямку сузір'я Геркулеса. Разом з усіма близькими зорями Сонце обертається навколо центра Галактики в напрямку на сузір'я Лебедя зі швидкістю близько 250 км/с.

Період обертання Сонця навколо центра Галактики становить приблизно 200 млн. років і називається галактичним роком.

Спіральні рукави як ціле і окремі зорі рухаються навколо центра Галактики з різними швидкостями. Кожна зоря то потрапляє у спіральний рукав, то виходить із нього. І тільки Сонце знаходиться в такому її місці, де його швидкість навколо центра Галактики практично збігається зі швидкістю спірального рукава.

Така ситуація загалом неординарна для Галактики. Саме на цій віддалі від центра за. всю історію свого існування Сонце жодного разу не потрапило в спіральні рукави. Для Землі це вкрай сприятливо, бо якби ми потрапили в спіральний рукав, бурхливі процеси, що породжують смертоносне випромінювання, знищили б усе живе на Землі. Отже, наша планета існує у відносно спокійному місці Галактики впродовж м .льярдів років, не відчуваючи катастрофічного впливу космічних ка-таклізмів. І, можливо, саме тому на Землі могло зберегтися життя.

Довгий час положення Сонця серед зір вважалося найзви-чайнісіньким. Сьогодні ми знаємо, що це не так: у певному розумінні воно привілейоване. І це треба враховувати, обмірковуючи можливість життя в інших частинах нашої Галактики.

1. У чому принципова різниця між об'єктами, що утворюють населення І і II типу? 2. Який еволюційний зміст мають окремі підсистеми в Галактиці? 3. Розкажіть про можливі причини формування спіральних рукавів Галактики. 4. Чому положення Сонця і Землі в Галактиці можна вважати привілейованим?

Молочний Шлях - це видима частина Галактики.

Галактика складається із зір, зоряних скупчень, міжзоряного газу, різноманітних полів і випромінювання.

Сонячна система належить Галактиці й знаходиться ближче до її периферії, ніж до центра.

У Галактиці є зоряне населення І і II типів.

Галактика має добре розвинену спіральну структуру.

Світ галактик. квазари. Проблеми космології. Історія розвитку уявлень про Всесвіт.

Основоположниками космології як науки про Всесвіт, про закони його будови і розвитку, були давньогрецькі філософи. Але, запровадивши поняття нескінченного простору і некінченного часу, вони не змогли піти у своїх роздумах далі, ніж замінити уявлення про нескінченний простір сферою зір цілком визначеного радіуса.

Успіхи сучасної астрономії у з'ясуванні особливостей будови і розвитку досяжнього для спостережень Всесвіту вражаючі. І все ж, як і для давніх греків та римлян, Всесвіт ще не розкрився перед нами всіма своїми гранями і всім розмаїттям буття. Римський філософ І ст. н. е. Сенека писав: «Успіхи наші великі. Але нашим нащадкам залишиться більшість істин, іще не відкритих».

Галактики і квазари

1. Класифікація галактик. Дослідження інших велетенських зоряних систем - інших галактик - розпочав В. Гершель наприкінці XVIII ст. Відкривши і склавши каталоги загалом понад 2 500 туманностей, він дослідив їхні форми і значну частину з них виділив в окрему групу «молочних шляхів», які мали б бути подібними до нашої Галактики. Відстані до цих об'єктів Гершель оцінював мільйонами світлових років. Насправді ж ні він сам, ні інші астрономи впродовж усього XIX ст. не знали, як далеко знаходяться ці об'єкти. Тому справжнє відкриття світу галактик настало у XX ст. завдяки працям Е. Габбла.

Світ галактик надзвичайно різноманітний. Але вже 1925 р. Габбл здійснив першу і дуже вдалу спробу класифікувати галактики за їхнім зовнішнім виглядом, запропонувавши відносити їх до одного з таких трьох типів: еліптичні Е, спіральні S та неправильні Іг.

Спіральні галактики складаються з ядра і кількох спіральних рукавів або гілок. У звичайних спіральних галактиках (тип S) гілки виходять безпосередньо з ядра.

У спіральних галактиках з перемичкою (тип SB) ядро перетинається вздовж діаметра поперечною смугою із зір -перемичкою або баром, від кінців якого й починаються спіральні рукави.

Залежно від ступеня розвитку рукавів галактики S і SB діляться на підкласи Sa, Sb та Sc (відповідно SBa, SBb і SBc). У галактик

підкласу Sa спіралей майже не видно, тоді як у галактик підкласу Sc майже вся речовина скупчена в спіральних рукавах.

Проміжними між галактиками Е і S є лінзоподібні галактики (підтип SO), яскравість яких від центра до краю змінюється стрибками.

До неправильних галактик (тип Іг) належать ті, що не мають чітко вираженого ядра і симетричної структури.

Найближча до нас у північній півкулі неба галактика Туманність Анд-ромеди (галактика М31) - це спіральна галактика. У південній півкулі спостерігаються дві неправильні галактики - Велика Магелланова Хмара (ВМХ) і Мала Магелланова Хмара (ММХ).

Приблизно 25 % вивчених галактик - еліптичні, 50 % - спіральні (з них половина SB), 20 % типу SO і лише 5 % -галактики типу Іг.

2. Параметри галактик. Як уже неодноразово наголошувалось, однією з найважливіших проблем в астрономії є визначення відстаней до космічних об'єктів. Починаючи з 20-х років XX ст., цю проблему щодо галактик майже розв'язано: дотепер розроблено більше 10 методів визначення відстаней до них.

Першим із цих методів - за спостереженнями цефеїд - скористався Е.Габбл у 1924 р. На околицях галактики М31 (а невдовзі ще декількох) він виявив цефеїди, зумів визначити періоди зміни їхнього блиску, а потім встановити відстані до них.

У далеких галактиках намагаються зареєструвати спалахи нових і особливо наднових зір у момент максимуму їхнього блиску. Покладаючи, що потужності цих об'єктів (явищ) однакові у всіх галактиках, за їхніми видимими величинами встановлюють відстані. Після цього за кутовими розмірами визначають і лінійні діаметри галактик.

Порівнюючи зміщення спектральних ліній у різних частинах галактики (або за розширенням ліній у- спектрі), встановлюють факт її обертання навколо своєї осі, а для зір, що перебувають на околицях галактик - швидкості обертання навколо центра мас системи. Ці дані використовують для визначення мас галактик.

Як виявилося, і наша Галактика, і Туманність Андромеди входять до числа найбільших за масою, світністю і кількістю зір.

Можна з упевненістю твердити, що в спіральних і неправильних галактиках міститься багато білих і блакитних зір, тоді як в еліптичних галактиках - більше червоних. Це означає, що різні типи галактик мають різний вік.

Спостереження показують, що лінії у спектрах усіх відомих галактик (за винятком декількох, найближчих до нас) зміщені у червоний бік порівняно з тими ж лініями у спектрі нерухомого об'єкта.

Це явище, яке отримало назву червоного зміщення галактик, пов'язано з їхнім рухом у просторі в напрямку від спостерігача (ефект Доппле-ра-Фізо, мал. 27.7).

Визначивши відстані та швидкості 30 галактик, Габбл виявив, що чим далі від нас знаходиться галактика, тим з більшою швидкістю вона від нас віддаляється. На підставі цього він зробив висновок, що Всесвіт не може бути статичним, як думали раніше, що насправді він неперервно розширюється, і відстані між галактиками весь час зростають.

У наш час червоні зміщення виміряно для понад 10 000 галактик. І для кожної як завгодно далекої галактики співвідношення (27.1) зберігається, а це означає, що Всесвіт розширюється.

У всіх галактиках, окрім найменших, виділяється яскрава центральна зона, яка називається я д р о м . У звичайних галактиках, таких як наша, велика яскравість ядра пояснюється високою концентрацією зір. Та все ж сумарна кількість зір у ядрі становить лише кілька відсотків від їхньої загальної кількості в галактиці.

Але зустрічаються галактики, що мають особливо яскраві ядра, з яких виривається світний газ, що рухається з величезною швидкістю - тисячі кілометрів за секунду. За деякими даними, так можуть проявляти себе чорні діри (§ 24), оточені щільною хмарою звичайних зір і газу. Під час падіння в гравітаційному полі чорної діри речовина розганяється до швидкостей, близьких до швидкості світла. Потім у разі зіткнень газових мас поблизу чорної діри енергія руху перетворюється у випромінювання електромагнітних хвиль.

Подібні потужні процеси, що виявляють себе раптовими викидами велетенських струменів розжареного газу або потужним випромінюванням в оптичному, рентгенівському чи радіодіапазоні, відбуваються в ядрах багатьох галактик. Часто ці струмені мають просторову симетрію - спостерігаються з обох боків галактики уздовж осі її обертання.

Такі галактики називають галактиками з активними ядрами або сейфертівськими на честь американського астронома К. Сейферта, який 1943 р. спостерігав їх уперше.

Впродовж 50 років вивчення галактик проводиться в радіодіапазоні. Як і слід було очікувати, від звичайних галактик до Землі надходить радіовипромінювання, але у мільйон разів слабкіше, ніж в оптичному діапазоні. Проте серед них було виявлено так звані радігалак-тики, які в радіодіапазоні яскравіші, ніж в оптичному.

Таких галактик відомо кілька сотень. Найближче до нас знаходиться радіоджерело Лебідь А. Його ототожнили з галактикою, яка складається з двох ядер, оточених протяжною оболонкою. Найцікавішою особливістю джерела Лебідь А є те, що зона радіовипромінювання не збігається з видимою галактикою, а розташовується двома окремими приблизно еліптичними областями обабіч зони оптичного випромінювання. Центри областей радіовипромінювання знаходяться від видимого подвійного ядра на віддалі близько 80 кпк (260 тис. св. p.). Спочатку було висловлено гіпотезу, за якою спостерігається зіткнення двох галактик, що й викликає потужне випромінювання. Невдовзі цю гіпотезу було відкинуто, бо у жодної взаємодіючої галактики, яких в оптичному діапазоні відомо досить багато, не було виявлено радіовипромінювання, аналогічне Лебедю А. Отже, це ще одна загадка, яку треба розгадати.

Одними з найпотужніших джерел радіовипромінювання є квазари- квазізоряні радіо джерела. На фотографіях, зроблених в оптичному діапазоні, ці об'єкти мають вигляд звичайних галактик (мал. 27.10). Але спектральні дослідження вказують, що це - дуже віддалені об'єкти. Серед близько 5000 відомих сьогодні квазарів деякі мають червоне зміщення г * 5 (для найдальших потужних еліптичних галактик z м 1-1,2).

Враховуючи, що формула (27.1) справедлива для о «с, за швидкостей, що наближаються до величини с, швидкості руху квазарів із г = =4-5, обчислені за точною формулою, становлять 0,92-0,97с, а відстані - З 680-3 880 Мпк (12-12,7 млрд св. p.).

Світності квазарів у сотні разів більші від потужності найбільшої галактики з її сотнями мільярдів зір. Поблизу деяких квазарів виявлено викиди - велетенські потоки речовини. Розглянувши різноманітні гіпотези, астрономи дійшли висновку, що квазари, найімовірніше, -недовговічні стадії розвитку ядер галактик.

Провівши ретельне дослідження галактик до 20" за допомогою 2,5-метрового телескопа, Габбл 1934 р. висловив думку, що таких об'єктів на всій небесній сфері налічується близько 5 млн. Зараз вважається, що галактик з величиною до 30™ близько 100 млрд.

Галактики дуже рідко бувають поодинокими. Як правило, вони зустрічаються невеликими групами по кілька членів або входять до складу великих скупчень із сотень і тисяч галактик.

Наша Галактика входить до складу так званої Місцевої групи, яка містить ще дві великих спіральних галактики - Туманність Андромеди і галактику в сузір'ї Трикутника, а також більше 20 карликових і неправильних галактик, серед яких найбільшими є Магелланові Хмари.

Розміри скупчень галактик становлять кілька мегапарсек. На сьогодні відомо близько 4000 скупчень, в яких налічуються сотні й тисячі зоряних систем. З багатьма скупченнями пов'язані потужні та протяжні джерела рентгенівського випромінювання. Між скупченнями є гарячий газ із надзвичайно малою густиною.

У просторовому розподілі галактик існують великі неоднорідності розмірами в десятки мегапарсек. Області з підвищеною густиною галактик чергуються з пустотами, дссередня густина галактик значно менша. Найближча до нас область підвищеної густини галактик та їхніх систем називається Надгалактикою, або Місцевим надскупченням. У його центральній частині знаходиться скупчення Діви. Скупчення Волосся Вероніки слугує центром іншого, сусіднього надскупчення. Цікаво те, що надскупчення фізично між собою не пов'язані.

В цілому галактики і скупчення галактик розташовуються на певних поверхнях, схожих на стінки комірок, які охоплюють порожнини. Тобто розподіл речовини у Всесвіті має комірчасту структуру. Розміри порожнин (каверн) порівнянні з розмірами надскупчень.

1. Які типи галактик найчастіше виявляють при спостереженнях? 2. Як змінні зорі цефеїди виправдали свою назву «маяки Всесвіту»7 3. В чому суть червоного зміщення галактик? 4. Як виявляють себе активні галактики? 5. Що таке квазари?

27.1. Червоне зміщення у спектрі галактики z = 1. Яку довжину має лінія La (X = 121,6 нм), виявлена в спектрі цього об'єкта?

Проблеми космології

1. Космологічні моделі. Космологія — наука про Всесвіт у цілому, про найзагальніші закони його будови і розвитку. Це молода і водночас найпривабливіша галузь астрономії. Вона найповніше використовує такі поняття, як простір і час, які є не тільки фізичними, але й філософськими категоріями. На її «полі» упродовж століть ведеться запекла боротьба між матеріалістичним та ідеалістичним світоглядами.

Загальні закономірності розвитку Всесвіту вивчаються за допомогою космологічних моделей. Інакше кажучи, виводяться рівняння, за якими визначається зміна з часом відстані між двома довільно взятими матеріальними об'єктами у Всесвіті (двома галактиками), а також зміна з часом середньої температури і густини речовини. При цьому, як правило, виходять з так званого космологічного принципу, який проголошує, що Всесвіт є однорідним та ізотропним, тобто властивості Всесвіту для кожного заданого моменту часу однакові в усіх його точках і в усіх напрямках.

Сучасна космологія грунтується на створеній А. Ейнштейном (1916 р.) загальній теорії відносності (ЗТВ), в якій було встановлено, що розвиток і подальша доля Всесвіту значною мірою залежать від значення середньої густини речовини, яка його заповнює. При цьому особлива роль відводиться так званому значенню ркр - критичної густини речовини.

Виявляється: якщо р > ркр, то розширення Всесвіту рано чи пізно зупиниться і зміниться його стисненням. Тоді червоні зміщення ліній у спектрах галактик зміняться на фіолетові, оскільки віддалі між галактиками почнуть зменшуватись. У такій моделі Всесвіт пульсує; досягнувши найбільших розмірів, знову стискається. До того ж він замкнений, і світловий промінь, відлетівши у зоряні простори, має зрештою повернутись туди, звідки стартував.

Якщо р < ркр, то Всесвіт відкритий, нескінченний, і його розширення буде тривати вічно!

Чому ж дорівнює критична густина речовини Весвіту? Виявилося, що її значення визначається тільки сучасним значенням сталої Габбла, яку точно знайти дуже непросто. Для її обчислення доводиться вимірювати червоні зміщення дуже далеких галактик, оскільки близькі галактики мають значні власні рухи, не зумовлені розширенням Всесвіту.

Обчислена за середнім значенням сталої Габбла критична густина ркр становить мізерну величину - біля 10 29 г/см3, або 10 s атомних одиниць маси у кожному кубічному сантиметрі. За такої густини грам речовини міститься у кубі зі стороною 40 тис. км!

Отже, для того щоб дізнатись, якій космологічній моделі відповідає Всесвіт, потрібно визначити середню густину його речовини і порівняти з критичною. Визначення середньої густини - це першочергова задача космології.

Зауважимо, що при введенні поняття Всесвіту, що розширюється, зовсім не йдеться про якусь фізичну точку, від якої відбувається розширення. Ніякого центра розширення не існує. Порівняємо Всесвіт із точками на поверхні повітряної кульки. Коли ми почнемо наповнювати її повітрям, відстані між точками будуть зростати, але жодну точку при цьому не можна вважати центром розширення.

Так і при розширенні Всесвіту - сам простір наче розбухає, галактики віддаляються одна від одної, залишаючи завдяки гравітації незмінними свої об'єми.

Та якщо світ галактик розширюється, то, можливо, певне число років тому всі вони почали свій розліт з деякої так званої сингулярної точки? Таке уявлення дозволяє ввести поняття єдиного космологічного часу t, відлічуваного від моменту, коли розпочалося розширення світу галактик.

2. Проблема «прихованої маси». Якщо ми візьмемо в околицях Сонця невеликий об'єм, наприклад куб із стороною 10 пк, то в ньому може виявитись кілька зір і міжзоряна плазма, а в сусідніх 10 пк3 ми можемо не знайти жодної зорі. Це свідчить про нерівномірність заповнення речовиною найближчого до нас простору. Зорі об'єднуються в галактики, а галактики об'єднуються в скупчення, які теж розташовані нерівномірно. Середня відстань між скупченнями становить близько 30 Мпк. Отже, і в таких об'ємах Всесвіт неоднорідний. Але якщо ми візьмемо куб із стороною 100 Мпк, то побачимо іншу картину: в будь-якому місці Всесвіту всередині таких об'ємів кількість галактик та їхніх скупчень буде майже однаковою.

«Розмазавши» подумки всі галактики по цих об'ємах, ми отримаємо для кожного з них однакову середню густину речовини.

Це приводить до дуже важливого висновку: у великих масштабах Всесвіт однорідний, і значення середньої густини речовини у ньому - це один із найважливіших параметрів.

Проте визначити зі спостережень справжню середню густину Всесвіту, виявляється, ще складніше, ніж знайти сталу Габбла і обчислити критичну густину. З астрономічних спостережень випливає, що середня густина усієї видимої речовини - зір, пилу, газу, а також випромінювання - не перевищує 10% критичної густини. Отже, окрім речовини, яка спостерігається, у Всесвіті, безсумнівно, наявна загадкова «прихована» або темна речовина, яка нічим не проявляє себе, крім гравітації. її маса у багато разів перевищує масу видимої речовини.

Останніми роками астрономи отримали цілий ряд прямих вказівок на те, що в основному саме ця темна речовина заповнює Всесвіт. Вона утворює протяжні невидимі темні гало галактик і міститься в міжгалактичному просторі, концентруючись біля скупчень галактик.

Яка природа «прихованої» речовини? Можливо, це поки що не відкриті елементарні частинки, а можливо, вакуум має такі властивості, що робить свій внесок у повну густину матерії. Це можуть бути і звичайні несамосвітні тіла невеликої маси, проміжні між зорями і великими планетами. Може бути і «будівельне сміття», що залишилось після епохи утворення галактик.

Та як би там не було, виміряти масу «прихованої» речовини - задача надзвичайно складна. Це якнайважливіше космологічне питання досі залишається відкритим.

Проблема горизонту. Якщо галактики розлітаються, то перенесімось подумки у минуле і знайдімо момент, коли віддалі між галактиками були такими малими, що вони «торкались» одна одної. Продовжуючи цю подорож у часі, ми неминуче прийдемо до такого моменту, коли вся доступна для спостережень область Всесвіту формально була стягнута в точку, а густина її була нескінченно великою. Звісно, фізично це неможливо, але в рамках моделі припустимо говорити про час життя Всесвіту як такий, що минув від моменту існування нескінченно великої (чи просто великої, але такої, яка ще має фізичний зміст) густини.

Цей час, що називається віком Всесвіту, залежно від прийнятого значення сталої Габбла виявляється близьким до 12-15 млрд років.

Якщо наші математичні моделі вірно описують реальний Всесвіт, то серед астрономічних об'єктів не повинно бути таких, вік яких перевищує вік Всесвіту. І дійсно, вік найстаріших зір як у нашій, так і в інших галактиках, не більший за 15 млрд років.

Будь-який сигнал, що несе інформацію, не може передаватися зі швидкістю, більшою за швидкість світла. Тому «скінченний» вік Всесвіту дозволяє умовно говорити і про розмір спостережуваного Всесвіту, або розмір області гв*с/Н, з якої інформація може дійти до спостерігача за час, що минув від початку розширення.

Оскільки швидкість світла с має скінченне значення, то і розмір спостережуваного Всесвіту гв - також скінченна величина. Тобто

спостережуваний Всесвіт має вигляд сфери скінченного радіуса гв, з-за меж якої ніяка інформація не може дійти до нас у принципі. І ніяке вдосконалення техніки не дозволить зазирнути ще далі. На честь Габбла її називають габблівським радіусом, а поверхня, яку він описує, називається абсолютним горизонтом.

На сьогодні за значення сталої Габбла Н = 75 км / (с • Мпк) габблівський радіус становить 4 000 Мпк.

Але поняття радіуса Всесвіту досить умовне: реальний Всесвіт безмежний і ніде не закінчується. Якщо спостерігач буде рухатись, то його спостережуваний «горизонт» буде відсуватися все далі й далі. Через скінченність швидкості світла величина червоного зміщення у спектрі далекої галактики є водночас і мірою віддалі до неї, і мірою часу, який минув відтоді, коли вона випустила той сигнал, що ми зараз сприймаємо.

Спостерігаючи все віддаленіші галактики, ми зазираємо у їхнє минуле, бо бачимо їх такими, якими вони були мільйони й мільярди років тому.

1. Яка мета ставиться при побудові космологічної моделі? 2. Чому параметр густини речовини такий важливий для долі Всесвіту? 3. У чому суть проблеми «прихованої» маси? 4. Як Ви розумієте поняття «абсолютний горизонт»?

Походження і розвиток Всесвіту

1. Загальна теорія відносності — наріжний камінь моделі Всі уявлення про будову та виникнення Всесвіту, що з'явилися у людства до 20-х років XX ст., можна вважати теоретичними міркуваннями, бо спостережні дані були вкрай обмежені. І все ж на основі цих даних повільно вимальовувалася картина «будівлі» Всесвіту. На основі роздумів про світ фізичних явищ, критичного аналізу механіки Галілея та Ньютона народилася теорія відносності Ейнштейна, якій було вготовано провести справжній переворот у фізиці.

Теорія відносності виходить з того факту, що всі вимірювання і зміни у просторі і часі відносні і залежать від конкретного спостерігача. Вони втрачають абсолютне значення, а сама структура простору-часу визначається тим чи іншим розподілом мас у Всесвіті. В різних частинах Всесвіту простір по-різному викривлений, і час протікає з різною швидкістю.

У загальній теорії відносності (ЗТВ) Ейнштейна гравітація - не сила (що дивовижно на перший погляд), а тільки викривлення простору-часу. Тіла рухаються по викривлених траєкторіях не тому, що на них діє сила гравітації, - вони рухаються найкоротшим, «найшвидшим» шляхом у викривленому просторі-часі. А викривляють простір-час матеріальні тіла, подібно до того, як масивна кулька прогинає натягнуту плівку.

Матерія за Ейнштейном не занурена у незалежний від неї простір-час, а нероздільно пов'язана з ним і, більше того, визначає його параметри. Звісно, може так статися, що через деякий час положення ЗТВ будуть відхилені в результаті більш досконалих

експериментів, але поки що на рубежі тисячоліть вона є наріжним каменем моделі Всесвіту.

У 1922 році німецький журнал «Цайт-шрифт фюр фізік» надрукував статтю радянського вченого О. Фрідмана, в якій він аналізував космологічну теорію Ейнштейна. На відміну від Ейнштейна, який всупереч власним висновкам із ЗТВ відстоював стаціонарність Всесвіту, на основі уважного аналізу рішення рівнянь Ейнштейна Фрідману вдалося показати, що речовина у Всесвіті не може знаходитися в стаціонарному стані, і Всесвіт з часом змінюється.

За теорією Фрідмана можливі три варіанти розвитку Всесвіту: Всесвіт закритий, відкритий! пульсуючий. Всі ці варіанти мають те спільне, що в якийсь момент часу в минулому (10 чи 20 млрд років тому) відстань між сусідніми об'єктами Всесвіту мусила бути рівною нулю. В цей момент, який називається Великим Вибухом, густина Всесвіту і кривизна простору мали бути нескінченно великими, тобто Всесвіт мав бути точкою, яку математики називають сингулярною.У сингулярній точці всі сучасні закони фізики втрачають свою дію, а тому цю точку можна розглядати як математичний образ нової фізичної реальності.

В теоретичному плані сингулярність відображає «особливий» фізичний стан, у якому густина речовини, кривизна простору-часу і температура нескінченні: вся надгаряча космічна матерія буквально зібрана в точку.

Процес переходу космічної матерії з цього «точкового» стану на стадію розширення і є Великим Вибухом. Від цієї часової межі починається історія нашого Всесвіту. Що передувало Великому Вибуху -невідомо, бо людський розум поки що безсилий підняти завісу над таємницею початкової сингулярності.

Отже, в момент Великого Вибуху розміри Всесвіту були близькими до нуля, менші за 10~33 см, а всі чотири фундаментальні сили природи - гравітація (характерна для кожного тіла і залежна від його маси чи енергії), електромагнітна (об'єднує електрично заряджені частинки), слабка (властива для все-проникних нейтрино) і сильна (об'єднує протони і нейтрони в ядрі атома) - були об'єднані.

Відлік часу починається від 10"" с. У цей час, згідно з припущеннями, гравітація відділяється від трьох інших фундаментальних сил, а вони за надзичайно високої енергії утворюють єдину силу.

Період від 10^-43 с до 10^3 с називається епохою Великого об'єднання. До кінця цієї епохи, за теоретичними міркуваннями, деякі області Всесвіту переохолодилися і знаходились в особливому стані, який називається псевдовакуумом або «хибним вакуумом».

У звичайному розумінні вакуум - це порожній простір, у якому практично відсутні будь-які частинки. Фізичний, реальний вакуум не порожній. Він заповнений полями та віртуальними частинками, які час від часу матеріалізуються.

Таке поняття вакууму ввів у науку видатний англійський фізик П. Дірак (1902-1984). Звичайних частинок у такому вакуумі справді

немає, але існує велика кількість інших - віртуальних (з англ. -«можливих»). Такі частинки виникають з «нічого», з порожнечі, набуваючи скороминуще буття, перш ніж знову зникнути. І як би ми не намагалися спустошити простір, у ньому завжди буде рій таких частинок.

Таким чином, вакуум постає не безликим і позбавленим життя, а сповненим енергії і нестримного творення. Час життя віртуальних частинок надзвичайно малий (наприклад, для віртуального електрона з масою 10^-27 г цей час дорівнює 10~^-1 с, а для віртуального протона - 10^-24 с).

Фізики встановили, що такий вакуум, який називають квантовим, може мати дивовижні властивості. Наприклад, виробляти необмежену кількість енергії або мати від'ємний тиск.

Отже, в першу мить народження Всесвіту гравітаційне відштовхування переважало над гравітаційним тяжінням, під дією анти-гравітаційних сил вакууму і почалось його розширення. Воно відбувалось так стрімко, що отримало спеціальну назву — роздування або інфляція. Саме одна з областей вакууму, яка пройшла фазу інфляції і яка спершу була набагато менша протона, а за мить досягла розмірів апельсина, і стала маленьким Всесвітом.

Кожні 10~34 с Всесвіт подвоював свої розміри — роздування йшло вибухоподібним чином. А це і є Великий Вибух!

Але стан псевдовакууму нестійкий. Коли подібний стан зникає, закінчується й інфляційне роздування. Миттєво перейшовши до стану звичної для нас гравітаційної взаємодії в момент 10^-35 с, Всесвіт продовжував розширюватися за інерцією, за рахунок того поштовху, що був наданий у період інфляції.

Величезний запас потенціальної енергії псевдовакууму, величина якої не зменшувалася при роздуванні, під час фазового переходу Всесвіту із переохолодженого стану виділився у вигляді випромінювання. Температура миттєво зросла до значення 1027 К і сильна взаємодія відділилася від слабкої та електромагнітної. Від цього моменту і почалась історія гарячого Всесвіту.

Тоді ж виникла асиметрія у кількості частинок і античастинок. В момент 10^-10 с за температури 10^15 К почали утворюватись важкі елементарні частинки, такі як протони і нейтрони. При цьому антипротонів і антинейтронів у ранньому Всесвіті виявилось менше, ніж протонів і нейтронів. Цей факт має надзвичайно важливе значення, бо, як відомо, важкі частинки входять до складу атомних ядер хімічних елементів. І якби всіх частинок було порівну, то після їхньої анігіляції жодного атомного ядра не змогло б утворитися, і той Всесвіт, який ми знаємо, не існував би.

Деякий час Всесвіт перебував у так званому рівноважному стані. Відбувалось народження та анігіляція частинок з античастинками з виділенням енергії у вигляді квантів світла. Але розширення тривало, температура продовжувала знижуватись, і масивних частинок утворювалось дедалі менше.

Згодом кількість анігіляцій перевищила кількість народжених частинок, всі античастинки знайшли собі пару і анігілювали, перетворившись на кванти світла, а частинки без пари залишились - одна частинка на мільярд квантів! У Всесвіті залишилась тільки речовина, а антиречовина зникла.

Ранній Всесвіт. Нарешті температура знизилася настільки, що пари масивних частинок перестали народжуватися зовсім. Енергії вистачало лише на утворення легких частинок - лептонів.

Почалась ера лептонів. Вресвіт став схожим на густий суп, у якому випромінювання (фотони) було змішане з лептонами (в основному електронами, позитронами, нейтрино і антинейтрино) і протонами та нейтронами. У цей період досі зв'язані нейтрино вивільнилися і розлетілися у просторі.

Через 1 секунду після Великого Вибуху, коли температура впала до 10 млрд К, почалась анігіляція електронів і позитронів з виділенням колосальної кількості фотонів. Цей процес тривав 9 с і через 10 с після початку Великого Вибуху випромінювання вже переважало над речовиною - почалась ера випромінювання.

Саме на цьому етапі за температури 1 млрд К почався космологічний нуклеосинтез - утворення ядер гелію, другого після водню за поширеністю у Всесвіті хімічного елемента. Розрахована теоретично концентрація гелію (25 %) збігається з даними астрофізичних спостережень. Цей процес тривав біля 200 хвилин.

Через 1 млн років, при подальшому розширенні та охолодженні речовини до температури 3 000 К, в результаті об'єднання електронів і протонів утворились атоми водню - найпростішого і найпоширенішого хімічного елемента у Всесвіті. Випромінювання відділилось від речовини і у вигляді фотонів розлетілося у просторі. Всесвіт став прозорим.

Настала наступна ера в історії Всесвіту - ера речовини, яка триває і дотепер.

Реліктове випромінювання. Випромінювання, що виникло на ранніх етапах розвитку Всесвіту, мусить і зараз знаходитися в ньому у вигляді фонового космічного або реліктового випромінювання. От тільки відтоді через триваюче розширення воно значно охолодилось і, за розрахунками, мусить мати температуру біля З К.

Ще в 40-х роках XX ст. Г. Гамов передбачив існування реліктового випромінювання. А 1965 р. А. Пензіас і Р. Вілсон несподівано для себе зареєстрували радіовипромінювання, інтенсивність якого з точністю до 0,1% не залежала від орієнтації антени радіотелескопа. Його інтенсивність була однаковою і вдень, і вночі, і впродовж року. Це означало, що джерело випромінювання знаходиться за межами Сонячної системи і навіть за межами Галактики.

Згодом було зроблено висновок, що це радіовипромінювання -не що інше, як реліктове випромінювання, передбачене Гайовим. Його температура виявилася рівною 2,73 К, що близько до передбаченої величини. Максимум у спектрі реліктового випромінювання припадає на міліметрову область радіодіапазону.

Таким чином, гіпотеза «гарячого» Всесвіту отримала спостережне підтвердження.

Народження галактик. Після того як випромінювання відокремилось від речовини, Всесвіт складався із суміші атомів і випромінювання, тобто був наповнений гарячим газом. Можливо, цей газ не був абсолютно однорідним. Можливо, у ньому були ущільнення і розрідження. Хоча остаточно це питання залишається нез'ясованим.

Врахуємо тепер, що зі збільшенням щільності згустка речовини зростає сила гравітації, що діє на нього. А тому будь-яка неоднорідність речовини має тенденцію до нарощування. З часом такі ущільнені хмари відокремились одна від одної і перестали брати участь у розширенні. Гравітація міцно тримала кожну з них групою, а розширення проявлялось у зростанні відстані між ними.

Велетенські й дуже масивні згустки дробились на менші, кожний з яких продовжував ущільнюватись. З таких згустків через 1 млрд років після Великого Вибуху і утворилися надскупчення, скупчення галактик, окремі галактики, а в галактиках - окремі зорі.

Цей сценарій утворення і розвитку Всесвіту підтверджується такими спостережними даними:

♦ Наявність реліктового випромінювання як своєрідне відлуння моменту відриву випромінювання від речовини.

♦ Відсотковий вміст гелію у речовині, що відповідає розрахунковому за теорією Великого Вибуху (25 % гелію і 75 % водню в загальній масі).

♦ Однорідність та ізотропність простору у великих масштабах (100 Мпк).

♦ Наявність неоднорідностей у невеликих масштабах як наслідок флуктуацій щільності речовини на початку Всесвіту.

♦ Співвідношення між випромінюванням і речовиною (між кількістю фотонів і окремих частинок).

1* Що таке епоха Великого об'єднання? 2* Яка дивовижна властивість вакууму, за сценарієм розвитку Всесвіту, зіграла вирішальну роль у його творенні? 3. Що таке реліктове випромінювання? 4. Чому вміст гелію в речовині є доказом правильності моделі «гарячого» Всесвіту?

Вивчивши тему VII «БУДОВА І ЕВОЛЮЦІЯ ВСЕСВІТУ» необхідно знати:

Спостерігається віддалення галактик одна від одної, яке пояснюється розширенням Всесвіту.

Згідно сучасних наукових уявлень, існує абсолютний горизонт -відстань, за яку «зазирнути» ми не можемо у принципі. Всесвіт народився з фізичного вакууму, і його подальша доля залежить від значення середньої густини речовини.

Людина у Всесвіті. Антропний принцип. Імовірність життя на інших планетах.

Про пошуки життя за межами Землі

Попри недостатність надійної інформації, людство завжди замислювалось над таємницею походження життя і Всесвіту. Кожна цивілізація минулого створила свої міфи про виникнення світу і людини. Сучасна цивілізація також проявляє безмежну зацікавленість у цих питаннях. Як і колись, людство сподівається на можливість існування життя ще де-небудь окрім Землі - на планетах Сонячної системи чи взагалі поза її межами, серед зоряних світів. І сьогодні, коли автоматичні станції досліджують міжпланетний простір, а деякі з них вже летять у напрямку далеких зір, проблема існування та пошуку життя у Всесвіті стала ще більш актуальною і хвилюючою. Та перш ніж обміркувати ці проблеми, потрібно задатись іншими питаннями.

1. Що таке життя ? Даючи відповідь на це питання, зауважимо спочатку, що визначення терміну «життя», як і всі подальші міркування стосовно умов його виникнення, тривалого існування і еволюції, спираються на один-єдиний приклад - знання про життя на Землі. Іншого прикладу у нас поки що немає.

Основні властивості живого такі. Все живе здатне до самовідтворення, тобто до розмноження: клітини діляться, рослини дають насіння, тварини народжують дитинчат тощо; все живе підтримує своє існування за рахунок навколишнього середовища - поглинає енергію (чи то сонячну, чи з інших джерел), дихає, харчується; все живе збирає, зберігає і переробляє інформацію про зовнішнє та внутрішнє середовище з тим, щоб зберегти і підтримати свої власні характеристики; зібрана інформація кодується надзвичайно складними і великими молекулами.

Іншими словами: життя - це високоорганізований стан речовини, здатний до самовідтворення за допомогою певним чиним кодованих молекул і до обміну з навколишнім середовищем речовиною, енергією та інформацією.

Життя на Землі грунтується на сполуках вуглецю, розчинником для яких слугує вода. Керуючись процесами самовідтворення нуклеїнової кислоти - ДНК, які за величезного розмаїття усього живого використовують для програмування індивідуального розвитку організмів однакову "мову" - один і той же генетичний код.

Така біохімічна єдність свідчить про те, що всі прояви життя на Землі виникли значною мірою однаковими шляхами і мають спільних пращурів.

Хоча на питання, як саме відбувається цей еволюційний процес, також як і на питання, як відбувся перехід від «неживого» до «живого», сучасна наука поки що не може дати точної відповіді. З цього приводу дуже гарно висловився англійський біолог Ф. Крік, який ще 1953 р. разом з американцем Д. Уотсоном розкрив таємницю структури ДНК: «Ми не бачимо шляху від первісного бульйону до природного відбору. Можна дійти висновку, що походження життя - чудо, але це свідчить лише про наше незнання».

Отже, твердження про біохімічну єдиність життя на Землі, у свою чергу, приводить до висновку, що життя на інших планетах може дуже сильно відрізнятись від земного, навіть якщо воно використовує ті ж хімічні елементи. Безперечно, скрізь, де існує життя, повинні бути молекули, які забезпечують самовідтворення. Але побудовані вони можуть бути не так, як земна ДНК, і можуть нести в собі інший генетичний код («розмовлятимуть іншою мовою»). В молекулах білка можуть бути використані інші амінокислоти. А в основі розмноження, зберігання та передачі інформації може лежати інша хімічна система.

Земля - колиска життя. Приймімо апріорі, що життя може існувати на холодних небесних тілах - планетах. Подивімося, наскільки закономірним чи випадковим був процес зародження життя на Землі.

В численних лабораторних експериментах вже давно було показано, що для утворення складних органічних молекул, які передують виникненню життя, необхідні наступні умови: наявність у складі небесного тіла всіх хімічних елементів, які входять до складу живого; відповідний температурний режим, що забезпечує перебування води у газоподібному і рідкому стані; відсутність кисню в атмосфері планети, бо за його наявності утворюється озоновий екран, що поглинає сонячний ультрафіолет, який, руйнуючи електронні оболонки атомів, дає їм змогу об'єднуватись у складні пе-редбіологічні молекулярні сполуки. Як тільки ці умови виконано, в силу добре відомих законів фізики та хімії негайно починається утворення складних органічних сполук. Тож напевне, початок життя на планеті Земля був цілком закономірним явищем, бо на ній реалізувалися всі необхідні початкові умови.

А от подальший перехід від переджиття до життя, а також його існування стали можливими за підтримання стабільними впродовж мільярдів років цілком певних характеристик зовнішнього середовища. І ця умова також реалізувалась на Землі.

Є три особливості, які роблять Землю унікальною серед інших планет: віддаль від Сонця, розміри і (що, можливо, менш істотно) відносно велика маса природного супутника Місяця. Всі три характеристики виявились важливими для існування і розвитку життя.

Земля знаходиться від Сонця на дуже зручній віддалі -149 600 000 км. Саме на цій відстані середня температура на поверхні така, що дозволяє воді, яка входить до складу тіл живих істот, знаходитись у рідкому стані, а не у вигляді льоду чи водяної пари.

Якби Земля знаходилась на місці Венери, то велика кількість радіації від Сонця врешті-решт зробила б її схожою на Венеру з потужною атмосферою з вуглекислого газу і занадто високою для існування життя температурою.

Якби Земля перемістилась на орбіту Марса, то зменшення кількості сонячного тепла викликало б охолодження океанів і збільшення площі полярних шапок, що зрештою перетворило б її на неконтрольований холодильник з занадто низькою для існування життя температурою.

Відносно розмірів також зрозуміло. За більших розмірів Земля мала б більшу масу, і більшу силу тяжіння. Тоді її атмосфера нагадувала б атмосферу планет-гігантів - Юпітера чи Сатурна - і для життя була б непридатною. За менших розмірів і маси, як у Меркурія, Земля взагалі не могла б утримати атмосферу.

Таким чином, розміри і відстань від центрального світила - це два вирішальних фактори з точки зору умов для існування життя (в кожному разі, схожого на земне).

Щодо Місяця з його відносно великою масою, то, по-перше, високі припливи і відпливи на морському узбережжі, які він викликає, могли зіграти вирішальну роль в утворенні мікросередовищ, придатних для існування життя; по-друге, Місяць стабілізує орієнтацію осі обертання Землі, що надзвичайно важливо для підтримання більш-менш постійного клімату.

До цього треба додати важливість планет-гігантів, особливо Юпітера, у Сонячній системі. їхня наявність сприяє стабілізації орбіти Землі, без чого вона могла б бути викинутою за межі планетної сім'ї або впала б на Сонце. До того ж Юпітер як наймасивніша планета в Сонячній системі притягає до себе основну масу метеоритів, які могли б повністю зруйнувати поверхню Землі.

3. Про імовірність існування життя на інших планетах. З усього сказаного вище можна зробити дуже важливий висновок: формування переджиття - процес, властивий не тільки Землі.

Оскільки закони фізики і хімії універсальні для усього видимого Всесвіту, на будь-якій планеті, знаходиться вона у Сонячній системі чи в якійсь іншій зоряній системі, за наявності відповідних умов повинні йти схожі процеси. Неорганічне утворення органічних, нехай і простих, сполук з подальшим їхнім ускладненням - це повсюдний космічний процес.

У Всесвіті є всі передумови для того, щоб ми не вважали існування життя та розуму на Землі чимось винятковим. Інша справа -наскільки ймовірно знайти у Всесвіті планети, де б реалізувались умови, подібні до земних. В даному випадку не будемо розглядати можливі екзотичні форми життя, такі як життя на нейтронних зорях, організація галактики в живу систему, життя у величезних міжзоряних хмарах тощо.

4. Де у Всесвіті шукати планети, придатні для життя? Дослідження показують, що більшість зір у нашій Галактиці входять до складу кратних систем. Це свідчить про те, що у більшості випадків протозоряна хмара, в якій іде формування зорі, розбивається на фрагменти так, що утворюється одразу кілька об'єктів. Досить часто розподіл мас між ними буває дуже нерівномірним.

Іноді поряд з масивним тілом утворюється одна чи дві невеликі зорі, що мають вигляд червоних карликів. Прикладом слугує вже згадувана потрійна система а Кентавра. А іноді у залишків речовини, яка не пішла на утворення основної зорі, маса така маленька, що з них можуть утворитися тільки планети - одна чи декілька.

Ясна річ, що не кожна зоря варта уваги з точки зору пошуків біля неї планет, на яких могло б виникнути життя. Знаючи, що для еволюції життя від найпростіших до найвищих форм потрібні величезні проміжки часу, принаймні 3-4 млрд років, відкиньмо у пошуках гарячі білі та блакитні зорі, які не здатні прожити більше 4 млрд років. Адже навіть якщо у них є планетні системи, через короткий строк життя зорі майбутнього для них не існує.

Зорі набагато меншої маси, ніж Сонце, також погані кандидати для пошуків. Щоб отримати потрібну кількість тепла від такої зорі, планета повинна знаходитись до неї набагато ближче, ніж Земля до Сонця. Наприклад, від зорі Барнарда, другої за віддаленістю від Сонячної системи (6 св. p.), планета мусить знаходитись на віддалі 1 млн 300 тис. км. Це лише втричі далі, ніж Місяць від Землі!

За таких близьких відстаней виникають значні труднощі, бо планета, як і Місяць, завжди буде обернена до свого Сонця одним боком. За розрахунками, це повинно значно уповільнити утворення складних хімічних сполук. Та, врахувавши величезний строк життя карликових зір - 100-150 млрд років, погодьмось: у такому далекому майбутньому все можливе. Тільки зараз шукати там життя не має сенсу.

Отже, варто шукати планети тільки біля зір, схожих на Сонце. А їх серед 400 млрд зоряного населення нашої Галактики за підрахунками налічується до 28 млрд. Навіть якщо ми відкинемо ті з них, які знаходяться в центральних районах зоряної системи, оскільки смертоносний рівень радіації, який там панує, знищить життя в самому зародку - все одно на околицях їх залишиться кілька мільярдів. То ж ми начебто маємо надії!

5. Оптимістичні прогнози. Побачити планети біля інших зір дуже важко, бо їхня яскравість набагато менша, ніж яскравість основного світила. Та все ж є кілька методів, які дозволяють виявити наявність планет, навіть не бачачи їх. Основним серед них є метод проме невих швидкостей, який за сучасних методик дозволяє реєструвати коливання променевої швидкості зорі навіть у 3 м/с за рахунок наявності невидимого компонента.

Використовуючи цей метод, 1995 р. два швейцарських дослідники М. Майор і Д. Квелоц оголосили про відкриття першої позасонячної планети. Планета масою 0,47 маси Юпітера знаходиться біля непримітної зорі 51 Пегаса і обертається навколо неї з періодом лише 4,2 земних доби. Відтоді до кінця XX ст. було відкрито близько п'яти десятків планет біля зір у радіусі до двохсот світлових років від Сонця. Для пошуків використовуються найпотужніші сучасні наземні оптичні телескопи, такі як 10-метрові «Кек-І» і «Кек-ІІ» та інші.

До пошуків планет підключаються все нові й нові групи дослідників, їм виділяється час на найпотужніших телескопах Землі. Так що немає сумніву - цей список найближчими роками збільшиться в кілька разів. Цей факт свідчить про те, що планетні системи в космосі вельми поширені. На жаль, поки що всі нововідкриті планети подібні до пла-нет-гігантів Сонячної системи, але, напевно, серед них повинні бути і подібні до Землі. Для їхнього пошуку потрібні нові підходи, нове обладнання; роботи в цьому напрямку вже проводяться. Ідуть експерименти в області оптичної інтерферометри, розглядаються проекти потужних космічних інтерферометрів.

Разом з тим продовжують плануватися роботи за програмою SETI (від англ. - «пошук позаземного розуму»), започатковані ще 1960 р. Ф. Дрейком під більш претензійною назвою СЕТІ - «зв'язок з позаземним розумом». І якщо спочатку пошуки велися в основному в радіо- і оптичному діапазоні, то тепер щораз більша увага приділяється рентгенівському і гамма-діапазо-нам, як таким, що мають високу здатність передавати велику кількість інформації за одиницю часу. Винесення за межі атмосфери рентгенівських та гамма-приймачів вирішує проблему прийому та передачі сигналів на цих частотах. Окрім цього, можливо, у XXI ст. будуть використовуватися й інші канали зв'язку, такі як нейтрино і гравітаційні хвилі. Обидва канали відзначаються великою проникною здатністю: інформація майже не розсіюється в просторі, а отже, без значних втрат може доносити послання до адресата через колосальні відстані міжзоряного, і навіть міжгалактичного простору.

6. Песимістична точка зору. Але серед дослідників є й такі, хто досить скептично оцінює імовірність знайти життя і розум у Всесвіті. Адже мало того, що всі відомі позасонячні планети мають занадто великі маси, вони ще і рухаються по занадто витягнутих орбітах, що призводить до коливань температур, які виходять за межі припустимого для збереження життя. І скоріше за все Сонце з його планетною системою, де колові орбіти акуратно вкладені одна в одну, і сама Земля -це екстраординарна рідкість у Всесвіті.

У своїх доказах, окрім багатьох інших аргументів, вони спираються також на дані спектральних досліджень околиць нашої Галактики. Ці дослідження вказують на бідність вмісту в зорях їхнього зоряного населення таких необхідних для виникнення життя елементів, як залізо, магній і кремній. Ці елементи, утворюючись в ході термоядерних реакцій, розсіюються із надр зір під час їхніх вибухів. Але такі вибухи є величезною рідкістю на межі нашої зоряної системи.

Таким чином, Земля, на якій є не просто життя, а життя розумне, уявляється унікальним витвором природи і чи не єдиним носієм того дивовижного збігу космічних обставин, що забезпечили появу життя і розуму. І якщо Молочний Шлях справді позбавлений присутності інших представників розумного життя, то важливо робити все, щоб зберегти його бодай на Землі.

Людина у Всесвіті

Наприкінці XX ст. людство зрозуміло, що життя не позбавлене певного загальнокосмічного змісту і що умови, завдяки яким воно виникло, не є випадковим збігом локальних фізичних обставин, а найглибшим чином пов'язане з глобальними космологічними причинами - з історією і розвитком Всесвіту в цілому.

З'ясувалося, що виникненню розуму передувала дуже довга еволюція фізичних чинників у Всесвіті. І якби еволюція Всесвіту мала інший характер, життя в ньому навряд чи могло б зародитись. Так чому ж Всесвіт, у якому ми живемо, має саме такі властивості, що сприяють існуванню життя і розуму, а не які-небудь інші? Впродовж досить тривалого часу на це запитання відповіді не було. Лише у другій половині XX ст. астрофізик Г. Ідліс звернув увагу на те, що закони фізики, чинні у нашому Всесвіті, «дозволяють» існування атомів, зір, планет і життя.

А згодом космолог А. Зельманов сформулював дуже важливе положення: «Ми є безпосередніми свідками природних процесів визначеного типу, тому що процеси іншого типу відбуваються без свідків», тобто ми живемо у цьому Всесвіті, бо його фізичні властивості це допускають. Англійський астрофізик П. Девіс також висловив думку про те, що наявність життя накладає обмеження на властивості Всесвіту - вони мусять бути тою чи іншою мірою визначеними.

Можливо, в іншому Всесвіті, що має інші властивості, ми просто не змогли б з'явитись, і такий «інший» Всесвіт нікому було б спостерігати і вивчати.

Антропний принцип (АП, від грец. «антропос» - «людина») уперше проголосив фізик Б. Картер 1974 р. Його формулюють так: «Ми існуємо, тому що Всесвіт такий, який він є».

Основна ідея антропного принципу - ідея зв'язку між існуванням людства і фундаментальними властивостями Всесвіту. Сам по собі цей принцип ще нічого не пояснює. Але він дає новий напрямок досліджень, сприяє постановці та вивченню ряду питань, на які раніше не звертали особливої уваги. Одне з цих запитань - які саме властивості Всесвіту забезпечують наше існування?

Багаторічна практика астрономічних та астрофізичних спостережень і здоровий глузд привчили нас до думки, що картина навколишнього світу, яку ми бачимо, сама собою зрозуміла і єдино можлива, що інакше і бути не може.

Проте насправді це далеко не так. Як показують теоретичні дослідження, структура нашого Всесвіту дуже нестійка по відношенню до його основних фундаментальних констант. Навіть за невеликих відхилень від їхніх наявних значень Всесвіт мусив би повністю змінити свій вигляд. Його будова, починаючи від елементарних частинок і закінчуючи надскупченнями галактик, спростилася б, а значні структурні складові зникли б. Ці константи забезпечили такий процес еволюції Всесвіту, за якого виникла можливість утворення складних систем і складних форм руху матерії, а отже, життя і людини.

Так, І. Розенталь вважає, що всю структуру Всесвіту та його історію визначають чотири фундаментальні взаємодії - гравітаційна, електромагнітна, сильна і слабка.

Саме по відношенню до цієї «магічної сімки» і є дуже чутливим наш Всесвіт: досить внести незначні зміни у їхні значення, і це призведе до радикальних змін природи цілого Всесвіту не тільки на кількісному, але й на якісному рівнях. Ці зміни можуть бути навіть катастрофічними для Всесвіту, наприклад:

♦ якби гравітаційна стала зменшилася в кілька разів, то сила тяжіння була б занадто малою для формування із хмар водню галактик і зір; якби, навпаки, гравітаційна стала збільшилася в кілька разів, сила тяжіння виявилася б завеликою і розширення Всесвіту швидко змінилося б стисненням, так що життя у ньому не встигло б розвинутись до високого рівня;

♦ якби маса електрона була хоча б удвічі більша, ніж вона є, електрон «завалювався» б на протон, і замість атомів водню (і всіх інших елементів) у всьому Всесвіті були б лише нейтрони і нейтронні зорі;

♦ якби різниця між масою протона і нейтрона була утричі більшою, то не змогли б утворюватися дейтрони, які відіграють вирішальну роль у реакціях термоядерного синтезу, і тоді увесь Всесвіт складався б виключно з водню;

♦ якби сила взаємодії між протонами і нейтронами була хоча б на 5-7 % більшою, Всесвіт складався б із одного гелію; коли б ця сила була на 5-7 % меншою, гелій взагалі не зміг би утворитись.

Так само тісно і досить критичним чином властивості життя на Землі пов'язані з іншими фундаментальними властивостями астрономічного світу, зокрема, з розширенням Всесвіту.

Виявляється, ми не випадково живемо в епоху «червоних зміщень» галактик. Віддалення джерел електромагнітного випромінювання приводить до зсуву їхнього випромінювання у червоний бік спектра, і до зменшення енергії, яку воно несе. Якби галактики зближувались, то замість червоного зміщення ми спостерігали б фіолетове, тобто збільшення частот випромінювання у бік жорстких променів. При цьому на нас падав би такий спопеляючий потік електромагнітної енергії, що життя за таких умов не змогло б існувати. Навіть у тому разі, коли б Всесвіт не розширювався чи розширювався повільніше, інтенсивність випромінювання була б досить високою щоб знищити білкове життя в зародку.

Можна було б спробувати змінити одразу не одну, а кілька фундаментальних сталих. Виявляється, при цьому існує деяка область їхніх значень, яка дає можливість утворення складних структур, однак час їхнього існування невеликий. У такому світі буде занадто мало часу, щоб виникло що-небудь досить складне.

Отже, можна ще раз підкреслити глибоку доцільність і гармонію фізичних законів і значень фундаментальних сталих. В супротивному разі виникнення складних форм матерії виявиться неможливим. Тільки за наявних їхніх значень структура та історія Всесвіту припускає розвиток життя і появу розуму.

3. Унікальність нашого Всесвіту. Порівняно вузькі межі можливих змін фундаментальних фізичних сталих, коли ще можливе існування життя, говорить про унікальність «набору» їхніх значень у нашому Всесвіті. Саме ця їхня винятковість забезпечує можливість існування життя. Виникає питання: оскільки набір фізичних сталих величин у нашому Всесвіті унікальний, а все унікальне малоймовірне, то яким чином такий збіг умов міг здійснитися?

З точки зору антропного принципу, наш Всесвіт пройшов через нескінченну послідовність циклів розширення і стиснення. На початку кожного з них складався свій набір фізичних констант, що змінювався від циклу до циклу. Ми з'явилися в тому циклі, в якому сформувалося поєднання фізичних сталих та інших властивостей, сприятливе для виникнення складних структур і живих систем.

Окрім цього, не виключено, що в матеріальному Космосі існує нескінченна кількість різних всесвітів водночас, у Кожному з яких свій набір, свій комплекс фізичних констант і властивостей. У нашому Всесвіті, з нашим комплексом фізичних явищ, зв'язків і фундаментальних фізичних констант, його стабільність забезпечується саме тими законами природи, які реалізувалися в навколишньому світі.

Але можуть існувати й інші, незвичні для кас комплекси явищ, стабільність яких забезпечується іншими законами. Звідси ясно, що можна припустити існування всесвітів з іншими законами, іншими властивостями простору-часу і світовими константами, не менш організованих, ніж наш, і навіть таких, що забезпечують існування негу-маноїдних форм життя і розуму.

Отже, ми існуємо у тому Всесвіті, властивості якого дозволяють формування живих організмів; можуть існувати інші всесвіти, де діють інші фундаментальні закони, і можливе існування принципово інших форм життя. І в тому, і в іншому випадках питання про те, як міг реалізуватися випадковим чином унікальний і тому малоймовірний набір фізичних констант, фактично знімається.

Оскільки число можливостей, тобто циклів розширення (різних всесвітів), нескінченне, то в існуванні в одному з цих циклів (в одному з цих всесвітів) необхідного для життя збігу умов з позицій теорії ймовірностей вже немає нічого неможливого.

4. Проблема існування інших всесвітів. Питання про нескінченну кількість можливих всесвітів у фізиці та космології, як і всяка інша нова проблема, стикається з неясностями. Якщо інші всесвіти існують, то їхнє існування підкоряється принципово іншим

законам, ніж існування нашого Всесвіту. А це означає, що ми аж ніяк не можемо отримати від них інформацію, адже фізичний зв'язок між різними об'єктами можливий тоді, коли вони живуть за подібними законами.

Як же здійснити зв'язок з тим, що принципово не схоже на наш світ? Окремі вчені припускають, що такими каналами зв'язку можуть слугувати сингулярності, які в нашому Всесвіті мають місце у випадку чорних дір. Можливо, що бар'єри простору-часу, які відокремлюють наш Всесвіт від інших всесвітів, не такі вже й неприступні. Не виключено, що з часом вони будуть подолані наукою і виведуть наші уявлення про Космос на якісно новий рівень.

Ще 1934 р. австрійський вчений К. Гедель сформулював теорему про неповноту наших знань, яка проголошує: «Жодна система не може бути пізнаною до кінця зсередини — поза зв'язком її з іншими системами вищого порядку». Це означає, що неможливо вичерпно описати світ, у якому живе людина, зокрема - описати причину появи та існування Всесвіту, не вийшовши за його межі. А тому з'являється дедалі більше підстав вважати, що без концепції інших всесвітів, що існують водночас у матеріальному Космосі, вже важко обійтись, оскільки вона дозволить зрозуміти властивості нашого Всесвіту.

1. Що таке життя і чи є його існування на Землі за заданих умов випадковим?

2. Які методи пошуку позаземних планет Вам відомі? 3. На чому грунтується думка про унікальність Сонячної системи і Землі у Всесвіті? 4. Сформулюйте свою думку щодо питання про життя у Всесвіті. 5. У чому полягає унікальність нашого Всес

1 23