АСТРОНОМІЯ - ДИТЯЧА ЕНЦИКЛОПЕДІЯ - ФОЛІО 2005

ІІ

ОСНОВНІ КОНЦЕПЦІЇ АСТРОНОМІЇ

Ми будемо мандрувати думкою,

І в кінці блукань прийдемо

Туди, звідки ми вийшли,

І побачимо свій край уперше.

Т. Еліот

Астрономія — наука, що дає нам змогу проникнути в глибини таємниць створення. Проте ті надзвичайні й інколи зовсім незрозумілі з точки зору сучасної науки умови, що панували за прадавніх в астрономічному розумінні часів, а також специфіка опису астрономічних об’єктів і явищ сьогодні, спонукають ознайомитися з деякими найважливішими поняттями та концепціями. Цей розділ покликаний допомогти вам зрозуміти астрономію і полегшити подальше знайомство з нею.

Народження Всесвіту: Великий Вибух

Як так сталося, що народився Всесвіт?

І невже це сталося за мить? Ми не маємо змоги сказати і стверджувати напевне, але людство здавна цікавило це питання.

Адже для того, щоб іти вперед, цілком логічно прагнути пізнати свої корені, свою історію — від самого початку. Тож, маючи за плечима досвід багатьох поколінь, зробимо стислий огляд наукової історії народження Всесвіту.

З даних спостережень віддалених об’єктів зоряного неба відомо, що Всесвіт перебуває в стані постійного розширення. Тобто середні відстані між галактиками з часом зростають. Дослідивши швидкість зростання міжгалактичних відстаней, вчені дійшли висновку, що розширення розпочалося приблизно 12—16 мільярдів років тому найдраматичнішою подією в історії нашого Всесвіту, яка отримала назву Великого Вибуху.

Як родзинки у дріжджовому пирозі, об’єкти у Всесвіті все більше віддаляються один від одного

Сучасний прогрес фізики та інших наук дозволяє нам наблизитися до розкриття головної таємниці народження Всесвіту на безпрецедентно малий час: тепер ми вже можемо зробити спробу моделювання тих процесів, що відбувалися всього через одну мільярдну секунди після Великого Вибуху! Але і це ще не все. Беручи до уваги певні припущення, ми можемо уявити собі деякі деталі того, що відбувалося, коли Всесвіт існував лише 10'43 секунди! То що ж сталося на початку?

Сьогодні нікому не відомо, що сталося під час Великого Вибуху

Теорія Великого Вибуху як наукова концепція перших миттєвостей життя Всесвіту виходить з того, що все, що ми нині спостерігаємо — від Землі до найвіддаленіших куточків Всесвіту, — бере свій початок з точки безмежно малих розмірів, що мала надвисоку густину та температуру. Ця теорія також пояснює, як розширення та охолодження цієї надзвичайно тісної суміші частинок та фотонів (частинок світла) могли привести до появи Всесвіту, зір та галактик у сучасному вигляді, як і цілий ряд фактів про теперішнє існування Всесвіту.

Звичайно, наші уявлення про історію найперших миттєвостей можна назвати у деякій мірі спекулятивними, тому що ми оперуємо припущеннями в тих тонкощах фізики, які ще можемо до кінця не розуміти. Але очевидність правильного підходу, який пропонується, дає вченим натхнення йти далі у справі вдосконалення наших знань про народження Всесвіту.

Перш ніж заглибитися безпосередньо в історію народження, треба зрозуміти одну дуже значну деталь. Можливо, це важко уявити, але на самому початку Всесвіт був настільки гарячим, що існувала теоретична можливість перетворюватися на масу і навпаки, у повній відповідності до рівняння Ейнштейна Е = mс2.

Історія створення розпочинається тоді, коли Всесвіт існував лише 10-43 секунди. Ця мить є особливою і навіть має власну назву — час Планка — на честь видатного фізика Макса Планка, одного із засновників квантової механіки як наукової дисципліни. Час, що передував цьому моменту, має назву ери Планка. Енергія та матерія в цей час знаходилися в такому надзвичайному для нашого сприйняття стані, що сучасна наука безсила сформувати адекватне уявлення про те, що відбувалося протягом цієї ери.

У наступні миттєвості до моменту, що відповідає вікові Всесвіту 0,001 секунди, мали місце ера сил універсальної теорії, ера електрослабкої взаємодії та ера частинок, протягом яких народжувалися основні типи взаємодій, присутні в сучасному світі, а також елементарні частинки. Треба зазначити, що важливу роль цього періоду відігравало існування антиматерії. При її взаємодії зі звичайною матерією вона перетворювалася в ніщо. Із часом присутність антиматерії ставала все менш і менш значимою й помітною.

У перші три хвилини відбувалися деякі найважливіші процеси — панувала ера нуклеосинтезу. Протягом цього часу матерія настільки охолола, що стало можливим об’єднання протонів та нейтронів у більш складні частинки — атомні ядра. У цей час формуються основні запаси водню та гелію у Всесвіті.

Слідом за цим майже невловимим проміжком часу, у якому умістилися аж п’ять різних ер, подальші 500 000 років панувала ера атомних ядер. Матерія являла собою розігріту плазму з ядер Гідрогену та Гелію, а також вільні електрони та фотони.

Еволюція Всесвіту після Великого Вибуху

Наприкінці ери атомних ядер середовище стало настільки холодним, що відбулося об’єднання ядер з електронами та формування атомів хімічних елементів. Так розпочалася ера атомів, що панувала, аж доки вік Всесвіту не досяг мільярда років. У цей час усе важливішу роль починає відігравати рушійна сила еволюції основних класів об’єктів зоряного неба — гравітація (сила тяжіння одного об’єкта до іншого). Розпочинається формування перших зірок.

Нарешті, сьогодні ми живемо в час ери галактик, коли під дією сили гравітації, що об’єднує матерію, зорі групуються у скупчення, формують галактики, групи та надскупчення галактик. Всесвіт набуває сучасного вигляду.

Цікаво уявити, що з моменту народження Всесвіту до нашого часу минув лише один рік, кожному місяцю якого відповідає більш ніж 1 мільярд років! Тоді стає ясно, наскільки нові ми тут, наскільки важливим і цінним є існування кожного з нас та як ми повинні цінувати і берегти час один одного. Спробуємо?

Отож 1 січня. Стався Великий Вибух, і з цього самого моменту розпочалася наша історія народження. Протягом січня минають ера за ерою, і наприкінці лютого серед інших майже остаточно формується наша рідна галактика — Молочний Шлях. Довгі півроку, протягом яких іде упорядкування матерії, 13 серпня призводять, зрештою, до формування планетної системи навколо нашої зірки — Сонця. Народжується Земля. Наступні декілька місяців планетна система знаходиться в постійній еволюції, народжуються малі тіла Сонячної системи, формуються супутники планет тощо. І тільки 13 грудня ми відмічаємо еру губок та інших м’якотілих живих організмів. На Землі вже є життя!

25 грудня знаменує розквіт ери велетенських хижаків — динозаврів. Проте жити їм залишилося лише кілька днів, адже ЗО грудня, внаслідок зіткнення Землі з великою кометою, динозаври вимирають. Уявіть лише, що в реальному масштабі часу це сталося 65 мільйонів років тому!

І, нарешті, 31 грудня — переддень Нового року. Тільки о дев’ятій годині вечора ми відмітили би появу найперших предків сучасної людини, а близько 23 години 58 хвилин закінчується наша біологічна еволюція — сучасна людина з’явилася на світ. О 23 годині 59 хвилин і 30 секунд зароджується землеробство, ще через 17 секунд єгиптяни будують великі піраміди. Своє велике відкриття — доказ того, що Земля обертається навколо Сонця, — Кеплер та Галілей роблять о 23 годині 59 хвилин та 59 секунд!

Тільки уявіть собі на мить: усе, що пережило людство з тих часів, коли ми дізналися, що Земля не є ні центром Всесвіту, ні Сонячної системи, може вкластися менше ніж в одну секунду!

Стівен Вільям Хокінг (нар. 1942).

Видатний англійський фізик, космолог, популяризатор науки. Отримав ступінь з фізики та космології (розділ науки, що вивчає процес розвитку Всесвіту) у Кембриджі. Протягом своєї наукової кар’єри працював у багатьох напрямках теоретичної астрофізики. У співробітництві з Роджером Пенроузом займався вивченням теорії Великого Вибуху з точки зору загальної теорії відносності Ейнштейна. Пізніше присвятив кілька років вивченню феномена чорних дір. Результатом цієї роботи стала універсальна теорія, що була комбінацією теорії відносності та апарату й законів квантової механіки. «Моя мета дуже проста. Це — повне розуміння Всесвіту, чому він саме такий і чому він узагалі існує». Кожного року близько трьох місяців Хокінг проводить поза Кембриджем з лекціями, активно займається науковою працею. Без перебільшення його можна назвати одним з найвидатніших космологів в історії людства!





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити