Тайны квантового мира. О парадоксальности пространства и времени - Олег Фейгин

Рис. 28. Расширение Вселенной

Наглядно расширение Вселенной можно представить как раздувание поверхности воздушного шара. При этом возникает иллюзия, что каждая точка пространства является центром расширения, удаляясь на фоне увеличения всех вселенских масштабов. С течением времени неизвестная энергия, вызвавшая раздувание, перешла в тепло — и Вселенная разогрелась, положив начало Большому взрыву. Современные космологи все больше склоняются к тому, что возникновение Мироздания напоминает кипение вакуума с образованием множества пузырей пространственно-временной пены. После Большого взрыва на протяжении семи миллиардов лет в балансе вселенских сил доминировала гравитация, тормозя разлет галактик во Вселенной. Затем произошел совершенно непонятный сдвиг физических законов — и наш мир стал расширяться ускоренно.

Рис. 29. Галактический горизонт

Условную границу, отделяющую все, что могут разглядеть и зафиксировать самые мощные астрономические инструменты, от еще не познанной Вселенной, часто называют метагалактическим — или просто галактическим — горизонтом. С двадцатых годов прошлого века за границу галактического горизонта вместе с астрономами и астрофизиками стали «заглядывать» физики-теоретики, надеясь открыть путь к построению «теории всего».

Что же там может находиться, за метагалактическим горизонтом? Бесконечна ли Вселенная или замкнута сама на себя? Если размеры ее конечны, то как будет происходить дальнейшее расширение пространства?

Открытие ускоренного расширения Вселенной только добавило вопросов в общую картину Мироздания. Теперь все больше теоретиков предполагают, что за галактическим горизонтом могут скрываться невообразимые разливы пространства-времени, рядом с которыми даже космические провалы черных дыр квазаров покажутся микроскопически ничтожными.

Рис. 30. Распространение элементов в Метагалактике

По данным наблюдений, Вселенная состоит в основном из водорода (¾ по массе) и гелия (¼); прочие элементы составляют примесь порядка одного процента. Эти данные получены на основе анализа спектров звезд и межзвездного газа и хорошо согласуются с теоретическими моделями астрофизики, описывающими состав и эволюцию звезд. Приведенные выше цифры (¾ и ¼) относятся к начальной фазе данной эволюции, в процессе которой в звездах вырабатываются и другие, в том числе тяжелые элементы. По современным представлениям, в первые минуты своего существования Вселенная прошла «эру нуклеосинтеза», во время которой и образовались водород и гелий в пропорции 3:1, а также ничтожная доля других легких элементов, в частности лития и изотопов водорода — дейтерия и трития. Все прочие, более тяжелые элементы уже гораздо позднее образовались внутри звезд, а в межзвездное пространство попадают при взрывах сверхновых звезд.

Аннигиляция — процесс, при котором частица и ее античастица, сталкиваясь, взаимно уничтожают друг друга.

Античастица — у каждой частицы материи есть соответствующая античастица. При соударении частицы и античастицы происходит их аннигиляция, в результате которой выделяется энергия и рождаются другие частицы.

Апейрон — понятие древнегреческой науки для обозначения беспредельной, неопределенной, бескачественной материи, находящейся в вечном движении. Все бесконечное многообразие вещей, все миры возникли путем выделения из апейрона противоположностей и их борьбы.

Атом — наименьшая частица обычного вещества. Атом состоит из крошечного ядра (составленного из протонов и нейтронов) и обращающихся вокруг него электронов.

Белый карлик — стабильная холодная звезда, находящаяся в равновесии благодаря тому, что в силу принципа исключения Паули между электронами действуют силы отталкивания.

Большой взрыв — космический катаклизм пространства и времени, в результате которого возникла Вселенная.

Большой хлопок — сингулярность в конечной точке существования Вселенной.

Вес — сила, с которой на тело действует гравитационное поле. Вес тела пропорционален массе тела, но не совпадает с ней.

Виртуальная частица — в квантовой механике — частица, которую невозможно зарегистрировать непосредственно, но существование которой подтверждается эффектами, поддающимися измерению.

Гамма-излучение — электромагнитное излучение с очень малой длиной волны, испускаемое при радиоактивном распаде или при соударениях элементарных частиц.

Горизонт событий — граница черной дыры.

Гравитационное взаимодействие — самое слабое из четырех фундаментальных взаимодействий, обладающее большим радиусом действия. В гравитационном взаимодействии участвуют все частицы материи.

Длина волны — расстояние между двумя соседними гребнями волны или между двумя ее соседними впадинами.

Закон сохранения энергии — закон науки, согласно которому энергия (или ее массовый эквивалент) не может ни создаваться, ни уничтожаться.

Квант — минимальная порция, которой измеряется испускание или поглощение волн.

Квантовая механика — теория, разработанная на основе квантово-механического принципа Планка и принципа неопределенности Гейзенберга.

Квантово-механический принцип Планка (закон излучения Планка) — состоит в том, что свет (или любые другие классические волны) может испускаться или поглощаться только дискретными порциями — квантами — с энергией, пропорциональной их частоте.

Кварк — элементарная (заряженная) частица, участвующая в сильном взаимодействии. Протоны и нейтроны состоят каждый из трех кварков.

Координаты — числа, определяющие положение точки в пространстве и во времени.

Корпускулярно-волновой дуализм — лежащее в основе квантовой механики представление о том, что не существует различия между частицами и волнами, частицы могут иногда вести себя как волны, а волны — как частицы.

Космогония — раздел астрономии, изучающий происхождение и развитие планет и Солнечной системы в целом, звезд, галактик и т. д.

Космологическая постоянная — математическая вспомогательная величина, введенная Эйнштейном для того, чтобы пространство-время приобрело тенденцию к расширению.