Как понятно сформулировать для детей, из чего состоит Вселенная? А как объяснить это взрослым? Да и и правда, из чего сделан наш мир? Редко кто задумывается об этом в повседневной жизни, но если такая мысль все же пришла в голову, нужно обязательно найти объяснение! Ведь в этом – суть познания, стремление к удовлетворению любопытства, характерное человеческой природе. Кто-то убежден, что Вселенная состоит из энергии, другие скажут: из атомов, химических элементов, а третьи считают, будто бы Вселенная – это в первую очередь пустота. Кто прав? Попробуем разобраться!
Наука и жизнь
Отличительная особенность, присущая человеку с древних пор, – стремление к познанию окружающего мира. Поэтому уже множество веков самые просветлённые умы человечества ломают головы над тем, из чего состоит мир, в котором мы живем. Наука постепенно развивается, накапливается все больше информации, тем не менее загадок и по сей день гораздо больше, нежели известного нам об устройстве окружающего пространства. Так, предполагается, что Вселенная состоит из галактик, в то же время есть альтернативная теория «пузырей» – возможно, вселенных много, каждая следующая больше предыдущей. Так ли это? Вероятно, об этом узнают ученые через несколько веков.
Напрямую связаны вопросы о том, что составляет Вселенную и неясность наличия жизни на иных планетах, в других мирах. Вариантов ответа всего лишь два: или же где-то жизнь есть еще, или же ее нет – именно так сформулировал это Артур Кларк в своих популярных работах. В настоящий момент не удалось обнаружить признаков жизни, но ученые пока не располагают достаточным объёмом ресурсов, чтобы исследовать пространство на достаточно большом удалении от нашей планеты. Кто знает, возможно, в будущем окончательно будут развеяны убеждения в том, что Вселенная на 99 % состоит из пустоты, люди узнают больше и о строении пространства, и об особенностях формирования и развития жизни. Кто знает, может, мы встретим тех, кто похож на нас?
Вселенная: что вокруг нас?
Как удалось выяснить ученым, преимущественно окружающее нас пространство сформировано темной энергией, темной материей. Выясняя, из чего состоит материя Вселенной, ученые смогли подсчитать, что указанные выше сущности занимают порядка 95 % всего объема. А вот на какие элементарные частицы их можно было бы разделить, пока остается загадкой. Впрочем, в настоящее время есть много неподтвержденных теорий, авторы которых активно работают над своими вариантами. Предположительно спустя некоторое время загадка наконец-то найдет свое решение.
Вероятно, в некоторой степени ответ на этот опрос даст также и понимание того, как зародилась жизнь на нашей планете. И по сей день люди спорят, было ли это божественной волей или же эволюцией, спровоцированной случайным совпадением? Иные убеждены, что жизнь пришла на Землю с космическим метеоритом. Возможно, если мы узнаем больше о строении окружающего нас пространства, если разберемся, из чего состоит мир, Вселенная, то сможем сказать точно, как зародилась жизнь.
Современная физика: расширяя границы
Среднестатистический человек, тщательно подумав над тем, как объяснить кратко, из чего состоит Вселенная, скорее всего, припомнит школьный курс физики, где учили, что мир вокруг – это материя в одном из привычных состояний. Это может быть газ, жидкость, твердое тело или плазма. Но новейшие исследования в области физики показали, что подобная точка зрения слишком уж упрощённая, она далека от реальности.
Как говорят продвинутые физики нашего времени, вещество – это барионная материя. Термин применяют к такой субстанции, которая сформирована барионами, электронами. Под барионами принято понимать смесь нейтронов, протонов. При этом исследование барионов хоть и связано довольно тесно с познанием мира, так как Вселенная состоит из атомов, все же представляет собой отдельную специфическую дисциплину. Если же смотреть шире, сразу начинать с космических масштабов, то тут следует признать, что барионная материя – это такое вещество, которое для Вселенной совершенно обычно, типично, характерно. Именно оно формирует звезды и планеты, из него же состоит и наша Земля, а также все, что на ней присутствует: живое и неживое. Разбираясь, из чего состоит космос и Вселенная, необходимо понимать, что при наблюдении различных волн ученые занимаются исследованием именно барионной материи.
Темная материя существует
Приблизительно тридцатые годы прошлого столетия были периодом, когда ученые, исследуя, из чего состоит космос и Вселенная, доказали, что пространство расширяется. Впрочем, это знание дало гораздо больше вопросов, нежели ответов. По какой причине происходит расширение, ведь гравитационные силы должны ему противодействовать? Суммарная масса, определяемая тем, из каких объектов состоит Вселенная, в то же время должна контролировать и возможности расширения. В тот период ученые даже гипотетически не могли предположить, какую массу должна иметь Вселенная, чтобы стали допустимыми процессы, происходящие с ней. Невозможно представить и то, каким образом нужно распределить массу, чтобы добиться подобного эффекта.
Подобная спорная информация не только не дала четкого и точного ответа на вопрос о том, из чего состоит космос и Вселенная, но лишь породила множество раздоров. Только в 2011 г. Нобелевскую премию по физике присудили ученым, которые смогли наиболее показательно доказать, что Вселенная действительно расширяется. Кроме того, они же открыли темную энергию. Только с присуждением этой премии стало ясно, что научное сообщество примирилось с этим сложно объяснимым фактом, все-таки корректно описывающим происходящее вокруг нас. Сейчас ученые приблизительно знают, из чего состоит Вселенная: из темных материи, энергии. А вот суть этих явлений пока остается тайной за семью печатями.
Шаг за шагом – только вперед
Когда впервые ученые показали, что Вселенная способна расширяться, это задало вектор развития астрофизики на долгие годы. И все же ответы на поставленные в тот период вопросы не найдены и по сей день. Общее представление о том, из чего состоит Вселенная, общепринятая модель, построенная с учетом признания барионной материи, не дает корректного объяснения ни тем скоростям, с которыми могут вращаться галактики, ни расширению, которое должно гаситься гравитационным притяжением.
Пользуясь телескопом, человек видит галактические структуры. Но только лишь визуальное наблюдение того, из чего состоит Вселенная, не дает более-менее внушительного объема информации для объяснения закономерностей передвижения элементов. Единственное объяснение, которое смогли придумать несколько десятилетий тому назад, – это существование некоторой загадочной темной материи, которая должна располагаться в строго определенных местах Вселенной. Именно она могла бы быть причиной того аномального (с точки зрения известных закономерностей) поведения окружающего пространства. И все же доказать, из чего состоит Вселенная, оказалось очень непросто.
Темнота вокруг нас
Астрофизические эксперименты, приводимые в последние несколько лет, посвящены особенностям гравитации, в том числе явлению линзирования, отражающему, что электромагнитное излучение при распространении несколько искривляется. Предположительно свою роль в этом играют гравитационные поля, которыми обладают объекты в космосе. Информация, которую получили в ходе этих экспериментов, стала основной доказательной базой существования темной материи – предположительно ею наполнены скопления галактик.
Цифры и цифры
Как удалось приблизительно выяснить в ходе научных экспериментов, почти пять процентов Вселенной сформировано именно барионной материей, которую мы можем наблюдать, а вот темная материя – это едва ли не 27 процентов от всего общего объема. Последние чуть более 68 процентов приходятся на долю темной энергии. Это позволяет говорить, что темная энергия, материя суммарно дают более 95 процентов объема Вселенной.
Жутко? Возможно!
Как наглядно доказывают проведённые передовыми умами в области астрофизики расчеты, лишь только около пяти процентов окружающего нас пространства – это то, что может увидеть человек, вооружившись всей доступной ему в настоящее время техникой. А вот основная масса – это некое неизведанное темное вещество, нечто неописуемое, и данные о нем нам пока не открыты. Некоторые ученые прогнозируют, что в будущем выявится: барионная материя смешивается с темной, между ними возможно взаимодействие, частично объясняемое законами гравитации. Но пока основательной доказательной базы этим утверждениям составить не удалось.
Факты, описанные выше, у многих рождают не только любопытство, но и страх – действительно, картина создается удивительная и пугающая. Звезды, планеты, галактические скопления, окружающий нас мир и даже мы – это лишь небольшая доля Вселенной в сравнении с огромным, непознанным темным миром, о котором у нас нет представления даже в общих чертах.
Темная материя: что это?
В настоящее время термином «темная материя» в астрофизике принято обозначать такую материю, которая не имеет электромагнитных качеств, уловимых при применении доступной человечеству техники. Фактически она не испускает фотонов, то есть не является источником электромагнитного излучения и не может вступать с ними во взаимодействие (насколько это можно определить доступными нам средствами).
Тайна за тайной
Темная материя представляет собой действительно удивительное вещество, свойства которого таковы, что ни фиксировать, ни тем более исследовать их не представляется возможным на данном этапе развития человеческой цивилизации. Научные методики, применяемые в наши дни, также не позволяют дать внятного объяснения свойствам и особенностям темной материи, равно как и не позволяют сформулировать ее суть. С другой стороны, ученые выявили, что темной материи присуща масса, так как она является источником гравитационных эффектов. В то же время элементарных частиц, имеющих заряд, в структуре этого вещества нет.
Загадки без решения
О существовании некоторой неведомой силы ученые знали довольно давно, хотя и не было никаких официальных методов, способов доказать эту силу или описать ее особенности. Хороший наглядный пример – это два американских космических аппарата, запущенные в 1972 и 1983 гг. Они оба принадлежат к категории «Пионер» и полетели под порядковыми номерами десятый и одиннадцатый. Как показывали предварительные расчёты, в наше время оба этим аппарата уже должны были вылететь прочь из Солнечной системы, но в реальности их траектории изменились по непонятным причинам. При наблюдении за особенностями полета ученые смогли предположить, что есть некоторая неопределенная, необъяснимая, неизвестная нам сила, которая не позволяет аппаратам покинуть Солнечную систему.
Что один, что второй космический аппарат повторили одну и ту же траекторию, и это несмотря на одиннадцатилетний временной промежуток между ними и использование во второй машине более совершенных систем, средств и способов связи и обеспечения движения. По мнению многих современных учёных, «Пионеры» наглядно показывают, насколько велико влияние темной материи, в том числе и в той звездной системе, в которой посчастливилось зародиться нашей цивилизации.
Темная материя: есть ли разница?
В настоящее время некоторые астрофизики высказывают предположения о том, что составные элементы темной материи – это нейтроны, протоны, то есть суть неизвестного нам вещества точно такая же, как и у барионной материи, к которой мы привыкали. Как говорят некоторые учёные, темная материя должны быть если не аналогичной темной, то очень близкой к ней. Разница лишь в том, что это вещество не проявляет электромагнитные особенности либо проявляет их настолько слабо, что мы просто не может этот факт заметить и изучить.
Предположительно темная материя сформирована атомами, молекулами, не способными на отражение, излучение, поглощение фотонов, формирующих собой электромагнитное поле. Благодаря этому ни человек, ни самые точные из доступных нам приборов не могут зафиксировать наличие этих элементарных частиц. В то же время частицы обладают повышенной стойкостью, им не свойственны процессы распада на более легкие элементы, в противном случае процедура распада уже завершилась бы, так как Вселенная существует достаточно давно. Исходя из обозначенных выводов, можно сказать, что есть некая закономерность сохранения гравитационных особенностей темной материи, и ее еще только предстоит открыть. Уже сейчас звучат прогнозы об аналогии закономерности сохранения электрического заряда и этого нового закона, который сформулируют в будущем.
Теорий множество
Описанный выше вариант – это далеко не единственное предположение о том, какова по своей сути темная материя и какими качествами и свойствами ей следует обладать. Вариантов огромное количество, и пока не представляется возможным спрогнозировать с высокой долей вероятности, кто же окажется прав. Было разработано огромное число теоретических моделей, применимых с большей или меньшей степенью успеха для описания темной материи, отличной от привычной нам барионной.
С точки зрения некоторых ученых, весь секрет в нейтрино: крошечные частицы могут составить собой целую материю, сформировавшую Вселенную. Иные убеждены, что темная материя – это элементарные частицы, которые в настоящее время известны только очень небольшому числу узких специалистов. Впрочем, указанный вопрос – далеко не единственный, который стоит перед астрофизиками. Ведь кроме темной материи есть еще и темная энергия. Ее сущность для человечества еще более загадочна, и толковых объяснений и теорий, объясняющих, из каких объектов состоит Вселенная, с учетом теории темной энергии нет и по сей день. Ученые предполагают, что энергия равномерно распределена по всему объему Вселенной, что может в некоторой степени быть связано с процессом ее расширения. Иные предполагают, что именно темная энергия гасит силы гравитации и делает возможным процесс расширения. Но в настоящее время это лишь предположения, не имеющие никаких четких теоретических обоснований, внушающих хоть сколько-нибудь доверия.
