Теорії походження всесвіту та його моделі. Сценарії подальшої еволюції всесвіту

Отже, зараз Всесвіт розширюється, його речовина розлітається, найбільш далекі об'єкти, видимі найбільші телескопи, віддаляються від нас зі швидкостями, що перевищують три чверті швидкості світла. Процес розширення та розсіювання початкової величезної теплової енергії призвів до структурування матерії. Зараз еволюція матерії йде у напрямку дедалі більшого місцевого ускладнення дисипативних структур. Принаймні в одній точці Всесвіту – на нашій планеті – з'явилося життя, яке продовжує ускладнюватись. Ускладнюються як організми так і біоценози, розумне життя будує всі штучні системи, що ускладнюються. Можливо, існують інші такі «точки зростання» складності, можна припустити появу якихось зв'язків між ними. Виникає питання: до чого цей процес може дійти? Що чекає на нас і весь наш Всесвіт взагалі десь у нескінченно віддаленому майбутньому?

Для Всесвіту можливі два варіанти, вибір між якими залежить від середньої густини речовини в ній. Якщо щільність речовини менша від деякої критичної величини, Всесвіт буде розширюватися нескінченно. Якщо більше – сили гравітації зможуть зупинити розліт небесних тіл та розширення зміниться стисненням. Критичну щільність можна оцінити, знаючи постійну гравітаційну G і постійну Хаббла H:

r критий =3H 2 /8pG ~ 10 -32 кг/м3

Яка дійсна щільність речовини у Всесвіті, точніше, більша чи менша вона критична, невідомо. Якщо враховувати тільки видиму речовину, що світиться, щільність виявляється значно (в 30 разів) менше критичної. Однак багато фактів вказують на існування набагато більшої невидимої, «прихованої» маси. Зараз вважається, що середня щільність Всесвіту швидше за все все ж таки трохи менша за критичну, але повної впевненості в цьому немає. Не виключено, що вона точно дорівнює критичній і це не випадковий збіг. Отже, має сенс розглянути обидва варіанти розвитку.

Розглянемо спочатку перший - «відкритий», Всесвіт, що нескінченно розширюється.

Безперервне розширення супроводжується розсіюванням енергії. Локальні «резервуари» концентрованої енергії - зірки - витрачають своє ядерне пальне, скидають і розсіюють наприкінці життя частину своєї маси і перетворюються на мертві, що повільно остигають залишки або (за достатньої маси) на «чорні дірки». Зі скинутого газу можуть виникати зірки наступного покоління, але їх стає все менше і менше, поки цей процес не припиняється зовсім. Повне згасання всіх зірок має завершитися приблизно через 1014 (сто трильйонів) років. Залишаться мертві зорі, що охололи, і чорні дірки, що утворюють галактики, а також планети, невелика кількість дуже розсіяного газу і пилу і випромінювання, що безперервно втрачає енергію.

На наступному етапі має відбутися втрата зірками своїх планетних систем та втрата галактиками зірок. І те, й інше буде результатом тісних зближень зірок, коли гравітаційна взаємодія призводить до обміну імпульсом, отже окремі об'єкти викидаються із зв'язаної системи. При цьому планети будуть відірвані від своїх зірок, більшість зірок (приблизно 90%) буде викинуто, «випарується», з галактик, а ті, що залишилися, втративши імпульс, зберуться в масивну чорну діру. Цей процес іде і зараз, але дуже повільно. Закінчитися він має через 10 18 років. До цього часу не буде галактик, залишаться лише рівномірно розсіяні погаслі зірки та чорні дірки.

Останні етапи еволюції пов'язані з квантовими ефектами і наслідками ще багато в чому гіпотетичних уявлень, які з теорій об'єднання фундаментальних взаємодій. Теорія «великого об'єднання» - об'єднання сильних та електрослабких взаємодій - передбачає кінцевий час життя протона, що дорівнює 10 30 -10 32 років. Якщо це так, то через проміжок часу такого порядку протони розпадуться і вся речовина зірок перетвориться на електрони, позитрони та нейтрино.

Залишаться ще потужні темні дірки. Але виявилося, що вони не вічні. Чорні дірки здатні "випаровуватися" завдяки квантовим ефектам. Відповідно до принципу невизначеності поблизу «горизонту» на межі чорної діри можливе виникнення пар частинок, одна з яких залишається під горизонтом, а друга випромінюється, забираючи масу та енергію від чорної діри. Цей процес для масивних чорних дірок дуже повільний (тим повільніше, чим більша маса дірки) і завершення його потребує часу близько 10 100 років. Після цього, крім неймовірно розріджених електронів, позитронів, нейтрино і фотонів, не залишиться нічого.

Що буде, якщо середня щільність перевищує критичну? У цьому випадку розширення зміниться стисненням. Як воно відбуватиметься залежить від того, як довго перед цим триватиме розширення. Якщо щільність лише ненабагато більша критичної в процесі розширення (а реально, якщо вона все-таки більша, то тільки ненабагато), то до моменту початку стиснення Всесвіт складатиметься лише з мертвих зірок, чорних дірок, нейтрино і фотонів. При стисканні енергія фотонів зростатиме (завдяки «фіолетовому зміщенню») причому зростатиме більшою мірою, ніж вона спадала при розширенні. Фотони розігріють та випарують мертві зірки. При збільшенні щільності вся розсіяна речовина поглинатиметься чорними дірками, а наприкінці всі чорні дірки зіллються в одну гігантську. При цьому не тільки вся речовина зіллється і колапсує, але простір згорнеться. Чи може така маса, що колапсує, перейти в сингулярність з нескінченною щільністю і як би вона могла це зробити - невідомо, сучасна наука описати це не може. Правда не виключено, що, перш ніж щільність стане нескінченно великою, якийсь невідомий нам поки що механізм може призвести до так званого «відскоку» Всесвіту, і знову почнеться процес його розширення.

Можливість «відскоку» розглядалася та описувалася теоретиками. Тут можлива циклічність, коли цикли розширення та стискування чергуються. При цьому кожен наступний цикл виявляється приблизно вдвічі тривалішим за попередній. Таким чином, тривалість стадії розширення може стати такою великою, що захопить і етап розпаду протона. Тоді нове стиснення розпочнеться у стані, коли відсутні адрони, а енергія визначається фотонами, що утворилися під час розпаду протонів. У цьому випадку тривалість наступного циклу вже не подвоїться, а подовжиться принаймні 1000 разів. Зрештою черговий цикл практично не відрізнятиметься від нескінченного розширення. Взагалі теоретичний аналіз такого пульсуючого Всесвіту призводить до багатьох цікавих наслідків, але слід пам'ятати, що сам «відскок» залишається гіпотезою.

Подивимося тепер як у всі ці сценарії еволюції Всесвіту вписується еволюція структур і насамперед життя. Динамічний диссипативний характер структур вимагає їхнього існування потоку розсіювання енергії та речовини та відповідних градієнтів концентрації. На початку розширення концентрація енергії та речовини дуже висока, а градієнти малі, що перешкоджає утворенню складних структур. Зменшення концентрацій та посилення неоднорідностей у розподілі цих концентрацій призводить до виникнення все більш складних структур – це ми бачимо навколо себе зараз. Однак, подальше розсіювання речовини та енергії має призвести до зменшення градієнтів та інтенсивності потоків енергії, які виявляться недостатніми для забезпечення складних структур, таких як життя. Очевидно, що в розвитку Всесвіту, що розширюється, повинен існувати якийсь пік структурної складності, після якого вона піде на спад. Чи дістався наш Всесвіт до такого піку, чи максимум ще попереду? Точно сказати не можна, але принаймні ми десь у районі максимуму, який має бути дуже пологим, розтягнутим на десятки мільярдів років.

Треба сказати, що якщо наш Всесвіт не «відкритий» і розширення колись зміниться стисненням, у розвитку його структурованості нічого не зміниться. На стадії розширення так само буде пік максимальної складності структур і потім спрощення. На стадії стиснення нового ускладнення структури не буде - цикл несиметричний. Для виникнення структур потрібна дисипація.

Подивимося тепер, як може виглядати наша власна доля, пов'язана з нашою маленькою планетою. Збільшення чисельності людей, розростання штучного довкілля вже підійшло до своєї межі. Необхідна стабілізація як чисельності населення і рівня споживання різноманітних первинних ресурсів. Причому для багатьох видів ресурсів необхідна не стабілізація, а різке скорочення споживання. Наприклад запасів руд металів цинку, олова, ртуті та свинцю за нинішнього споживання вистачить лише приблизно на 20 років. Інших – більше, але всі так звані непоновлювані ресурсиповинні виснажитися.

Це, власне кажучи, не дуже страшно. Назва «невідновні» умовна. Будь-яка речовина якось змінена або розсіяна може бути знову сконцентрована, очищена і залучена в обіг, тільки в міру виснаження багатих природних концентратів. руд -це вимагатиме все більше витрат енергії. Витрати енергії пов'язані з її розсіюванням, дисипацією. Це той самий загальний закон: виникнення та існування стабільних структур вимагає збільшення розсіювання енергії, зниження її якості - виробництва надмірної ентропії.Потрібний потік енергії нам забезпечує Сонце. Отже можливість ускладнення структури довкілля людини, у принципі, обмежена величиною потоку енергії від Сонця. І саме існування цієї структури можливе лише поки світить Сонце.

Сонце світитиме довго, але не вічно. Воно має згаснути, попередньо роздувшись і без вибуху або з вибухом скинувши значну частину речовини. Якщо припустити, що людство не зникне раніше і досягне величезної технологічної потужності, можна припустити, що воно зможе заздалегідь разом зі своєю планетою (або без неї) перебратися до іншої зірки, і так далі. Однак кожне згасання зірки залишає мертвий залишок, який виключається з подальших перетворень. Кількість газу, з якого можуть утворюватися нові зірки, швидко зменшується, і врешті-решт зірки згаснуть усі. Дуже розвинене людство зможе триматися і тут ще дуже довго, економно спалюючи в термоядерній топці запаси водню великих планет, але врешті-решт і розумне життя і все накопичена в створених структурах інформація зникне разом з нашоїВсесвіту.

Такого висновку призводить сучасний рівень знань. Що буде далі"? «Потім» не буде, бо разом із нашоїВсесвіту помре і нашечас та нашепростір. Але сучасна наука говорить про те, що наш Всесвіт не може бути єдиним. Флуктуації чогось первинного можуть породжувати безліч інших всесвітів, можливо з іншою розмірністю і взагалі з іншими властивостями, в яких теж розвиток може призвести до самопізнання.

Ми дійшли висновку, що все реальне і конкретне навколо нас звичайно в часі та просторі так само, як і кінцеве життя людини. Нескінченність відсунулася в область принципово недосяжного. Зараз ми можемо допустити існування безлічі світів, можливо і нескінченної множини, що виникають і виростають з флуктуацій в деякій первинній сутності як бульбашки в рідині, що піниться. Ці світи незалежні і нездатні обмінюватися інформацією. Ми здатні пізнати наш світ, який має свою специфічну метрику та просторово-часову структуру. Він, очевидно, має «початок» та «кінець». Ми ставимо ці слова в лапки, тому що на початку, принаймні, саме поняття часу ще не існувало. З того моменту, як з'явився час як характеристика нашого світу, він розвивається від народження до смерті як від початкового безструктурного стану до кінцевого і безструктурного через дуже тривалий етап «зрілості», що характеризується виникненням складної структури. Зараз триває процес безперервного ускладнення структури Всесвіту, який, мабуть, триватиме ще багато мільярдів років.

Питання глав 5 і 6.

1. Що ми знаємо про проблему виникненняжиття?

2. Як пов'язана еволюція організмів, видів та біосфери?

3. Причина та механізм еволюції життя за Дарвіном. Проблеми дарвінівської теорії.

4. Як нині “підправлена” дарвінівська теорія?

5. Особливості біосфери як системи. Чим забезпечується її стійкість?

6. Зв'язок еволюції життя із загальною евлюцією нашого Всесвіту. Єдність загальних механізмів.

7. Особливості еволюції людини як біологічного виду та еволюції біосфери після появи людини.

8. Які основні несприятливі результати впливу людини на біосферу?

9. Чим небезпечно створення штучного сприятливого життя людини середовища – інтенсивне сільське господарство, культурні парки, "безвідходна" промисловість із замкнутими циклами, - до чого стираються густонаселені "розвинені" країни?

10. Які можливі варіанти виходу із глобальної екологічної кризи?

11. Чи є життя інших планетах Сонячної Системи?

12. Чи є життя в інших частинах Всесвіту?

13. Яка подальша судбба нашого Всесвіту?

14. Якою може бути подальша доля людства?

Загальний висновок

Ми намалювали сучасну наукову картину світуі показали у найзагальнішому вигляді як вона будувалася людиною. Уявлення про світ загалом, як про впорядковану системіі розуміння свого місця в ній необхідне людині для її існування. Людина почала впорядковувати навколишній світ як тільки усвідомила себе, створюючи систему міфів. Пізніше основою системи світу стала наука.

Наука -сфера людської діяльності, функція якої - вироблення та теоретична систематизація об'єктивних знань про дійсність. Потреба таких систематичних знаннях, в упорядкуваннянавколишнього світу закладено у самій природі людини.

Дві сторони науки – добування фактів, що характеризують навколишній світ та їх систематизація – пов'язані нерозривно. Отримання нових об'єктивних науковихданих за відсутності будь-якої вихідної теоретичної концепції так само неможливо, як і побудова суто умоглядної теорії. З першого погляду видається, що наукова діяльність має починатися з «неупередженого» накопичення фактів, але придивившись уважніше неважко помітити, що це практично неможливе. Відповідь питанням: «з чого слід починати?» настільки ж важкий, як у відповідь питання: «що було раніше: курка чи яйце?».

Наука відповідає питанням: « яквлаштований світ?». Робота науки полягає у пошуках зв'язківміж фактами, у виявленні закономірностейякі дозволяють передбачатинові факти. При цьому наука спирається на певні фундаментальні концепції,які певною мірою перебувають за межами власне науки і відіграють приблизно таку ж роль, як основні постулати в геометрії. Це концепції об'єктивного існування, єдностіі просто тисвіту.

Знання закономірностей дозволяє пояснювати та передбачати нові факти за допомогою логічних висновківПроте логічна екстраполяція закономірності за межі тієї області, в якій вона була встановлена ​​емпірично, рано чи пізно призводить до суперечностей з існуючими фактами. Нові факти який завжди вдається взагалі логічно пов'язати зі старими шляхом простого емпіричного узагальнення у межах існуючого спільного погляду світ. У цьому випадку рух уперед можливий лише за допомогою радикального переглядуосновних положень, включення нових ідей, що народжуються інтуїтивно,на основі підсвідомої обробки всього попереднього досвіду.

Конкретним продуктом науки є послідовність теоретичних моделейприродних процесів та явищ. Модель завжди приблизновідбиває явище, оскільки вичерпно повне знання про об'єкт не можна досягти за кінцевий проміжок часу. Але, незважаючи на це, можлива побудова адекватних,тобто правильно описують всі важливі для нас сторони явища, моделей, що випливає з фундаментальних концепцій.

У побудові картини навколишнього світу беруть участь конкретніші концепції, головні у тому числі це концепції стаціонарностіі нестаціонарності, елемента, континуальнаі корпускулярна, простору, часу, взаємодії.

Простір і час згідно з сучасними уявленнями утворюють єдиний просторово-часовий континуум,властивості якого нерівно пов'язані з властивостями матерії. У той самий час задля опису устрою та еволюції безлічі структур нашого світу зазвичай досить розглядати матерію, розподілену в незалежному від неї просторі, і змінюється незалежно поточному часу.

Зараз можна вважати доведеним, що наш мирнестаціонарнийпроте, при описі великої кількості процесів та явищ успішно використовується концепція стаціонарності, поцеси та явища описуються в рамках стаціонарної моделі.

Концепція континуальнаі корпускулярнастали виглядати по-новому після появи квантової механіки. Основна ідея квантової механіки – просторово-часова дискретністьвсіх властивостей матерії. Але в той же час принцип невизначеності, принципово імовірнісний характер квантових процесів розмазує цю дискретність відповідно до безперервнимрозподілом густини ймовірності прояву тієї чи іншої властивості.

Основні властивості об'єктів макросвіту можуть бути виведені з властивостей елементарних частинок та їх взаємодій на основі корпускулярної концепції, але успішно описуються та аналізуються за допомогою континуальної концепції під час використання усереднених характеристик.

Зв'язки, що виникають в результаті взаємодій, призводять до виникнення структур.Закономірне, впорядковане розташування елементів і тіл у просторі ми називаємо просторовою структурою,упорядкований процес зміни просторової структури у часі може бути названий тимчасовою структурою.У єдиному просторі-часі наш світ утворює просторово-тимчасову структуру

Хоча в основі всіх складних взаємодій лежать лише чотири фундаментальних, використовуючи тількизакони цих фундаментальних взаємодій, неможливо пояснити утворення всіх структур, що спостерігаються. У великих, багаточасткових системах виникають колективні ефекти,що призводять до якісно нових явищ. Вивчення великих систем за допомогою їх узагальнених характеристик займається термодинаміка.Вивчення колективних ефектів та механізму освіти макроструктур- предмет синергетики.

Основними поняттями термодинаміки є енергіяі ентропія.Енергіявизначається як фундаментальне, що зберігається у всіх процесах властивість матерії, кількісно вимірюється величиною механічної роботи, яку вона за певних умов може бути перетворена. Ентропіюможна визначити як міру якостіенергії, що міститься в системі, або міру її реальної здібностізробити роботу без залучення зовнішніх впливів чи міру ймовірності стану системи(Ступені її невпорядкованості).

Через ці поняття формулюються два основні закони або початкутермодинаміки – закон збереження енергіїта закон зростання ентропії. Другий їх свідчить, що у ізольованій системі можуть протікати лише процеси, пов'язані зі збільшенням її ентропії.

Наш Всесвіт загалом є ізольованою системою і тому ентропія її має зростати, що ми й спостерігаємо. Зростання ентропії означає зростання безладдя, згладжування всіх неоднорідностей, градієнтів, зниження якості енергії, зникнення структур. Однак реально ми бачимо, що Всесвіт глибоко структурований, а безпосередньо навколо нас еволюція йде у бік підвищення складності. Така еволюція географічної оболонки Землі та біосфери.

Причина цього в тому, що розширення Всесвіту породжує спрямований потік дисипації,який призводить до катастрофічного зростання окремих флуктуаційта виникнення дисипативних структур.Виникаючі структури пов'язані з надлишковимвиробництвом ентропії, хоча локально і її зменшення. Дисипативні структури є динамічні системи,далекі від рівноваги, що існують завдяки безперервному обміну енергією та речовиною з навколишнім середовищем. На певних етапах вони можуть переходити до метастабільніабо кавзірівноважнісистеми.

З поняттям структуратісно пов'язане поняття стійкість, що означає збереження всіх основних якісних характеристик системи за будь-яких змін керуючих параметрівв межах деякого кінцевого діапазону. Без стійкості втратило б сенс саме поняття Структура.

Еволюція структур відбувається через втрату стійкостішляхом стрибкоподібногопереходу в новий стійкий стан до нової структури. Стрибки при еволюції означають дискретність у часі - неминучий наслідок самої наявності структур - дискретності у просторі.Можна сказати і навпаки, що дискретність у просторі є наслідок дискретності у часі.просторово-часова структурованість - це загальна властивість нашого світу.

Еволюція зараз йде у бік підвищення складності структур, але складніші структури охоплюють дедалі меншу частину матерії. Найпростіші макроструктури – початкові гравітаційні неоднорідності – охоплювали всю речовину; об'єднані в галактики зірки головної послідовності включають лише якісь відсотки всієї маси Всесвіту; виниклі разом із зірками другого покоління планети земної групи становлять лише малу частку відсотка від маси зірок; і, нарешті, найскладніша структура – ​​життя – становить лише тонку плівку лежить на поверхні, мізерну частку відсотка від багатьох планет земної групи. А може бути і не "деяких", а лише однієї, хоча це здається малоймовірним, що суперечить концепції єдності світу. Але доказів зворотного – ширшої поширеності життя у Всесвіті – поки що немає.

Останній структурний стрибок ускладненняпов'язаний з появою розумнийжиття, що усвідомило себе і почало переробляти решту біосфери, перетворюючи її на ноосферу.Цей стрибок ще не завершився. Якою буде ноосфера і чи виникне така стійка структура взагалі наразі невідомо. Головна проблема, що стоїть перед людиною, – це не загинути внаслідок втрати стійкості біосфери та її руйнування через її діяльність, перш ніж виникне нова стійка структура.

Сьогодні ми говоримо про цей, ну як його, Всесвіт. Так вийшло, що якось вона звідкись з'явилася, і ось усі ми тут. Хтось читає цю статтю, хтось готується до іспиту, проклинаючи все на світі... Літаки літають, поїзди ходять, планети крутяться, десь завжди щось відбувається. Людям завжди було цікаво знати одну складну відповідь на просте запитання. Як же все починалося і як ми докотилися до того, що є? Іншими словами - як народився Всесвіт?

Отже, ось вони - різні версії та моделі походження Всесвіту.

Креаціонізм: все створив Господь Бог

Серед усіх теорій про походження Всесвіту цей з'явився найпершим. Дуже хороша та зручна версія, яка, мабуть, матиме актуальність завжди. До речі, багато вчених фізиків, незважаючи на те, що наука і релігія часто видаються протилежними поняттями, вірили в Бога. Наприклад, Альберт Ейнштейн говорив:

«Кожен серйозний дослідник природи повинен бути якимось чином людиною релігійною. Інакше він не здатний уявити, що ті неймовірно тонкі взаємозалежності, які він спостерігає, вигадані не їм. У нескінченному універсумі виявляється діяльність нескінченно досконалого Розуму. Звичайне уявлення про мене, як про атеїста - велика помилка. Якщо ця вистава почерпнута з моїх наукових праць, можу сказати, що мої наукові роботи не зрозумілі»

Теорія великого вибуху

Мабуть, найпоширеніша і найбільш визнана модель походження нашого Всесвіту. Принаймні про неї чув практично кожен. Що говорить нам Великий Вибух? Одного разу, років приблизно 14 мільярдів тому, простору і часу не було, а вся маса всесвіту була зосереджена в крихітній точці з неймовірною щільністю – у сингулярності. Одного разу (якщо так можна сказати - часу не було) сингулярність не витримала через неоднорідності, що виникла в ній, стався так званий Великий Вибух. І з того часу Всесвіт постійно розширюється і остигає.

Модель Всесвіту, що розширюється.

Зараз відомо, що Галактики та інші космічні об'єкти віддаляються один від одного, а значить, Всесвіт розширюється. У 20-му столітті існувало безліч альтернативних теорій походження Всесвіту. Однією з найпопулярніших була модель стаціонарного Всесвіту, яку боровся сам Ейнштейн. Відповідно до цієї моделі, Всесвіт не розширюється, а перебувати в стаціонарному стані завдяки якійсь силі, що її утримує.

Червоне усунення – це спостережуване для далеких джерел зниження частот випромінювання, що пояснюється віддаленням джерел (галактик, квазарів) друг від друга. Цей факт свідчить про те, що Всесвіт розширюється.

Реліктове випромінювання – це ніби відлуння великого вибуху. Раніше Всесвіт був гарячою плазмою, яка поступово остигала. Ще з тих далеких часів у Всесвіті залишилися так звані фотони, що блукають, які утворюють фонове космічне випромінювання. Раніше за більш високих температур Всесвіту дане випромінювання було набагато потужнішим. Зараз його спектр відповідає спектру випромінювання абсолютно твердого тіла з температурою всього 2,7 Кельвін.

Теорія струн

Сучасне вивчення еволюції Всесвіту неможливе без узгодження його з квантовою теорією. Так, наприклад, у рамках теорії струн (теорія струн заснована на гіпотезі про те, що всі елементарні частинки та їх фундаментальні взаємодії виникають у результаті коливань та взаємодій ультрамікроскопічних квантових струн), передбачається модель множинного Всесвіту. Звичайно, там теж був Великий Вибух, але він стався не просто так і з нічого, а, можливо, внаслідок зіткнення нашого Всесвіту з якимось іншим, ще одним Всесвітом.

Власне, крім Великого Вибуху, що породив наш Всесвіт, у множинні Всесвіт відбувається безліч інших Великих Вибухів, що породжують безліч інших Всесвітів, що розвиваються за своїми, відмінними від відомих нам законів фізики.

Швидше за все, ми ніколи не дізнаємося напевно, як, звідки і чому з'явився Всесвіт. Тим не менш, розмірковувати про це можна дуже довго і цікаво, а щоб у Вас було достатньо їжі для роздумів, пропонуємо переглянути захоплююче відео на тему сучасних теорій походження Всесвіту.

Проблеми розвитку Всесвіту надто масштабні. Настільки масштабні, що по суті навіть не є проблемами. Надаємо фізикам-теоретикам ламати над ними голови і перенесемося з глибин Всесвіту на Землю, де на нас, можливо, чекає не розпочатий курсач чи диплом. Якщо це так, ми пропонуємо своє вирішення цього питання. Замовте відмінну роботу, зітхніть спокійно, і будьте в гармонії з собою і Всесвітом.

Завдяки інстинкту виживання людство та наша цивілізація існують уже тисячі років. Хоча протягом кількох останніх десятиліть наукові спільноти все частіше турбуються з приводу можливих глобальних катастроф – подій з високим коефіцієнтом ризику, здатних не лише завдати шкоди планеті, а й знищити на ній життя.

Ера чорних дірок описана в книзі професора Фреда Адамса The Five Ages of the Universe, як століття, в якому організована матерія залишиться тільки у формі чорних дірок. Поступово вони завдяки квантовим процесам радіаційної активності позбавляться поглиненої ними матерії. До кінця згаданої ери залишаться лише низькоенергетичні протони, електрони та нейтрони. Іншими словами, можна попрощатися з нашою красивою блакитною планетою.

На думку багатьох релігійних течій, які висувають різноманітні гіпотези, наближається кінець світу (судний день, друге пришестя Ісуса Христа, пришестя Антихриста). В одному всі згодні: кінець світу настане неминуче. Вчені спростовують більшість гіпотез, але також згодні, що це може статися.

В результаті ще одного сценарію кінця світу придумані людиною нанороботи вийдуть з-під контролю і знищать людство.

Багато вчених стурбовані тим, що надзвичайно потужне гамма-випромінювання сусідніх галактик, внаслідок дуже сильного вибуху, може стати причиною загибелі нашої планети. Ця гіпотеза допомагає пояснити так званий парадокс Фермі, який свідчить, що, крім нас, інших технологічно розвинених цивілізацій у Всесвіті немає, оскільки гамма-промені, можливо, знищили все.

Це спірне питання, але багато хто вважає, що в результаті діяльності людства, що виникло глобальне потепління стане тим фактором, який можна розглядати як причину зміни клімату та загибелі життя на нашій планеті.

Сонце періодично викидає в космос розпечені радіоактивні хмари газу, які загрожують магнітному полю Землі, оскільки є надзвичайно потужними і досягають Землі лише за кілька годин. За словами деяких учених, внаслідок шкоди, яку людина приносить своїй планеті, неконтрольовані коронарні викиди Сонця одного разу знищать планету.

Теорія Великого вибуху – це ще одна сумнівна космологічна гіпотеза, згідно з якою матерія Всесвіту, починаючи від зірок, галактик до атомів та інших частинок, що з'явилися внаслідок цього вибуху, у такий же спосіб і зникнуть у майбутньому.

Великий стиск є ще однією науковою гіпотезою кінця нашого існування. У його результаті Всесвіт стиснеться і вибухне. Великий вибух породив її, а Великий стиск знищить.

"Генетичне забруднення" - сумнівний термін, який використовується для пояснення безконтрольного використання генної інженерії, яка втручається у світ природи. Втручатися в гени небажано, оскільки створивши одного разу нові організми, можна безповоротно завдати шкоди існуючим. Внаслідок спонтанних мутацій можуть з'явитися небажані домінуючі види.

Ще одним ризиком для життя людства можна вважати глобальні епідемії, які зможуть дуже швидко поширюватися повітряно-краплинним шляхом та вбити людей всього за кілька годин до того, як людство знайде ефективні ліки.

Як виглядала б планета, якби людство раптово зникло з лиця землі, як динозаври? До раптового вимирання людства можуть спричинити кілька причин. Наприклад, усі чоловіки стануть геями та припиниться репродукція людства.

Існують два сценарії розвитку майбутнього Всесвіту, і обидва ведуть до її загибелі. Деякі вчені кажуть, що Всесвіт вибухне, а інші замерзне. Так чи інакше, але обидва сценарії абсолютно неоптимістичні.

Дедалі частіше звучить загроза перенаселення планети. Багато експертів стверджують, що до 2050 року це стане найбільшою проблемою для нас. Справа в тому, що людство буде настільки численним, що не вистачатиме різних життєзабезпечених ресурсів, наприклад, води та нафти. В результаті, отримуємо голод, посухи, хвороби та нескінченні війни між країнами.

Надмірне споживання вже у 2015 році вважається одним із ризиків. Оскільки люди споживають набагато більше, ніж природа може регенерувати. Проявами надмірного споживання є величезні вилови риби та надмірне споживання м'яса. Те саме стосується і овочів, і фруктів.

Альберт Ейнштейн був одним з перших, хто пророкував кінець світу в результаті Третьої світової війни. Він казав, що не знає, яку зброю людство використовуватиме під час Третьої, але у Четверту світову війну людство воюватиме камінням та палицями.

Загибель цивілізації – це найреалістичніший сценарій із тих, які прогнозують загибель людства. Прикладом вважатимуться долю цивілізації Майя чи Візантійської імперії. Те саме може статися і з усім людством у майбутньому.

Ядерний голокост і апокаліпсис ставляться до реальних ризиків, які можуть призвести до загибелі людства. Це може статися, оскільки у світі накопичилася величезна кількість ядерної зброї.

Новий світовий порядок може бути встановлений однією з таємних організацій, які існують сьогодні (Ілюмінати, Масони, Сіоністи тощо). Сьогодні вони перебувають під контролем суспільства, але можуть у майбутньому стати більш могутніми та своїми догмами та діями привести людство до рабства та служіння злу.

Суть мальтузіанської катастрофи за Томасом Мальтом, автором «Досвід закону про народонаселення» (1798), в тому, що в майбутньому чисельність населення обжене зростання та можливості аграрного сектору економіки та стабільності. Після чого станеться занепад і зменшення чисельності населення і почнуться лиха.

Ця теорія існує ще з античності і більшість (якщо не всі) бачили незліченні фільми, в яких одним сонячним днем ​​якась інопланетна цивілізація завоює планету і спробує знищити життя на ній. У найближчому майбутньому це не станеться, але можливо станеться колись.

Трансгуманізм – це міжнародне культурне та інтелектуальне протягом кількох останніх років, метою якого є розуміння великої ролі технологій у трансформаціях та покращення якості матеріальної, фізичної та розумової сфер життя людини. Хоча звучить чудово, але внаслідок інформаційної та технологічної революції людство може постраждати.

Фахівці використовують поняття «технологічна сингулярність», описуючи гіпотетичний сценарій, в результаті якого швидкий технологічний прогрес зіграє злий жарт із людством, яке створить штучний інтелект і загине, втративши над клонами та роботами контроль.

Поняття «взаємне гарантоване знищення» стосується глобального використання зброї з метою масових знищень людей та планети. Це реальний сценарій, якщо оцінити сьогоднішню політичну та військову ситуацію у світі.

Ті, хто дивився фільм «Помри, але не зараз», знають, що кінетичне бомбардування зможе знищити життя на планеті. Якщо ви не бачили фільм, тоді уявіть розробку космічної зброї, яка може знищити все, що є на Землі за кілька секунд. Страшно? Страшно. Адже вчені навіть підрахували ймовірність до тисячних відсотків.

Майбутнє Всесвіту - одне з основних питань космології, відповідь на яке залежить, в першу чергу, від таких характеристик і властивостей Всесвіту, як його маса, енергія, середня щільність, а також швидкість розширення.

Що ми знаємо про Всесвіт?

Для початку слід визначити саме поняття «Всесвіт», яке має бути як в астрономії, так і філософії. В області астрономії Всесвіту називають Метагалактикою або просто астрономічного Всесвіту. Однак, з теоретичної точки зору, яка враховується більшістю моделей і сценаріїв розвитку Всесвіту, вона є колосальною системою, що виходить за межі можливого спостереження.

Однією з найважливіших властивостей Всесвіту, яке було відкрито відносно недавно – це практично однорідне та ізотропне розширення, яке також виявилося прискореним. Залежно від тривалості цього розширення історія Всесвіту може прийняти один із двох передбачуваних сценаріїв.

У першому випадку розширення буде продовжуватися до нескінченності, водночас середня щільність речовини у Всесвіті стрімко падатиме, наближаючись до нуля. Коротко кажучи, вся почнеться з розпаду скупчень галактик, а закінчиться поділом протона на кварки.

Другий сценарій враховує постулати загальної теорії відносності (ОТО), яка говорить про те, що при значному зростанні щільності речовини викривляється простір-час. Якщо розширення все ж таки почне сповільнюватися, то найімовірніше в якийсь момент воно обернеться стисненням. Тоді Всесвіт почне стискатися, а середня щільність її речовини – стрімко зростатиме. При такому ході подій, згідно з ОТО, простір-час поступово викривлятиметься до тих пір, поки Всесвіт не замкнеться сам на собі, на зразок поверхні звичайної сфери, але з великою кількістю вимірювань, ніж ми звикли собі уявляти.

Космологічні епохи Всесвіту

У спробах передбачити подальшу долю астрономічного Всесвіту, вчені розділили її існування на такі етапи:

Незважаючи на те, що речовина Всесвіту поступово анігілює, сам простір може еволюціонувати за чотирма гіпотетичними сценаріями:

1. Якщо згодом розширення Всесвіту сповільниться, а потім обернеться в стиск, то кінцевим етапом її життя стане Великий стиск. Внаслідок чого вся речовина колапсує і повернеться у початковий стан – сингулярність.
2. Інший сценарій - середня щільність речовини Всесвіту точно визначена і є такою, що розширення поступово сповільнюється.
3. Найбільш ймовірна, з сучасних результатів спостережень, модель. Має на увазі рівномірне розширення Всесвіту, за інерцією.
4. Стрімке зростання швидкості розширення Всесвіту, яке приведе наш світ до так званого .

З теорії Фрідмана випливає, що можливі різні сценарії еволюції Всесвіту: необмежену розширення, чергування стисків і розширень і навіть тривіальний стаціонарний стан. Який із цих сценаріїв реалізується - залежить від співвідношення між критичною та фактичною щільністю речовини у Всесвіті на кожному етапі еволюції. Для того, щоб оцінити значення цих щільностей, розглянемо спочатку, як астрофізики уявляють структуру Всесвіту.

В даний час вважається, що матерія у Всесвіті існує в трьох формах: звичайна речовина, реліктове випромінювання і так звана темна матерія. Звичайна речовина зосереджена переважно у зірках, яких лише нашій Галактиці налічується близько ста мільярдів. Розмір нашої Галактики становить 15 кілопарсек (1 парсек = 30,8  1012 км). Передбачається, що у Всесвіті існує до мільярда різних галактик, середня відстань між якими має порядок одного мегапарсека. Ці галактики розподілені вкрай нерівномірно, утворюючи скупчення (кластери). Однак, якщо розглядати Всесвіт у дуже великому масштабі, наприклад, «розбиваючи» його на «осередки» з лінійним розміром, що перевищує 300 мегапарсек, то нерівномірність структури Всесвіту вже не спостерігатиметься. Таким чином, у дуже великих масштабах Всесвіт є однорідним та ізотропним. Ось для такого рівномірного розподілу речовини можна розрахувати щільність в, яка становить величину  310 -31 г/см 3 .

Еквівалентна реліктовому випромінюванню щільність  р ?

Спостерігаючи за поведінкою галактик, вчені припустили, що крім «видимої» речовини самих галактик у просторі навколо них існують, мабуть, значні маси речовини, спостерігати які безпосередньо не вдається. Ці «приховані» маси проявляють себе лише тяжінням, що позначається на русі галактик у групах та скупченнях. За цими ознаками оцінюють і пов'язану з цією «темною» матерією щільність  т, яка, за розрахунками, має бути приблизно в ~ 30 разів більша, ніж  ст. Як видно з подальшого, саме «темна» матерія є, зрештою, «відповідальною» за той чи інший «сценарій» еволюції Всесвіту 1 .

Щоб переконатися в цьому, оцінимо критичну щільністьречовини, починаючи з якої "пульсуючий" сценарій еволюції змінюється "монотонним". Таку оцінку, хоч і досить грубу, можна зробити на підставі класичної механіки, без залучення загальної теорії відносності. З сучасної астрофізики нам знадобиться лише закон Хаббла.

Обчислимо енергію деякої галактики, що має масу m, що знаходиться на відстані Lвід "спостерігача" (рис.10.2). Енергія Ецієї галактики складається з кінетичної енергії та потенційної енергії
, яка пов'язана з гравітаційною взаємодією галактики mз речовиною маси M, що знаходяться всередині кулі радіусу L(можна показати, що речовина, що знаходиться поза кулею, не робить вкладу в потенційну енергію). Виразивши масу Mчерез щільність ,
, і з огляду на закон Хаббла, запишемо вираз для енергії галактики:

Мал. 10.2 До розрахунку критичної щільності речовини Всесвіту

У другому випадку ( Е < 0) расширение Вселенной в какой-то момент прекратится и сменится сжатием (модель «замкнутой» Вселенной). Критическое значение плотности соответствует условию Е= 0, тому отримуємо

Підставивши в цей вираз відомі значення Н= 15 ((км/с)/10 6 світлових років) та G= 6,6710 -11 м 3 /кг з 2, отримуємо значення критичної щільності  до  10 -29 г/см 3 . Таким чином, якби Всесвіт складався тільки із звичайної “видимої” речовини із щільністю  в  310 -31 г/см 3 , то її майбутнє було б пов'язане з необмеженим розширенням. Однак, як було сказано вище, наявність «темної» матерії з щільністю  т   може призвести до пульсуючої еволюції Всесвіту, коли період розширення змінюється періодом стиснення (колапсом) (рис.10.3). Щоправда, останнім часом вчені все більше приходять до думки, що щільність усієї матерії у Всесвіті, включаючи і «темну» енергію, точно дорівнює критичній. Чому це так? На це питання відповіді поки що немає.

Мал. 10.3. Розширення та стиск Всесвіту

Фундаментальні константи відіграють важливу роль у побудові масштабів нашого світу. Вони дозволяють дати якусь ієрархічну картину структури Всесвіту. Це можна пояснити графічно уявленнями зміни розмірів тіл та відстаней, а також їх мас (рис. 10.4 та 10.5). Справді, найбільш природними та наочними кваліфікаційними ознаками є розмір об'єкта та його маса. Виділяють

Мікросвіт з характерними розмірами менше ніж 10 -8 м (частки, ядра, атоми, молекули),

Макросвіт (макромолекули, кристали рідини, гази, живі організми, людина, об'єкти техніки, тобто макротіла)

Мегасвіт (планети, зірки, галактики).

Зрозуміло, що межі мікро- та макросвіту рухливі, і не існує окремого мікросвіту та окремого макросвіту. Природно, що макрооб'єкти та мегаоб'єкти, побудовані з мікрооб'єктів та в основі макро- та мегаявлень лежать мікрояви. Це видно на прикладі побудови Всесвіту з взаємодіючих елементарних частинок в рамках космомікрофізики. Насправді ми повинні розуміти, що йдеться лише про різні рівні розгляду речовини. Мікро-, макро- та мегарозміри об'єктів співвідносяться один з одним як макро/мікро ~ мега/макро. У класичній фізиці був відсутній об'єктивний критерій відхилення макро-від мікрооб'єкта. Цю відмінність ввів М. Планк: якщо для об'єкта, що розглядається, мінімальним впливом (квант дії) на нього можна знехтувати, то це макрооб'єкти, якщо не можна - це мікрооб'єкт.

Кварки «є» складовою протонів і нейтронів, потім їх утворюються ядра атомів. Атоми поєднуються в молекули. Якщо рухатися далі за шкалою розмірів тіл, далі йдуть звичайні макротіла, планети та його системи, зоряні скупчення галактик і метагалактик, тобто. можна уявити перехід від мікро-, макро- і мега- як у розмірах, і моделях фізичних процесів. Фундаментальні світові константи визначають масштаби ієрархічної структури матерії нашого світу. Очевидно, що порівняно невелика їх зміна і має призводити до формування якісно іншого світу, в якому стало б неможливим утворення нині існуючих мікро-, макро- та мегаструктур та загалом високоорганізованих форм живої матерії. Наявна «підганяння» світових констант, тобто. певні їх значення та взаємовідносини між ними, по суті, і забезпечує структурну стійкість нашого Всесвіту. Тому проблема, начебто, абстрактних світових констант має глобальне світоглядне значення.

Антропний принцип вимагає також, щоб середня щільність речовини Всесвіту ρ ср була б близька до критичної ρ кр, оскільки при ρ ср<< ρ кр следует, что время существования нашего мира было бы настолько мало, что за это время жизнь не могла бы возникнуть.

Однак сучасна наука не дає однозначної відповіді, яке з цих відносин між ρ кр і ρ ср справедливе, оскільки частина речовини перебуває у «невидимому» стані. Оцінка ж дає близькі значення ρ кр ≈ 10 -29 г/см 3 , ρ ср ≈ 10 -30 г/см 3 , звідки випливає, що вже в рамках ньютонівської механіки слідує можливість нестаціонарного або, як ми вже знаємо, пульсуючого Всесвіту. З таких варіантів еволюції Всесвіту можна зробити такі висновки: з термодинамічних міркувань випливає, що Всесвіт загалом можна розглядати як відкриту систему, в якій відбуваються незворотні та нерівноважні процеси. У всякому разі, ρ ср та ρ кр близькі за своїми значеннями, і, отже, антропний принцип виконується. Зауважимо також, що радіус Rне повинен бути більше критичного R кр = 2Gm/c 2 , оскільки в нашому світорозуміння та визнання ОТО швидкість розбігання Галактик не повинна перевищувати швидкість світла ( ν < з). Показано, що при ρ кр ≈ ρ ср простір може вважатися псевдоевклідовим і кількість просторових вимірів знову ж таки зводиться до трьох. Це взагалі не дивно, оскільки модель розвинена у межах теорії Ньютона. Зауважимо ще один цікавий результат, отриманий у 20-х роках П. Еренфестом (1880-1933):при парному числі просторових координат має існувати замкнутих орбіт планет і неможлива передача інформації шляхом хвиль, що може бути додатковим свідченням на користь тривимірності простору і правильності антропного принципу.