Как устроена Вселенная, сезон 1
О том, как устроена Вселенная, я и раньше достаточно много всего читал и смотрел, и какие-то знания у меня были. Но в данной статье я хочу кратко изложить основные положения, которые довольно длинно и скучно, с большим числом повторов и в сопровождении большого количества красивых картинок излагают в сериале документальных фильмов канала Дискавери, который в переводе на русский язык именно так и называется, как названа эта статья. Посмотреть сериал можно по ссылке [1], которая непосредственно ведет на 1-й сезон из 8 серий, но там есть ссылки и на остальные сезоны со 2-го по 6-й. Интересно, что фильмы размещены непосредственно на сайте, и ссылки на Ютуб нет. Они показываются в каком-то собственном проигрывателе, и скачать фильмы мне не удалось. Очень может быть, что это специально сделано для блокировки копирования фильмов на других сайтах. То есть их можно смотреть только при наличии интернета. Каждый фильм идет примерно 45 минут.
В этой статье я постараюсь кратко сформулировать все основные утверждения, которые сделаны в 8-ми сериях первого сезона. В конце концов картинки, конечно, это здорово, именно из них и получают всю информацию. Но потом делаются выводы, и это именно то, что должно остаться в памяти. Некоторые утверждения много раз повторяются в разных сериях, но я не буду их повторять, так как не собираюсь просто пересказывать содержание фильмов. Мне интересен сухой остаток тех знаний, которые в нем представлены.
Первая серия называется "Большой Взрыв" (Big Bang). В ней утверждается, что Вселенная началась с большого взрыва, который произошел 13.7 миллиардов лет назад. Он представлен как возникновение очень большого количества энергии в одной точке. Раз точка, то сразу возникает вопрос -- где она была. Вопрос незаконный, так как она была всюду. Кроме этой точки ничего больше не было. Поэтому правильнее говорить не о точке, а об очень малых размерах Вселенной, за пределами которой не было ничего, ни пространства, ни времени, а еще точнее, не было Вселенной, а что было и есть мы не знаем. Считается, что Вселенная имела конечный размер, и он был очень мал. А в объеме Вселенной была чистая энергия, которая появилась из ничего.
Вообще-то говорить о том, что Вселенная имела малый размер не вполне правильно, потому что она сразу же начала очень быстро расширяться. За доли секунды она уже имела достаточный размер, и в ней впервые появились какие-то законы. Самым первым законом была конечная скорость света (c) и соответствие энергии (E) массе (m), то есть закон
Вероятно в фильме под чистой энергией понимаются частицы без массы покоя, то есть фотоны. Фильм научно-популярный, и некоторые слова в нем используются для того, чтобы было понятнее людям без образования. Так как фотоны не входят в состав твердых тел, то это как бы и есть чистая энергия. В фильме детали не сообщаются. Правда в последнее время утверждается, что во Вселенной есть так называемая Темная энергия, про которую известно только то, что ничего не известно. Но ведущие говорят не про темную энергию, а про чистую энергию.
Какие частицы образовались раньше других тоже не уточняется. Ясно, что электроны, протоны, атомы водорода, а дальше по списку. Но поначалу список был небольшим, да и частицы были нестабильные, то возникали, что опять исчезали. В фильме обсуждается как вычислили этот возраст, кстати не очень вразумительно. Мол пленку кинофильма назад отмотали и дошли до начала. Отмотать якобы удалось по частоте реликтового излучения. Рассказывается и о БАК (большом адронном коллайдере) на котором как бы моделируют процессы начала Вселенной.
Также говорится о том, что рождалась материя и антиматерия одновременно, но на 100 частиц антиматерии приходилась 101 частица материи. И в конце концов остался этот самый остаток в 0.01 от той материи, что рождалась. Остальное аннигилировалось и антиматерии сейчас во Вселенной нет. Это снова не очень понятно и никак не объясняется почему именно так. Ведь из чистой энергии материя и антиматерия рождаются в равных количествах. Откуда появилась разница? Фильм явно рассчитан на детей или людей неграмотных, не задающих вопросы. Скорее всего, это просто гипотеза типа сказок первобытных людей.
Вторая серия называется "Черные дыры" (Black Holes). Это объекты, плотность которых, а значит и гравитация, настолько высоки, что они притягивают к себе практически всю материю около себя, независимо от ее природы и энергии. В том числе и свет. Свет не может ни выйти из нее, ни отразиться. Он полностью поглощается. Поэтому они черные. Но их можно видеть по тому эффекту, который они производят на окружающее их пространство. Утверждается, что черных дыр во Вселенной очень много, и что они просто необходимы для стабилизации Вселенной и ее современной структуры. Что еще совсем недавно в них никто не верил, а сейчас это чуть ли не самые важные и главные объекты во Вселенной. Поэтому с них и начинается рассказ.
Якобы в центре даже нашей Галактики находится супермощная черная дыра, которая засасывает всю материю внутрь себя, но не так быстро, поэтому нам еще долго ничего не угрожает. Мол черные дыры есть в центрах практически всех галактик, а могут они быть и в других местах. Тут меня удивил парадокс в озвученной информации. С одной стороны, черные дыры все засасывают внутрь себя и ничего не выпускают. Но с другой стороны, бывает так, что черные дыры засосали больше, чем они могут переварить, и тогда из их полюсов вырываются столбы чистой энергии. И это якобы даже наблюдают. Почему это происходит и что означает процесс засасывания материи больше меры и ее обратное выделение в пространство. Если честно, я о таком услышал впервые и не очень понял этот факт. Картинки в фильме показывают красивые, но толком ничего не объясняют.
Тут же излагаются фантазии относительно того, что у черной дыры есть горизонт событий, то есть то место, которое определяет факт полного пропадания объекта в черной дыре. И если объект перешел горизонт, то по эту (нашу) сторону мы объект больше не видим и никогда не увидим. Он попал как бы в потусторонний мир. Но с точки зрения самого объекта якобы ничего не произошло, никакого скачка нет, все процессы идут в обычном режиме. Мир внутри черной дыры является как бы потусторонним миром, другой Вселенной, из которой в нашу Вселенную выхода нет. Как раз поэтому они нарушают все законы физики и до сих пор не очень понятны. Если честно, то это все фантазии человеческой мысли, не более того. Никаких практических фактов нет, а единственным источником информации является решение уравнений общей теории относительности (ОТО).
Третья серия называется "Галактики" (Galaxies). В ней рассказывается о том, что сначала люди думали, что наша галактика "Млечный путь" единственная. Потом обнаружили другие галактики, первым тут был ученый Хаббл, в честь которого назван телескоп на околоземной орбите. Сейчас известно 200 миллиардов галактик. Галактики бывают разные. Например, наша галактика плоская, она имеет ядро и две спирали. Но бывают и эллиптические галактики без спиралей. У галактик бывают разные размеры. Самый главный и новый для нас вопрос был в том, что простые расчеты по уравнениям ОТО не дают устойчивых галактик. Они должны разлетаться. И единственный способ придать галактикам устойчивость -- это допустить существование темной материи. Темная материя добавляет очень много массы в галактики, после чего они становятся устойчивыми и звезды не разлетаются.
Понятно, что раз никто не знает почему галактики устойчивы, то и вопрос о том, как они образовались тоже не имеет точного ответа. Природа темной материи до сих пор четко не ясна. Подозревают, что она состоит из частиц нейтрино, которые практически ни с чем не взаимодействуют и способны преодолевать любые преграды без поглощения. Что очень долгое время охотились, чтобы поймать хотя бы одно столкновение нейтрино с чем-то, и вроде бы недавно это удалось в каких-то бочках глубоко под землей. Утверждается, что галактики необходимы для возникновения жизни, не запомнил почему. Вроде бы все звезды находятся только в галактиках, по другому не бывает.
Четвертая серия называется "Звезды" (Stars). Утверждается, что они образуются из газов и пыли, которые рассеяны во Вселенной. Потихоньку мелкие частицы сталкиваясь приклеиваются одна к другой, образуются частицы более крупного размера, они снова склеиваются. И, наконец, образуется довольно массивный объект. Гравитация пытается его сжать. Но при сжатии резко растет температура в центре объекта, начинаются термоядерные реакции с выделением энергии, которые мешает сжатию. И в результате звезды -- это продукты двух взаимно противоположных процессов: гравитационного сжатия и термоядерного расширения. При равновесии этих двух процессов образуется некая устойчивая структура, которая живет конечное время пока не отработается все ее топливо.
Первым ее топливом является водород, который соединяясь образует гелий. Это и есть термоядерная реакция в современном (земном) смысле. Когда выгорает весь водород, начинаются реакции соединения гелия в улерод, затем углерода в кислород и так далее. Но на железе все заканчивается, потому что реакции с образованием железа выделяют мало энергии. Баланс нарушается и гравитация начинает сжимать звезду. И наступает ее смерть, она взрывается. Правда, бывает по разному. Если звезда очень крупная, а они бывают очень разных размеров, то она взрывается. А если нет, то она остывая почему то становится красной и увеличивается в размерах. Причины этого варианта развития событий я не запомнил, надо еще раз посмотреть фильм.
Пятая серия называется "Сверхновые" (Supernovas). Так называется последний этап жизни некоторых звезд, которые взрываются. Взрывающаяся звезда и называется сверхновой. Она вспыхивает на короткое время с такой яркостью, что ее можно видеть из любой части Вселенной. Когда нарушается описанный выше баланс и звезда сжимается, она очень сильно нагревается. От такого нагрева происходит не сжатие, а наоборот взрыв, внутренность звезды вылетает наружу в виде очень яркой вспышки. Почти вся материя уходит в пространство Вселенной в виде газа частиц.
Польза от вспышек сверхновых в том, что как раз при таких чудовищно высоких температурах и давлениях, какие возникают в процессе взрыва, образуются атомы с тяжелыми ядрами, тяжелее железа. Например, ртуть, золото, серебро, свинец и так далее. Просто так в звезде не возникает условий для создания тяжелых элементов. Все атомы тяжелых элементов, какие есть во Вселенной, появились только при вспышках свехновых звезд. И в этом их польза для жизни на Земле. А также причина наличия в нашей Вселенной тяжелых элементов.
Но при взрыве сверхновой не вся материя вылетает в пустое пространство. Часть ее все же конденсируется в сверхплотное вещество, которое называется белым карликом. Также возникают нейтронные звезды. У этих звезд плотность необычайно высока, но термоядерных реакций не происходит, и они вполне устойчивы при чудовищно высокой плотности. При своих относительно очень малых размерах они имеют массу, сравнимую с массой больших звезд. Кроме того, эти звезды вращаются и из их полюсов выходят лучи света. Частота вращения у них постоянна, в результате для наблюдателя на земле их яркость пульсирует, они так и называются пульсары.
Шестая серия называется "Планеты" (Planets) и она посвящена рассказу о планетах. Планеты образуются из остатков того же газо-пылевого облака, из которого образовалась звезда. Планеты бывают разные. Лучше всего мы знаем о планетах нашего солнца. Но в настоящее время обнаружено уже 420 планет и вокруг других звезд. Наблюдать планеты около других звезд довольно тяжело, так как они светят очень слабо на фоне света от их солнца. Планеты бывают твердотельные и газовые. В нашей солнечной системе имеется 4 твердотельные планеты, они ближе всего к солнцу, и 4 газовые планеты, они намного крупнее и расположены дальше от солнца. Газовые планеты все имеют кольца, но больше всего колец у Сатурна.
Хотя все планеты образуются одинаковым образом, они все же все очень разные. Это особенно заметно по планетам около чужих звезд. Но лучше всего мы знаем как раз планеты нашей солнечной системы. Они образовались из кольца, точнее, диска из газа и пыли, который крутился вокруг солнца. Поэтому они все крутятся в одну сторону и их круглые орбиты лежат в одной плоскости.
В фильме озвучивается версия, что луна образовалась в результате столкновения Земли с каким-то небесным телом. В результате этого столкновения часть вещества земли вылетело на орбиту и потом образовало луну. Но существует много альтернативных теорий, в которых Луна имеет другое происхождение и очень необычные свойства. Вообще, надо сказать, что про планеты в фильме рассказано мало. Например, почему они вращаются все в одной плоскости можно объяснить вращением, но радиусы их орбит находятся в простой закономерности. Об этом ничего не говорится. Говорится только о том, что у больших планет тоже есть спутники. И что уже посылали зонд в атмосферу Юпитера, он сгорел где-то на середине радиуса.
Также подробно рассказывается о том, что некоторые, хотя и далеко не все, планеты имеют магнитное поле. В частности магнитное поле Земли защищает нас от радиации, идущей от солнца, то есть солнечного ветра. Происхождение магнитного поля не до конца понятно. Есть теории, что в центре Земли существует жидкая заряженная материя, которая при вращении и создает магнитное поле. Есть еще теории, что сердцевина Земли состоит из магнитного железа. Наблюдать внутреннее строение Земли намного сложнее, чем внешний космос, и потому тут тоже далеко не все ясно.
Седьмая серия называется "Солнечные системы" (Solar sytems). Фактически эта серия продолжает рассказ о планетах в нашей солнечной системе. Но все же делается попытка сказать, что уже наблюдается много звезд, имеющих планеты, то есть системы типа нашей солнечной системы. Сейчас обнаружено 360 таких звезд. Правда эти солнечные системы очень сильно отличаются от нашей солнечной системы. И сравнивая с другими, можно сказать, то наша солнечная система уникальна и пока чего-либо похожего не наблюдается.
Недавно запустили на космическую орбиту новый телескоп "Кеплер", цель которого как раз наблюдать звезды. Что касается нашей солнечной системы, то она возникла 4.6 миллиарда лет назад и является очень устойчивой в том плане, что планеты крутятся по круговым орбитам на больших расстояниях друг от друга и вероятность столкновения планет ничтожно мала. Однако есть кометы, которые летают по неправильным орбитам и пересекают орбиты планет. И снова удачно то, что Земля находится относительно близко к солнцу, а на внешних орбитах крутятся тяжелые планеты, в частности, Юпитер, который отражает или поглощает большинство комет, летящих к центру солнечной системы и могущих причинить вред Земле.
Именно такое уникальное сочетание планет делает высокой вероятность появления жизни на Земле. Однако в процессе образования планет, на начальной стадии, было очень много мелких небесных тел, которые сталкивались и с Землей, и с другими планетами. Это можно судить по наличию кратеров. В Юпитер до сих пор врезается много разных небесных тел. Еще раз рассказывается о том, как наше Солнце закончит свою жизнь. Вспышки сверхновой не будет, так как звезда маленькая. Будет второй сценарий, по которому солнце станет красным и начнет увеличиваться в размерах пока не достигнет размеров орбиты Земли или еще больших. Потом вещество солнца разлетится в космос, а планеты типа Юпитера останутся. Что касается 4-х твердотельных планет, то солнце их проглотит.
Восьмая серия называется "Спутники" (Moons). Это уже самые мелкие объекты, которые можно не только наблюдать в нашей солнечной системе, но и долететь до них, что уже не раз и делалось. Изучение спутников поставлено на практическую основу. Можно делать снимки, находясь на самих спутниках. Ясно, что пока сделаны только первые шаги, но процесс идет. Наибольший интерес представляют спутники больших планет, в частности Юпитера. У него есть 63 спутника.
Самый близкий спутник Ио наиболее теплый. Он разогревается за счет гравитации как Юпитера, так и других спутников. На его поверхности все время вулканы извергают лаву и потому даже не видно колец от ударов других небесных тел. Следующим спутником по близости является Европа. Он -- наиболее подходящий объект для появления жизни, пусть даже и в другой форме. Остальные спутники находятся далеко и они холодные.
Кольца Сатурна -- это тоже спутники, но необычной формы. Версия возникновения этих колец такая. Когда-то у Сатурна был нормальный спутник. Но в какой-то момент в него врезалась ледяная комета. Она разлетелась на мелкие куски, а сам спутник тоже развалился под действием гравитации. Камни спутника перемешались с льдом кометы и все это выстроилось в организованную последовательность орбит, по которым крутятся кусочки льда и камни. Но реально они все же сталкиваются, поэтому лед остается чистым и сверкает, так как грязь оседающая на поверхности исчезает когда возникают новые грани на отколах после ударов.
Обычно спутники крутятся вокруг планет в том же направлении, что и сами планеты вокруг солнца. Исключением является Тритон, очень большой спутник Нептуна. Он крутится в противоположном направлении. Его размер 2700 км в диаметре, что тоже уникально. Есть гипотеза, что Тритон был планетой, но в какой-то момент был захвачен Нептуном, то есть он не образовался как спутник, а просто попал с область притяжения более крупной планеты. Интересно, что к Сатурну был послан зонд, который сделал фотографию колец со стороны солнца, и на этот снимок попала Земля как очень маленькая точка. То есть существует снимок Земли с очень большого расстояния из космоса.
Снова изложена версия образования Луны. Якобы она образовалась на ранней стадии образования планет, когда другая планета по имени Тейя ударила в Землю под определенным углом примерно 45 градусов. Тейя была поглощена Землей и пропала, а из Земли вырвался достаточно большой объем внешнего материала в виде отдельных обломков, которые были захвачены на орбиту и постепенно образовали Луну. Сейчас Луна находится на расстоянии 360300 км, а первоначально она была гораздо ближе, на расстоянии 24000 км, а Земля вращалась быстрее, делая один оборот за 6 часов.
Но именно влияние Луны замедлило вращение Земли, а сама Луна отдалилась и продолжает отдаляться. То есть Луна возникла в результате случайного соударения, но влияние Луны на процесс возникновения жизни на Земле очень большое. Именно приливы и отливы создавали на Земле ту среду, в которой развивалась жизнь.В конце фильма делается вывод о том, что есть вероятность как раз на спутниках обнаружить какую-либо форму жизни, пусть и не похожую на земную. Изучение спутников научными методами -- вполне реально. Но совсем не так просто, как может показаться.
[1] 
http://aboutspacejornal.net/2016/02/01/discovery-как-устроена-вселенная-сезон-1/
Виктор Кон -- 24-05-2018