Естествознание. Базовый уровень. 10 класс

Расширение Вселенной, начавшееся с сингулярной точки, продолжается и в наше время. Самой интересной его особенностью, является то, что галактики разбегаются не замедленно (что должно было быть, если бы их движение тормозила сила взаимного притяжения), а, наоборот, ускоренно, как если бы их продолжала толкать какая-то сила. Для объяснения этого загадочного факта физикам пришлось ввести понятие «тёмной энергии», которая и расталкивает галактики. Сущность этой энергии остаётся ещё не вполне ясной.

Существуют и другие вопросы, связанные с Большим взрывом, на которые пока нет ответа. Например, почему в результате этого взрыва образовалось вещество, а не антивещество? По всем своим физическим и химическим свойствам оно ничем не отличается от нашего вещества, однако никогда не может вступить с ним в контакт. Если такое произойдёт, то все частицы, соединяясь со своими античастицами, аннигилируют и превратятся в кванты гамма-излучения. Если бы во время Большого взрыва образовались равные количества вещества и антивещества, они бы тут же аннигилировали и никакой Вселенной бы не существовало. Одним из возможных ответов на этот вопрос может быть гипотеза, согласно которой в начальный момент существования Вселенной вещества, так же как и антивещества, было очень много. Но случайно вещества оказалось несколько больше, чем антивещества. Всё антивещество аннигилировало, а то, что осталось от вещества, образует нашу Вселенную.

Ещё одна не вполне решённая проблема заключается в том, что основные физические константы и величины, такие как скорость света, гравитационная постоянная, постоянная Планка, массы электрона и протона, единичный заряд электрона, соотносятся между собой именно таким образом, чтобы Вселенная могла существовать. Если бы существующее соотношение хотя бы немного нарушилось, не могли бы существовать даже химические элементы, а тем более звёзды и галактики[19], и уж совсем невероятным было бы появление жизни и разумного наблюдателя, который мог бы всё это узнать. Почему же образовалось именно такое соотношение величин, а не какое-либо иное? Существующие ответы на этот вопрос можно свести к двум вариантам.

Антропный принцип: сильный или слабый.

Сторонники «теории разумного замысла» утверждают, что вероятность возникновения такого сочетания физических величин слишком мала для того, чтобы его можно было считать случайным, а следовательно, Вселенная была создана сознательно по какому-то первоначальному Замыслу. Такая точка зрения приводит к выдвижению Сильного (или Большого) антропного принципа:

Вселенная должна иметь свойства, позволяющие развиться разумной жизни.

Противники этой теории настаивают на случайности такого набора физических величин и, в частности, утверждают, что наша Вселенная не является единственной. Существуют другие миры, где соотношение этих констант совсем иное, а следовательно, там не существует разумных наблюдателей. Они выдвигают Слабый (Малый) антропный принцип:

во Вселенной встречаются разные значения мировых констант, но наблюдение возможно только в тех из них, где эти значения приводят к появлению наблюдателя.

(Мир, в котором мы живём, – это мир, в котором живём мы). В настоящее время ни одна из этих точек зрения не может быть ни опровергнута, ни доказана научным путём.

Возникновение галактик, Солнечной системы и Земли

Через 1–2 млрд лет после Большого взрыва возникли галактики, а ещё приблизительно через 8 млрд лет появилась Солнечная система, возраст которой, таким образом, насчитывает около 5 млрд лет. Скорее всего, Солнце образовалось благодаря сгущению гигантского облака пыли и газа, так называемой солнечной туманности (рис. 183). Центральная часть туманности образовала Солнце, которое из-за колоссального сжатия, вызванного силой притяжения между частицами, стало уменьшаться в размерах и одновременно сильно нагреваться. Энергия сжатия настолько повысила температуру Солнца, что в нём стали возможны термоядерные реакции, которые, в свою очередь, ещё больше его раскаляли.

Рис. 183. Возникновение Солнечной системы: А – разреженный межзвездный газ стал собираться в облако; Б – вещество уплотнилось и превратилось в кольца, вращающиеся вокруг центра; В – в центре образовался газовый шар, в котором началась термоядерная реакция; Г – из газовых колец возникли планеты