Лоуренс Краусс
Вселенная из ничего
Почему есть нечто, а не ничто
Наиболее популярная обложка
О чём эта книга?
Краусс в своей книге описал новые научные теории и наблюдения, которые демонстрируют, как Вселенная могла спонтанно возникнуть из ничего. Он считает, что это не только правдоподобно, но и неизбежно.
Краусс представляет доказательства того, как возникла и развивалась Вселенная, и теоретизирует ее конечную цель.
Для кого написана эта книга?
Для всех, кто хочет понять истоки Вселенной;
Для всех, кто хочет найти научные контраргументы для объяснения божественного творца (Бога);
Для всех, кто хочет понять, как появилась Вселенная, почему, и что с ней будет дальше;
Для всех, кто хочет понять основные события космологии прошлого века.
Кто автор?
Лоуренс Максвелл Краусс
Лоуренс Максвелл Краусс – американский физик, специалист в области астрофизики и космологии.
Краусс известен своей приверженностью общественному пониманию науки и его вкладом в космологию, в частности, относительно идеи о темной материи и темной энергии.
Он является профессором-основателем Отделения земных и космических исследований и почётный директор проекта «Origins» Университета штата Аризона. Лоуренс Максвелл Краусс является автором более 300 научных публикаций и ряда научно-популярных бестселлеров. Активный участник дискуссии вокруг преподавания эволюции в американских школах.
Лоуренс родился 27 мая 1954 в Нью-Йорке, вырос в Торонто, Канада. Получил диплом бакалавра по математике и физике в Карлетонском университете. В 1982 году получил диплом доктора философии по физике в Массачусетском технологическом институте. В 1982—1985 годах работал в Гарварде, в 1985 году получил в Йельском университете должность ассистент-профессора, а в 1988 – там же должность адъюнкт-профессора.
В 1993 году был назначен на должности профессора физики имени Амброза Суоси, профессора астрономии и главы физического факультета в Западном резервном университете Кейза. На последней должности Краусс находился до 2005 года.
Сайт автора www.krauss.faculty.asu.edu
Теория относительности Эйнштейна связала пространство и время в пространство времени, и показала, что массивные объекты могут искажать его
На протяжении веков, теория гравитации Ньютона служила для объяснения движения всей материи в нашей Вселенной. Но в начале 20-го века, для того, чтобы объяснить загадочное гравитационное поведение очень больших и далеких объектов, Эйнштейн опубликовал свою теорию относительности.
Теория (состоит из теорий специальной и общей относительности) произвела революцию в физике и позволила космологам изучить и понять нашу вселенную в совершенно новых направлениях.
Специальная теория относительности Эйнштейна соответствует теории о структуре пространства времени. Он установил, что пространство и время не являются отдельными сущностями, а взаимосвязаны так, что скорость, с которой проходит время, относится к скорости, с которой движется объект. Теория также показала, что ничто не может двигаться быстрее скорости света.
Специальная теория относительности также продемонстрировала, что материя и энергия взаимозаменяемы. Материя может превращаться в энергию и наоборот, как описано знаменитым уравнением E=mc².
Общая теория относительности – это теория гравитации Эйнштейна, которая показала, что массивные объекты искажают пространство времени. Точно так же, как если кусок мрамора положить на очень тонкий лист резины, она согнется, тяжелые предметы вызывают искажение пространства времени. Чем крупнее объект, тем больше резины (или пространства времени) вокруг него изгибается и тем больше его тянет в окружающие предметы.
Это искривление временного пространства подтверждается явлением, так называемого, гравитационного линзирования: когда свет проходит вблизи массивного объекта, например черной дыры, пространственно-временной «долины», созданный объект может согнуть свет вокруг объекта. Астрономы используют этот метод для изучения звезд и галактик, расположенных позади массивных объектов.
Научные данные подтверждают, что Вселенная расширяется, и это расширение ускоряется
До недавнего времени, Вселенная представлялась как нечто статичное и вечное, с нашей галактикой в ее центре. Это восприятие изменилось, когда физик Джордж Лемэтр показал, что теория Эйнштейна общей теории относительности показала динамичность Вселенной, которая только расширяется.
Эта идея казалась настолько возмутительной, что Эйнштейн сам лихо возразил и сказал: «Ваша математика верна, но ваша физика отвратительна». Как и во всех хороших науках, теория Лемэтра была доказана последующими эмпирическими наблюдениями. Доказательства привел американский астроном Слайфер Весто, наблюдавший исключительно яркие звезды в далеких галактиках, или, точнее, цвет света, который они излучают. Слайфер знал, что световые волны от источника, движущегося от наблюдателя, будут растянуты (эффект Доплера) и, следовательно, будут более красными, потому что красный находится на длинноволновом конце спектра.
Этот же эффект можно наблюдать, когда от вас отъезжает машина скорой помощи: звуковые волны ее сирены растягиваются, что делает их звук менее громким. Путем наблюдения и измерения покраснения («красного смещения») далеких звезд, Слайфер сделать вывод, что большая часть объектов в других галактиках отдаляется от нас, доказывая, что Вселенная действительно расширяется, а теория Лемэтра верна.
Еще один прорыв в понимании природы: это произошло в 1929 году, когда Эдвин Хаббл показал, что чем дальше Галактика находится от нас, тем быстрее она отступает. Это открытие, известное как закон Хаббла, подразумевает, что Вселенная не только равномерно расширяется, но, что расширение ускоряется, и поэтому есть сила, которая его двигает.
Научные данные подтверждают, что Вселенная возникла в результате Большого Взрыва 14 миллиардов лет назад
Открытие того, что Вселенная не статична, а расширяется, подразумевает, что Вселенная возникла в одной точке и в один момент времени в прошлом, в момент так называемого Большого Взрыва.
Научные доказательства – соглашения между теоретическими данными и эмпирическими наблюдениями, поддерживают эту теорию Большого Взрыва.
Одним из источников доказательств является движение галактик. Путем отслеживания их маршрутов и скоростей, мы определяем, что на каком-то этапе все они были в одном положении, т. е. в одном месте и в одно время. Примерно 13.72 миллиардов лет назад вся наблюдаемая Вселенная была сжата в одну точку.
Доказательства также могут быть найдены в атомах, из которых состоит наша Вселенная. В нашей теоретической картине Большого Взрыва, вся материя во Вселенной была сжата в невероятно плотную горячую плазму. Охлаждение Вселенной привело к тому, что протоны и нейтроны в плазме начали формировать ядра атомов. Моделируя эти условия, мы можем предположить, что атомы будут сформированы в процессе.
Оказывается, наши прогнозы на космическую распространенность легких элементов (водорода, гелия и лития) согласованы именно с их наблюдаемыми величинами во Вселенной, и представляют веские доказательства для понимания Большого Взрыва.
От движения звезд и обилия легких элементов, современная наука создает стройную картину мироздания, которая началась в одной горячей точке около 14 млрд. лет назад и расширяется от этой точки до сих пор.
Научное наблюдение подтверждает, что Вселенная плоская, и ее расширение будет постепенно замедляться
Вселенная расширяется, но в то же время гравитация тянет ее обратно. Следовательно, ключевой вопрос, который озадачивает космологов: Будет ли силы гравитации достаточно, чтобы противостоять экспансии в долгосрочной перспективе.
Ответ на этот вопрос диктует форму и судьбу Вселенной: если гравитация сильнее, тогда он будет тянуть Вселенную в Big Crunch (большой треск) (точную противоположность Большого Взрыва). Это подразумевает, так называемую, «закрытую» Вселенную.
Если же сила экспансии больше, это приведет к «открытой Вселенной», которая будет расширяться в бесконечность.
Или, наконец, если силы уравновешивают друг друга, то расширение будет постепенно замедляться, не останавливаясь, подразумевая «плоскую» Вселенную.
Ученые определили, что третий вариант, плоская Вселенная – это правильно, и это означает, что полная энергия Вселенной равна нулю (так как гравитационное притяжение и сила экспансии компенсируют друг друга). Физики давно предполагали, что математически это так, но, как и во всех серьезных науках, требовались наблюдения и доказательства, чтобы увидеть, что предположения верны.
Лучшим доказательством плоскости Вселенной было исследование реликтового излучения (фонового космического излучения – CMBR) в 2003. Фоновое космическое излучение является последствием свечения Большого Взрыва. Распределение этого излучения дает картину очень молодой Вселенной и того, как появились галактики, которые мы видим сегодня.
Результаты этих измерений были сопоставлены с математическими предположениями о том, как должны выглядеть скопления галактик, если бы Вселенная была открытой, замкнутой или плоской. Замеры соответствуют именно плоской модели, показывающей, что расширение Вселенной в конечном итоге замедляется, но не останавливается.
Пустое пространство не является пустым: в нем есть невидимая темная энергия и темная материя
Долгое время космологи верили, что Вселенная состоит из видимой материи, как звезды и планеты. Однако недавнее научное наблюдение показало, что большая часть материи Вселенной находится вне поля зрения, и существует в пустом пространстве (в «ничто»). Физики называют этот феномен темной материей. В дополнение к этой невидимой материи, ученые обнаружили, что пустое пространство имеет и невидимую – «темную» – энергию.
Это открытие было основано на том, что расширение Вселенной ускоряется, и поэтому что-то должно его двигать. Единственным логичным объяснением было то, что пустой космос полон какой-то энергии, которая выступает в качестве тяговой силы. Однако происхождение всей этой темной энергии до сих пор остается загадкой.
Поскольку большая часть энергии Вселенной невидима, кажется, что и большинство материи также невидимо. Измеряя скорость вращения нашей Галактики, космологи поняли, что единственный способ объяснить ее движение – наличие значительно большей массы в нашей галактике, чем объясняемые видимые материи. Далее, ученые хотели выяснить, существует ли темная материя в обширных пустых пространствах между галактиками. Изучив то, как свет изгибается, как он проходит через эти расстояния, они сделали вывод, что что-то оказывает на него давление: темная материя. На самом деле, они обнаружили, что темная материя составляет более 90% массы Вселенной.
Кажется, что мы живем во Вселенной, где доминирует масса и энергия из ничего, которой мы подчиняемся! Еще одним неожиданным следствием этого является то, что во Вселенной просто не хватает протонов и нейтронов, чтобы восполнить это количество темной материи, который означает, что во Вселенной должен существовать новый вид элементарных частиц!
Даже якобы пустое пространство полно спонтанно генерируемых виртуальных частиц, аннигилирующих друг друга
«Ничто» – это на самом деле «нечто». Разработки в области физики элементарных частиц показали, что на чрезвычайно малых субатомных масштабах, которые мы воспринимаем как пустое пространство, на самом деле булькает варево из виртуальных частиц: частиц, которые постоянно появляются и исчезают быстрее, чем мы можем измерить их.
Конец ознакомительного фрагмента.