*Волшебница вошла в класс следом за последним учеником, который поспешно побежал на галерку к своим друзьям.*
— Доброе утро, дорогие. Рада видеть всех после каникул веселыми и отдохнувшими. Мы с Кристофом Бьёрном составили для вас очень интересную лекцию. Сразу предупреждаю, что она непростая, так что без конспекта и внимательности вам не обойтись. Увы, профессор прийти не смог, так как читает лекции по волшебным шахматам, поэтому я просто перескажу вам наш диалог.
Темой сегодняшней лекции будет Большой взрыв. Мы с вами уже проходили зарождение нашей галактики, звезд и Солнца. Даже коснулись всех планет нашей Солнечной системы и черных дыр. Пришло время окунуться в мир прошлого, чтобы понять происхождение Вселенной. Именно этому будут посвящены все лекции в текущем учебном году, поэтому настраивайтесь слушать внимательно. Миллионы и миллиарды галактик — их так много, что мы даже не можем представить себе эти цифры. А теперь просто подумайте, что 14 миллиардов лет назад всего этого не существовало. Не было ничего до момента Большого взрыва. В самом начале не существовало ни материи, ни энергии, ни даже пространства. Отсутствовало течение времени, потому что такого явления не было вовсе.
Большой взрыв является источником пространства и времени. Это событие, которое невозможно постигнуть, не имея хорошего научного фундамента. Большой взрыв — это та точка отсчета, после которой началось всё. Интересно, какова будет ваша реакция, если я вам скажу, что Большой взрыв происходит прямо сейчас?
*Чародейка весело улыбнулась, наблюдая за реакцией класса. Кто-то от удивления открыл рот, а кто-то недоверчиво насупился.*
— Надеюсь, вы не подумали, что Вселенная действительно взрывается, как ваши котлы на зельеварении.
Наша звезда, наша планета, наш Хогвартс и даже мы с вами состоим из вещества, которое создавалось в первые секунды Большого взрыва, 14 миллиардов лет назад. Только представьте, насколько вы «стары». Большой взрыв — определяющее событие для нашей Вселенной и всего, что находится в ней, так как всё, абсолютно всё — это его последствия.
Чтобы разгадать секреты Большого взрыва, нам придется покинуть нашу планету, нашу Солнечную систему и даже нашу галактику. Нет, это не будет практикой с трансгрессией на другую планету — наше путешествие будет абсолютно умозрительным. Вы должны покинуть пределы разума и отправить свою фантазию в полет. И надеюсь, сейчас я не похожа на вашего учителя по прорицаниям.
*Ученики засмеялись, а профессор как ни в чем не бывало продолжила свое повествование.*— Парадоксально, но то, что мы видим в данный момент в космосе, — это буквально путешествие в прошлое. Фактически, если мы достигнем края Вселенной, наблюдая за ней с Земли, мы сможем увидеть сам взрыв, который происходил 14 миллиардов лет назад. Если вы смотрите на Солнце, то видите, каким оно было 8 минут назад. И чем дальше находится от нас объект нашего изучения, тем ближе он к Большому взрыву. Почему это происходит? Потому что объект далеко от нас. С более далекими объектами аналогичная ситуация, но там разница вовсе не в 8 минут.
Происхождение Большого взрыва — это самая большая загадка человечества, и с каждым новым открытием вопросов становится всё больше. Некоторые ученые маглы и даже маги считают, что, разгадав событие Большого взрыва, мы сможем понять сам Божий замысел. В XX веке астрономия начала тесно переплетаться с философией. Философы помогают астрономам создавать новые теории. Две из них особенно примечательны. Согласно одной из них, наша Вселенная, возможно, не единственная в своем роде, и наш с вами Большой взрыв не единственный происходит в данный момент. И тогда получается, что Большой взрыв создал только материю на данном участке пространства и точку отсчета времени для него. Или другая теория: наш Большой взрыв — лишь один из целой череды Больших взрывов, которые следуют один за другим. Действительно, если такое событие произошло единожды, почему бы ему не произойти раньше, или позже, или в другом месте?
Но изучением этого заниматься пока что рано. Нужно разобраться с нашим Большим взрывом.
А теперь нам стоит погрузиться в историю возникновения и развития Большого взрыва. — *Некоторые ученики недовольно насупились, но профессор сделала вид, что ничего не заметила.*
— Представьте, что еще меньше сотни лет назад не было никаких знаний о таком событии, как Большой взрыв. И маги, и маглы считали Вселенную статичной и стабильной.
Альберт Эйнштейн в 1917 году ввел космологическую константу, которую он потом назвал самой большой своей ошибкой. Она была введена в уравнение общей теории относительности, которое ошибочно доказывало неизменность Вселенной. В то время свято верили, что Вселенная статична, поэтому предположения ученого по поводу расширения или сжимания Вселенной не прижились бы без весомых доказательств, а вот константу мир воспринял весьма положительно.
Однако в 1929 году астроном
Эдвин Хаббл открыл, что галактики удаляются друг от друга. И это стало переломным моментом в истории астрономии. Что он увидел? Свет, поступающий к нам ото всех галактик, сдвигается к красной части спектра, а это значит, что они отдаляются от нас с огромной скоростью. Более далекие галактики делают это быстрее и выглядят более красными из-за эффекта Доплера.
Огромная скорость движения галактик означала, что Вселенная расширяется, и делает она это с огромной скоростью. А если Вселенная расширяется, то должна была существовать отправная точка для этого. Высчитав скорость, с которой происходит расширение, астрономы вычислили приблизительную дату зарождения нашего мира. Конечно же, точного времени не знает никто, но принято считать, что он зародился порядка 13 700 000 000 лет назад.
Думаю, логично предположить, что если Вселенная расширяется, то был момент, когда она была совсем маленькой. Как раз в 1922 году Фридман высказал предположение, что Вселенная в начале своего зарождения была весьма компактной областью. Ко всему прочему он понимал, что во Вселенной постоянно что-нибудь да взрывается, — так почему бы ей не возникнуть из взрыва? Именно это предположение заронило семена теории Большого взрыва. Но давайте по порядку.
Первый этап. Возникла точка меньше булавочного укола, и начался отсчет времени. Можно сказать, что за секунду зародился проект всего мироздания. Только представьте себе! Эта точка была неимоверно раскаленной, плотной, небольшого размера и массы. Спустя миллионную долю секунды маленькая точка начала активно расширяться и достигла размера грейпфрута.
Второй этап. Существует
«Теория всего сущего», которая предполагает, что в условиях сверхвысоких температур энергии пришли в действие четыре силы природы:
а) гравитация;
б) электромагнитная сила;
в) слабые ядерные силы;
г) сильные ядерные силы.
Благодаря гравитации образовались и образуются звезды и планеты. Она властвует над Луной, приливами и отливами, а также удерживает нас на Земле. С помощью электромагнетизма освещаются города, соединяются магловские телефоны и работают компьютеры. А две ядерные силы, сильная и слабая, связывают частицы, из которых состоят наши тела, и поддерживают пламя нашего Солнца. Мы существуем, потому что в первые секунды Большого взрыва возникли эти четыре силы. Без них Вселенная была бы бесформенным облаком излучения и жизнь никогда бы не зародилась. Эти силы объединились в одну структуру, которую вы можете представить в форме кристалла. Так будет проще для вашего восприятия и легче для запоминания.
Третий этап. Вселенная продолжала расширяться и охлаждаться. Тем временем кристалл дал трещину, так как гравитация отщепилась от общей структуры, а следом и ядерные силы. В итоге представьте частички расколотого кристалла, которые и будут теми силами, которые я озвучила выше. После распада структуры возник период стремительного расширения, взрыва, инфляции. Называйте как угодно. Только представьте себе, что от размера грейпфрута Вселенная увеличилась до размера в миллиард световых лет. Это просто фантастика! За доли секунды гиперрасширение, или так называемая инфляция, разносила семена структур по всей Вселенной. Но на этом этапе был один подэтап. Когда размер Вселенной приблизился к размеру галактики и своим видом она походила скорее на горячий суп, нежели на космос, существующая энергия образовала материю, антиматерию и массивные частицы, которые распадались на более мелкие элементы. И вот тут началась настоящая борьба на смерть. Субатомные частицы начали уничтожать друг друга. Любое соприкосновение материи и антиматерии беспрекословно вызывало взаимоуничтожение, что влекло за собой выброс огромного количества энергии. Думаю, несложно предположить, что если бы изначально было одинаковое количество материи и антиматерии, то они бы уничтожили друг друга. Это привело бы к тому, что во Вселенной остались бы только тепло и излучение. О жизни даже не могло бы быть и речи, как вы уже догадались. Здесь существует несколько точек зрения:
1) Соотношение сил изначально не было равным. Это как рулетка, и нам в ней повезло. Материи было больше, и в результате она победила антиматерию. В итоге из оставшейся материи сформировалась теперешняя Вселенная и мы с вами.
2) А вот второе предположение говорит о том, что антиматерия менее стабильна и распадается быстрее. То есть антиматерия распадалась еще до столкновения с материей, потому и проиграла эту войну.
Сложно сказать, как было на самом деле, но в любом случае произошло что-то из этих двух версий. Как я уже говорила, антиматерия — это зеркальное отображение материи. На данный момент известно, что у каждой материи во Вселенной есть аналог из антиматерии, который образовывался при Большом взрыве. Эти два вещества — смертельные враги и не могут существовать вместе. Любое соприкосновение вызывает взрыв без каких-либо других вариантов.
Борьба вещества и антивещества длилась не больше секунды.
Четвертый этап. После борьбы материи и антиматерии возникла плазма, которая была переполнена субатомными частицами — кварками и глюонами (составляющими материи). Именно из них сформировались протоны и нейтроны. Спустя 100 секунд температура понизилась до миллиарда градусов по Цельсию, что запустило процесс образования атомных ядер из протонов и нейтронов. Через три минуты появились первые элементы — водород, гелий и немного лития. Хотя правильнее это расписать, опять-таки, по этапам:
1) протоны и нейтроны соединяются за счет сильной ядерной силы, образуя ядра дейтерия;
2) процесс ядерного синтеза преобразовывает ядра дейтерия в гелий (за счет высоких температур тоже);
3) через несколько минут примерно четверть водорода преобразовывается в более тяжелые элементы.
Электроны же создавались следующие 350 лет при температуре на 3000 ниже миллиарда градусов по Цельсию. До этого во всей Вселенной был этап, который называют Темным веком. Но после того как электроны сцепились в атомы, они больше не блокировали проход для фотонов (светонесущих частичек), и неожиданно всё упорядочилось. Вселенная в один миг стала прозрачной, и началась светлая эра.
| Вещество | Характеристика |
| кварки | элементарные частицы, из которых состоит материя |
| глюоны | элементарные частицы, из которых состоит материя |
| протоны и нейтроны | тяжелые элементарные частицы, которые сформировались из кварков и глюонов и являются главными составляющими атомных ядер |
| атомное ядро | центральная часть атома |
| атом | наименьшая частица всех химических элементов, из которых мы состоим |
Пятый этап. 200–300 миллионов лет Вселенной
Гравитация соединяет водород и гелий, формируя облачности, которые, сталкиваясь, образуют первые звезды. Но об этом мы уже говорили на предыдущих лекциях, поэтому не будем снова останавливаться на том же. Можете в любой момент открыть конспект и перечитать его.
Шестой этап. 500 миллионов лет Вселенной
Группы звезд и облачности формируют первые галактики. Когда галактики под воздействием силы гравитации сближаются, первые звезды умирают. Это приводит к тому, что высвобождаются разные тяжелые элементы — углерод, азот и кислород (строительные блоки). В конечном итоге эти элементы сливаются, образуя новые звезды.
Седьмой этап. Через 9 миллиардов лет после Большого взрыва в облаке газа галактики Млечного пути формируется наше Солнце. Остатки газа и частицы пыли кружатся и соединяются, формируя планеты нашей Солнечной системы, включая Землю.
*Профессор сделала небольшую паузу, давая ученикам понять, что на этом основные этапы закончились.*
— Что же ждет нас в будущем? Ведь известно, что Вселенная расширяется, и бытует множество мнений о том, что будет дальше. Стивен Хокинг считает, что рано или поздно Вселенная прекратит свое расширение и начнет обратное сжатие, которое приведет к новому Большому взрыву. Другие учение утверждают, что рост рано или поздно приведет к тому, что Вселенная рассыплется и получится что-то вроде жидкого супа с атомами и частицами темной материи. Это произойдет по той причине, что Вселенная разрастется до тех размеров, которые не позволяют всем действующим фундаментальным силам поддерживать дальнейшее существование пространства. Можно провести аналогию с ожерельем, которое вы тянете до тех пор, пока оно не распадается на мелкие составляющие — бусинки. Другие ученые считают, что Вселенная не сожмется обратно в маленький шар и для нее уготовано другое будущее. Какое? Объекты, удаляясь друг от друга, затеряются в бескрайней темноте космоса, и в итоге даже сами вечные звезды погаснут, а всё вокруг попросту замерзнет. Нерадужные перспективы, согласна. Но всё это будет не скоро, так что не забивайте себе голову.
Еще один важный вопрос, который пока остается загадкой, — что дает всем объектам во Вселенной вес? Питер Хиггс предположил, что в первые секунды после Большого взрыва по всей Вселенной распространилось невидимое силовое поле, которое дает частицам массу. Нам остается лишь думать, представлять или верить. Хочу предупредить вас, что эти этапы основаны на научных исследованиях, но упорядочены именно мной и профессором Бьёрном. В любом источнике информации могут быть указаны немного иные данные или же упущены некоторые детали.
*Звон колокола оповестил всех присутствующих о завершении урока, после чего на доске появилось домашнее задание.*
— Лекция сложная, знаю. Но эту тему нельзя рассказать простыми словами, так как наша Вселенная не так проста. Сегодня мы все приблизились к разгадке нашего существования. Нет, скажете вы? Но любая информация, которая базируется на достоверных фактах, делает нас более осознанными и чуточку более вооруженными. Всем хорошего дня! Передайте от меня приветствие мистеру Бьёрну.
