Всесвіт не закінчить розширюватися ніколи: астрономи - про науку і парадокси неба

1. Просто теорія чи порятунок людства: навіщо потрібна астрономія
2. Розгадки всесвіту: теорія великого вибуху і ймовірність кінця світу
3. Чорні діри, народження нових зірок і життя на інших планетах
4. Досягнення і біль сучасної науки

29 квітня відзначається Міжнародний день астрономії. Кореспондент m24.ru поспілкувався з російськими астрономами, докторами фізико-математичних наук - професором кафедри астрофізики і зоряної астрономії фізфаку МДУ імені Ломоносова Анатолієм засув і головним науковим співробітником відділу вивчення Галактики і змінних зірок Державного астрономічного інституту імені Штернберга Юрієм Єфремовим, які розповіли про стан сучасної астрономії і загадках Всесвіту.

Про те, чому вивчення зоряного неба необхідно для людства, що чекає Всесвіт в майбутньому, наскільки виправдана теорія Великого вибуху, чи можливе життя на інших планетах і настане кінець світу з астрономічної точки зору, читайте в цьому матеріалі.

Фото: ТАСС / Сергій Метелиця

Просто теорія чи порятунок людства: навіщо потрібна астрономія

Комусь може здатися, що зірки - це занадто далеко, а астрономія може принести користь лише в теоретичному плані. Деякі навіть відносять астрономію до чогось міфічного, плутаючи її з астрологією, яка вже давно визнана лженаукою. Вчені розвіяли цей міф, пояснивши m24.ru, чому астрономія дійсно потрібна людству і як ця наука знаходить застосування в реальному житті.

- Які головні завдання ставить перед собою астрономія сьогодні?

Професор Юрій Єфремов: Питання важке, оскільки в найбільших масштабах проблеми астрономії плавно переходять в найважливіші завдання фізики і науки в цілому. Найбільше досягнення астрофізики - спостереження гравітаційних хвиль , Що виникли при злитті двох чорних дір в лютому 2016 року. Це сталося майже відразу після запуску вдосконаленого лазерного інтерферометра (вимірювального приладу, в основі роботи якого лежить явище інтерференції (накладення хвиль, при якому відбувається їх взаємне посилення в одних точках простору і ослаблення - в інших) - m24.ru) в США. Це явище Альберт Ейнштейн передбачив ще понад сто років тому! Така перемога важлива в тому числі для астрономії, незважаючи на те, що в існуванні чорних дір , По суті є підсумковим станом життєвого циклу масивних зірок, вже ніхто не сумнівається.

Альберт Ейнштейн вважав, що гравітаційна хвиля - це обурення простору-часу, що створюється будь матерією, що рухається з прискоренням. Так звана брижі простору-часу від зіткнення двох чорних дір була зафіксована співробітниками Массачусетського і Каліфорнійського технологічних інститутів, що підтвердило доводи Ейнштейна. За словами директора обсерваторії LIGO Девіда Рітце, це відкриття можна порівняти з винаходом телескопа, зробленим Галілеєм більше 400 років тому.

Відповідно до теорії відносності, через випромінювання гравітаційних хвиль дві чорні діри, обертаючись навколо одна одної, втрачають енергію. В результаті вони починають повільно зближуватися до тих пір, поки не відбудеться зіткнення, після якого дві чорні діри перетворяться в одну "чорну зірку", що в підсумку призводить до випромінювання гравітаційних хвиль.

Фото: ТАСС / NASA / Zuma

Професор Анатолій Засов: Фундаментальних питань досить багато. В першу чергу, це формування зірок і планетних систем, освіту і еволюція галактик, а також активні процеси, що відбуваються на зірках: зокрема, механізми зіркових і сонячних спалахів або процеси, що призводять до вибуху зірок.

Не менш актуальне завдання - проблема темної матерії, яка існує, але ніхто поки не знає, з чого вона складається. І, звичайно, фізичні процеси, пов'язані з гігантським виділенням енергії надновими зірками, джерелами гамма-сплесків, активними ядрами галактик і іншими аспектами. Інформації з спостережень зараз отримано багато, але чим більше ми заглиблюємося в ту чи іншу проблему, тим більше питань виникає. Перерахованими питаннями, як і іншими, тут не згаданими, зараз активно займаються, щоб домогтися більшої ясності в розумінні того, як влаштований світ.

- Як відбуваються в космосі процеси впливають на жителів Землі?

Анатолій Засов: Дивлячись про яких процесах ми говоримо. наприклад, спалахи на Сонці впливають на земну атмосферу і опосередковано - на живі організми. Існує наукова дисципліна, яка так і називається - "сонячно-земні зв'язки". У підмосковному Троїцьку є центр космічної погоди, де роблять конкретні прогнози щодо очікуваних спалахів на Сонці та їх наслідків. Сильні спалахи можуть нашкодити не тільки людям на Землі, а й космічним апаратам, як і самим космонавтам, які не захищені земною атмосферою під час перебування в космосі.

Юрій Єфремов: Якщо говорити про вплив небесних тіл на Землю, то перш за все воно йде від самого Сонця. Потужний спалах на його поверхні призводить до збурення магнітного поля Землі, що позначається на радіозв'язку і системах навігації. Подібний спалах - найпотужніша за всю історію спостережень геомагнітна буря - була помічена ще в XIX столітті англійським астрономом Річардом Керрінгтона.

- Чи впливають інші галактики на розвиток нашої, і як це проявляється?

Юрій Єфремов: Ні, інші галактики дуже далекі. На Чумацький шлях не можуть вплинути і спалахи наднових зірок, що знаходяться в інших галактиках. Однак такі спалахи в нашій Галактиці, що відбуваються поблизу Сонячної системи, можуть надати згубний вплив на земне життя. Поки таких спалахів зафіксовано не було, однак кандидати в близькі наднові зірки, здатні спалахнути в кінці своєї еволюції, все-таки існують.

- Яке практичне застосування знаходить астрономія в реальному житті?

Анатолій Засов: Людина повинна розуміти природу тих об'єктів і явищ, які його оточують. Історично ж астрономія зіграла колосальну роль у розвитку цивілізації, зокрема в розробці методів навігації по зірках і в формуванні систем відліку часу, календарних систем. Сьогодні астрономія також задіяна в роботі систем навігації, яка вже працює за допомогою навігаційних супутників. Крім того, астрономічні дані допомагають в попередженні астероїдної небезпеки.

запобігти зіткненню астероїдів з Землею поки навряд чи представляється можливим, але відстежити потенційно небезпечні об'єкти, передбачити розвиток подій і вжити якихось заходів ми можемо. Цілком ймовірно, що через десятиліття ми навчимося відводити такі небезпечні об'єкти від Землі - це теж одна з прикладних задач, що вирішуються з використанням астрономії.

- Чи варто готуватися до можливих зіткнень астероїдів із Землею вже зараз?

Анатолій Засов: Локально-небезпечні зіткнення відбуваються приблизно раз в сто-двісті років, так що їх ймовірність досить мала. Набагато більшу небезпеку люди піддають себе, коли ходять по вулицях із жвавим автомобільним рухом. Глобальні катастрофи відбуваються раз в десятки мільйонів років. Принаймні, найближчим часом глобальних катастроф не передбачається.

Розгадки всесвіту: теорія великого вибуху і ймовірність кінця світу

Фото: AP / Paul White

Чим більше вчені займаються дослідженням космосу, тим більше нових питань виникає в науці. Вважається, що Всесвіт виник близько 14 мільярдів років тому і з тих пір продовжує безперервно розширюватися. Разом з тим фахівці стверджують, що рано чи пізно в світі настане глобальна темрява, оскільки існуючі зараз зірки в кінцевому підсумку закінчать свій життєвий шлях, при цьому нові - чи не виникнуть. Подробиці про те, наскільки виправдана теорія Великого вибуху і чи можливий кінець світу з астрономічної точки зору, m24.ru розповів професор Анатолій Засов.

- Наскільки виправдана теорія Великого вибуху?

- Те, що Всесвіт розширюється, можна вважати доведеним фактом. Розширення Всесвіту було передбачене ще до свого відкриття. Воно випливає з простих принципів: якщо матерія і сила тяжіння (що залежить від маси, але не залежить від інших властивостей речовини) між усіма її елементами існує, то можна показати, що безмежна статична Всесвіт нестійка - вона повинна або розширюватися, або стискатися. Розширення простору - це область досліджень, яка дуже швидко розвивається. За останні пару десятків років було отримано кілька додаткових переконливих наукових аргументів на користь розширення, крім тих даних, на підставі яких це розширення було відкрито.

- До яких меж Всесвіт продовжить розширюватися?

- Ще давно були запропоновані різні наукові моделі, що дозволяють передбачити, яким в принципі може бути характер розширення Всесвіту: або розширення зміниться стисканням, або воно буде вічним. При цьому у Всесвіті немає і не буде меж. Аналізуючи нові дані спостережень, отриманих за допомогою великих телескопів, вчені зійшлися в думці, що розширення Всесвіту не закінчиться ніколи. Середня щільність Всесвіту буде падати, прагнучи до нуля, і рано чи пізно вона фактично зникне. Однак дуже ймовірно, що де-небудь народжуються і інші всесвіти, причому вони не обов'язково повинні бути копією нашої - паралельна всесвіт може мати зовсім іншими размерностями простору і часу! Існує навіть спеціальний термін - multiverse (з англійської - Мультивсесвіт - m24.ru), що позначає цю множинність світів.

- На якій стадії розширення Всесвіту знаходиться зараз?

- На стадії прискорення цього процесу. Темпи розширення Всесвіту повільно, але вірно прискорюються. Є різні варіанти розвитку характеру розширення в дуже далекому майбутньому, через десятки мільярдів років - поки не можна зробити якісь певні висновки на настільки далекий період. Однак сам факт розширення і поступового зменшення щільності Всесвіту говорить про те, що в навколишньому світі відбуваються незворотні зміни, і рано чи пізно існуючі зараз зірки закінчать свій життєвий шлях, при цьому нові не виникнуть - настане темрява.

- Тобто Всесвіт буде розширюватися безкінечно, при цьому рано чи пізно може настати світова темрява? Як таке можливо?

- Якщо Всесвіт буде нескінченно розширюватися і зменшувати свою щільність, з часом новим зіркам буде просто нема з чого утворюватися. Рано чи пізно всі зірки пройдуть свій життєвий цикл і затухнуть. Старіння зоряних систем спостерігається вже зараз. Ці незворотні зміни помітні, якщо порівняти з зоряного складу дуже далекі від нас галактики з тими, що розташовані відносно близько. Світ еволюціонує так, що поступово зменшується число молодих зірок, галактики старіють. Хоча поки не померла жодна галактика - їх вік ще не настільки великий. Тому говорити про те, що світіння зірок практично зникне, можна тільки в контексті гігантських проміжків часу, що обчислюються сотнями мільярдів років.

- Чи означає це, що кінець світу неминучий?

- В якомусь сенсі - так, тільки це станеться через величезний проміжок часу, і не миттєво. Це буде дуже повільне згасання всіх природних процесів. При цьому сама матерія все одно нікуди не дінеться - вона залишиться, просто її середня щільність і температура буде прагнути до нуля.

- Чи впливає розширення Всесвіту на нашу Сонячну систему?

- Сонячна система, як і вся наша Галактика, не приймає участі в розширенні Всесвіту. Розширення - це збільшення відстані між тілами, які гравітаційно не пов'язані один з одним. Кожна галактика живе своїм життям і не реагує на розширення простору.

Чорні діри, народження нових зірок і життя на інших планетах

Фото: YAY / ТАСС

У Всесвіті криється безліч загадок, включаючи природу чорних дір, виникнення нових небесних об'єктів і ймовірність наявності життя на інших планетах. Детальніше розкажуть самі астрономи:

- Чи дійсно існують інші планети , на яких можливе життя ?

Юрій Єфремов: Однією з найважливіших завдань астрономії залишаються пошуки життя на планетах, що обертаються навколо інших зірок, - на цей момент знайдено близько чотирьох тисяч планет , Розташованих за межами Сонячної системи. Відносно недавно на одній з них виявили умови, які підходять для життя земного типу - мова йде про планету біля найближчої до Сонячної системи зірки Проксима Центавра . При цьому ніяких ознак життя на ній поки що не виявили. Ця загадка залишається з нами до цього дня.

Анатолій Засов: Сьогодні відомо всього кілька планет, які, виходячи з їх параметрів і одержуваної від найближчої зірки енергії, дозволяють припустити, що вони схожі на Землю і на їх поверхні є рідка вода. Вважається, що це обов'язкова умова для появи на планеті життя, хоча гарантій для її виникнення вода не дає.

- Як виявляють виникнення нових зірок?

Анатолій Засов: Чи не нових, а молодих. Новими зірками називають ті, які можуть з'явитися на небі за кілька днів, а потім згаснути. Якщо мова йде про молодих зірках, то вони мають певні характеристики. Тільки серед них зустрічаються зірки, значно потужніші, ніж наше Сонце. Вони завжди спостерігаються в тих областях, де відбувається процес зореутворення. Зірки не виникають поодинці - вони народжуються групами, і місця їх народження завжди пов'язані з холодної газової матерією. Найбільш масивні зірки змушують навколишній їхній газ світитися. Вчені бачать області, де концентрується світиться газ, і розуміють, що тут відбувається формування зірок.

- Чому вивчення наднових зірок так важливо для науки?

Анатолій Засов: наднові зірки грають колосально важливу роль в природі. Це постачальники важких елементів, таких як залізо, яке відповідає в тому числі за червоний колір людської крові. Вивчення цих зіркових вибухів важливо для дослідження еволюції навколишнього світу. Однак тут важливо розуміти, що спеціальної мети дізнатися, як поведінка зірок може позначитися на людях, в процесі дослідження астрономічних об'єктів не ставиться. Ми просто вивчаємо, що відбувається в навколишньому світі. При цьому в майбутньому може виявитися, що ці знання зможуть попередити людство від можливої ​​небезпеки. В цілому ж астрономічні дослідження проводяться незалежно від можливості практичного застосування отриманих результатів.

Посилання по темі

- Що приховують чорні діри і що б сталося з людиною, якби він потрапив туди - чисто теоретично?

Анатолій Засов: Чорні діри нічого не приховують. Вони не мають ні кольору, ні запаху, ні поверхні, і відрізняються один від одного тільки масою і моментом обертання. Вони не випускають світло, тому й не видно. Якби людина наблизився до чорної діри зоряної маси, його б просто розірвало на частини. Сьогодні вже є надійна інформація, що підтверджує наявність дуже масивних чорних дір у ядрах галактик. Чорні діри можуть утворюватися і при стисканні масивних зірок, вірніше їх центральних ядер.

Існування чорних дір доведено, я б сказав, на 99 відсотків. Однак один відсоток невизначеності поки залишається, оскільки існують деякі модифікації теорії гравітації, що допускають сильніше стиснення речовини без деяких так званих дивацтв теорії відносності Ейнштейна, до яких в тому числі відносять зміна властивостей простору і часу. Наприклад, вважається, що у чорної діри немає поверхні, в той час як деякі теорії існування цієї поверхні допускають. Тому стовідсоткового розуміння того, що собою являє дана область простору-часу, немає. Разом з тим малоймовірно, що ми помиляємося в загальному уявленні про те, що таке чорна діра.

Досягнення і біль сучасної науки

Кадр із серіалу "Теорія Великого вибуху"

Наука не стоїть на місці, в тому числі і астрономія. Однак свої складності в розвитку вітчизняної науки теж є. Подробицями про еволюцію астрономії, призначення коллайдеров і можливості сучасних телескопів з m24.ru поділилися вчені.

- Як еволюціонувала астрономія за останні кілька десятків років?

Анатолій Засов: Дуже сильно. В першу чергу, удосконалилася методика спостережень і обробки, з'явилися нові телескопи, про які раніше не могли і мріяти, космічні станції і обсерваторії, яких раніше не було. З'явилися регулярно оглядають небо телескопи-роботи, такі як російські телескопи системи МАЙСТЕР (Мобільна астрономічна система телескопів-роботів, створена вченими Московського університету - m24.ru). Я вже не кажу про комп'ютери, здатних моделювати найскладніші небесні явища, не вдаючись до мови формул. Вчені добилися великих успіхів у всіх напрямках - починаючи від дослідження тіл Сонячної системи і закінчуючи далекими галактиками.

Робота коллайдеров

Фото: ТАСС / Павло Комаров

- Яких наукових результатів допоміг досягти запуск Великого адронного коллайдера?

- Запуск БАК допоміг насамперед перевірити, чи правильно ми розуміємо фізику елементарних частинок, і відкрити нові, в тому числі заздалегідь передбачені частки. За допомогою коллайдера була виявлена ​​така частка як бозон Хіггса, яка відіграє дуже важливу роль у фізиці елементарних частинок. Але деякі передбачені раніше частки, як виявилося, не існує.

- Для чого призначений розташований в підмосковній Дубні російський коллайдер NICA ?

- Це міжнародний проект, перед яким стоять вже трохи інші завдання. Одна з його цілей - дістатися до особливого стану речовини, відомого поки тільки теоретично. Йдеться про кварк-глюонної плазми, що не спостерігається в звичайних умовах і складається з частинок, які ще на початку Великого вибуху утворили протони і нейтрони. Передбачається, що саме з цього стану плазми почався розвиток нашого Всесвіту. Коллайдер в Дубні буде розганяти до близькосвітлових швидкостей і зіштовхувати між собою атоми важких елементів. Оригінальність конструкції і постановки завдань дозволить цього прискорювача зайняти свою нішу в дослідженні мікросвіту.

- Як ви оцінюєте майбутнє вітчизняної астрономії в контексті світової науки?

Юрій Єфремов: Я вважаю, що, на жаль, майбутнє астрономії в Росії плачевно, як і всієї фундаментальної науки. Багато представників оборонної галузі впевнені, що вітчизняна наука зробила свою справу, давши нашій країні ядерні бомби і ракети. Але ця думка помилкова.

Астрономія на Заході розвивається дуже швидко, однак в Росії ця сфера поки знаходиться в квазістабільності стані - ми відстали від зарубіжних колег приблизно на 20-30 років. Ейнштейн свого часу зазначив, що "інтелектуальні знаряддя, без яких не було б можливо розвиток сучасної техніки, прийшли в основному від спостережень зірок". Нам загрожує перетворення на країну третього світу, якщо в нашій країні збережеться нинішнє ставлення до науки, вченим і, зокрема, до астрономії.

- Як сьогодні працюють з астрономічними даними? Наскільки далеко технології зайшли в цьому напрямі?

Юрій Єфремов: Масиви астрономічних даних величезні, і без сучасної комп'ютерної техніки їх не можна було б не отримати, ні зберегти, ні усвідомити. Зараз в світі працюють близько 30 телескопів, що перевершують за розміром дзеркал наш БТА (Великий телескоп азимутальний) -
найбільший в Євразії оптичний телескоп, діаметр головного монолітного дзеркала якого становить 6 метрів. Цей вітчизняний телескоп близько 20 років залишався найбільшим в світі. Однак сучасні технології зробили великий крок вперед.

Фото: ТАСС / Станіслав Красильников

- Наскільки далеко можна заглянути в космос за допомогою телескопів?

Анатолій Засов: Сучасні телескопи не розраховані на те, щоб в них просто дивилися, - зображення фіксується напівпровідниковими детекторами, схожими на ті, що працюють в цифрових фотоапаратах. Найвіддаленіші об'єкти, які можна відшукати на небі за допомогою телескопа і отримати їх спектри, віддалені від нас настільки, що світла потрібно більше 13 мільярдів років при швидкості 300 тисяч кілометрів на секунду, щоб дійти до нас.

- Чи потрібно вивчати астрономію в школі ?

Анатолій Засов: Астрономія в школі, безумовно, потрібна. Я працюю зі студентами і бачу, наскільки сильно впав рівень шкільної підготовки з астрономії, як і з інших дисциплін. На жаль, тільки дуже невеликий відсоток випускників шкіл мають правильне уявлення про навколишній астрономічному світі. Треба пам'ятати, що наша країна відкрила людству дорогу в космос, - і це виграшний момент для вивчення даної науки. Інша справа, що астрономія - досить складний предмет для шкільних вчителів і лише деякі педагоги можуть зробити його інформативним, глибоко науковим і захоплюючим. Тому я вважаю, що повноцінне введення цього предмета повинно починатися з педагогічної освіти в вузах і підготовки нового покоління вчителів астрономії та фізики.

Маргарита Маслова