Сами ли сме във Вселената? Безкрайна ли е Вселената? Нека да разгледаме най-важните мистерии на космоса, на които науката не е получила ясен отговор, поне в момента.
Космосът е очаровал човечеството от древни времена. Небето, пълно със звезди, планети, комети и други явления, буди любопитството и възхищението ни. Ние също се интересуваме от мистериите на нашия произход и съществуване, черните дупки и тъмната материя. В същото време Вселената крие много мистерии, за които нямаме отговор. Предлагам да се запознаете с някои от тези мистерии.
Също интересно: Тераформиране на Марс: Може ли Червената планета да се превърне в нова Земя?
Сами ли сме във Вселената?
Това е един от най-древните и фундаментални въпроси на човешкото съществуване. Има ли живот извън Земята? Тези форми на живот интелигентни ли са и можем ли да общуваме с тях? Как изглежда животът и как се развива извън нашата планета? Какви са шансовете за среща с други цивилизации? Нямаме отговори на тези въпроси, въпреки че има различни хипотези и изследователски проекти. Например на базата на уравнението на Дрейк учените се опитват да определят броя на потенциалните цивилизации в нашата галактика и програмата SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) търси радиосигнали от космоса. Досега обаче не сме открили доказателства за живот извън нашата планета. Въпреки че това може да означава, че е много рядко или много трудно за откриване.
Един от аргументите в полза на съществуването на живот във Вселената е нейният огромен размер и разнообразие. Според настоящите оценки нашата галактика съдържа около 100 милиарда звезди, а цялата вселена, която можем да наблюдаваме в момента, има около 100 милиарда галактики. Учените прогнозират, че най-малко 10 милиарда планети в Млечния път са с размерите на Земята и са в обитаемата зона на тяхната звезда. Тоест на разстояние, което позволява на водата да съществува на повърхността в течно състояние. Някои от тези планети може да имат условия, подобни на нашите, или да са напълно различни, но все пак благоприятни за живот. Възможно е също извънземен живот да издържи на условия, които са неблагоприятни за нас или напълно различни от земните.
Друг аргумент за съществуването на живот във Вселената е неговата изключителна способност да се адаптира и да се развива. Учените смятат, че животът се е появил на Земята преди около 3,5 милиарда години и оттогава се е развил по удивителен начин, създавайки милиони видове растения и животни с всякакви форми, размери и способности. Животът на Земята е преживял много катаклизми и климатични промени, адаптирайки се към новите условия. Това се случва дори сега в такива екстремни среди като горещи извори, дълбоки океански басейни или арктически ледници. Ако животът на Земята е толкова гъвкав и издръжлив, защо да не бъде същият и другаде?
Прочетете също: Наблюдение на Червената планета: История на марсианските илюзии
Какво се случи преди Големия взрив?
Според доминиращата в момента космологична теория Вселената се е образувала преди около 14 милиарда години в резултат на Големия взрив. Беше момент, когато цялата материя и енергия бяха концентрирани в безкрайно малка точка с безкрайна плътност и температура. В резултат на експлозията започва бързото разширяване и охлаждане на Вселената, което продължава и до днес. Но какво се е случило преди Големия взрив? Съществувала ли е друга вселена? Беше ли Големият взрив уникално събитие или част от цикъл? Нямаме отговори на тези въпроси, защото класическата физика не може да опише състоянието на Вселената преди Големия взрив. Съществуват обаче различни хипотези, които се основават на квантовите теории.
Една от тях е така наречената хипотеза за начална сингулярност. Предполага се, че преди Големия взрив не е имало нищо - нито време, нито пространство, нито материя. Всичко това се е образувало само в момента на експлозия от точка с нулев размер и безкрайна плътност.
Друга хипотеза е така наречената вечна инфлация. Предполага се, че преди Големия взрив е имало квантово поле с много висока енергия, което се е разширявало с нарастваща скорост. Това поле беше нестабилно и податливо на квантови флуктуации. На различни места в полето преходите към по-нискоенергийно състояние се случваха хаотично, създавайки мехурчета от пространство със свои собствени закони на физиката. Всеки такъв балон може да се превърне в началото на друга вселена. Нашата вселена би била един такъв балон, образувал се преди около 14 милиарда години.
Друго предположение е така наречената хипотеза за голям отскок. Предполага се, че преди Големия взрив е имало друга вселена, която се е свила и е достигнала минималния си размер. След това имаше отскок и започна нова фаза на разширяване и такива цикли на свиване и разширяване на Вселената могат да се повтарят безкрайно дълго. Тази хипотеза се основава на теорията за примковата квантова гравитация, която се опитва да съгласува квантовата механика с общата теория на относителността на Айнщайн.
Както можете да видите, въпросът какво се е случило преди Големия взрив няма прост отговор. Може никога да не разберем или може да се наложи да променим представите си за времето и пространството, за да намерим отговора. Въпреки че човечеството вече е доказало, че може да изненадва.
Прочетете също: Пилотирани космически мисии: Защо завръщането на Земята все още е проблем?
Как се е зародил животът?
Животът е едно от най-големите чудеса на Вселената. Организмите, способни на растеж, размножаване, адаптация и еволюция, са възникнали от неживата материя. Но как стана? Как са възникнали първите клетки от прости органични молекули и как всички форми на живот на Земята са еволюирали от тях? Все още нямаме окончателни отговори на тези въпроси, въпреки че има различни теории и хипотези за произхода на живота. Някои от тях се основават на експерименти и наблюдения, други - на измислици и предположения.
Една от теориите е така наречената хипотеза за първичния бульон. Предполага се, че животът е възникнал в океаните на ранната Земя, където е имало прости органични молекули като аминокиселини, полипептиди, азотни основи и нуклеотиди. Тези съединения могат да се синтезират в атмосферата под въздействието на електрически разряди или космически лъчи и след това да попаднат в океаните. Там те биха могли да се комбинират в по-големи структури, като протеини или нуклеинови киселини. С течение на времето на базата на естествения подбор могат да се появят първите самовъзпроизвеждащи се системи.
Така наречената хипотеза за глината предполага, че животът е възникнал на сушата, където е имало алумосиликатни минерали с кристална структура. Тези минерали могат да служат като катализатори и шаблони за създаването и организирането на органични молекули. На повърхността на глината могат да се образуват слоеве от протеини и нуклеинови киселини, от които могат да се образуват първите клетки, заобиколени от липидни мембрани.
Друга теория е хипотезата за така наречените хидротермални извори. Предполага се, че животът се е зародил на дъното на океана в хидротермални кратери, от които излиза гореща вода, богата на минерали и серни съединения. В такава среда могат да се образуват прости органични молекули и термични и химични градиенти, които насърчават биохимичните реакции. Първите защитени от външни условия клетки може да са се образували в пукнатините на скалите или в микропорите на комина.
Има много подобни теории и хипотези, но нито една от тях не е категорично доказана. Въпросът за създаването на живот все още е открит. Или може би сме били преселени, например, от Марс или Венера? Възможно ли е да сме създадени от някаква тъмна материя или енергия?
Прочетете също: За квантовите компютри с прости думи
Какво е тъмна материя и тъмна енергия?
Астрономическите наблюдения показват, че обикновената материя (атоми, частици, планети, звезди и т.н.) съставлява само около 5% от масата и енергията на Вселената. Останалото е така наречената тъмна материя (около 27%) и тъмна енергия (около 68%). Тъмната материя е невидима, защото не абсорбира и не отразява електромагнитно лъчение, но има гравитационно взаимодействие с други обекти, без което галактиките не биха могли да се задържат заедно и биха се разпаднали под въздействието на въртене. Тъмната енергия е мистериозна сила, която ускорява разширяването на Вселената и противодейства на гравитацията. Ние обаче не знаем точно какво представляват тъмната материя и тъмната енергия или как са се образували.
Знаем, че тъмната материя съществува, защото количеството обикновена материя, тоест съставената от атоми или йони, във Вселената е твърде малко, за да генерира гравитационните взаимодействия, които наблюдаваме. Защо споменавам гравитацията тук? Защото е проява на съществуването на материята. С прости думи, материята има маса, способна да упражнява специфично гравитационно влияние върху заобикалящата я среда. Ако разгледаме всяка галактика, звезда, облак от прах в междузвездното пространство, т.е. цялата позната ни обикновена материя във Вселената, ще наблюдаваме много повече гравитационни взаимодействия, отколкото това количество материя може да създаде. Така че трябва да има нещо друго, което да обясни излишната гравитация.
Ако има следствие, трябва да има и причина. Това е един от абсолютно фундаменталните принципи в науката и наблюдението на заобикалящия свят, който помага да се правят изводи, открития и е един от най-добрите ориентири в търсенето на възможни отговори на въпросите, вълнуващи науката. Ние знаем за съществуването на тъмна материя благодарение на теория, която описва как тъмната материя влияе върху скоростта на въртене на звездите в ръкавите на Млечния път. Смята се, че в нашата част на Галактиката трябва да има само 0,4 до 1 кг тъмна материя, която най-вероятно заема пространство, сравнимо с размера на Земята.
Предположението, че тъмната материя съществува, сега е доминиращото обяснение за аномалиите на галактическото въртене, които наблюдаваме, и движението на галактиките в клъстери. Тоест наблюденията на галактиките доказват съществуването на тъмна материя.
Сега да преминем към тъмната енергия. Тя се различава значително от тъмната материя. Знаем, че влиянието му трябва да е отблъскващо, водещо до ускорено разширяване на Вселената. Това ускорение може да бъде измерено чрез наблюдения, тъй като галактиките се отдалечават една от друга със скорост, пропорционална на тяхното разстояние.
И така, отново имаме ефект, така че трябва да има причина. Всички текущи измервания потвърждават, че Вселената се разширява все по-бързо и по-бързо. Заедно с други научни данни това направи възможно да се потвърди съществуването на тъмна енергия и да се даде оценка на нейното количество във Вселената. Поради това отблъскващо свойство, тъмната енергия може също да се счита за "антигравитация".
Каква е разликата между тъмната материя и тъмната енергия? Въпреки подобното име, грешка е да се мисли за тъмната енергия като за нещо, което е свързано с други, известни видове енергия, по същия начин, по който тъмната материя е свързана с обикновената материя. Освен това тъмната материя и тъмната енергия имат напълно различни ефекти върху Вселената.
Прочетете също: Кои са биохакерите и защо доброволно си поставят чипове?
Възможно ли е пътуването във времето?
Пътуването във времето е мечта на много хора, затова виждаме много литературни произведения и филми на тази тема. Но възможно ли е физически? Според теорията на относителността на Айнщайн времето не е постоянно и абсолютно, а зависи от скоростта на наблюдателя и силата на гравитацията. Колкото по-бързо се движим или колкото по-силно е гравитационното поле, толкова по-бавно тече времето за нас. Това означава, че пътуването в бъдещето е възможно, ако достигнем много висока скорост или се доближим до много масивен обект. Например времето тече малко по-бавно за астронавт в околоземна орбита, отколкото за човек на повърхността на планетата. Тази разлика обаче е твърде малка, за да бъде забележима. За да можем да пътуваме в бъдещето, ще трябва да пътуваме със скорост, близка до скоростта на светлината, или да сме близо до черна дупка. И двете опции обаче са извън нашите технически възможности.
Още по-сложно и противоречиво е пътуването към миналото. Изглежда невъзможно, защото е забранено от някои физични закони. Някои теории обаче допускат съществуването на така наречените затворени времеподобни криви, тоест пътища в пространство-времето, цикли във времето, които се връщат в една и съща точка. Такива пътища могат да ни позволят да пътуваме назад във времето, но те ще изискват много необичайни условия, като дупка на червей или въртяща се черна дупка.
Теоретично черните дупки могат да се въртят и това явление се нарича "въртяща се черна дупка" или "черна дупка на Кер". През 1963 г. американският физик Рой Кер предлага математически модел на черна дупка, въртяща се около оста си.
Не знаем обаче дали такива обекти съществуват и дали са стабилни. Освен това пътуването във времето създава много логически парадокси и причинно-следствени противоречия, например парадоксът на дядото – какво се случва, ако пътешественик във времето убие дядо си, преди баща му да се роди? Някои учени се опитват да обяснят тези парадокси, като предполагат съществуването на множество светове или самообновяването на пространство-времето.
Прочетете също: Телепортация от научна гледна точка и нейното бъдеще
Съществуват ли паралелни вселени?
Уникална ли е нашата вселена или е част от по-голяма структура, така наречената мултивселена? Има ли други вселени, където историята и физиката могат да се развият по различен начин? Можем ли да взаимодействаме с тези светове или да ги посетим? Това са въпроси, които вълнуват не само учените, но и писателите и кинематографистите. Има няколко хипотези за съществуването на паралелни вселени, като теорията на струните, теорията за вечната инфлация и тълкуването на мултивселената от квантовата механика. Нито един от тях обаче не е потвърден нито чрез наблюдения, нито експериментално.
Една от хипотезите е теорията на струните, която приема, че основните физически обекти не са точкови частици, а едномерни струни, осцилиращи в десетизмерно пространство. Теорията на струните допуска съществуването на хипотетични брани (мембрани), които са многоизмерни обекти, направени от струни. Нашата вселена може да е подобна брана, окачена в по-високо измерение. Възможно е също да има други брани, отделени от нашите на малко разстояние. Ако двете брани се сблъскат една с друга, те биха могли да предизвикат Големия взрив и да създадат нова вселена.
Друга хипотеза е вечната инфлация, която беше спомената по-горе. То е свързано с квантово поле с много висока енергия, което се разширява с нарастваща скорост.
Интересна хипотеза е тълкуването на мултивселената от квантовата механика, което предполага, че всяко квантово измерване води до разклоняване на Вселената на много възможни резултати. Например, ако измерите позицията на електрон във водороден атом, можете да получите различни стойности с определена вероятност. Такава мултивселенска интерпретация предполага, че всяко от тези измерения се реализира в друга вселена и че ние се дублираме с всяко измерение. По този начин се създават безкраен брой паралелни вселени, различаващи се една от друга в малки детайли или напълно различни истории.
Прочетете също: Добивът на биткойни има повече загуби, отколкото печалби - защо?
Какво се случва вътре в черните дупки?
Черните дупки са космически обекти с толкова висока плътност и гравитационна сила, че нищо не може да избяга от тях, дори светлината. Те се образуват в резултат на колапса на ядрата на умиращи звезди или сливането на по-малки черни дупки. Около всяка черна дупка има граница, наречена хоризонт на събитията, която маркира точката без връщане за всичко, което се доближава до нея. Но какво се случва отвъд хоризонта на събитията? Какво има вътре в черна дупка? Нямаме отговори на тези въпроси, защото класическата физика не може да опише условията и процесите в черна дупка. Въпреки това са възможни различни хипотези, базирани на квантови или алтернативни теории.
Едно такова предположение е хипотезата за сингулярността. Той казва, че цялата материя и енергия в черна дупка е концентрирана в една точка с нулев обем и безкрайна плътност и кривина на пространство-времето. В такъв момент всички известни закони на физиката престават да важат и ние не знаем какво се случва там.
Звездната хипотеза на Планк предсказва, че дълбоко в черна дупка материята се компресира не в сингулярност, а в състояние на изключително висока плътност и температура, в което действат законите на квантовата гравитация (комбинация от квантовата механика и общата теория на относителността). В това състояние материята може да отскача една от друга и да образува сферичен обект с радиус, близък до дължината на Планк - най-малката възможна дължина във физиката. Стойността му е невероятно малка: 20 порядъка по-малка от размера на атомно ядро. Такъв обект може да излъчва радиация на Хокинг (квантови флуктуации над хоризонта на събитията) и постепенно да губи маса и енергия, докато експлодира и освободи цялото съдържание на черната дупка.
Друга идея е така наречената хипотеза за гравастар. Предполага се, че има слой от екзотична материя с отрицателно налягане на границата на хоризонта на събитията, което предотвратява колапса на вътрешността на черната дупка в сингулярност. В този случай вътрешността на черната дупка би била празно пространство с постоянна плътност и нулева температура. Такава структура би била стабилна и не би излъчвала радиация на Хокинг.
Прочетете също: Блокчейни на утрешния ден: Бъдещето на индустрията на криптовалутите с прости думи
Вселената има ли край?
Вселената е безкрайна и няма граници – това е най-простият отговор на този въпрос. Но какво всъщност означава това и как можем да сме сигурни? Има три възможни сценария: Вселената е неограничена, ограничена и затворена (като сфера или тор), Вселената е ограничена и отворена (като седло) или Вселената е безкрайна и плоска. Също така не знаем какво се случва отвъд хоризонта на събитията, границата на наблюдаваната вселена, която е резултат от крайната скорост на светлината.
Да започнем с това, което знаем със сигурност. Знаем, че Вселената се разширява, което означава, че разстоянията между галактиките непрекъснато се увеличават. Знаем също, че Вселената е на около 13,8 милиарда години и че се е формирала в Големия взрив, състояние на изключителна плътност и температура, което е породило материята, енергията, времето и пространството.
Но какво се е случило преди Големия взрив? А какво е отвъд хоризонта на събитията – границата на наблюдаваната Вселена, отвъд която не можем да видим нищо поради ограничената скорост на светлината? Има ли край на вселената или бариера?
Учените смятат, че това е малко вероятно. Няма доказателства за такъв край или бариера. Вместо това, най-приемливият модел е този, при който Вселената е хомогенна и изотропна, което означава една и съща във всички посоки и местоположения. Такава вселена няма ръб или център и може да има безкраен размер.
Разбира се, не можем да тестваме това директно, защото не можем да пътуваме по-бързо от светлината или да надхвърлим видимата вселена. Но можем да направим извод за свойствата на цялата вселена от това, което виждаме в обсега си. И всички наблюдения показват, че Вселената е хомогенна в голям мащаб.
Това не означава, че няма други възможности. Някои алтернативни теории предполагат, че Вселената може да е извита или да има сложна геометрична форма. Може също да бъде част от по-голяма структура или да има множество копия или отражения.
Също интересно: Проблеми на геоинженерството: Европейският съюз ще забрани на учените да си "играят на Бог"
Има ли начин да се пътува по-бързо от светлината?
Движението по-бързо от светлината е хипотетичната възможност материята или информацията да се движат по-бързо от скоростта на светлината във вакуум, която е около 300 000 km/s. Теорията на относителността на Айнщайн предвижда, че само частици с нулева маса на покой (като фотони) могат да се движат със скоростта на светлината и че нищо не може да се движи по-бързо. Беше направено предположение за възможността за съществуване на частици със скорост по-голяма от скоростта на светлината (тахиони), но тяхното съществуване би нарушило принципа на причинно-следствената връзка и би означавало изместване във времето. Учените все още не са стигнали до консенсус по този въпрос.
Въпреки това се предполага, че някои изкривени региони на пространство-времето могат да позволят на материята да достигне отдалечени места за по-малко време от светлината в нормално („неизкривено“) пространство-време. Такива "очевидни" или "ефективни" области на пространство-времето не са изключени от общата теория на относителността, но тяхната физическа правдоподобност в момента не е потвърдена. Примери за това са задвижването на Алкубиер, тръбите на Красников, червеевите дупки и квантовото тунелиране.
Последствията от пътуването по-бързо от светлината на нашето ниво на познание за космоса са трудни за прогнозиране, защото изискват нова физика и експерименти. Една възможна последица би била възможността за пътуване във времето и логическите парадокси, свързани с причинно-следствената връзка. Друго последствие може да бъде възможността за изучаване на далечни звезди и планети през живота на човека. Например, най-близката звезда извън Слънчевата система, Проксима Кентавър, е на около 4,25 светлинни години. Пътуването със скоростта на светлината ще отнеме само 4 години и 3 месеца, а пътуването по-бързо от светлината ще отнеме още по-малко време.
Също интересно: Първата снимка от телескопа "Джеймс Уеб" е година: Как промени представата ни за Вселената
Къде изчезват планетите? Какво се случва с тях?
Изгубените планети са хипотетични обекти в Слънчевата система, чието съществуване не е потвърдено, но е направено въз основа на научни наблюдения. Днес съществуват научни предположения за възможността за съществуване на неизвестни планети, които може да са извън сегашните ни познания.
Една такава хипотетична планета е Фаетон или планетата на Олберс, която би могла да съществува между орбитите на Марс и Юпитер и нейното унищожаване би довело до образуването на астероиден пояс (включително планетата джудже Церера). Тази хипотеза в момента се счита за малко вероятна, тъй като астероидният пояс е с твърде ниска маса, за да произхожда от експлозията на голяма планета. През 2018 г. изследователи от Университета на Флорида откриха, че астероидният пояс се формира от фрагменти от поне пет до шест обекта с размер на планета, а не от една планета.
Друга хипотетична планета е Планета V, която според Джон Чембърс и Джак Лисо някога е съществувала между Марс и астероидния пояс. Предположението за съществуването на такава планета е направено въз основа на компютърни симулации. Планета V може да е отговорна за Голямата бомбардировка, която се е случила преди около 4 милиарда години, която е създала множество ударни кратери на Луната и други тела в Слънчевата система.
Съществуват и различни хипотези за планети отвъд Нептун, като Планета Девет, Планета X, Тихе и други, които се опитват да обяснят съществуването на очевидни аномалии в орбитите на някои далечни транснептунови обекти. Нито една от тези планети обаче не е наблюдавана директно и съществуването им все още е спорно. Въпреки че учените все още се опитват да изследват пространството между Марс и Юпитер, отвъд Нептун. Може би по-късно ще имаме нови хипотези и открития.
За човечеството винаги е било важно да знае отговорите за космоса, за Земята и за себе си. Но досега нашите познания са ограничени, въпреки че учените не стоят неподвижни, опитвайки се да намерят отговори, проправяйки нови пътища в открития космос. Защото трябва да има отговор на всеки въпрос или гатанка. Така е устроен човек, така е устроена Вселената.
Също интересно:
Благодаря ти!!!