Введение 0:00 Обсуждение происхождения и будущего Вселенной. Лекция будет быстрой, с возможностью задать вопросы после.
Экспоненциальное развитие науки 0:36 Наука развивается экспоненциально, количество знаний удваивается каждые пять лет. Человечество должно адаптироваться к новым знаниям.
История Вселенной 1:38 История Вселенной — естественно-научное понятие, описываемое цифрами с точностью до 2%. Парадокс: мы знаем, что происходило во Вселенной в ранние моменты, но не знаем, что происходит в центре Земли.
Происхождение Вселенной 3:37 Причина появления Вселенной отсутствует, Вселенная возникла из вакуума. Вакуумные флуктуации приводят к рождению и аннигиляции частиц.
Большой взрыв 5:33 Большой взрыв — это быстрое раздувание Вселенной с разогревом. Вселенная появилась из области размером 10⁻³³ см за время 10⁻³⁵ секунды. Эпоха инфляции: быстрое раздувание Вселенной без нарушения законов природы.
Кварковая плазма 7:41 В момент Большого взрыва образовалась кварковая плазма. Кварки и антикварки аннигилировали, превращаясь в гамма-излучение. Реликтовое излучение — результат остывания гамма-излучения.
Кварковая плазма в астрофизике 8:34 Кварковая плазма образуется при сжатии нейтронной звезды в чёрную дыру. Это состояние вещества измерено и является частью стандартной физики.
Образование гелия и реликтовое излучение 9:29 Основная часть гелия во Вселенной образовалась в первые три минуты после Большого взрыва. Реликтовое излучение, заполняющее Вселенную, несёт информацию о первых моментах её существования. Фотоны реликтового излучения летят со скоростью 300 тысяч километров в секунду.
Эпоха тёмной материи 10:27 После охлаждения Вселенной реликтовое излучение отделилось от вещества. В эпоху тёмной материи, длившуюся около 200 миллионов лет, формировались зачатки галактик и звёзд. Тёмная материя составляет большую часть массы Вселенной, её больше в пять раз, чем видимой материи.
Образование звёзд и галактик 12:27 Первые звёзды образовались спустя 200 миллионов лет после Большого взрыва. Массовое звездообразование началось спустя 400 миллионов лет. Галактики формируются в гигантских облаках тёмной материи, образуя скопления галактик.
Активные ядра галактик и тёмная энергия 14:15 Спустя 700 миллионов лет после Большого взрыва начали образовываться активные ядра галактик. Центральные элементы галактик — сверхмассивные чёрные дыры, масса которых превышает миллион масс Солнца. Тёмная энергия, возможно, является причиной ускоренного расширения Вселенной.
Эпоха инфляции 16:42 Эпоха инфляции — период, когда Вселенная раздулась из микроскопической точки до размеров, позволяющих существовать веществу. Инфляция объясняет, почему Вселенная не схлопнулась обратно в чёрную дыру. Теория инфляции была разработана для объяснения наблюдаемых свойств Вселенной.
Взаимодействия в природе 18:02 В природе существуют четыре основных взаимодействия: электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное. Гравитационное взаимодействие объясняет, почему частицы имеют массу. Фотоны не имеют массы, в отличие от других частиц.
Поле Хиггса и инфляция 19:30 Поле Хиггса было предсказано 60 лет назад и подтверждено на Большом адронном коллайдере. Оно не имеет направления в отличие от гравитационного, электрического и магнитного полей. Инфляционное поле, которое заставляло Вселенную расширяться, также является скалярным.
Создание вселенной через поле Хиггса 20:27 Поле Хиггса может быть использовано для создания вселенной в определённой точке. Через 200 лет человечество сможет создавать вселенные с разными параметрами.
Раздувание Вселенной 21:23 В ранней Вселенной расширение происходило быстрее скорости света. Пространство может растягиваться быстрее скорости света, но вещество не может двигаться быстрее света.
Карта реликтового излучения 22:18 Карта реликтового излучения показывает неоднородности и колебания, называемые анизотропией. Свойства фона напоминают поведение вакуума на ускорителях.
Эпохи Большого взрыва 24:13 Большой взрыв включает восемь эпох, каждая из которых имеет свои особенности. Переходы между эпохами можно рассчитать на компьютере.
Принцип причинности и инфляция 26:09 Инфляция объясняет, как объекты на краю Вселенной могли узнать о существовании друг друга. Принцип причинности не нарушается благодаря быстрому расширению Вселенной.
Плоская Вселенная 27:07 Вселенная плоская на больших масштабах, что подтверждается картами реликтового излучения. Инфляция объясняет, как искривлённая Вселенная могла стать плоской.
Распределение вещества во Вселенной 28:08 Вещество во Вселенной распределено аналогично частицам в вакууме. Инфляция позволяет переносить закономерности с малых масштабов на большие.
Наблюдение инфляции через поляризацию 30:05 Поляризация реликтового излучения может подтвердить эпоху инфляции. Гравитационные волны, возникшие во время инфляции, отражаются в реликтовом излучении.
Эксперименты по картографированию поляризации 32:04 Эксперименты на телескопах в Антарктиде проверяют поляризацию реликтового излучения. Результаты экспериментов будут известны через пять лет.
Формирование первых звёзд 32:33 В эпоху, когда Вселенная была заполнена тёмной материей, начали формироваться первые звёзды. Тёмная материя необходима для сборки вещества и ускорения эволюции галактик и звёзд. Без тёмной материи эволюция замедляется, и химический состав Вселенной не успевает сформироваться.
Эпоха бездействия 33:32 Около 200 миллионов лет во Вселенной ничего не происходило, но мы можем заглянуть в эту эпоху. Единичные звёзды могли быстро эволюционировать в первые 30 миллионов лет существования Вселенной.
Условия для развития цивилизаций 33:41 Если первые звёзды возникли в первые 30 миллионов лет, планеты возле них имели хорошие условия для развития цивилизаций. Температура Вселенной в тот период была от 10 до 30 градусов, что могло способствовать появлению жизни.
Роль первых звёзд 34:37 Первые звёзды создали химические элементы, из которых состоят современные звёзды и планеты. Эти звёзды были большими и яркими, но жили всего 5–10 миллионов лет. Они запустили процессы образования водорода и чёрных дыр с массами от 10 до 50 масс Солнца.
Наблюдение первых звёзд 36:22 Эффект от образования водорода можно наблюдать через ионизацию водорода. Вычисления показывают, что первые звёзды появились, когда Вселенной было 200 миллионов лет, а массовое зажигание — 400 миллионов лет. Взрывы первых звёзд видны как гиперновые в миллиметровом и шестиметровом диапазонах.
Телескоп «Арма» и новые открытия 37:22 Телескоп «Арма» — интерферометр, который ищет вспышки первых звёзд. В январе 2023 года подтверждено существование первых звёзд в эпоху, когда Вселенной было 180 миллионов лет.
Реликтовый фон и нейтральные атомы 38:28 Реликтовый фон в метровом диапазоне содержит особые свойства, позволяющие выделить излучение первых звёзд. Нехватка излучения на длине волны 3,5 метра может быть вызвана поглощением света первых звёзд нейтральным водородом. Статья Босова о нейтральном водороде может получить премию Гулда при подтверждении.
Слияние чёрных дыр 39:33 На телескопе «Лайнер» обнаружены гравитационные волны от слияния двух чёрных дыр. Массы чёрных дыр составили 29 и 36 масс Солнца. Такие чёрные дыры не встречаются в окружающей нас Вселенной.
Ранние галактики 40:31 Обнаружены галактики возрастом 400 миллионов лет. Галактики имеют компактное ядро со звёздами, окружённое водородом. Современные телескопы, такие как «Хаббл», позволяют измерять расстояние до галактик по линиям химических элементов.
Модели Вселенной 42:27 Ранее существовало множество моделей Вселенной, но сейчас мы знаем, что она началась с точки и расширялась с разной скоростью. Наблюдательные данные включают химический состав Вселенной: 75% водорода, 20% гелия и почти ничего другого. Вселенная расширяется с ускорением, существует реликтовое излучение и крупномасштабная структура.
Структура Вселенной 43:27 Вещество во Вселенной собирается в виде гигантской космической паутины с узлами-скоплениями галактик и ниточками-филаментами. Между филаментами существуют пустоты с меньшим количеством вещества. Тёмная материя и тёмная энергия необходимы для объяснения вращения галактик и ускорения расширения Вселенной.
Масштабы Вселенной 44:26 Диаметр Солнца почти 1,5 миллиона километров, а расстояние до Земли — одна астрономическая единица. Видимый размер нашей галактики — 100 тысяч световых лет, но на самом деле она помещена в гало тёмной материи, которое в три раза больше по размерам.
Взаимодействие галактик 45:27 Ближайшая к нам галактика — Андромеда, расстояние до неё — 2–2,5 миллиона световых лет. Через 4 миллиарда лет Андромеда сблизится с нашей галактикой и они сольются.
Будущее Солнца и Земли 47:00 Через 4 миллиарда лет Солнце раздуется и станет красным гигантом, орбита Земли окажется внутри Солнца. Температура на Земле достигнет 3000 градусов, что сделает жизнь невозможной. Для наблюдения слияния галактик придётся улететь с Земли.
Локальная группа галактик 48:14 Локальная группа галактик имеет размеры 60 миллионов световых лет и связана гравитационно. Галактики в группе существуют как единые объекты. Обнаружено сверхскопление галактик Ланиаки, которое является частью более крупной структуры.
Размер видимой Вселенной 49:12 Видимая область Вселенной составляет 43 миллиарда световых лет. Объекты, излучившие свет, удаляются от нас быстрее скорости света. Свет от этих объектов доходит до нас, несмотря на расширение Вселенной.
Состав Вселенной 50:11 Вселенная состоит из марионного вещества, тёмной материи и тёмной энергии. Марионное вещество составляет около 5% Вселенной и включает звёзды, галактики и чёрные дыры. Тёмная материя составляет 26% Вселенной и наблюдается на масштабах галактик и скоплений.
Роль тёмной материи 52:05 Тёмная материя удерживает звёзды в галактиках, предотвращая их разлёт. В среднем тёмной материи в 5–6 раз больше, чем видимой. Существуют галактики с большим количеством тёмной материи и без неё.
Тёмная энергия 53:05 Тёмная энергия составляет 69% энергии Вселенной и способствует её расширению. Теории предполагают, что тёмная энергия могла запустить расширение Вселенной в ранний момент времени.
Карты неба и параметры Вселенной 54:03 Три космические миссии построили карты всего неба: в 1992, 2003 и 2011 годах. Эти карты позволяют измерить шесть параметров Вселенной, включая плотность тёмной материи и энергии. Изменение одного из параметров может привести к исчезновению жизни во Вселенной.
Форма Вселенной 56:47 Вселенная предположительно имеет форму трёхмерной сферы. Проверка формы Вселенной основана на поведении фотонов и анализе реликтового излучения. Данные подтверждают, что Вселенная расширяется одинаково во всех направлениях.
Топологические особенности 1:01:18 Космологи не обнаружили топологических особенностей, таких как скрученность или неоднородное расширение Вселенной. Моделирование поведения фотонов подтверждает, что Вселенная имеет форму трёхмерной сферы.
Понятие чуда 1:02:08 Чудо в академическом понимании — это нарушение законов природы. Пример нарушения законов: возможность перемещения быстрее скорости света.
Доменные стенки 1:02:56 Доменные стенки — это границы между различными вселенными. Реликтовое излучение не обнаруживает признаков доменных стенок.
Ограничения на чудеса 1:04:54 Реликтовое излучение накладывает верхние ограничения на доменные стенки. Нарушения законов природы не наблюдаются.
Стабильность вселенной 1:05:54 Вселенная стабильна, но её состояние может измениться. Нет признаков, указывающих на изменение состояния вселенной за почти 14 миллиардов лет.
Квантовые компьютеры 1:06:54 Квантовые компьютеры могут описывать процессы во вселенной. Вселенная не является квантовым компьютером, но её можно описать через квантовые операции.
Тёмная энергия 1:09:06 Тёмная энергия заставляет вселенную расширяться. Давление вакуума действует наружу, ускоряя расширение вселенной.
Будущее вселенной 1:11:03 Тёмная энергия становится сильнее гравитации, галактики удаляются друг от друга. Через несколько миллиардов лет тёмная энергия может стать сильнее притяжения планет к солнцу.
Измерение тёмной энергии 1:12:49 Для точного измерения тёмной энергии необходимо измерить движение скоплений галактик за ближайшие 15–10 миллиардов лет. Если тёмная энергия — это поправка к уравнению Эйнштейна, вселенная будет расширяться долго.
Вопрос о происхождении вселенной 1:14:28 Вопрос о происхождении вселенной остаётся открытым. Возможно существование множества вселенных в разных измерениях.
Многомерность вселенных 1:15:24 В трёхмерном мире можно представить бесконечно много вселенных. Свойства вакуума позволяют описать любую силу, создающую вселенную.
Происхождение вселенной и вера 1:15:56 Обсуждение происхождения вселенной и человека в контексте Библии. Вопрос о необходимости веры для сотворения мира. Возможность создания вселенной на основе законов природы.
Естественные процессы во вселенной 1:16:13 Пример создания кварковой плазмы на Большом адронном коллайдере. Сравнение с естественными процессами в природе. Вопрос о необходимости внешнего творца для возникновения вселенной.
Множество вселенных 1:17:14 Идея о бесконечном множестве вселенных, возникающих самостоятельно. Вопрос о возможности создания новой вселенной человечеством.
Свойства вакуума и гравитационные волны 1:17:45 Объяснение, почему невозможно управлять вселенной через статистическую физику. Упоминание о гравитационных волнах и их чувствительности. Пример с землетрясением и гравитационными волнами.
Влияние гравитационных волн на планеты 1:18:17 Обсуждение слабого влияния гравитационных волн на планеты. Пример с чёрными дырами и их массой.
Квантовые свойства частиц 1:19:45 Объяснение квантовых свойств частиц через запутанность. Роль волновой функции в квантовой механике.
Происхождение массы 1:20:33 Объяснение массы через взаимодействие с полем Хиггса. Аналогия с вязкостью воды и движением частиц. Естественное возникновение поля Хиггса во вселенной.
