Как устроена Вселенная: от теории Большого взрыва до тёмной материи

А вы когда-нибудь задавались вопросом: «Как вообще устроена Вселенная?» На этот вопрос пытались ответить учёные на протяжении многих веков, и за последние сто лет мы подошли к разгадке немного ближе. Рассказываем, какие существуют теории относительно возникновения Вселенной.

Теория Большого взрыва — одна из самых популярных и признанных концепций возникновения Вселенной. Согласно этой теории, около 13,8 миллиарда лет назад вся материя и энергия, существующие сегодня, были сосредоточены в сверхплотной и горячей точке, называемой сингулярностью. Затем произошёл невероятный взрыв — не в привычном понимании, а скорее мгновенное расширение пространства, в результате которого родилась Вселенная, и она до сих пор продолжает расширяться.

Чтобы лучше представить себе это расширение, можно подумать о воздушном шаре, на котором нарисованы точки. Когда мы надуваем шар, точки удаляются друг от друга, как и галактики во Вселенной. В самом начале, когда «шар» только начал раздуваться, Вселенная была чрезвычайно горячей и плотной. Со временем она остывала, и материя начала образовывать атомы, молекулы, звёзды и галактики.

В 1929 году астроном Эдвин Хаббл открыл, что галактики удаляются от нас, причём чем дальше они находятся, тем быстрее удаляются. Это открытие стало подтверждением теории расширения Вселенной. Наблюдая за светом от удалённых звёзд и галактик, Хаббл заметил, что их свет «сдвигается» в красный спектр — так называемое «красное смещение». Представьте звук сирены машины, проезжающей мимо вас: когда она приближается, звук кажется выше, а когда удаляется — ниже. Подобный эффект происходит и со светом, только в масштабе космоса.

Красное смещение говорит о том, что галактики удаляются друг от друга, а значит, Вселенная постоянно расширяется. Именно это наблюдение подтвердило гипотезу о том, что когда-то все галактики были гораздо ближе друг к другу, что поддерживает идею о Большом взрыве.

После Большого взрыва образовались первые атомы, главным образом водорода и гелия. С течением времени под действием силы тяжести эти атомы начали скапливаться, образуя облака газа, из которых позже появились звёзды. Эти звёзды объединялись в гигантские структуры — галактики. Наша галактика, Млечный Путь, состоит из более чем 100 миллиардов звёзд и представляет собой всего лишь одну из сотен миллиардов галактик во Вселенной.

Интересно, что звёзды и планеты располагаются в галактиках определённым образом. В центре многих галактик, в том числе и Млечного Пути, расположены массивные чёрные дыры, притягивающие к себе звёзды и облака газа. Эти чёрные дыры обладают столь мощной гравитацией, что даже свет не может её покинуть, поэтому они выглядят как тёмные пятна на фоне звёзд.

Когда учёные начали изучать движение галактик и звёзд в них, они столкнулись с интересной загадкой. Оказалось, что скорость, с которой звёзды вращаются вокруг центра галактик, намного выше, чем можно было бы ожидать, исходя из видимой массы. Это указывало на то, что в галактиках должна существовать дополнительная масса, которая не испускает свет и не взаимодействует с обычной материей.

Эту загадочную невидимую субстанцию назвали тёмной материей. Её нельзя увидеть напрямую, но её присутствие ощущается, благодаря гравитационному воздействию. Тёмная материя составляет около 27% всей массы энергии Вселенной, тогда как обычная материя — всего 5%. Пока учёные не знают, что именно представляет собой тёмная материя, но её существование подтверждено многочисленными наблюдениями.

Ещё одна большая загадка — это тёмная энергия, гипотетическая сила, которая ускоряет расширение Вселенной. В 1998 году астрономы обнаружили, что галактики не просто удаляются друг от друга, а делают это всё быстрее. Это открытие противоречило логике: сила гравитации должна была бы замедлять расширение, а не ускорять его.

Тёмная энергия, по оценкам, составляет около 68% от общей массы-энергии Вселенной и действует как «отталкивающая» сила, противоположная гравитации. Представьте, что вы бросаете мяч вверх. Вы ожидаете, что он замедлится и упадёт вниз, но вместо этого он начинает ускоряться и улетает ещё выше. Так и с Вселенной — она расширяется быстрее и быстрее.