Пять возрастов Вселенной

Пространственно-временная капсула

Несколько раз на протяжении этой биографии Вселенной мы сталкивались с возможностью отправления сигналов в другие вселенные. Если бы нам удалось, например, создать вселенную в лабораторных условиях, в нее можно было бы передать зашифрованный сигнал, прежде чем она утратит причинную связь с нашей собственной Вселенной. Но если бы вы могли послать такое сообщение, что бы вы написали в нем?

Наверное, вам захотелось бы сохранить самую суть нашей цивилизации: искусство, литературу и науку. У каждого читателя будет какая-нибудь идея насчет того, какие составляющие нашей культуры следует сохранить таким образом. Тогда как у каждого человека было бы на этот счет свое мнение, мы повели бы себя очень недобросовестно, если бы не внесли хоть какого-то предложения по архивации какой-нибудь части нашей культуры. В качестве примера мы предлагаем заключенную в капсулу версию науки, или, точнее, физики и астрономии. Среди самых основных посланий могли бы быть следующие:

• Вещество состоит из атомов, которые, в свою очередь, состоят из более мелких частиц.

• На малых расстояниях частицы проявляют свойства волны.

• Природой управляют четыре фундаментальные силы.

• Вселенная состоит из эволюционирующего пространства-времени.

• Наша Вселенная содержит планеты, звезды и галактики.

• Физические системы эволюционируют в состояния с более низкой энергией и возрастающим беспорядком.

Эти шесть пунктов, универсальная роль которых к данному моменту должна быть ясна, можно считать сокровищами наших достижений в физических науках. Возможно, это самые важные физические концепции, которые наша цивилизация открыла к настоящему моменту. Но если эти концепции — сокровища, то их венцом, несомненно, следует считать научный метод. Если есть научный метод, то при наличии достаточного времени и усилий все эти результаты получаются автоматически. Если бы существовала возможность передать в другую вселенную всего одну концепцию, представляющую интеллектуальные достижения нашей культуры, то самым стоящим посланием был бы научный метод.

Словарь специальных терминов

А

Абсолютно черное тело. Объект с постоянной температурой, поглощающий все падающее на него излучение; такой объект испускает свет четкого определенного спектра излучения.

Адроны. Класс частиц, состоящих из кварков и антикварков. Подклассом этих адронных частиц, содержащих три кварка, являются барионы, тогда как подкласс частиц, содержащих один кварк и один антикварк, называется мезонами.

Активное ядро галактики. Центральная область галактики с сильным источником света, предположительно поддерживаемая сверхмассивной черной дырой.

Антивещество. Частица каждого типа имеет связанную с ней античастицу — другую частицу с такой же массой, но зарядом противоположного знака. Эти античастицы могут аннигилировать со своими партнерами. Именно античастицы составляют антивещество.

Б

Бариогенез. Образование суммарного избытка барионов над антибари-онами. Другими словами, в результате этого процесса наша Вселенная состоит, главным образом, из вещества, а не из антивещества.

Барион. Сложная частица, состоящая из трех кварков (любых трех из шести возможных). Большинство барионов в нашей Вселенной — это протоны или нейтроны.

Барионное вещество (материя). Обычное вещество, состоящее из протонов, нейтронов и, возможно, других барионов.

Белый карлик. Объект, относящийся к классу звездных остатков и существующий за счет давления вырожденного электронного газа. В белых карликов в конце своей жизни превращаются звезды, масса которых составляет от одной десятой до восьми масс Солнца.

Большой взрыв. Взрыв, знаменующий начало эволюции Вселенной. Это событие происходит в момент времени t = 0и представляет собой состояние бесконечной плотности и температуры.

Большое сжатие. Последнее событие, завершающее эволюцию (замкнутой) Вселенной, переживающей повторное сжатие. Это событие представляет собой состояние бесконечной плотности и температуры.

В

Великое объединение. При очень больших значениях энергии, около 10 ¹⁶ГэВ, или 10 ²⁹градусах Кельвина, сильное взаимодействие, слабое взаимодействие и электромагнитная сила объединяются в одно целое. Это три из четырех фундаментальных сил природы.

Вечная инфляция. Согласно этой версии инфляционной Вселенной во все времена какая-то область пространства-времени, расположенная где-то в мультиверсе, переживает инфляционную фазу расширения.

Виртуальные частицы. Частицы, возникающие из-за квантово-механического принципа неопределенности. Такие частицы живут на протяжении лишь очень короткого времени.

Временной принцип Коперника. Идея о том, что текущая космологическая эпоха не имеет особого положения во времени.

Вторая космическая скорость. Скорость, которую нужно развить, чтобы преодолеть гравитационное притяжение астрономического тела и оторваться от его поверхности.

Г

Гелиевая вспышка. Огромный выброс энергии, происходящий почти в конце жизни звезды. Эта энергия является результатом процессов термоядерного синтеза, в ходе которых гелий превращается в углерод за относительно короткий промежуток времени.

Главная последовательность. На диаграмме Герцшпрунга-Рессела звезды, внутреннее строение которых позволяет им синтезировать водород, располагаются вдоль кривой, называемой главной последовательностью. Большую часть своей жизни звезды проводят именно в таком состоянии.

Горизонт событий. Граница, отделяющая черную дыру от остальной Вселенной. Эта воображаемая поверхность равна радиусу Шварцшильда, если черная дыра не вращается, и меньше этой величины в случае вращающейся черной дыры.

Горячая темная материя. Кандидат в частицы темной материи с относительно малыми массами (обычно около одной миллиардной массы протона), так что эти частицы двигаются с релятивистскими скоростями, когда определены их количества.

Гравитационное излучение. Волноподобные возмущения в фоновом пространстве-времени; согласно общей теории относительности таким образом излучают энергию ускоряющиеся массы.

Гравитон. Безмассовая частица, служащая переносчиком гравитационной силы. В гравитации гравитон играет ту же роль, что и фотон — в электромагнетизме.

Д

Давление вырожденного газа. Давление, создаваемое в очень плотном газе из-за квантово-механического принципа неопределенности. Волновая природа частиц препятствует их слишком тесному сближению, что приводит к возникновению давления. В этом состоянии давление зависит только от плотности газа и не зависит от его температуры.

Деление. Ядерная реакция, в ходе которой большое ядро расщепляется на более мелкие, как правило, с дополнительными нейтронами.