Академия Голоса. Курс "Big history - from the Big Bang until today". Конспект 1/2 первого модуля

Добро пожаловать в Академию Голоса от @ontofractal. В рамках этого замечательного проекта я хочу предложить вам совершить увлекательное путешествие по Большой истории — от Большого взрыва до сегодняшнего дня вместе с учеными из Амстердамского университета.

структура курса

Как же уместить всю историю, которой 13,8 млрд лет, в один короткий курс?

Конечно, невозможно рассказать обо всем, ведь это займет намного больше 13,8 млрд лет. В этом курсе нам представят разные подходы к изучению истории, чтобы мы сами могли решить на чем сосредоточиться, а что опустить при изучении этой увлекательной науки. И на основе этого получить представление о том, как окружающий мир стал таким, какой он есть и каким, возможно, он будет.

Насколько велика большая история?

Мы только недавно узнали примерный возраст Вселенной и, чтобы получить некоторое представление о масштабах, давайте представим всю историю Вселенной в рамках одного календарного года.

Итак, история Вселенной начинается в канун нового года с Большого Взрыва, но только через 20 минут мы увидим первый свет от него. Весной начинают появляться галактики, наконец-то Вселенная освещается, после нескольких месяцев темноты. Солнце и солнечная система, включая планету Земля, появляются примерно 1 сентября, а первая жизнь (бактерии) будут населять Землю уже к октябрю. Многоклеточные организмы появились бы только в середине декабря. Последняя неделя декабря в этом году выдалась очень насыщенной и захватывающей. К Рождеству (25 декабря) появились динозавры, а уже 30 декабря они вымерли. В последние два дня эволюционировали млекопитающие и другие известные нам формы жизни. В последние 6 минут уходящего года появляется современный человек. История цивилизации начинается в последние 30 секунд, а современная история от открытий Колумба уместилась бы в последнюю секунду.

С этой точки зрения человек является мельчайшей частицей в масштабах видимой Вселенной. Но если думать о пространстве с точки зрения субатомной частицы, то человек может сам быть видимой Вселенной. Парадокс заключается в том, что человек является субатомной частицей и видимой Вселенной одновременно.

Что такое маленькие большие истории?

Это исследования, в которых вы находите связь маленького простого предмета со всеми этапами большой истории.

Виртуальтый тур по истории космоса

Ранняя Вселенная

Мы знаем, что Вселенная родилась в результате Большого взрыва примерно 14 млрд. лет назад. Все галактики, которые мы видим сейчас, все 100 млрд. галактик, каждая из которых состоит из 100 млрд. звезд были размером с грейпфрут после 1^-35 секунды после взрыва. Нам это достоверно известно. Давайте посмотрим на доказательства.

Вселенная расширяется, значит в прошлом она была меньше. Если рассчитать скорость расширения, то получится примерный возраст Вселенной, который будет равен 13,8 млрд. лет.
Из-за свечения микроволнового фона мы можем узнать, что Вселенная была очень горячей в течении 300 тысяч лет после Большого взрыва. И все это излучение все еще вокруг нас.
Мы знаем, что один из десяти атомов во Вселенной — это гелий. А он образуется только при очень высокой температуре и плотности. Сейчас такие условия мы можем наблюдать внутри звезд.

Но было бы самоуверенно утверждать, что мы знаем все о нашей Вселенной. 96% ее состоит из вещей, о которых мы практически ничего не знаем: так называемая темная материя, которая чувствует гравитацию и влияет на ее; также существует темная энергия, которая ведет себя абсолютно по-другому — отталкивает предметы друг от друга. Вселенная состоит на 25% из темной материи и на 70% из темной энергии, и мы понятия не имеем, что это такое. Мы просто знаем, что они должны находится там, иначе Вселенная вела бы себя по-другому. Также мы не знаем ответа на вопрос, почему в нашей Вселенной существует материя, а не только энергия? Мы можем представить, что было после 1-35

секунды после Большого взрыва, но то, что было ранее мы не знаем, даже не можем себе представить. А все потому, что там перестают работать привычные нам законы природы. И еще один вопрос без ответа: наша Вселенная единственная или существует бесконечное множество вселенных? На эти и другие вопросы нам только предстоит ответить.

Из каких элементарных частиц состоит наша Вселенная?

Изначально, сразу после Большого взрыва, материя, какой мы ее знаем сейчас, еще не существовала. Вселенная состояла из элементарных частиц с большим количеством энергии. И только через 380 тысяч лет эти частицы замедлились достаточно, чтобы могли образоваться атомы. Так что же было до атомов? Это один из самых интересных вопросов современной физики.

Если мы разделим атом, то получим электрон (элементарная частица с отрицательным зарядом) и ядро атома, которое состоит из положительного протона и нейтрона. В 50-х годах было обнаружено, что протон и нейтрон, в отличии от электрона, не являются элементарными частицами. Разрешение современного оборудования позволяет нам увидеть частицы диаметром 0.001 часть от диаметра протона. Эти частицы называются кварками. Существуют и другие элементарные частицы. Они называются электроны-нейтрино. За ними очень сложно наблюдать. Нейтрино имеет очень маленькую массу по сравнению с кварками и они никак не связаны с атомами. Их число во Вселенной огромно. Нейтрино свободно пересекают Вселенную и иногда поражают другие частицы. Свойства нейтрино еще не до конца изучены и они могут сыграть важную роль в понимании эволюции Вселенной.

Но эти частицы еще не все. Только представьте себе: если вы сконцентрируете достаточное количество энергии, то сможете получить новую материю. Существует также антиматерия, а на каждую элементарную частицу приходится античастица. Они имеют противоположный заряд, но одинаковую массу. Следовательно, на каждый электрон с зарядом -1 существует антиэлектрон (позитрон) с зарядом +1. Кварки имеют антикварки, существует даже антинейтрино. Красота заключается в том, что при соприкосновении материя и антиматерия поглощаются и перестают существовать.

Какие силы определяют поведение нашей Вселенной?

Все силы в нашей Вселенной могут быть разделены на четыре группы:

Электромагнитная сила. Она отвечает за то, что положительные и отрицательные заряды притягиваются друг к другу, а одинаково заряженные частицы отталкиваются. Это та сила, которая образует атомы, молекулы и всю материю вокруг нас.
Сила, удерживающая Кварки образующие фотон и нейтрон вместе. Ее силовая частица называется глюон.
Третья сила — это сила ответственная за радиоактивный распад. Она играет важную роль, например, в горении Солнца.
Гравитация. Фактически мы не можем объяснить гравитацию с помощью элементарных частиц. Квантовой модели гравитации пока что не существует.

Первые три силы (квантовые) определяют динамику взаимодействия между элементарными частицами. Они определяют законы физики нашей Вселенной, которые называются Стандартной моделью элементарных частиц. К сожалению, эта модель не может дать ответы на все вопросы, возникающие при изучении Вселенной. Нам еще предстоит разгадать множество загадок.

Что для меня было интересным и впечатляющим в данной неделе курса?

История Вселенной интересная и захватывающая. Сложно даже представить ее масштаб и глубину. Осознание того, что мы являемся маленькими частичками в бесконечном мире завораживает, вызывает мурашки и потрясает. В тоже время приходит понимание, что, несмотря на обширные знания в различных областях науки, мы знаем о мире, в котором мы живет, лишь малую часть. Надеюсь, что и остальной курс будет таким же потрясающим.