Тайны квантового мира: О парадоксальности пространства и времени

Как и во всякой физической системе, материя, содержащаяся во Вселенной, нагревается при сжатии и охлаждается при расширении. …Значит, на первых этапах Большого взрыва Вселенная была чрезвычайно горячей, так как находилась в чрезвычайно сжатом состоянии. Поэтому содержимое Вселенной на этом этапе обычно называют первичным огненным шаром.

Рис. 9. Эффект Доплера

Если мы стоим на железнодорожной насыпи и нас приветствует проходящий мимо локомотив, то его сигнал меняется поразительным образом от свистка до басовитого гудения. Данное явление изменения воспринимаемой частоты колебаний при движении источника или приемника волн впервые исследовал немецкий акустик К. Доплер. Эффект Доплера справедлив для любых волн, и в астрономии по доплеровскому сдвигу частоты испускаемого света судят о скорости движения небесных тел. Наблюдение доплеровского сдвига частот света удаленных галактик в виде так называемого красного смещения свидетельствует о том, что все галактики удаляются от нас со скоростями примерно до половины скорости света, возрастающими с расстоянием. Вопрос о физических причинах красного смещения до сих пор бурно дебатируется в астрономических и особенно околоастрономических кругах, хотя подавляющее большинство ученых сходятся во мнении, что смещение линий в спектрах далеких галактик вызвано именно расширением Вселенной.

Рис. 10. Реликтовый микроволновый фон

Реликтовое излучение заполняет всю Вселенную, и если бы мы могли видеть микроволны, все небо пылало бы во всех направлениях. Микроволновый фон является одним из главных доказательств реальности сценария «горячей Вселенной» и самого Большого взрыва.

Рис. 11. Звездная система из белого карлика и красного гиганта

Здесь представлена художественная модель космического катаклизма в двойной звездной системе. Красный гигант сбрасывает с себя водородный газовый слой на своего компаньона — белый карлик. При этом может произойти чудовищный термоядерный взрыв, который земные астрономы увидят как новую звезду. Ученые предполагают, что в подобных звездных системах через сотни тысяч лет на поверхности белого карлика может собраться столько вещества, что произойдет один из самых мощных космических катаклизмов — взрыв сверхновой звезды. Модель белого карлика была разработана в тридцатые годы прошлого века, после создания квантовой механики и открытия нейтрона. Тогда физики исследовали возможность формирования этих особых звездных компактных объектов, а также нейтронных звезд после истощения в недрах звезды ядерного топлива. В ходе выгорания вещества звездное ядро может сжаться в маленький сверхплотный белый карлик или же в еще более плотную и совсем крохотную нейтронную звезду.

Рис. 12. Сверхновые звезды в далеких галактиках

В тридцатых годах прошлого века целый ряд астрономов выдвинули гипотезу о том, что вспышки сверхновых звезд представляют собой совершенно особый тип звездных взрывов, вызванных катастрофическим сжатием ядра звезды. Так впервые родилась идея о возможности наблюдать коллапс звезд. Тогда же было высказано предположение, что в результате взрыва сверхновой образуется сверхплотная вырожденная звезда, состоящая из нейтронов. Расчеты показали, что такие объекты действительно могут рождаться и быть устойчивыми, но лишь при умеренной начальной массе звезды. Если масса звезды превышает три массы Солнца, то уже ничто не сможет остановить ее катастрофического коллапса.

Рис. 13. Гипотетическая сверхмассивная черная дыра в центре нашей Галактики

В центре нашей Галактики — Млечного Пути находится таинственный кандидат в черные дыры с массой, более чем в два миллиона раз превышающей массу Солнца. Это заключение астрономы сделали, наблюдая искажения траекторий звезд, обращающихся вокруг центра Галактики. Невидимый центр сверхсильного притяжения таких звезд должен быть исключительно компактным. Все это полностью соответствует портрету гравитационного коллапсара, созданному физиками-теоретиками.

Рис. 14. Модельная схема редукции волнового пакета