Веками и тысячелетиями ученых и богословов волновал вопрос: как появился наш мир? И те и другие хоть и отвечали на этот вопрос по-разному, но тем не менее одновременно придерживались той точки зрения, что Вселенная статична и неизменна. И этот взгляд на мир вполне устраивал и тех и других.

Но все кардинально изменилось в первой трети XX века, когда в 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная расширяется. Причем скорость удаления галактик друг от друга была тем большей, чем большим было расстояние между ними. Опираясь на скорости разбегания галактик, Хаббл установил, что процесс расширения начался приблизительно 20 миллиардов лет назад. Правда, сегодня считается, что это случилось 13,7 миллиарда лет назад, и именно тогда образовалась Вселенная.

Но из того факта, что Вселенная расширяется, то есть находится в динамике, следовал логический вывод, что она в силу каких-то причин должна была возникнуть. Естественно, вскоре появились и гипотезы, которые попытались объяснить ее появление.

В 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная расширяется

В 1960 году любопытную гипотезу выдвинул американский физик-теоретик Джон Уилер. Согласно его предположению, когда-нибудь нынешнее расширение Вселенной сменится сжатием в сингулярность. После этого произойдет взрыв, и Вселенная вновь станет расширяться… И такие процессы будут продолжаться до бесконечности. Такой взгляд на эволюцию мироздания получил название теории «пульсирующей Вселенной».

Другая гипотеза предполагает существование так называемой протовселенной. То есть в соответствии с ней еще до Большого взрыва из ничего должна была появиться материя. В основе этой точки зрения лежат белые дыры – теоретические антиподы черных дыр. Именно из белых дыр в противоположность черным, материя должна истекать в неограниченном количестве со скоростью света. То есть иначе говоря, она должна появляться из ниоткуда. И хотя эта теория объясняет некоторые загадки Вселенной, в частности ее неоднородность, она пока не может быть принята на том основании, что до сих пор не обнаружено ни одной белой дыры.

Физик Нейл Турок – один из создателей модели открытой инфляционной Вселенной

Когда-то великий Лейбниц убежденно заявлял, что Вселенная состоит из элементарных структур – монад, каждая из которых содержит информацию обо всей Вселенной. В своей «Монадологии» Лейбниц пишет:

«Каждую частицу материального мира можно представить как сад, полный растений, как водоем, полный рыб. При этом каждая веточка растения, каждая рыбка, каждая капля росы является таким же садом или таким же водоемом».

По прошествии двух столетий, в 1947 году, идеи Лейбница позволили венгерскому физику, лауреату Нобелевской премии Денешу Габору изобрести голограмму.

Что такое голограмма? Главная ее особенность состоит в том, что каждая из ее частей в некотором смысле содержит целое. То есть если голограмму с изображением, например, растения или автомобиля разрезать пополам и осветить лазером, каждая половина будет содержать целое изображение тех же самых растения и автомобиля, причем точно тех же размеров. Если же продолжать разрезать голограмму на более мелкие кусочки, на каждом из них мы вновь обнаружим изображение всего объекта в целом. Правда, качество изображения будет ухудшаться. И если на любую часть голограммы направить луч лазера, то будет восстановлено полное изображение объекта.

Так вот, еще в прошлом столетии соратник Альберта Эйнштейна английский физик Дэвид Бом предположил, что весь мир по своему устройству аналогичен голограмме. Это значит, что, подобно голограмме, где любой ничтожно малый объем содержит в себе все изображение трехмерного тела, каждый существующий объект тоже «вкладывается» в любую из своих составных частей.

Открытие нейтрино – частицы с удивительными свойствами – является очень важным и вместе с тем довольно трудным этапом в освоении учеными мира элементарных частиц, а значит, и Вселенной.

А происходило все следующим образом. В самом начале XX века, исследуя бета-распад нейтрона, физики пытались свести баланс энергии в этих процессах. Однако их попытки постоянно завершались неудачей: какая-то часть энергии неизвестно куда пропадала. Возможно, в другой ситуации этот факт не очень смутил бы ученых, но в данном случае дамоклов меч завис над фундаментальным законом физики – законом сохранения энергии.

Выход из возникшего тупика нашел швейцарский физик Вольфганг Паули, который в 1930 году выдвинул гипотезу, что при бета-распаде кроме электрона появляется еще какая-то трудноуловимая частица, которая «крадет» и уносит с собой недостающую часть энергии. А «незримой» она остается по той причине, что у нее нет электрического заряда и она не в состоянии отрывать электроны от атома или расщеплять ядра. То есть, иначе говоря, не может заявить о своем существовании теми особенностями, которые позволяют фиксировать появление частицы.

Энрико Ферми в 1932 году дал официальное название новой частице – нейтрино («нейтрончик»)

На исходе минувшего столетия астрофизики пришли к удивительному выводу: оказывается, видимая материя, то есть та, которую можно потрогать, увидеть или услышать, представлена во Вселенной лишь в небольшом количестве. Остальная же часть космического пространства занята так называемыми темными материей и энергией, и обнаружить их современными методами довольно сложно.

Для исследователей Вселенной такой вывод стал полной неожиданностью. И первое время они даже не представляли себе, как подступиться к этой проблеме. Но вскоре все-таки появились некоторые надежды на то, что и к загадочным темным «силам» удастся подобрать ключик.

Теперь уже известно, что в мировом пространстве той материи, из которой сформированы звезды и межзвездный газ, всего лишь порядка 4 %. Остальную же часть Вселенной занимает скрытая масса и темная энергия, причем на скрытую массу приходится 25 %, а на темную энергию – 71 %.

Таинственная скрытая масса волнует ученых с 1931 года. Именно тогда швейцарский астрофизик Фриц Цвикки определил полную массу группы галактик. А сделал он это довольно простым способом: подсчитал количество звезд в галактике, а затем полученное число умножил на среднюю массу звезды. Казалось бы, все достаточно надежно.

После этого по красному смещению спектральных линий ученый определил вариацию скоростей галактик. И к своему немалому удивлению, установил, что скорости очень велики и рассчитанного по светимости количества материи явно не хватает, чтобы порожденным ею гравитационным полем удержать галактики в скоплении. То есть выходило, что они должны разлететься, но они, тем не менее оставались на месте. Почему?

Если рассматривать Вселенную в мощные телескопы, то можно подумать, что все пространство между скоплениями звезд и туманностей – это сплошная пустота. На самом же деле все далеко не так, как может показаться. В межзвездном пространстве вещество все-таки имеется.

И доказал это в начале прошлого века швейцарский астроном Роберт Трюмплер, открывший ослабление светового потока от звезд к Земле. При этом, как выяснилось позже, свет по пути к земному наблюдателю от голубых звезд теряется интенсивнее, чем от красных.

Швейцарский астроном Роберт Трюмплер, открывший ослабление светового потока от звезд к Земле

Итак, нам уже известно, что в разных областях межзвездного пространства плотность газа и пыли очень неравномерна. В некоторых же местах эти вещества скапливаются в более концентрированные структуры, образуя гигантские облака и сверхоблака.

Однако межзвездный газ – это не просто разреженное вещество, представленное атомным и молекулярным водородом, а материал, из которого формируются новые звезды. А происходит этот процесс следующим образом. Сначала в некоторых зонах газового облака в результате сил гравитации появляются плотные сгустки вещества – зародыши новых звезд.

Образовавшийся «комок» продолжает сжиматься. И длится этот процесс до тех пор, пока в центре этого сгустка температура и плотность не поднимутся до той критической отметки, после которой начинаются термоядерные реакции, в ходе которых водород превращается в гелий. Как только эти процессы пойдут, сгусток газа становится звездой.

Кроме газа, активную роль в образовании звезд играет и межзвездная пыль. Именно благодаря ей газ быстрее остывает. Связано это, во-первых, с тем, что пыль поглощает выделяющуюся во время сжатия облака энергию; во-вторых, эту энергию она перераспределяет по другим диапазонам спектра, тем самым влияя на энергетический обмен между звездой и окружающим пространством. И от того, каковы свойства пыли, а также какое ее количество в протозвездном облаке, зависит, сколько звезд в нем появится, а также каковой будет их масса.