Глава 2. Откуда взялись вещества

Глава 2.
Откуда взялись вещества?
Чтобы понять, откуда взялся строительный материал для материи – элементарные
частицы, надо отправиться в далекое прошлое. Но машины времени не существует, по
крайней мере ее никто еще не создал. Тем не менее астрофизикам, изучающим
Вселенную, каждый день удается заглянуть в далекое прошлое и узнать о событиях,
которые там происходили. Для этого они используют телескопы.
Все дело в свете. Когда мы смотрим на любой предмет, то видим свет, который
отражается от предмета. Отраженный свет попадает в наши глаза, на специальное
приемное устройство – сетчатку, которая в свою очередь передает сигнал в мозг, а
мозг сам строит изображение того, что мы видим.
Свет летит с невообразимой скоростью – 300000 километров в секунду. И если
свету нужно преодолеть расстояние в миллионы и миллиарды километров, то на это
требуется значительное время. Вот мы смотрим на Луну. И что мы видим? Красивый
белый диск на ночном небе, покрытый темными пятнами. Но вряд ли Вы
задумывались над тем, что глядя на Луну, мы смотрим в прошлое, на несколько
секунд назад. Именно столько времени требуется свету, чтобы преодолеть расстояние
от Луны до Земли. А если мы рассматриваем Солнце, то мы еще больше удаляемся в
прошлое – на несколько минут. Что уж говорить, например, о звездной системе Альфа
Центавра! А наш взгляд на эту звезду – это бросок в прошлое почти с четыре с
половиной года: столько времени добирается свет от звезды до наших глаз. Если
обозначить это расстояние в километрах, о получится длинное неудобное для
вычислений число с нулями. Поэтому ученые для космических расстоянй придумали
свою меру длины – световой год. Он равен тому расстоянию, которое проходит свет за
год, приблизительно 9460000000000 (9 триллионов 460 миллиардов) километров.
Самая мощная на сегодняшний момент машина времени – это телескоп «Хаббл»,
который вращается на земной орбите 20 лет, собирая различную информацию из
разных уголков Галактики. Он ловит свет далекого прошлого и посылает его на Земл
Телескоп «Хаббл»
Спектральные очки
Но зачем нам свет, если мы хотим узнать, откуда взялось вещество? Оказывается, свет
может рассказать не только о внешнем виде. Любое сильно нагретое тело излучает
энергию. Разогретая печка излучает тепло, раскаленные угли пышут жаром и мерцают
красным огнем. Таково свойство всех веществ и его составных частей, атомоввозбуждаться и излучать при нагревании.
Астрофизики, поймавшие свет далекой звезды, могут разложить его на части – это
называется спектром. По спектрам ученые устанавливают какая у нее температура,
какие элементы входят в ее состав, какие процессы протекают на этой звезде и как
далеко она расположена от Земли.
Если посмотреть на Солнце сквозь такие спектральные очки, то окажется, что на
Солнце присутствует около 80 элементов таблицы Менделеева. Больше всего
водорода и гелия, и совсем чуть- чуть (2%) других элементов.
Однако главный вопрос остается, откуда взялись эти элементы на Солнце?
Начало всех начал, или Космическая кухня
Сегодня телескоп «Хаббл» позволяет заглянуть на двенадцать миллиардов лет
назад! Излучение, пришедшее из невообразимо далекого прошлого и пойманное
«Хабблом»,
тщательно
изучают
астрофизики.
Так
им
удается
воссоздать
те
космические события, которые разворачивались на протяжении этого гигантского
промежутка времени.
А все началось с Большого взрыва. Именно так назвал момент зарождения
Вселенной бельгийский священник и астроном Жорж Леметр в 1931 году. Уже тогда, в
начале XX века, астрономы сумели с помощью наземных телескопов разглядеть и
понять, что части Вселенной находятся
постоянном движении. И не просто в
движении, они словно разбегаются в разные стороны, удаляясь друг от друга. В конце
20-х годов прошлого столетия Жорж Леметр посетил своего друга , астронома Эдвина
Хаббла (в честь его назван телескоп) в Маунт-Вилсоновской астрономической
обсерватории в Калифорнии (США) и узнал об этих последних наблюдениях. А
дальше он просто подумал и представил, что будет, если разлетающиеся осколки
гранаты обратить вспять, то есть заставить лететь в обратном направлении. Этот
мысленный эксперимент привел его к тому исходного моменту, когда граната
взорвалась и породила разлетающиеся осколки. Так появилась на свет теория
Большого взрыва.
Большой взрыв
Сегодня астрофизики подсчитали, что Большой взрыв случился около 14
миллиардов лет назад. Взорвалось нечто очень плотное. Жорж Леметр назвал это
первоатомом, а современные физики – точкой сингулярности. И в момент этого
исторического для нашего мира взрыва родились материя, пространство и время.
Большой взрыв был невероятно мощным: на его фоне взрыв атомной бомбы – просто
комариный писк. Раскаленный шарик с гигантской температурой начал стремительно
раздуваться, создавая внутри себя все больше пространства. По мере расширения
температура внутри раскаленной сферы падала, и начала рождаться будущая материя.
Мы знаем, что атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Они- то и
появились в самом начале первой секунды после Большого взрыва. Секунда еще не
прошла,
а
температура
уже
упала
до
300
миллионов
градусов,
и
начали
формироваться первые ядра будущих атомов, самых маленьких и простых – тяжелого
водорода (один протон и один нейтрон) и гелия (два протона, два нейтрона). Они
были первыми. Через тысячу лет стало прохладнее, всего-то 30 тысяч градусов. Но
это была именно та температура, при которой ядра атомов гелия и водорода смогли
притянуть к себе электроны. Так появились первые атомы.
А потом, еще через 200 миллионов лет, во вселенной стало просто чудовищно
холодно – минус 272 градуса по Цельсию. При таких условиях газ Вселенной,
состоящий из водорода и гелия стал конденсироваться, то есть объединяться в
газовые шары, вроде нашего Солнца и других звезд. Силы гравитации все сильнее
сжимали их. Из-за выделяющейся при этом энергии начала расти температура. И вот
в недрах звезд создались условия, при которых началась реакция термоядерного
синтеза ядер водорода и гелия, порождающее ядра все более тяжелых элементов,
всех химических элементов периодической системы Менделеева. Так звезды
превращались в гигантские фабрики материи. А еще в результате этих реакций
выделялось много энергии, которая распространялась во Вселенной, в том числе в
виде света. Именно поэтому мы видим на небе звезды, которые удалены от нас на
сотни миллионов световых лет.
Эти ранние галактики
представляют собой нечто
вроде строительных блоков
для современных галактик"
А потом все «топливо» в недрах звезды сгорало, и звезда взрывалась, раскидывая
во Вселенной наработанную материю. Образовалась межзвездная пыль, из нее –
пылевые облака, а уж из них – планеты, напичканные самыми разными веществами.
Вот так рождалась материя, из которой формировались все объекты во Вселенной.
Наша Солнечная система, в которой мы живем, входит в состав нашей Галактики
Млечный Путь. В этой Галактике, как и в других, больше 100 миллиардов звезд. А
всего во Вселенной 100 миллиардов таких галактик вроде нашей. Гигантский,
необозримый, загадочный мир! И весь он соткан из материи, то есть вещества,
порожденного Большим взрывом.
Хотя на самом деле никто не может утверждать наверняка, ведь никто не видел
Большого взрыва. Это всего лишь теория. Но сегодня, все наблюдаемые данные,
полученные
астрофизиками
подтверждают,
что
с
сценарий
помощью
зарождения
«Хаббла»
и
развития
и
других
Вселенной,
телескопов,
именуемый
«Большим взрывом», очень похож на правду. Впрочем, остается много вопросов: а что
было до Большого взрыва? Есть ли другие Вселенные, кроме нашей? А если нет, то
что с ней в конце концов произойдет?
Итак, давайте подведем итог. Протоны, нейтроны и электроны, из которых
созданы все элементы и вещества, или материя, появились на свет в момент рождения
Вселенной, сразу после Большого взрыва. Из них сформировались атомы первых
веществ
–
водорода
и
гелия,
которые
по-прежнему
остаются
самыми
распространенными веществами во Вселенной. А весь остальной набор химических
элементов рождался и продолжает рождаться в звездах. Здесь при огромных
температурах безостановочно протекают реакции распада и синтеза ядер и атомов,
здесь рождаются химические элементы, поставляемые, как сырье, во Вселенную.
Физики утверждают, что количество электронов во Вселенной не менялось с
момента Большого взрыва. Это означает, что и количество веществ в этом
удивительном мире конечно.
https://youtu.be/jCsTIAfyNp4