Eksperimentāli pierādījumi tam, ka noteikti morāli pārkāpumi izraisa negatīvas fiziskas sekas. Šie eksperimenti ir tikai ētiski, un, ņemot vērā šajā grāmatā izklāstītos jaunos jēdzienus, tie parāda, kā daži morāli pārkāpumi var

Četri spēki un to virtuālās daļiņas Pievērsīsimies fizikas TOE, tā sauktajai "vienotā lauka teorijai" un domāsim par spēkiem un laukiem. Mūsdienu fizikā ir ikdienas realitāte, kas sastāv no telpas, laika un objektiem. Objektu ietvaros ir dažādi

Ir 4 veidu fundamentālās mijiedarbības, kuras nav reducējamas viena ar otru.

Elementārās daļiņas piedalās visa veida zināmās mijiedarbībās.

Apsveriet tos dilstošā intensitātes secībā:

1) spēcīga,

2) elektromagnētiskais,

3) vājš

4) gravitācijas.

Spēcīga mijiedarbība notiek atomu kodolu līmenī un atspoguļo to veidojošo daļu savstarpējo pievilcību. Tas darbojas apmēram 10 -13 cm attālumā.

Spēcīgas mijiedarbības rezultātā veidojas materiālās sistēmas ar augstu saistīšanas enerģiju - atomu kodoli. Šī iemesla dēļ atomu kodoli ir ļoti stabili, tos ir grūti iznīcināt.

Elektromagnētiskā mijiedarbība apmēram tūkstoš reižu vājāks par spēcīgu, bet darbojas daudz lielākos attālumos. Šāda veida mijiedarbība ir raksturīga elektriski lādētām daļiņām. Elektromagnētiskās mijiedarbības procesā elektroni un atomu kodoli tiek apvienoti atomos, atomi - molekulās. Zināmā nozīmē šī mijiedarbība ir būtiska ķīmijā un bioloģijā.

Vāja mijiedarbība iespējams, starp dažādām daļiņām. Tas stiepjas apmēram 10 -15 -10 -22 cm attālumā un galvenokārt ir saistīts ar daļiņu sabrukšanu. Saskaņā ar pašreizējo zināšanu līmeni lielākā daļa daļiņu ir nestabilas tieši vājās mijiedarbības dēļ. Piemēram, neitrona transformācijas par protonu, elektronu un antineitrīnu, kas notiek atoma kodolā.

Gravitācijas mijiedarbība vājākais un teorijā netiek ņemts vērā elementārdaļiņas, jo tas rada ļoti mazus efektus. Kosmiskā mērogā gravitācijas mijiedarbībai ir izšķiroša nozīme. Tās klāsts nav ierobežots.

Laiks, kurā notiek elementārdaļiņu transformācija, ir atkarīgs no mijiedarbības spēka.

Kodolreakcijas, kas saistītas ar spēcīgu mijiedarbību, notiek 10 -24 -10 -23 s laikā.

Izmaiņas elektromagnētiskās mijiedarbības dēļ tiek veiktas 10 -19 -10 -21 s laikā.

Elementārdaļiņu sabrukšana, kas saistīta ar vājo mijiedarbību, ilgst vidēji 10 -21 s.

Šīs četras mijiedarbības ir nepieciešamas un pietiekamas, lai izveidotu daudzveidīgu pasauli.

Bez spēcīgas mijiedarbības atomu kodoli nepastāvētu, un zvaigznes un Saule nevarētu radīt siltumu un gaismu kodolenerģijas dēļ.

Bez elektromagnētiskās mijiedarbības nebūtu ne atomu, ne molekulu, ne makroskopisku objektu, kā arī siltuma un gaismas.

Bez vājas mijiedarbības nebūtu iespējamas kodolreakcijas Saules un zvaigžņu iekšienē, nenotiktu supernovas sprādzieni un Visumā nevarētu izplatīties dzīvībai nepieciešamie smagie elementi.

Bez gravitācijas mijiedarbības ne tikai nebūtu galaktiku, zvaigžņu, planētu, bet arī nevarētu attīstīties viss Visums, jo gravitācija ir vienojošs faktors, kas nodrošina Visuma vienotību kopumā un tā evolūciju.

visas četras fundamentālās mijiedarbības, kas nepieciešamas, lai no elementārdaļiņām izveidotu sarežģītu un daudzveidīgu materiālo pasauli, var iegūt no vienas fundamentālās mijiedarbības - lielvaras .

Teorētiski ir pierādīts, ka ļoti augstās temperatūrās (vai enerģijās) visas četras mijiedarbības apvienojas vienā.

Pie 100 GeV enerģijas elektromagnētiskā un vājā mijiedarbība apvienojas. Šī temperatūra atbilst Visuma temperatūrai 10 -10 s. pēc Lielā sprādziena.

Pie enerģijas 1015 GeV tiem pievienojas spēcīga mijiedarbība.

Pie enerģijas 1019 GeV visas četras mijiedarbības ir vienotas.

1 GeV = 1 miljards elektronvoltu

Sasniegumi elementārdaļiņu izpētes jomā veicināja atomisma jēdziena tālāku attīstību.

Pašlaik tiek uzskatīts, ka starp daudzajām elementārdaļiņām var izcelt 12 pamatdaļiņas un tas pats antidaļiņas .

Sešas daļiņas ir kvarki ar eksotiskiem nosaukumiem:

"augšējais", "apakšējais", "apburtais", "dīvains", "patiess", "burvīgs".

Atlikušie seši ir leptoni: elektrons , muons , tau daļiņa un tiem atbilstošie neitrīni (elektroniskie, mionu, tau neitrīni).

Parastā viela sastāv no pirmās paaudzes daļiņām.

Tiek pieņemts, ka atlikušās paaudzes var radīt mākslīgi uz lādētiem daļiņu paātrinātājiem.

Pamatojoties uz kvarku modeli, fiziķi ir izstrādājuši modelis atomu struktūras.

Katrs atoms sastāv no smagā kodola (protoniem un neitroniem, kas stipri saistīti ar gluona laukiem) un elektronu apvalka.

Protonu skaits kodolā ir sērijas numurs elementu periodiskajā tabulā D.I. Mendeļejevs.

Protonam ir pozitīvs elektriskais lādiņš, tā masa ir 1836 reizes lielāka par elektrona masu, un tā izmēri ir aptuveni 10 -13 cm.

Neitrona elektriskais lādiņš ir nulle.

Protons, saskaņā ar kvarku hipotēzi, sastāv no diviem "augšup" kvarkiem un viena "uz leju", bet neitronu - no viena "augšup" un diviem "lejup" kvarkiem. Tos nevar attēlot kā cietu bumbiņu; drīzāk tie atgādina mākoni ar neskaidrām robežām, kas sastāv no jaunām un izzūdošām virtuālajām daļiņām.

Joprojām ir neatrisināti jautājumi par kvarku un leptonu izcelsmi, par to, vai tie ir galvenie dabas "pirmie ķieģeļi" un cik tie ir fundamentāli. Atbildes uz šiem jautājumiem tiek meklētas mūsdienu kosmoloģijā.

Liela nozīme ir elementārdaļiņu dzimšanas procesu izpētei no vakuuma, primārās kodolsintēzes modeļu konstruēšanai, kas radīja noteiktas daļiņas Visuma dzimšanas brīdī.

Mijiedarbības nesējas daļiņas

JAUTĀJUMI EKSĀMENAM TSP 2. kursa FIZIKA

1. Dinamikas pamatjēdzieni: masa, spēks, inerce, inerce, Ņūtona likumi.

Svars- ķermeņa inerces kvantitatīvais mērs. Masas SI mērvienību sauc par kilogramu (kg).

Spēks- vektors fiziskais daudzums, kas ir citu ķermeņu, kā arī lauku ietekmes intensitātes mērs.

Inerce- tā ir materiāla ķermeņa īpašība pretoties tā kustības ātruma izmaiņām ( gan izmērā, gan virzienā ).

inerce- ķermeņa īpašība lielākā vai mazākā mērā novērst tā ātruma izmaiņas attiecībā pret inerciālā sistēma skaitot, kad uz to iedarbojas ārēji spēki.

Ņūtona likumi:

1. Materiāls punkts atrodas miera stāvoklī vai kustas vienmērīgi un taisni, ja uz to neiedarbojas nekādi spēki vai uz punktu iedarbojošie spēki ir līdzsvaroti.

2. Paātrinājums, ar kādu ķermenis kustas, ir tieši proporcionāls spēkam, kas uz to iedarbojas, apgriezti proporcionāls ķermeņa masai un sakrīt virzienā ar spēka virzienu.

3. Spēki, ar kuriem materiālie ķermeņi iedarbojas viens uz otru, ir vienādi pēc lieluma, pretējā virzienā un vērsti pa taisnu līniju, kas iet caur šiem ķermeņiem.

2. Spēki dabā .

gravitācijas, elektromagnētiskā, spēcīga (kodolenerģija) un vāja.
Gravitācijas spēki , jeb universālās gravitācijas spēki, darbojas starp visiem ķermeņiem – visi ķermeņi tiek piesaistīti viens otram. Bet šī pievilcība parasti ir būtiska tikai tad, ja vismaz viens no mijiedarbībā esošajiem ķermeņiem ir tikpat liels kā Zeme vai Mēness. Pretējā gadījumā šie spēki ir tik mazi, ka tos var atstāt novārtā.
Elektromagnētiskie spēki iedarbojas starp daļiņām, kurām ir elektriskais lādiņš. Viņu darbības joma ir īpaši plaša un daudzveidīga. Atomos, molekulās, cietos, šķidros un gāzveida ķermeņos, dzīvos organismos galvenie ir elektromagnētiskie spēki. Viņu loma atomos ir liela.
Darbības joma kodolspēkiļoti ierobežots. Tie ir pamanāmi tikai atomu kodolos (ti, 10–13 cm attālumā). Jau attālumos starp daļiņām 10-11 cm (tūkstoš reižu mazākas par atoma izmēru - 10-8 cm) tās vispār neparādās.
Vāja mijiedarbība izpaužas vēl mazākos attālumos, apmēram 10 -15 cm Tie izraisa savstarpējas elementārdaļiņu pārvērtības, nosaka kodolu radioaktīvo sabrukšanu, termiskās reakcijas kodolsintēze.
kodolspēki - visspēcīgākais dabā. Ja kodolspēku intensitāti pieņem par vienotību, tad elektromagnētisko spēku intensitāte būs 10 -2 , gravitācijas - 10 -40 , vājās mijiedarbības - 10 -16 .
Spēcīga (kodolenerģija) un vāja mijiedarbība izpaužas tik mazos attālumos, kad Ņūtona mehānikas likumi un kopā ar tiem mehāniskā spēka jēdziens zaudē nozīmi.
Mehānikā mēs apsvērsim tikai gravitācijas un elektromagnētisko mijiedarbību.
Spēki mehānikā. Mehānikā tie parasti nodarbojas ar trīs veidu spēkiem - gravitācijas spēkiem, elastības spēkiem un berzes spēkiem.
Elastības un berzes spēkiem ir elektromagnētisks raksturs.

3. Universālās gravitācijas spēks, svars, bezsvara stāvoklis, brīvais kritiens.

smagums- savstarpējās pievilkšanās spēks, kas darbojas starp visiem materiālajiem ķermeņiem.
AT 1682 gadā Ņūtons atklāja gravitācijas likums: Visi ķermeņi tiek piesaistīti viens otram, universālās gravitācijas spēks ir tieši proporcionāls ķermeņu masu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tiem:

Svars - spēksķermeņa trieciens uz balstu (vai balstiekārtu vai cita veida stiprinājumu), kas novērš kritienu uz lauka gravitācijas HYPERSAITE" http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D1%81"HYPERSAITE" http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0 %92% D 0% B 5% D 1% 81".

Bezsvara stāvoklis- stāvoklis, kurā ķermeņa mijiedarbības spēks ar balstu ( ķermeņa masa) celties no gravitācijas Pievilcība, citu masu spēku darbība, jo īpaši inerces spēks, kas rodas no ķermeņa paātrinātas kustības, nav.

Formula:
P=0, kur P ir svars, tas ir, spēks, ar kādu ķermenis iedarbojas uz balstu vai balstiekārtu.

Brīvais kritiens- tas ir vienmērīgi paātrināta kustība Reibumā smagums.

g - brīvā kritiena paātrinājums, 9.81 (m/s²),

4. Ķermeņa kustība vairāku spēku iedarbībā.

Parasti uz ķermeni iedarbojas vairāki spēki vienlaikus. Kopā ar gravitācijas un elastības spēkiem gandrīz vienmēr darbojas berzes spēks. Īpaši nepieciešams ņemt vērā berzes spēku gadījumos, kad tiek ņemta vērā satiksme.

Ir labi zināms, ka starp automašīnām ir jāievēro noteikts attālums, lai izvairītos no negadījumiem; lietainā laikā vai ledus apstākļos tam jābūt lielākam nekā sausā laikā. Rodas jautājumi: kādam jābūt šim attālumam un kā tas ir atkarīgs no automašīnas ātruma? Lai uz tiem atbildētu, apsveriet problēmu.

Protogalaktisko mākoņu veidošanās mazāk nekā aptuveni 1 miljardu gadu pēc Lielā sprādziena
Attēls: Ādolfs Šallers, Habla galerija (NASA)

Mēs labi apzināmies gravitācijas spēku, kas notur mūs uz zemes un apgrūtina lidošanu uz Mēnesi. Un elektromagnētisms, pateicoties kuram mēs nesadalāmies atsevišķos atomos un varam pieslēgt klēpjdatorus kontaktligzdai. Fiziķis koptchick runā par vēl diviem spēkiem, kas padara Visumu tieši tādu, kāds tas ir.

No skolas sola mēs visi labi zinām universālās gravitācijas likumu un Kulona likumu. Pirmajā ir paskaidrots, kā masīvi objekti, piemēram, zvaigznes un planētas, mijiedarbojas (piesaista) viens ar otru. Otrs parāda (atgādināsim pieredzi ar ebonīta nūju), kādi pievilkšanās un atgrūšanas spēki rodas starp elektriski lādētiem objektiem.

Bet vai tas ir viss spēku un mijiedarbības kopums, kas nosaka mūsu novērojamā Visuma izskatu?

Mūsdienu fizika saka, ka Visumā starp daļiņām pastāv četri pamata (fundamentālās) mijiedarbības veidi. Es jau runāju par diviem no tiem iepriekš, un šķiet, ka ar viņiem viss ir vienkārši, jo viņu izpausmes mūs pastāvīgi ieskauj Ikdiena: Šī ir gravitācijas un elektromagnētiskā mijiedarbība.

Tātad, pateicoties pirmā darbībai, mēs stingri stāvam uz zemes un nelidojam iekšā kosmosā. Otrais, piemēram, nodrošina elektrona piesaisti protonam atomos, no kuriem mēs visi sastāvam, un galu galā atomu piesaisti viens otram (t.i., tas ir atbildīgs par molekulu, bioloģisko audu veidošanos, utt.). Tātad tieši elektromagnētiskās mijiedarbības spēku dēļ, piemēram, izrādās, ka nocirst galvu kaitinošam kaimiņam nav nemaz tik vienkārši, un šim nolūkam nākas ķerties pie cirvja palīdzības. dažādi improvizēti līdzekļi.

Bet ir arī tā sauktā stiprā mijiedarbība. Par ko tā ir atbildīga? Vai jūs skolā nepārsteidza fakts, ka, neskatoties uz Kulona likuma apgalvojumu, ka divi pozitīvs lādiņš jāatbaida vienam otru (pievelkas tikai pretstati), daudzu atomu kodoli klusi eksistē paši par sevi. Bet tie, kā jūs atceraties, sastāv no protoniem un neitroniem. Neitroni – tie ir neitroni, jo ir neitrāli un elektriskais lādiņš nav, bet protoni ir pozitīvi uzlādēti. Un kādus spēkus, jābrīnās, var noturēt kopā (vienas triljonās daļas mikrona attālumā - kas ir tūkstoš reižu mazāks par pašu atomu!) Vairāki protoni, kuriem saskaņā ar Kulona likumu ir jāatgrūž vienam otru ar briesmīga enerģija?

Spēcīga mijiedarbība - nodrošina pievilcību starp daļiņām kodolā; elektrostatiskā - atgrūšanās
Šo patiesi titānisko uzdevumu pārvarēt Kulona spēkus pārņem spēcīga mijiedarbība. Tātad, ne vairāk, ne mazāk, pateicoties tam, protoni (tāpat kā, patiešām, neitroni) kodolā joprojām tiek piesaistīti viens otram. Starp citu, paši protoni un neitroni arī sastāv no vēl vairāk "elementārdaļiņām" - kvarkiem. Tātad arī kvarki mijiedarbojas un tiek “stipri” piesaistīti viens otram. Bet, par laimi, atšķirībā no tās pašas gravitācijas mijiedarbības, kas darbojas arī daudzu miljardu kilometru kosmiskajos attālumos, spēcīgā mijiedarbība, kā saka, ir neliela darbības rādiusa. Tas nozīmē, ka "spēcīgais pievilcības" lauks, kas ieskauj vienu protonu, darbojas tikai mazos mērogos, kas faktiski ir salīdzināms ar kodola izmēru.

Tāpēc, piemēram, protons, kas sēž viena no atomiem kodolā, nevar, sasodīts par Kulona atgrūšanos, paņemt un “spēcīgi” piesaistīt protonu no blakus esošā atoma. Pretējā gadījumā visa Visuma protonu un neitronu viela varētu tikt "pievilkta" kopējam masas centram un veidotu vienu milzīgu "superkodolu". Kaut kas līdzīgs tomēr notiek neitronu zvaigžņu biezumā, un vienā no tām, kā jūs varētu gaidīt, kādu dienu (apmēram pēc pieciem miljardiem gadu) mūsu Saule saruks.

Tātad ceturtā un pēdējā no fundamentālajām mijiedarbībām dabā ir tā sauktā vājā mijiedarbība. Ne velti tas ir nosaukts: tas ne tikai darbojas pat attālumos, kas ir pat īsāki par spēcīgo mijiedarbību, bet arī tā jauda ir ļoti maza. Tātad, atšķirībā no tā spēcīgā "brāļa", Kulona atbaidīšanas, tas nekādā veidā nesavilks.

Spilgts piemērs, kas parāda vājās mijiedarbības vājumu, ir daļiņas, ko sauc par neitrīniem (var tulkot kā "mazs neitrons", "neitrons"). Šīs daļiņas pēc savas būtības nepiedalās spēcīgā mijiedarbībā, tām nav elektriskā lādiņa (un tāpēc tās nav jutīgas pret elektromagnētisko mijiedarbību), tām ir nenozīmīga masa pat pēc mikropasaules standartiem, un tāpēc tās praktiski nav jutīgas pret gravitācija patiesībā spēj tikai vāji mijiedarboties.

Kas? Man cauri iet neitrīni?!
Tajā pašā laikā Visumā neitrīno rodas patiesi kolosālos daudzumos, un milzīga šo daļiņu plūsma pastāvīgi iekļūst Zemes biezumā. Piemēram, sērkociņu kastītes tilpumā vidēji katrā laika brīdī ir 20 neitrīno. Tādējādi var iedomāties milzīgu ūdens detektora mucu un neticamo neitrīno daudzumu, kas tajā jebkurā brīdī lido cauri. Tātad zinātniekiem, kas strādā pie šī detektora, parasti ir jāgaida mēneši uz tik laimīgu notikumu, lai vismaz viens neitrīno “sajustu” savu mucu un mijiedarbotos tajā ar saviem vājajiem spēkiem.

Tomēr, pat neskatoties uz tās vājumu, šai mijiedarbībai ir ļoti svarīga loma Visumā un cilvēka dzīvē. Tātad, tieši tas izrādās atbildīgs par vienu no radioaktivitātes veidiem - proti, beta sabrukšanu, kas ir otrais (pēc gamma radioaktivitātes) pēc tās iedarbības uz dzīviem organismiem bīstamības pakāpes. Un, kas ir ne mazāk svarīgi, bez vājās mijiedarbības siltuma plūsma nebūtu iespējama kodolreakcijas, kas plūst daudzu zvaigžņu zarnās un ir atbildīga par zvaigznes enerģijas atbrīvošanu.

Šie ir četri fundamentālo mijiedarbību Apokalipses jātnieki, kas valda pār Visumu: spēcīgi, elektromagnētiski, vāji un gravitācijas.

Ceļvedis par kopējo ainu, fundamentālajiem fiziskajiem likumiem, telpas un laika logiem, lielo karu un ārkārtīgi lieliem skaitļiem.

Pirmajā janvārī 7 000 000 000 p.m.ē. e., Ann Arbor.

nāk Jaunais gads- nav pārāk daudz iemeslu svinēšanai. Nav neviena, kas varētu pat nosvinēt viņa ierašanos. Zemes virsma ir pārvērtusies par neatpazīstamu tuksnesi, ko Saule nodedzinājusi līdz zemei. Saule uzpūta bez ierobežojumiem: tā kļuva tik milzīga, ka tās sarkanīgi karstais disks gandrīz pilnībā pārklāj dienas debesis. Dzīvsudrabs un Venera jau ir miruši, un tagad Saules atmosfēras retie ārējie apgabali draud uztvert Zemes atkāpjošos orbītu.

Okeāni, kas savulaik radīja dzīvību, jau sen iztvaikojuši, vispirms pārvēršoties par smagu sterilizējošu ūdens tvaiku mākoni un pēc tam pilnībā izšķīdinot kosmosā. Palika tikai neauglīga akmeņaina virsma. Joprojām var redzēt vājas senās piekrastes pēdas, okeāna baseinus un izpostītas kontinentu paliekas. Līdz pusdienlaikam temperatūra sasniedz gandrīz trīs tūkstošus grādu pēc Fārenheita, un akmeņainā virsma sāk kust. Ekvatoru jau daļēji apjož plata verdoša lavas josta, kas, atdziestot, veido plānu pelēku garozu, bet uzpūstā Saule ik nakti atpūšas aiz apvāršņa.

Virsmas daļa, kurā kādreiz atradās mežainās morēnas Mičiganas dienvidaustrumos, pēdējo miljardu gadu laikā ir diezgan daudz mainījusies. Bijušo Ziemeļamerikas kontinentālo daļu jau sen sadalīja ģeoloģiska vaina, kas stiepās no bijušās Ontario štata līdz Luiziānai; tas sadalīja veco stabilo cietzemes platformu un izveidoja jaunu jūras gultni. Ann Arbor pārakmeņojušās un apledojušās atliekas klāja lava, kas no tuvējiem vulkāniem nolaidās gar vecu upju gultnēm. Pēc tam, kad Jaunzēlandes lieluma salu grupa sadūrās ar piekrasti, sacietējusī lava un zem tās paslēptie nogulumieži tika iespiesti kalnu grēdā.

Tagad senās klints virsmu novājina nepanesamais Saules karstums. Akmens bluķis sadalās, izraisot zemes nogruvumu un atsedzot lieliski saglabājušos ozola lapu nospiedumu. Šīs kādreiz zaļās pasaules pēdas, kas tagad ir tik tālu, lēnām izgaist, kūstot nerimstošā ugunī. Pavisam drīz visu Zemi apņems draudīga sarkana liesma.

Šāda Zemes iznīcināšanas aina nav norakstīta no otršķirīgas zinātniskās fantastikas filmas scenārija pirmajām lappusēm; tas ir vairāk vai mazāk reālistisks apraksts par likteni, kas sagaida mūsu planētu, kad Saule pārstās eksistēt kā parasta zvaigzne un izvērsīsies par sarkanu milzi. Zemes virsmas katastrofālā kušana ir tikai viens no daudziem notikumiem, kuru stunda piemeklēs, kad Visums un tā saturs novecos.

Tagad mūsu Visums, kas tiek lēsts desmit līdz piecpadsmit miljardu gadu vecs, joprojām piedzīvo savu jaunību. Tik daudzām astronomiskām iespējām, kas rada lielāku interesi, vienkārši vēl nav bijis laika izpausties. Tomēr, tuvojoties tālajai nākotnei, Visums pamazām mainīsies, pārvēršoties par arēnu, kurā risināsies ļoti dažādi pārsteidzoši astrofiziski procesi. Šajā grāmatā Visuma biogrāfija ir izstāstīta no sākuma līdz beigām. Šis ir stāsts par to, kā naksnīgajās debesīs pazīstamās zvaigznes pamazām pārvēršas par dīvainām sasalušām zvaigznēm, iztvaikojot melnos caurumus un atomus galaktikas lielumā. Šis ir zinātnisks skatījums uz mūžības seju.

Mūsu Visuma biogrāfija un astrofizikas izpēte kopumā izvēršas četros svarīgos mērogos - planētu, zvaigžņu, galaktiku un Visuma līmenī kopumā. Katrs no tiem nodrošina cita veida logu, lai novērotu dabas īpašības un attīstību. Katrā no šiem līmeņiem astrofiziskie objekti iziet cauri visiem dzīves cikliem, sākot ar veidošanos – notikumu, kas līdzīgs dzimšanai, un – bieži vien beidzot ar ļoti specifisku finālu, līdzīgu nāvei. Nāve var būt ātra un vardarbīga; piemēram, masīva zvaigzne savu evolūciju pabeidz ar iespaidīgu supernovas sprādzienu. Vēl viena alternatīva ir blāvu sarkano punduru mokoši lēnā nāve, kas pamazām izgaist, pārvēršoties par baltajiem punduriem – kādreiz spēcīgu un aktīvo zvaigžņu atvēsinošām oglēm.

Vislielākajā mērogā mēs varam uzskatīt Visumu par vienotu organismu, kas attīstās, un pētīt tā dzīves ciklu. Šajā kosmoloģijas jomā pēdējo desmitgažu laikā ir bijis ievērojams zinātnes progress. Visums kopš tā pirmsākumiem ir paplašinājies spēcīgākajā sprādzienā - tajā pašā Lielajā sprādzienā. Lielā sprādziena teorija apraksta turpmāko Visuma evolūciju pēdējo desmit līdz piecpadsmit miljardu gadu laikā, un tā ir ārkārtīgi veiksmīga, izskaidrojot mūsu Visuma būtību, jo tas ir paplašinājies un atdzisis.

Galvenais jautājums ir par to, vai Visums turpinās paplašināties mūžīgi, vai arī kādā brīdī nākotnē izplešanās apstāsies un atkal saruks. Pašreizējie astronomisko novērojumu rezultāti pārliecinoši liecina, ka mūsu Visumam ir lemts nepārtraukti paplašināties, tāpēc lielākā daļa mūsu stāstījuma seko šim scenārijam. Tomēr mēs nolēmām īsi ieskicēt otrā iespējamā scenārija sekas - Visuma briesmīgo nāvi atkārtotā karstā kontrakcijā.

Zem kosmoloģijas plašajiem plašumiem mazākā līmenī seko galaktikām, piemēram, mūsu piena ceļš. Galaktikas ir lielas un diezgan reti sastopamas zvaigžņu, gāzu un citu matērijas veidu kolekcijas. Galaktikas nav nejauši izkaisītas visā Visumā; drīzāk tie ir ieausti kopējā kosmosa gobelēna gravitācijas ietekmē. Dažas galaktiku grupas ir tik smagas, ka gravitācijas spēku ietekmē tās turas kopā, un šīs galaktiku kopas var uzskatīt par neatkarīgiem astrofiziskiem objektiem. Papildus piederībai klasteriem, galaktikas patvaļīgi apvienojas, veidojot vēl lielākas struktūras, kas atgādina pavedienus, loksnes un sienas. Izveidotais modeļu kopums; galaktikas šajā līmenī sauc par Visuma liela mēroga struktūru.

Galaktikās ir liela daļa no parastās Visuma matērijas; šie zvaigžņu sistēmas skaidri atdalīti viens no otra, pat klasteros. Šis dalījums ir tik izteikts, ka galaktikas savulaik sauca par "Visuma salām". Turklāt galaktikām ir ārkārtīgi svarīga loma kā telpas-laika pozīciju marķieriem. Mūsu Visums nepārtraukti paplašinās, un galaktikas, tāpat kā bākas tukšumā, ļauj mums novērot šo izplešanos.

Ir ārkārtīgi grūti aptvert mūsu Visuma bezgalīgo tukšumu. Tipiska galaktika aizpilda tikai aptuveni vienu miljono daļu no kopējā kosmosa tilpuma, kurā tā atrodas, un pašas galaktikas ir ārkārtīgi reti sastopamas. Ja jūs gatavojaties doties uz kosmosa kuģis uz kādu nejaušu Visuma punktu, iespēja, ka jūsu kuģis piezemēsies kādā galaktikā, pašlaik ir aptuveni viena no miljona. Tas vairs nav par daudz, un nākotnē šī vērtība kļūs vēl mazāka, jo Visums paplašinās, bet galaktikas nē. Atdalītas no vispārējās Visuma izplešanās, galaktikas pastāv relatīvi izolēti. Tajās atrodas lielākā daļa Visuma zvaigžņu un līdz ar to arī lielākā daļa planētu. Rezultātā daudzi interesanti fizikāli procesi, kas notiek Visumā – no zvaigžņu evolūcijas līdz dzīvības attīstībai – notiek tieši galaktikās.

Kosmoss nav blīvi apdzīvots, arī pašas galaktikas lielākoties ir tukšas. Un, lai gan tajos ir miljardiem zvaigžņu, tikai ļoti neliela to tilpuma daļa ir piepildīta ar zvaigznēm. Ja jūs gatavojaties aizvest ar kosmosa kuģi uz kādu nejaušu mūsu galaktikas punktu, jūsu kuģa nolaišanās iespējamība uz kādas zvaigznes ir ārkārtīgi maza, apmēram viens miljards triljons (viena iespēja no 10 22). Šāds galaktiku tukšums diezgan daiļrunīgi runā par to, kā tās attīstījās un kas tās sagaida nākotnē. Tiešas zvaigžņu sadursmes galaktikā ir ārkārtīgi reti. Tāpēc paies ļoti ilgs laiks – daudz vairāk, nekā pagājis no mūsu Visuma dzimšanas līdz šim brīdim – pirms zvaigžņu sadursmes un citu astrofizisku objektu tikšanās kaut kādā veidā ietekmēs galaktikas struktūru. Kā jūs redzēsiet, šīs sadursmes kļūst arvien svarīgākas, Visumam novecojot.

Tomēr starpzvaigžņu telpa nav pilnīgi tukša. Mūsu Piena ceļš ir piesātināts ar dažāda blīvuma un temperatūras gāzēm. Vidējais blīvums - viena daļiņa (viens protons) uz kubikcentimetrs; temperatūra svārstās no desmit vēsuma grādiem līdz vārīšanās temperatūrai miljonos grādos pēc Kelvina skalas. Plkst zemas temperatūras aptuveni viens procents vielas ir cietā stāvoklī – sīku akmens putekļu daļiņu veidā. Šo gāzi un putekļus, kas aizpilda starpzvaigžņu telpu, sauc par starpzvaigžņu vidi.

Nākamo, vēl mazāko, svarīguma līmeni veido pašas zvaigznes. Pašlaik astrofizikas stūrakmens ir parastas zvaigznes - tādi objekti kā mūsu Saule, kas pastāv kodolsintēzes reakciju dēļ, kas notiek to dziļumos. Zvaigznes veido galaktikas un rada lielāko daļu redzamās gaismas Visumā. Turklāt tieši zvaigznes veidoja mūsu Visuma mūsdienu "reģistru". Masīvas zvaigznes ir kalušas gandrīz visus smagos elementus, kas liek kosmosam atdzīvoties, tostarp dzīvībai nepieciešamo oglekli un skābekli. Tieši zvaigznes ir radījušas lielāko daļu elementu, kas veido parasto lietu, ar kuru mēs sastopamies katru dienu: grāmatas, automašīnas, pārtikas preces.

Taču šīs atomelektrostacijas nekalpo mūžīgi. Sintēzes reakcijas, kas ražo enerģiju zvaigžņu iekšienē, galu galā beigsies; un tas notiks, tiklīdz kodoldegvielas krājumi būs izsmelti. Zvaigznes, kas ir daudz smagākas par mūsu Sauli, izdeg salīdzinoši īsā laika posmā — dažu miljonu gadu laikā: to mūžs ir tūkstoš reižu īsāks nekā mūsu Visuma pašreizējais vecums. Diapazona pretējā galā atrodas zvaigznes, kuru masa ir daudz mazāka par mūsu Saules masu. Šādas zvaigznes var dzīvot triljoniem gadu — apmēram tūkstoš reižu pārsniedz mūsu Visuma pašreizējo vecumu.

Zvaigznes dzīves perioda beigās, kad tā pastāv kodoltermisko reakciju dēļ, zvaigzne nepazūd bez pēdām. Zvaigznes atstāj aiz sevis eksotiskus gabaliņus, ko sauc par zvaigžņu paliekām. Šo deģenerēto objektu kastu veido brūnie punduri, baltie punduri, neitronu zvaigznes un melnie caurumi. Kā redzēsim, Visumam novecojot un parastajām zvaigznēm pazūdot no skatuves, šīm dīvainajām paliekām būs arvien svarīgāka un galu galā dominējošā loma.

Ceturto, mazāko pēc izmēra, bet ne pēc nozīmes, mūsu interešu līmeni veido planētas. Ir vismaz divas šķirnes: salīdzinoši mazi akmeņaini ķermeņi, piemēram, mūsu Zeme, un lieli gāzes giganti, piemēram, Jupiters un Saturns. Dažu pēdējo gadu laikā mūsu izpratnē par planētām ir noticis ārkārtējs apvērsums. Pirmo reizi vēsturē planētas noteikti tika atklātas riņķojot ap citām zvaigznēm. Tagad mēs noteikti zinām, ka planētas nav kāda reta vai īpaša notikuma rezultāts, kas noticis mūsu Saules sistēmā, bet ir diezgan izplatīts galaktikā. Planētām nav lielas nozīmes visa Visuma evolūcijā un dinamikā. Tie ir svarīgi, jo tie ir visiespējamākā vide dzīvības rašanās un attīstībai. Tādējādi planētu ilgtermiņa liktenis nosaka dzīvības likteni ilgtermiņā, vismaz no mums pazīstamajām formām.

Papildus planētām Saules sistēmās ir daudz mazāku objektu: asteroīdi, komētas un ļoti dažādi pavadoņi. Tāpat kā planētām, arī šiem ķermeņiem nav būtiskas nozīmes Visuma evolūcijā kopumā, taču tiem ir milzīga ietekme uz dzīvības evolūciju. Ap planētām riņķojošie pavadoņi nodrošina vēl vienu iespējamu vidi dzīvības rašanās un attīstībai. Ir zināms, ka komētas un asteroīdi regulāri saduras ar planētām. Tiek uzskatīts, ka šīm sadursmēm, kas var izraisīt globālas klimata pārmaiņas un visu dzīvo būtņu sugu izzušanu, ir bijusi nozīmīga loma dzīvības vēstures veidošanā šeit uz Zemes.

Dabu var raksturot ar četriem pamatspēkiem, kas galu galā pārvalda visa Visuma dinamiku; tie ir gravitācija, elektromagnētiskais spēks, spēcīgs kodolspēks un vājš kodolspēks. Visiem šiem spēkiem ir liela nozīme kosmosa biogrāfijā. Viņi izveidoja mūsu Visumu tādu, kādu mēs to pazīstam šodien, un no šī brīža valdīs to.

Pirmais no šiem spēkiem, gravitācijas spēks, ir vistuvāk mūsu ikdienas dzīvei, un tas ir vājākais no četriem. Tomēr tā plašā darbības diapazona un ārkārtīgi pievilcīgā rakstura dēļ pietiekami lielos attālumos gravitācija dominē pār citiem spēkiem. Pateicoties gravitācijai, uz Zemes virsmas tiek turēti dažādi objekti, un pati Zeme paliek orbītā, kurā tā riņķo ap Sauli. Gravitācija uztur zvaigžņu esamību un kontrolē enerģijas ģenerēšanas procesu tajās, kā arī to evolūciju. Visbeidzot, gravitācija ir atbildīga par lielāko daļu visuma struktūru, tostarp galaktiku, zvaigžņu un planētu, veidošanos.

Otrais spēks ir elektromagnētisks; tam ir elektriski un magnētiski komponenti. No pirmā acu uzmetiena tie var šķist atšķirīgi, taču fundamentālā līmenī tie ir tikai divi viena pamatā esošā spēka aspekti. Lai gan elektromagnētiskais spēks pēc būtības ir daudz spēcīgāks par gravitācijas spēku, lielos attālumos tam ir daudz mazāka ietekme. Elektromagnētiskā spēka avots ir pozitīvie un negatīvie lādiņi, un Visumā tie acīmredzot ir ietverti vienādos daudzumos. Tā kā spēki, ko rada lādiņi ar pretējām zīmēm, darbojas pretējos virzienos, lielos attālumos, kur ir daudz lādiņu, elektromagnētiskais spēks pašiznīcināsies. Nelielos attālumos, jo īpaši atomos, elektromagnētiskajam spēkam ir svarīga loma. Tā ir viņa, kas galu galā ir atbildīga par atomu un molekulu struktūru, un tāpēc tā ir dzinējspēks iekšā ķīmiskās reakcijas. Pamata līmenī ķīmija un elektromagnētiskais spēks valda dzīvē.

Elektromagnētiskais spēks ir 10 40 reizes spēcīgāks par gravitācijas spēku. Lai saprastu šo neticamo gravitācijas vājumu, var, piemēram, iedomāties alternatīvu Visumu, kurā nav lādiņu un līdz ar to arī elektromagnētisko spēku. Šādā Visumā pilnīgi parastajiem atomiem būtu neparastas īpašības. Ja tikai gravitācija savienotu elektronu un protonu, tad ūdeņraža atoms būtu lielāks par visu mūsu Visuma redzamo daļu.

Spēcīgais kodolspēks, mūsu trešais dabas pamatspēks, ir atbildīgs par atomu kodolu integritāti. Šis spēks notur protonus un neitronus kodolā. B. Ja nav spēcīgas mijiedarbības, atomu kodoli eksplodētu, reaģējot uz atgrūdošiem spēkiem, kas iedarbojas starp pozitīvi lādētiem protoniem. Lai gan šī mijiedarbība ir spēcīgākā no četrām, tā darbojas ārkārtīgi mazos attālumos. Nav nejaušība, ka spēcīgā kodolspēka diapazons ir aptuveni vienāds ar liela izmēra atoma kodols: apmēram desmit tūkstošus reižu mazāks par atoma izmēru (apmēram desmit fermi jeb 10–12 cm). Spēcīgais spēks regulē kodolsintēzes procesu, kas ģenerē lielāko daļu enerģijas zvaigznēs un līdz ar to arī Visumā pašreizējā laikmetā. Tieši lielās, salīdzinot ar elektromagnētisko spēku, spēcīgās mijiedarbības lieluma dēļ kodolreakcijas ir daudz spēcīgākas par ķīmiskajām, proti: daļiņu pāra izteiksmē miljons reižu.

Ceturtais spēks, vājais kodolspēks, iespējams, ir vistālāk no sabiedrības apziņas. Šis diezgan noslēpumainais vājais spēks piedalās neitronu sabrukšanā par protoniem un elektroniem, kā arī spēlē lomu kodolsintēzes procesā, parādās radioaktivitātes un veidošanās fenomenā. ķīmiskie elementi zvaigznēs. Vājai mijiedarbībai ir vēl mazāks diapazons nekā spēcīgai. Tomēr, neskatoties uz vājumu un nelielo darbības rādiusu, vājajam spēkam ir pārsteidzoši svarīga loma astrofizikā. Ievērojamu daļu no Visuma kopējās masas, visticamāk, veido vāji mijiedarbīgas daļiņas, citiem vārdiem sakot, daļiņas, kas mijiedarbojas viena ar otru tikai caur vāju spēku un gravitāciju. Tā kā šādām daļiņām ir tendence mijiedarboties ļoti ilgu laiku, to nozīme pakāpeniski palielinās, Visumam lēnām virzoties nākotnē.

Visā mūsu Visuma dzīves laikā tajā nemitīgi rodas viens un tas pats jautājums - nepārtraukta cīņa starp gravitācijas spēku un fizisko sistēmu vēlmi evolucionēt uz nesakārtotākiem stāvokļiem. Traucējumu daudzumu fiziskajā sistēmā mēra pēc tā daļas entropija. Vispārīgākajā nozīmē gravitācija tiecas noturēt visas jebkuras sistēmas sastāvdaļas šīs sistēmas robežās, un tieši tas racionalizē fiziskās struktūras. Entropijas ražošana darbojas pretējs virziens, t.i., mēģina padarīt fiziskās sistēmas nesakārtotākas un "izsmērētākas". Tas ir šo divu konkurējošo tendenču mijiedarbībā galvenā drāma astrofizika.

Tiešs šīs nepārtrauktās cīņas piemērs ir mūsu Saule. Tas pastāv stāvoklī delikāts līdzsvars starp gravitāciju un entropiju. Gravitācijas spēks saglabā Saules integritāti un velk visu tās vielu uz centru. Ja nebūtu pretēju spēku, gravitācija ātri saspiestu Sauli, pārvēršot to melnajā caurumā, kura diametrs nepārsniedz dažus kilometrus. Liktenīgo sabrukumu novērš spiediena spēki, kas darbojas virzienā no centra uz virsmu, līdzsvarojot gravitācijas spēkus un tādējādi saglabājot Sauli. Spiediens, kas novērš Saules sabrukšanu, galu galā rodas kodolreakciju enerģijas dēļ, kas notiek tās dziļumos. Šo reakciju gaitā veidojas enerģija un entropija, izraisot haotiskas daļiņu kustības Saules centrā un galu galā saglabājot visas Saules struktūru.

No otras puses, ja gravitācijas spēks tiktu kaut kā izslēgts, tad Saule vairs netiktu aizturēta un tā strauji paplašinātos. Šī izplešanās turpināsies, līdz Saules viela izplatīsies tik plānā slānī, ka tās blīvums būtu vienāds ar vismazāk blīvajiem starpzvaigžņu telpas apgabaliem. Tad retinātais Saules fantoms būtu simts miljonus reižu lielāks par pašreizējo izmēru, un tā diametrs stieptos vairākus gaismas gadus.

Pateicoties divu līdzvērtīgu konkurentu, gravitācijas un entropijas sāncensībai, mūsu Saule pastāv savā pašreizējā stāvoklī. Ja šis līdzsvars tiek izjaukts, neatkarīgi no tā, vai gravitācija ņem virsroku pār entropiju vai otrādi, Saule pārvērtīsies par mazu melnu caurumu vai ārkārtīgi retu gāzes mākoni. Šis pats stāvoklis - līdzsvars, kas pastāv starp gravitāciju un entropiju - nosaka visu debesu zvaigžņu struktūru. Zvaigžņu evolūciju virza sīva sāncensība starp divām pretējām tendencēm.

Šī pati cīņa ir visu veidu astronomisko struktūru, tostarp planētu, zvaigžņu, galaktiku un Visuma liela mēroga struktūras, veidošanās pamatā. Šo astrofizisko sistēmu esamību galu galā nosaka gravitācija, kurai ir tendence saistīt vielu. Tomēr katrā gadījumā gravitācijas sabrukuma tendencei pretojas izplešanās spēki. Visos līmeņos pastāvīgā konkurence starp gravitāciju un entropiju nodrošina, ka jebkura uzvara ir īslaicīga un nekad nav absolūta. Piemēram, astrofizikālo struktūru veidošanās nekad nav 100% efektīva. Veiksmīgi šādu objektu veidošanās gadījumi ir tikai lokāla gravitācijas uzvara, savukārt neveiksmīgi mēģinājumi kaut ko radīt ir nekārtības un entropijas triumfs.

Šis Lielais karš starp gravitāciju un entropiju nosaka astrofizisku objektu, piemēram, zvaigžņu un galaktiku, likteni un attīstību ilgtermiņā. Piemēram, izsmēlusi visas kodoldegvielas rezerves, zvaigznei tās ir jāmaina iekšējā struktūra. Gravitācija velk matēriju uz zvaigznes centru, savukārt entropijas pieauguma tendence veicina tās izkliedi. Tālākai cīņai var būt dažādi iznākumi, kas ir atkarīgi no zvaigznes masas un citām tās īpašībām (piemēram, zvaigznes griešanās ātruma). Kā redzēsim, šī drāma atkārtosies atkal un atkal, kad zvaigžņu objekti apdzīvos Visumu.

Ļoti iespaidīgs piemērs notiekošajai cīņai starp gravitācijas spēku un entropiju ir paša Visuma evolūcija. Laikam ejot, Visums paplašinās un kļūst izkliedētāks. Šim evolūcijas virzienam pretojas gravitācija, kas mēdz pulcēt kopā izplestošos Visuma matēriju. Ja šajā cīņā uzvar gravitācija, Visuma izplešanās galu galā apstāsies un kādā brīdī nākotnē tas sāks atkārtoti saspiesties. No otras puses, ja gravitācija zaudēs šo cīņu, Visums paplašināsies uz visiem laikiem. Kurš no šiem likteņiem sagaida mūsu Visumu nākotnē, ir atkarīgs no kopējā Visumā esošās masas un enerģijas daudzuma.

Fizikas likumi apraksta, kā Visums uzvedas dažādos attālumos, sākot no ārkārtīgi liela līdz nenozīmīgi mazam. Cilvēces augstākais sasniegums ir spēja izskaidrot un paredzēt, kā daba uzvedas apstākļos, kas ir ārkārtīgi tālu no mūsu ikdienas ikdienas pieredzes. Tik būtiska mūsu redzesloka paplašināšanās ir notikusi galvenokārt pagājušā gadsimta laikā. Mūsu zināšanu sfēra sniedzas no liela mēroga Visuma struktūrām līdz subatomiskām daļiņām. Un, lai gan šāds izpratnes lauks var šķist liels, mēs nedrīkstam aizmirst, ka fizisko likumu diskusiju nevar patvaļīgi paplašināt nevienā no šiem virzieniem. Lielākie un mazākie mērogi paliek ārpus mūsu mūsdienu zinātniskās izpratnes.

Mūsu fizisko attēlojumu par vislielāko Visuma mērogu ierobežo cēloņsakarība. Informācijai, kas atrodas ārpus noteikta maksimālā attāluma, vienkārši nebija laika, lai mūs sasniegtu salīdzinoši īsā laikā, kurā pastāv mūsu Visums. Saskaņā ar Einšteina relativitātes teoriju neviens signāls, kas satur informāciju, nevar pārvietoties ātrāk par gaismas ātrumu. Tādējādi, ja ņemam vērā, ka, kamēr Visums ir dzīvojis tikai aptuveni desmit miljardus gadu, nevienam informācijas signālam vienkārši nebija laika nobraukt attālumu, kas pārsniedz desmit miljardus gaismas gadu. Tieši šajā attālumā atrodas Visuma robeža, kuru mēs varam izpētīt ar fizikas palīdzību; šo cēloņsakarību robežu bieži dēvē par kosmoloģiskā horizonta lielumu. Tā kā pastāv šī cēloņsakarības barjera, ļoti maz var uzzināt par Visumu attālumos, kas ir lielāki par kosmoloģiskā horizonta izmēru. Šis horizonta lielums ir atkarīgs no kosmoloģiskā laika. Agrāk, kad Visums bija daudz jaunāks, horizonta izmērs bija attiecīgi mazāks. Visumam novecojot, tas turpina augt.

Kosmoloģiskais horizonts ir ārkārtīgi svarīgs jēdziens, kas ierobežo zinātnes jomu. Tāpat kā futbola spēlei jānotiek skaidri noteiktās robežās, tā arī fiziskie procesi Visumā jebkurā brīdī ir ierobežoti līdz šī horizonta robežām. Faktiski cēloņsakarības horizonta esamība rada zināmu neskaidrību par to, ko patiesībā nozīmē termins "visums". Dažreiz šis termins attiecas tikai uz vielu, kas noteiktā laikā atrodas horizontā. Tomēr nākotnē apvārsnis pieaugs, kas nozīmē, ka tas galu galā ietvers vielu, kas šobrīd atrodas ārpus tā. Vai šī "jaunā" matērija tagad ir daļa no mūsu Visuma? Atbilde var būt jā vai nē, atkarībā no jēdziena "visums" definīcijas. Tāpat var būt citi laiktelpas reģioni, kas nekad neietilps mūsu kosmoloģiskajā horizontā. Noteiktības labad mēs uzskatīsim, ka šādi laiktelpas apgabali pieder "citiem Visumiem".

Mazākajās distancēs arī fizikas prognozēšanas spēja ir ierobežota, taču pavisam cita iemesla dēļ. Mērogā, kas ir mazāks par 10–33 centimetriem (šo vērtību sauc par Planka garumu), telpai ir pavisam cits raksturs nekā lielos attālumos. Šādos nelielos attālumos mūsu tradicionālie telpas un laika jēdzieni vairs nav spēkā kvantu mehānisko svārstību dēļ. Šajā līmenī, lai aprakstītu telpu un laiku, fizikā vienlaikus jāietver gan kvantu teorija, gan vispārējā relativitāte. Kvantu teorija pieņem, ka pietiekami mazos attālumos dabai ir viļņu raksturs. Piemēram, parastajā vielā elektroniem, kas riņķo ap atoma kodolu, piemīt daudzas viļņu īpašības. Kvantu teorija izskaidro šo "viļņojumu". Vispārējā relativitāte apgalvo, ka pašas telpas ģeometrija (kopā ar laiku: šajā fundamentālajā līmenī telpa un laiks ir cieši saistīti) mainās liela daudzuma vielas klātbūtnē, radot spēcīgus gravitācijas laukus. Tomēr šobrīd mums par lielu nožēlu nav pilnīgas teorijas, kas apvienotu kvantu mehāniku ar vispārējā teorija relativitāte. Šādas kvantu gravitācijas teorijas trūkums nopietni ierobežo to, ko mēs varam teikt par attālumiem, kas ir mazāki par Planka garumu. Kā mēs redzēsim, šis fizikas ierobežojums lielā mērā kavē mūsu izpratni par Visuma vēstures agrākajiem mirkļiem.

Šajā Visuma biogrāfijā pēdējie desmit miljardi gadu jau ir ļoti nenozīmīgs laika posms. Mums ir jāuzņemas nopietnais izaicinājums ieviest laika skalu, kas apraksta vispārēji interesantus notikumus, kas varētu notikt nākamo 10 100 gadu laikā.

10 100 - liels skaitlis. Ja to rakstīsit, neizmantojot eksponenciālo apzīmējumu, tas sastāvēs no viena, kam seko simts nulles, un tas izskatīsies šādi:

10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000.

Šis skaitlis 10 100 ir ne tikai pārāk garš, lai to ierakstītu; ir arī ārkārtīgi grūti precīzi iedomāties, cik tas ir lieliski. Mēģinājumi vizualizēt skaitli 10100, iztēlojoties pazīstamu priekšmetu kolekciju, drīz vien beigsies. Piemēram, smilšu graudu skaits visās pasaules pludmalēs bieži tiek minēts kā piemērs neaptverami lielam skaitam. Tomēr aptuvenās aplēses liecina, ka visu smilšu graudu kopējais skaits ir aptuveni vienāds ar 10 23 (viens, kam seko divdesmit trīs nulles) - liels skaits, taču joprojām bezcerīgi neatbilstošs mūsu uzdevumam. Kā ar zvaigžņu skaitu debesīs? Zvaigžņu skaits mūsu galaktikā ir tuvu simts miljardiem – atkal salīdzinoši neliels skaits. Zvaigžņu skaits visās galaktikās mūsu redzamajā Visumā ir aptuveni 10 22 – arī pārāk mazs. Faktiski kopējais protonu skaits, pamatelementi, kas veido matēriju, visā redzamajā Visumā ir tikai 1078: pat šis skaitlis ir desmit miljardu triljonu reižu mazāks, nekā nepieciešams! Gadu skaits, kas šķir pašreizējo brīdi no mūžības, ir patiesi neizmērojams.

Lai aprakstītu laika skalas, kas saistītas ar Visuma turpmāko evolūciju, un pilnībā neapjuktu, mēs izmantosim jaunu laika vienību, ko sauc par kosmoloģisko desmitgadi. Ja laiku gados apzīmējam kā τ, tad eksponenciālajā attēlojumā τ var uzrakstīt kā

τ = 10 η gadi,

kur η ir kāds skaitlis. Saskaņā ar mūsu definīciju eksponents η ir kosmoloģisko gadu desmitu skaits. Piemēram, šobrīd Visumam ir tikai aptuveni desmit miljardi gadu, kas atbilst 10 10 gadiem jeb η = 10 kosmoloģiskām desmitgadēm. Nākotnē, kad Visumam būs simts miljardu gadu, tas būs 10 11 gadi jeb η = 11 kosmoloģiskās desmitgades. Šīs shēmas nozīme ir tāda, ka katra nākamā kosmoloģiskā desmitgade ir desmitkārtīgs pieaugums vispārējais vecums Visums. Tādējādi kosmoloģiskās desmitgades jēdziens ļauj domāt par bezgalīgi gariem laika posmiem. Tādējādi mūsu piemērā izaicinoši lielais skaitlis 10 100 atbilst daudz saprotamākajai 100. kosmoloģiskajai desmitgadei jeb η = 100.

Kosmoloģiskās desmitgades var izmantot arī, lai apspriestu ļoti īsus, bet notikumiem bagātus laika posmus tūlīt pēc Lielā sprādziena. Šajā gadījumā mēs pieļaujam, ka kosmoloģiskajai desmitgadei ir negatīva vērtība. Šīs paplašināšanās dēļ viens gads pēc Lielā sprādziena atbilst 10 0 gadiem jeb nulles kosmoloģiskajai desmitgadei. Tad viena desmitā daļa jeb 10 -1 ir kosmoloģiskā dekāde -1, simtdaļa vai 10 -2 gadi, ir kosmoloģiskā dekāde -2 utt. Laika sākums, kad Lielais sprādziens, atbilst τ = 0; Runājot par kosmoloģiskajām desmitgadēm, Lielais sprādziens notika kosmoloģiskā desmitgadē, kas atbilst bezgalībai ar mīnusa zīmi.

Mūsu pašreizējo izpratni par Visuma pagātni un nākotni var sistematizēt, izceļot noteiktus laika posmus. Visumam pārejot no viena laikmeta uz otru, tā saturs un raksturs mainās ļoti būtiski un dažos aspektos gandrīz pilnībā. Šie laikmeti, līdzīgi kā ģeoloģiskie laikmeti, palīdz komponēt vispārējais iespaids par Visuma dzīvi. Laika gaitā vairākas dabas astronomiskas katastrofas veido Visumu un nosaka tā turpmāko attīstību. Šī stāsta hronika var izskatīties šādi.

Primārais laikmets. -50 < η < 5. Эта эпоха включает раннюю фазу истории Вселенной. В то время, когда Вселенной не исполнилось и десяти тысяч лет, основная часть плотности энергии Вселенной существовала в виде излучения, поэтому этот ранний период часто называют starojuma laikmets. Nevienam astrofiziskajam objektam, piemēram, zvaigznēm un galaktikām, vēl nav bijis laika veidoties.

Šajā īsajā agrīnajā laikmetā daudzi svarīgiem notikumiem kas noteica Visuma turpmāko gaitu. Gaismas elementi, piemēram, hēlijs un litijs, izveidojās šī primārā laikmeta pirmajās minūtēs. Pat agrāk sarežģīti fizikāli procesi izraisīja parastās barionālās vielas nelielu pārsvaru pār antimateriālu. Antimatērija gandrīz pilnībā tika iznīcināta ar lielāko daļu matērijas, pēc kuras palika neliela daļa no pēdējās, no kuras sastāv mūsdienu Visums.

Ja pulksteņa rādītāji ir pagriezti vēl vairāk agrs laiks, mūsu izpratne kļūst daudz mazāk stabila. Ļoti agrīnā periodā, kad Visums bija neticami karsts, šķiet, ka ir noticis tas, ka ļoti augstas enerģijas kvantu lauki izraisīja fantastiski ātru izplešanos un radīja ļoti mazus blīvuma traucējumus viendabīgā un neievērojamā Visumā. Šie sīkie nelīdzenumi saglabājās un pārauga galaktikās, kopās un liela mēroga struktūrās, kas apdzīvo mūsdienu Visumu.

Tuvojoties primārā laikmeta beigām, radiācijas enerģijas blīvums kļuva mazāks blīvums enerģija, kas saistīta ar matēriju. Šī pāreja notika, kad Visums bija apmēram desmit tūkstošus gadu vecs. Neilgi pēc tam notika vēl viens ūdensšķirtnes notikums: Visuma temperatūra kļuva pietiekami auksta, lai ļautu pastāvēt atomi (precīzāk, ūdeņraža atomi). Pirmo reizi neitrālu ūdeņraža atomu parādīšanās sauc rekombinācija. Pēc rekombinācijas matērijas blīvuma traucējumi Visumā ļāva tai veidot gabaliņus, kas nebija pakļauti visuresošās radiācijas jūras iedarbībai. Pirmo reizi sāka veidoties pazīstami astrofiziski objekti, piemēram, galaktikas un zvaigznes.

Zvaigžņu laikmets. 6 < η < 14. Такое название обусловлено наличием звезд. В эту эпоху большая часть энергии, образующейся во Вселенной, возникает в результате реакций ядерного синтеза, которые происходят в обычных звездах. Мы живем в середине эпохи звезд - в то время, когда звезды активно рождаются, живут и умирают.

Zvaigžņu laikmeta senākajā periodā, kad Visums bija tikai dažus miljonus gadu vecs, dzima pirmā zvaigžņu paaudze. Pirmajos miljardos gadu radās pirmās galaktikas, un sākās to asociācijas par kopām un superkopām.

Daudzas jaunizveidotās galaktikas piedzīvo nemierīgas augstas enerģijas fāzes, jo to centros atrodas visu aprijošie melnie caurumi. Kad melnie caurumi saplēš zvaigznes un ieskauj virpuļveida karstas gāzes diski, izdalās milzīgs enerģijas daudzums. Laika gaitā šīs kvazāri un aktīvie galaktikas kodoli lēnām mirst.

Nākotnē, tuvojoties zvaigžņu ēras beigām, galveno lomu spēlēs visparastākās Visuma zvaigznes - zvaigznes ar mazu masu, kuras sauc par sarkanajiem punduriem. Sarkanie punduri ir zvaigznes, kuru masa nepārsniedz pusi no Saules masas, taču to ir tik daudz, ka to kopējā masa neapšaubāmi pārsniedz visu lielāko Visuma zvaigžņu masu. Šie sarkanie punduri ir īsti skopuli, kad runa ir par ūdeņraža saplūšanu hēlijā. Viņi uzkrāj savu enerģiju un pastāvēs pat pēc desmit triljoniem gadu, savukārt masīvākas zvaigznes līdz tam laikam jau sen būs iztērējušas savu kodoldegvielu un evolucionē par baltajiem punduriem vai pārvērtīsies par supernovām. Zvaigžņu ēra beigsies, kad galaktikās beigsies ūdeņraža gāze, zvaigžņu dzimšana apstāsies un zvaigznēm ar ilgmūžību (kurām mazākā masa), sarkanie punduri, lēnām izmirs. Kad zvaigznes beidzot beigs spīdēt, Visums būs aptuveni simts triljonus gadu vecs (kosmoloģiskā desmitgade η = 14).

Sabrukšanas vecums. 15 < η < 39. По завершении эпохи образования и эволюции обычных звезд большая часть обычного вещества во Вселенной окажется заключенной в вырожденных остатках звезд - единственном, что останется по окончании эволюции звезд. В этом контексте под термином вырожденность подразумевается особое квантово-механическое состояние вещества, а никак не состояние аморальности. В список вырожденных объектов входят коричневые карлики, белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры. В эпоху распада Вселенная выглядит совсем не так, как сейчас. Нет видимого излучения обычных звезд, которое могло бы оживить небо, согреть планеты или придать галактикам слабое сияние, присущее им сегодня. Вселенная стала холоднее, темнее, а вещество в ней - еще более рассеянным.

Un tomēr piķa tumsu nemitīgi atdzīvina astronomiski interesanti notikumi. Nejaušas sadursmes iznīcina mirušo zvaigžņu orbītas, un galaktikas pakāpeniski maina to struktūru. Dažas zvaigžņu paliekas tiek izmestas tālu ārpus galaktikas, bet citas nokrīt tās centra virzienā. Reizēm bākugunis var iedegties arī tad, kad divu brūno punduru sadursmes rezultātā jauna zvaigzne ar nelielu masu, kas pēc tam dzīvos triljoniem gadu. Vidēji jebkurā laikā galaktikā, kas ir mūsu pašu Piena Ceļa izmēra, spīdēs vairākas šādas zvaigznes. Ik pa laikam divu balto punduru sadursmes rezultātā galaktiku satricina supernovas sprādziens.

Sabrukšanas laikmetā baltie punduri, visizplatītākās zvaigžņu paliekas, satur lielāko daļu parastās barioniskās vielas Visumā. Viņi savāc tumšās matērijas daļiņas, kas riņķo ap galaktiku, veidojot milzīgu izplūdušu oreolu. Nokļūstot baltajā pundurī, šīs daļiņas pēc tam iznīcina, tādējādi nodrošinot Visumu ar svarīgu enerģijas avotu. Patiešām, tradicionālās kodoldegšanas reakcijas zvaigznēs tiek aizstātas ar tumšās vielas iznīcināšanu kā galveno enerģijas ražošanas mehānismu. Taču līdz trīsdesmitajai kosmoloģiskajai desmitgadei (η = 30) vai pat agrāk tumšās vielas daļiņu krājumi ir izsmelti, kā rezultātā šī enerģijas iegūšanas metode nonāk pie sava loģiskā secinājuma. Tagad Visuma materiālais saturs ir ierobežots ar baltajiem punduriem, brūnajiem punduriem, neitronu zvaigznēm un mirušajām, lielos attālumos viena no otras izkaisītām planētām.

Sabrukšanas laikmeta beigās balto punduru un neitronu zvaigžņu iekšpusē uzkrātā masas enerģija izkliedējas starojuma veidā, kad protoni un neitroni, kas veido šīs zvaigznes, sadalās. Baltais punduris, ko atbalsta protonu sabrukšana, ģenerē apmēram četrsimt vatu, kas ir pietiekami daudz enerģijas, lai darbinātu vairākas spuldzes. Visas šādu vecu zvaigžņu galaktikas kopējais spilgtums ir mazāks nekā vienai parastai zvaigznei, kas pastāv, sadedzinot ūdeņradi, piemēram, mūsu Saulei. Līdz ar protonu sabrukšanas procesa pabeigšanu, sabrukšanas laikmets beidzas. Visums – vēl tumšāks, vēl retāk sastopams – atkal mainās.

Melno caurumu laikmets. 40 < η < 100. По завершении эпохи распада протонов из всех подобных звездам астрофизических объектов остаются только черные дыры. Эти фантастические объекты обладают столь сильным гравитационным полем, что даже свет не может покинуть их поверхности. Распад протонов никак не влияет на черные дыры, так что по окончании эпохи распада они остаются целыми и невредимыми.

Kad baltie punduri iztvaiko un pazūd, melnie caurumi absorbē vielu un kļūst lielāki. Tomēr pat melnie caurumi nevar dzīvot mūžīgi. Galu galā tiem ir jāiztvaiko ļoti lēnā kvantu mehāniskā procesā, ko sauc Hokinga starojums. Neskatoties uz to nosaukumu, melnie caurumi nav pilnīgi melni. Patiesībā tie spīd, kaut arī ārkārtīgi vāji, izstaro gaismas termisko spektru un citus sabrukšanas produktus. Pēc protonu izzušanas melno caurumu iztvaikošana kļūst par galveno jau tā gandrīz neredzamās Visuma enerģijas avotu. Melnais caurums ar Saules masu dzīvos apmēram sešdesmit piecas kosmoloģiskās desmitgades; liels melnais caurums ar galaktikas masu iztvaiko deviņdesmit astoņu vai simts kosmoloģisko gadu desmitu laikā. Tādējādi visiem melnajiem caurumiem ir lemts iet bojā. Melno caurumu laikmets beidzas pēc lielāko melno caurumu iztvaikošanas.

Mūžīgās tumsas laikmets.η > 101. Pēc simts kosmoloģiskām desmitgadēm protoni jau sen ir sadalījušies, un melnie caurumi ir iztvaikojuši. Tiek saglabāti tikai šo procesu atlikušie produkti: fotoni ar milzīgu viļņu garumu, neitrīno, elektroni un pozitroni. Pastāv dīvaina paralēle starp mūžīgās tumsas laikmetu un pirmatnējo laikmetu, kad Visums bija mazāks par miljonu gadu. Katrā no šiem laikmetiem, kas ir ļoti, ļoti tālu laikā, nav zvaigznēm līdzīgu objektu, kas varētu radīt enerģiju.

Šajā aukstajā, tālajā nākotnē darbība Visumā ir gandrīz beigusies. Enerģija ir noslīdējusi līdz ārkārtīgi zemam līmenim, un laika pārtraukumi ir satriecoši. Dreifējot kosmosā, elektroni un pozitroni satiekas un ik pa laikam veido pozitronija atomus. Tomēr šīs struktūras, kas veidojas tik vēlu, ir nestabilas, un to sastāvā esošās daļiņas agrāk vai vēlāk iznīcina. Var notikt arī citi zema līmeņa iznīcināšanas notikumi, kaut arī ļoti lēni.

Salīdzinot ar savu grezno pagātni, Visums tagad dzīvo salīdzinoši konservatīvu un pieticīgu dzīvi. Vai nē? Šī laikmeta šķietamā nabadzība, kas ir tik tālu no mums, var būt saistīta ar mūsu ekstrapolācijas nenoteiktību, nevis patieso Visuma pāreju uz vecumu.

Mūsu sabiedrība ar ne mazāko satraukumu ir sapratusi, ka cilvēces izmiršana nav tik tālā problēma. kodolkonfrontācija, ekoloģiskās katastrofas un vīrusu izplatība ir tālu no visām pastardienas izredzēm, kurām piesardzīgi, paranoiski un peļņas meklētāji pievērš visu uzmanību. Bet ko darīt, ja mēs aplūkojam nedaudz novecojušu, bet daudz romantiskāku skatījumu uz raķetēm, kosmosa kolonijām un galaktikas iekarošanu? Šādā nākotnē cilvēce varētu viegli aizkavēt strauji tuvojošos Zemes iznīcināšanu, vienkārši pārejot uz citām Saules sistēmām. Bet vai mēs varam pagarināt pašu zvaigžņu dzīvi? Vai mēs varam atrast veidu, kā apiet protonu sabrukšanu? Vai mēs varēsim iztikt bez melno caurumu īpašībām, kas nodrošina Visumu ar enerģiju? Vai kāds dzīvs organismi spēs pārdzīvot mūžīgās tumsas laikmeta galīgo visaptverošo postījumu?

Šajā grāmatā mēs aplūkojam dzīvības saglabāšanas izredzes un iespējas katrā Visuma nākotnes evolūcijas laikmetā. Šo analīzi neizbēgami pavada zināmas nenoteiktības atmosfēra. Vispārējā teorētiskā izpratne par dzīvi spīd ar tādas neesamību. Pat vienīgajā biotopā, kur mums ir tieša pieredze, uz mūsu dzimtās Zemes, dzīvības izcelsme vēl nav izprasta. Tādējādi mūsu pārdrošajās diskusijās par dzīvības iespējamību tālā nākotnē mēs esam kvalitatīvi citā pozīcijā nekā tad, kad tiek risinātas tīri astrofizikas parādības.

Lai gan mums nav stingras teorētiskas paradigmas, kas raksturotu dzīvības izcelsmi, mums ir nepieciešams vismaz kāds darba modelis, kas ļautu sistematizēt mūsu vērtējumu par dzīvības saglabāšanas un izplatības perspektīvām. Lai aptvertu vismaz daļu no visa iespēju klāsta, mēs savu domāšanu pamatojam ar diviem ļoti atšķirīgiem dzīves modeļiem. Pirmajā un acīmredzamākajā gadījumā mēs runājam par dzīvību, kuras pamatā ir bioķīmija, aptuveni līdzīga Zemei. Šāda veida dzīvība varētu rasties uz planētām, piemēram, Zeme, vai uz lieliem pavadoņiem citās Saules sistēmās. Godinot eksobiologu seno tradīciju, pieņemsim, ka uz kādas planētas atrodas ūdens. šķidrs stāvoklis, uz šīs planētas varētu rasties un attīstīties dzīvība, kuras pamatā ir ogleklis. Prasība, ka ūdenim jābūt šķidrā stāvoklī, nosaka diezgan stingru temperatūras ierobežojumu jebkuram potenciālajam biotopam. Piemēram, atmosfēras spiedienam temperatūrai jābūt lielākai par 273 grādiem pēc Kelvina, kas ir ūdens sasalšanas temperatūra, un mazākai par 373 grādiem pēc Kelvina, kas ir ūdens viršanas temperatūra. Šis temperatūras diapazons izslēdz lielāko daļu astrofizisko vidi.

Otrā dzīvības formu klase ir balstīta uz daudz abstraktāku modeli. Šajā pēdējā gadījumā mēs lielā mērā balstāmies uz Frīmena Daisona, ietekmīgā fiziķa idejām, kurš izvirzīja abstrakto dzīvības formu mērogošanas hipotēzi. Pamatideja ir tāda, ka jebkurā temperatūrā var iedomāties kādu abstraktu dzīvības formu, kas šajā temperatūrā plaukst lieliski, vismaz principā. Turklāt ātrums, ar kādu šī abstraktā būtne iztērē enerģiju, ir tieši proporcionāls tās temperatūrai. Piemēram, ja mēs iedomājamies kādu Disona organismu, kas dzīvo noteiktā temperatūrā, tad saskaņā ar mēroga atbilstības likumu citas kvalitatīvi līdzīgas dzīvības formas, kas satur uz pusi zemāku temperatūru, visas dzīvības funkcijas ir jāpalēninās ar to pašu. divas reizes. Jo īpaši, ja aplūkotajiem Disona organismiem ir prāts un sava veida apziņa, tad to notiekošo notikumu uztveres faktisko ātrumu nosaka nevis reālais fiziskais laiks, bet gan tā sauktais mērogošanas laiks, kas ir proporcionāls temperatūrai. Citiem vārdiem sakot, disona organismu, kas dzīvo zemā temperatūrā, izpratnes līmenis ir lēnāks nekā (citādi) līdzīgai dzīvības formai, kas dzīvo augstākā temperatūrā.

Šī abstraktā pieeja aizved diskusiju daudz tālāk par parasto uz oglekli balstīto dzīvības formu, kas pastāv uz mūsu planētas, taču tā tomēr ļauj izdarīt dažus pieņēmumus par dzīvības būtību kopumā. Pirmkārt, ir jāpieņem, ka domāšanas primārais pamats ir tajā struktūra dzīvības formā, nevis substancē, kas to veido. Piemēram, cilvēkiem domāšana kaut kā rodas daudzu kompleksu gaitā bioķīmiskie procesi plūstot smadzenēs. Jautājums ir par to, vai šī organiskā struktūra ir nepieciešama. Ja mēs varētu kaut kādā veidā izveidot citu visas šīs konstrukcijas - cilvēka - kopiju, izmantojot citu būvmateriālu komplektu, vai šī kopija spētu domāt tāpat? Vai kopija domātu, ka viņa ir tieši šī persona? Ja kāda iemesla dēļ ir nepieciešama organiska konstrukcija, tad galveno lomu spēlē viela, no kuras sastāv dzīvība, un abstraktu dzīvības formu pastāvēšanas iespēja dažādās vidēs ir ļoti ierobežota. Ja, no otras puses, kā mēs šeit pieņemam, tikai struktūra, daudzas dzīvības formas var pastāvēt dažādās vidēs. Disona skalas atbilstības hipotēze sniedz mums aptuvenu priekšstatu par šo abstrakto dzīvības formu vielmaiņas un domāšanas ātrumu. Šī uzskatu sistēma ir ļoti optimistiska, taču, kā mēs redzēsim, tai ir bagātīgas un interesantas sekas.

Mūsu stāstam turpinoties un lielajiem laikmetiem gūstot panākumus viens otram, varonis fiziskais visums mainās gandrīz pilnībā. Šo pārmaiņu tiešas sekas ir tādas, ka tālās nākotnes vai tālās pagātnes Visums ir pilnīgi atšķirīgs no tā, kurā mēs dzīvojam šodien. Tā kā pašreizējais Visums ir pietiekami apdzīvojams, kā mēs to zinām — mums ir zvaigznes, kas mūs apgādā ar enerģiju, un planētas, uz kurām dzīvot, mēs visi gluži dabiski sliecamies uzskatīt, ka mūsdienu laikmets kaut kādā ziņā ieņem īpašu stāvokli. Pretstatā šim viedoklim mēs pieņemam ideju par "Kopernika laika princips", kas gluži vienkārši nosaka, ka mūsdienu kosmoloģiskais laikmets neieņem īpašu vietu laikā. Citiem vārdiem sakot, Visuma evolūcijas un pārmaiņu procesā interesanti notikumi tajā neapstāsies. Lai gan faktiskais enerģijas ražošanas un entropijas līmenis kļūst arvien zemāks un zemāks, to kompensē termiņu pagarināšana, kas kļūs pieejama nākotnē. Vēlreiz pārfrāzējot šo domu, mēs apgalvojam, ka fizikas likumi neparedz, ka Visums kādu dienu sasniegs pilnīgas atpūtas stāvokli, bet gan to, ka interesanti fiziski procesi neapstāsies tik tālā nākotnē, kā mēs uzdrošināmies to skatīties. .

Kopernika laika principa ideja kalpo kā dabisks paplašinājums mūsu arvien plašākajam skatījumam uz Visumu. Globāla pasaules uzskatu revolūcija notika sešpadsmitajā gadsimtā, kad Nikolajs Koperniks paziņoja, ka Zeme nav mūsu Saules sistēmas centrs, kā tika uzskatīts iepriekš. Koperniks pilnīgi pareizi saprata, ka Zeme ir tikai viena no daudzajām planētām, kas riņķo ap Sauli. Šī acīmredzamā Zemes un līdz ar to arī cilvēces statusa noniecināšana tajā laikā izraisīja spēcīgu rezonansi. Kā mēdz teikt, šādas domu maiņas ķecerīgās sekas lika Kopernikum atlikt sava lielākā darba publicēšanu. De Revolutionibus Orbium Coelestium līdz 1543. gadam - viņa nāves gadam. Viņš vilcinājās līdz pašām beigām un tuvojās tam, lai slēptu savu darbu. Savas grāmatas ievadā Koperniks raksta: “Es gandrīz ieliku savu pabeigto darbu kastē nicinājuma dēļ, ko ne velti biju paredzējis novitātes un skaidra pretruna mana teorija veselais saprāts". Neskatoties uz kavēšanos, šis darbs galu galā tika publicēts, un pirmais iespiestais eksemplārs nokrita uz Kopernika nāves gultas. Zeme vairs netika uzskatīta par Visuma centru. Ir sācies globāls satricinājums.

Pēc Kopernika revolūcijas mūsu statusa kritums ne tikai turpinājās, bet arī paātrinājās. Ļoti drīz astronomi konstatēja, ka citas zvaigznes patiesībā ir tādi objekti kā mūsu Saule, un tām vismaz principā var būt savs. planētu sistēmas. Viens no pirmajiem, kas nonāca pie šāda secinājuma, bija Džordāno Bruno, kurš paziņoja, ka citām zvaigznēm ir ne tikai planētas, bet arī šīs planētas ir apdzīvotas! Pēc tam 1601. gadā Romas katoļu baznīcas inkvizitori viņu sadedzināja uz sārta, lai gan, iespējams, ne viņa izteikumu dēļ par astronomiskiem jautājumiem. Kopš tā laika izcili zinātnieki, tostarp Leonhards Eilers, Imanuels Kants un Pjērs Saimons Laplass, laiku pa laikam ir pārņēmuši ideju, ka planētas varētu būt arī citās Saules sistēmās.

Interesanti, ka gandrīz četrus gadsimtus ideja par planētu eksistenci ārpus mūsu Saules sistēmas saglabājās tikai teorētiskā koncepcija, par kuru nebija pieejami dati. Tikai pēdējos gados, kopš 1995. gada, astronomi ir pārliecinājušies, ka planētas, kas riņķo ap citām zvaigznēm, patiešām pastāv. Ar jaunām novērošanas iespējām un milzīgu darbu, kas paveikts, Džefs Mārsijs, Mišels Mērs un viņu līdzstrādnieki ir parādījuši, ka planētu sistēmas ir samērā izplatīta parādība. Tagad mūsu Saules sistēma ir kļuvusi tikai par vienu no, iespējams, miljardiem saules sistēmu, kas pastāv galaktikā. Ir sākusies jauna revolūcija.

Paceļoties uz nākamo līmeni, mēs atklājam, ka mūsu galaktika nav vienīgā Visumā. Kā kosmologi pirmo reizi saprata divdesmitā gadsimta sākumā, redzamais Visums ir pilns ar galaktikām, no kurām katra satur miljardiem zvaigžņu, kurām, iespējams, ir savas planētu sistēmas. Turklāt reiz Koperniks paziņoja, ka mūsu planētai mūsu Saules sistēmā nav īpašas vietas, bet tagad mūsdienu kosmoloģija ir pierādījusi, ka mūsu Galaktika Visumā neieņem īpašu vietu. Patiesībā šķiet, ka Visums paklausa kosmoloģiskais princips(skat. nākamo nodaļu), kurā teikts, ka lielos attālumos Visums ir vienāds visur kosmosā (Visums ir viendabīgs) un ka Visums visos virzienos izskatās vienādi (Visums ir izotropisks). Kosmosam nav ne priviliģētu vietu, ne vēlamo virzienu. Visums demonstrē pārsteidzošu regularitāti un vienkāršību.

Katra secīgā Zemes centrālā statusa pazemināšana noved pie neatgriezeniska secinājuma, ka mūsu planētas atrašanās vieta Visumā nav ievērojama. Zeme ir parasta planēta, kas riņķo ap vidēji spožu zvaigzni parastā Galaktikā, kas atrodas nejauši izvēlētā vietā Visumā. Kopernika laika princips paplašina šo vispārējo ideju no telpas jomas uz laika jomu. Tāpat kā mūsu planētai un līdz ar to arī cilvēcei Visumā nav noteiktas vietas, tā arī mūsu pašreizējais kosmoloģiskais laikmets neieņem īpašu vietu plašajos laika plašumos. Šis princips tikai turpina iznīcināt to nelielo antropocentriskās domāšanas daļu, kas joprojām ir saglabājusies.

Mēs rakstām šo grāmatu divdesmitā gadsimta pašās beigās – labs laiks, lai pārdomātu savu vietu Visumā. Šajā laikmetā iegūtās izpratnes plašās vērības dēļ mēs kā nekad agrāk varam rūpīgi aplūkot savu stāvokli laikā un telpā. Saskaņā ar Kopernika laika principu un visplašāko astrofizisko notikumu klāstu, kas vēl notiks plašā nākotnē, mēs apgalvojam, ka Visuma beigas šīs tūkstošgades beigās nav ļoti tuvu. Apbruņojušies ar četriem dabas spēkiem, četriem astronomiskiem logiem, lai skatītu Visumu, un jaunu kalendāru, kas mēra laiku kosmoloģiskajās desmitgadēs, mēs sākam savu ceļojumu cauri pieciem lielajiem laika laikmetiem.

Piezīmes:

Par debess sfēru rotācijām (lat.). - Apm. tulk.