В новом выпуске подкаста «The Ranveer Show» ведущий Ранвир Аллабадия и ученый-астрофизик Абхиджит Чавда погружаются в фундаментальные тайны космоса и историю нашей планеты. Собеседники разбирают механизмы Большого взрыва, природу темной материи и физические законы, управляющие Вселенной. В центре внимания первой части масштабной беседы — путь развития Земли от раскаленного куска скалы до космической катастрофы, положившей конец эпохе динозавров.
🌌 Невидимая Вселенная: темная материя и иллюзия осязаемости 3:07
Астрофизика занимается изучением самых масштабных загадок космоса: поиском недостающих 95% массы и энергии Вселенной, а также исследованием поведения таких объектов, как черные дыры, квазары, пульсары и магнетары. При этом сама Земля дает ученым крайне мало зацепок — разве что редкие следы ископаемой темной материи в древних горных породах.
Согласно современным научным расчетам, вся видимая нами материя (звезды, галактики, туманности и пылевые облака) составляет менее 5% от общей массы-энергии Вселенной. Около 23% приходится на так называемую темную материю. О ее существовании ученые догадываются по косвенным признакам: скорости расширения Вселенной и аномально быстрому вращению галактик, чьей видимой массы просто не хватило бы для удержания звезд гравитацией.
Абхиджит Чавда объясняет, что масса не тождественна весу — это эквивалент энергии, который может занимать пространство, оставаясь полностью невидимым. В качестве примера ученый приводит нейтрино:
- Каждую секунду через тела людей проходят триллионы солнечных нейтрино.
- Эти частицы обладают ничтожно малой массой, но движутся строго по прямой линии.
- Они свободно пролетают сквозь атомы, электроны и ядра, никак не взаимодействуя с ними, поскольку подчиняются исключительно слабому ядерному взаимодействию.
Парадоксы окружают человека и в повседневной жизни. Физик отмечает, что когда мы хлопаем в ладоши или касаемся предметов, на фундаментальном уровне реального соприкосновения не происходит. На микроскопическом уровне между ладонями всегда остается крошечный зазор. То, что человек воспринимает как плотность и сопротивление физических тел, является результатом электромагнитного отталкивания отрицательно заряженных электронов и действия принципа запрета Паули, пришедшего из квантовой механики.
По мнению Абхиджита Чавды, изучение физики — это лучший способ понять «разум Бога» (если он существует), так как ее законы кодируют фундаментальные правила Вселенной через язык продвинутой математики. При этом математика способна описывать даже нефизические объекты, вроде бесконечномерных пространств Гильберта или 10- и 11-мерных уравнений теории струн. На основе экстраполяции текущих данных о расширении космоса исследователи выдвигают гипотезы о существовании циклических или параллельных вселенных, хотя Чавда признает, что прямых наблюдательных доказательств мультивселенной у науки пока нет.
💥 Рождение пространства и времени: что скрывает Большой взрыв 10:56
Согласно общепринятой теории Большого взрыва, в момент времени t = 0 вся материя, радиация, темная масса и энергия были сжаты в одну сингулярную точку. Сам Большой взрыв не был взрывом в привычном понимании (как детонация бомбы) — это было стремительное расширение самого пространства-времени.
На начальном этапе, известном как инфляционная эпоха, пространство расширялось со сверхсветовой скоростью. Законы физики запрещают перемещение материальных объектов внутри пространства быстрее скорости света, поскольку при приближении к этому лимиту масса объекта стремилась бы к бесконечности. Однако на расширение самой ткани пространства-времени это ограничение не распространяется.
Эквивалентность массы и энергии описывается знаменитым уравнением Эйнштейна E = mc². Фотоны (частицы света) не имеют массы покоя, но обладают энергией и импульсом. Это позволяет использовать их в технологиях вроде световых парусов, когда направленный лазерный луч буквально толкает металлический лист вперед за счет радиационного давления.
В первые мгновения после Большого взрыва Вселенная представляла собой высокоэнергетический океан из гамма-лучей. По мере расширения и охлаждения эта энергия породила пары материи и антиматерии (протоны и антипротоны, электроны и позитроны). При встрече они взаимно аннигилировали, снова превращаясь в чистую энергию. По невыясненной до конца причине возникла легкая асимметрия: частиц материи оказало чуть больше, чем антиматерии, и именно этот мизерный избыток сформировал всю наблюдаемую сегодня Вселенную.
Для воссоздания тех условий на базе CERN был построен Большой адронный коллайдер (LHC). В нем пучки протонов разгоняют до 99,99% от скорости света и сталкивают друг с другом. Именно этот прибор в 2012 году позволил экспериментально подтвердить существование бозона Хиггса — частицы, предсказанной Питером Хиггсом еще в 1960-х годах. Бозон Хиггса отвечает за то, что квантовые поля приобретают массу: частицы, сильно взаимодействующие с полем Хиггса, становятся тяжелыми, а не взаимодействующие (как фотоны) остаются безмассовыми.
На основе доплеровского смещения спектра галактик (красного смещения) астрономы рассчитали точный возраст Вселенной — он составляет около 13,8 миллиарда лет. Все далекие галактики стремительно удаляются от нас с ускорением. Исключение составляет лишь соседняя галактика Андромеды: из-за малого расстояния гравитационное притяжение преодолевает общее расширение космоса, и примерно через 2,5 миллиарда лет она сольется с Млечным Путем в единую супергалактику.
Диаметр нашей наблюдаемой Вселенной (космического горизонта) составляет около 95 миллиардов световых лет. Из-за того что на окраинах пространство расширяется быстрее скорости света, этот горизонт для нас постоянно сужается. Абхиджит Чавда прогнозирует, что через несколько миллиардов лет человечество (если оно выживет) не сможет увидеть ни одной другой галактики, кроме Млечного Пути — весь остальной космос навсегда уйдет за пределы видимости.
🪐 Рождение Солнечной системы и космические щиты Земли 28:54
Звезды рождаются из вращающихся газопылевых дисков под воздействием собственной гравитации. Наше Солнце, судя по химическому составу, является звездой второго или третьего поколения, сформировавшейся из остатков древних сверхновых звезд. Солнечная система зародилась примерно 4,6 миллиарда лет назад, а прото-Земля в виде раскаленного расплавленного шара сошлась на своей орбите около 4,5 миллиарда лет назад.
Ранняя Земля была крайне враждебной средой с токсичной атмосферой и непрекращающейся вулканической активностью. Воду на планету, как указывает современная наука, принес так называемый период Поздней тяжелой бомбардировки, когда миллионы ледяных метеоритов атаковали планету. Это было хаотичное время перестройки всей Солнечной системы.
Жизнь на Земле во многом обязана своим существованием планетам-гигантам. Юпитер и Сатурн своей мощной гравитацией буквально «вымели» большинство опасных астероидов со внутренних орбит системы. Остатки этого строительного материала сейчас заперты в поясе астероидов между Марсом и Юпитером, а также в точках Лагранжа (зонах гравитационного равновесия), где обращаются так называемые троянские астероиды Юпитера.
Чтобы продемонстрировать ничтожность Земли в космических масштабах, Чавда приводит в пример знаменитый снимок телескопа Хаббл «Столпы Творения»: кончик каждого «пальца» этих пылевых структур по ширине в два раза превосходит размеры всей нашей Солнечной системы. При этом мы до сих пор плохо знаем собственные космические окрестности. За последние 15–20 лет ученые открыли множество малых планет за орбитой Плутона — Эриду (которая крупнее Плутона), Седну, Квавар, Макемаке, Хаумеа. Астрономы активно ищут гипотетическую девятую планету (Суперземлю), чья масса может превышать земную в несколько раз, или даже первичную черную дыру на окраинах Солнечной системы, которая гравитационно искажает орбиты далеких ледяных тел.
🌋 Адские условия Венеры и геополитическая гонка на Луне 36:57
Ближайшие соседи Земли демонстрируют совершенно иные сценарии развития. Венера, обладая схожей с Землей массой, имеет аномально медленное обратное вращение (день там длится дольше венерианского года) и плотную атмосферу. Атмосферное давление на Венере в 300 раз выше земного, температура способна плавить свинец, а с неба непрерывно идут дожди из серной кислоты — это классический пример необратимого парникового эффекта. В то же время на спутниках Юпитера и Сатурна (например, на Титане с его углеводородными озерами) под ледяной коркой скрываются океаны жидкой воды, где теоретически возможна микробная или даже более крупная жизнь.
Говоря о колонизации Марса, Чавда заявляет, что технологии для отправки человека туда уже существуют. Главная проблема заключается в минимизации рисков и возможности вернуть астронавтов живыми на Землю. По мнению исследователя, освоение космоса идет итеративно:
- успешный вывод аппарата на орбиту;
- беспилотная посадка;
- доставка грунтов назад;
- создание постоянной базы и отправка людей.
По прогнозам ученого, первая высадка человека на Марс (вероятно, при участии Илона Маска) состоится уже к 2040 году, а к концу XXI века там появятся постоянные базы.
Важнейшим плацдармом становится Луна. Анализ образцов лунного грунта (реголита) показал его поразительное сходство с земным, что подтверждает гипотезу формирования Луны в результате столкновения Земли с блуждающей планетой на заре существования. Сегодня за Луну разворачивается жесткая геополитическая гонка. Причины коммерческого интереса государств:
- Гелий-3: реголит Луны чрезвычайно богат этим изотопом, который рассматривается как идеальное топливо для будущих термоядерных реакторов.
- Вода: залежи льда в постоянно затененных полярных кратерах Луны (впервые обнаруженные индийским аппаратом «Чандраян-1» в 2009–2010 годах) избавят от необходимости дорогостоящего вывоза воды с Земли для обеспечения лунных баз.
Условия на Луне суровы: там царит абсолютная десоляция, горизонт из-за малого диаметра планеты кажется намного ближе земного, а лунная пыль, по отзывам астронавтов, имеет характерный запах пороха. Из-за отсутствия атмосферы небо там всегда черное, звезды не мерцают, а солнце настолько агрессивное, что участники миссий «Аполлон» использовали защитные визоры с золотым напылением, чтобы не ослепнуть.
Обратная сторона Луны из-за приливного захвата никогда не видна с Земли (впервые ее сфотографировал советский зонд в прошлом веке). По словам Чавды, это уникальное место: оно полностью экранировано от всего электромагнитного шума нашей цивилизации (радиостанций, телевещания, сетей связи), что делает обратную сторону Луны идеальной точкой для строительства сверхчувствительных астрономических обсерваторий.
☄️ Космическая бомбардировка: как астероид изменил ход эволюции 50:14
В отличие от Луны, усеянной древними кратерами, Земля кажется гладкой благодаря тектонической активности. Ее кора подобна треснувшей яичной скорлупе. Постоянное движение магмы и плит обновляет поверхность планеты, полностью стирая следы даже мощных метеоритных ударов за 100 миллионов лет. Тем не менее ученым известны древнейшие кратеры: Садбери в Южной Африке (согласно транскрипту встречи), Маникуаган в Канаде, возможный кратер Шива у побережья Мумбаи и знаменитый Чиксулуб на полуострове Юкатан.
Космическая угроза реальна: ежедневно на Землю оседает около 100 тонн метеорной пыли. Объекты входят в атмосферу на скоростях от 30 до 70 километров в секунду. На такой скорости сжатый воздух раскаляется, заставляя метеор испаряться за доли секунды, что люди видят как падающую звезду. Крупные тела взрываются в воздухе подобно ядерным зарядам — как это было при падении Тунгусского метеорита в 1908 году (выкосившего тысячи квадратных километров тайги) или при взрыве Челябинского метеорита в 2013 году.
Падение 10-километрового астероида Чиксулуб 66 миллионов лет назад спровоцировало пятое массовое вымирание. Механизм катастрофы был чудовищным:
- Удар оставил кратер диаметром 130 км.
- Возникли сверхзвуковые цунами высотой в несколько километров, обогнувшие планету несколько раз.
- Температура на поверхности Земли на несколько часов поднялась выше 100 °C, уничтожив большую часть открытой флоры и фауны.
- Взвесь испарившейся породы и сажи поднялась в стратосферу, перекрыв доступ солнечному свету на 10 лет.
В условиях многолетней «ядерной зимы» погибла растительность, что вызвало вымирание травоядных, а затем и хищных динозавров. Нашими прямыми предками в ту эпоху были крошечные землеройковые и кротоподобные млекопитающие. Они выжили исключительно благодаря тому, что умели зарываться глубоко под землю, пережидая пиковые температуры, а затем питались гниющими тушами рептилий в условиях кромешной тьмы и холода. Именно эта катастрофа дала толчок рассвету эпохи млекопитающих.
Чавда напоминает, что динозавры вымерли не полностью: их прямыми выжившими потомками являются птицы (авиационные динозавры). Анатомически скелет обычной курицы практически идентичен скелету тираннозавра (T-Rex), а большинство древних ящеров, как доказано палеонтологами, были покрыты перьями.
☀️ Парадоксы Вселенной: реликтовое излучение и темное сердце Солнца 1:02:56
В завершение беседы Абхиджит Чавда делится еще парой удивительных физических фактов. Космическое пространство только кажется абсолютно пустым — оно пронизано реликтовым излучением со стабильной температурой около 2,25 Кельвина (чуть выше абсолютного нуля). Это излучение — «эхо» или послесвечение самого Большого взрыва, пробивавшееся сквозь остывающую Вселенную в течение первых 250–300 миллионов лет ее существования.
Второй парадокс касается нашего светила. Ученый утверждает, что если бы человек мог оказаться глубоко внутри Солнца, он обнаружил бы там кромешную тьму. Механизм этого явления кроется в колоссальной плотности:
- В солнечном ядре под страшным давлением гравитации водород преобразуется в гелий, испуская жесткое гамма-излучение (фотоны).
- Из-за экстремальной плотности вещества новорожденный фотон не может лететь по прямой: он постоянно сталкивается с атомами, поглощается и переизлучается миллиарды раз.
- В результате путь фотона из ядра Солнца к его видимой поверхности занимает от 100 000 до 1 миллиона лет.
Сбросив оковы сверхплотного ядра, этот же фотон долетает от поверхности Солнца до Земли всего за 8 минут, давая нашей планете свет, энергию и саму возможность существования человеческой цивилизации.
