Сучасний нестаціонарний Всесвіт

Размещено на http://www.allbest.ru

12

Розділ V

Сучасний нестаціонарний Всесвіт

Явище розбігання галактик і закон Габбла

Ще в 1842 році австрійський фізик і астроном Х.Доплер довів, що довжина світлової хвилі, прийнятої спостерігачем, виражається через довжину хвилі , яку випромінює джерело, що рухається від нас з швидкістю (променева швидкість),

всесвіт сингулярність великий вибух

(V.1)

Тут с=3·108м/с - модуль швидкості світла у вакуумі.

Співвідношення (V.1) зручніше подати у вигляді

, (V.2)

де приріст довжини хвилі , а z - величина червоного зміщення. Невдовзі було з'ясовано, що лінії в спектрах усіх відомих на той час (20_ті роки ХХ ст.) віддаленіших галактик (їх тоді було відомо 36) зміщені до червоного кінця спектра. Це явище дістало назву червоного зміщення.

У 1929 р. після того як були знайдені відстані до кількох десятків галактик, Е.Габбл (з Інституту Корнеги) встановив, що швидкості віддалення галактик зростають прямо пропорційно до відстані r між ними:

. (V.3)

Тобто чим далі галактика (сукупність галактик) від нас, тим вона швидше віддаляється від нас. Зараз червоне зміщення виміряно для понад 10000, галактик, для яких виконується закон (V.3). Це означає, що Всесвіт розширюється і зараз.

Швидкість віддалення об'ктів, що перебувають на відстані r>4,29·103 Мпк (v>0,1c), обчислюється за формулою

.

Водночас

для об'єкта, що віддаляється від нас.

Задача. Із спостережень випливає, що логарифм швидкості віддаляння галактик від нас лінійно залежить від їх видимої зоряної величини m галактик тієї ж самої світності, отже, абсолютної зоряної величини. Водночас M=m-5-5lgr, де r - відстань до галактики. На підставі цих залежностей вивести формулу закону Габбла (V.3).

Розв'язання. Позаяк lg~m, а m~lgr, то lg~lgr, або ~r і =Нr, де Н - Стала Габбла. Врахувавши залежність (V.2), матимемо (V.3).

У формулі (V.3) величина z піддається досить точному визначенню на досліді, а Н - стала Габбла, одна з найважливіших констант у космології. Впродовж усього ХХ ст. більшість астрономів для цієї сталої приписували значення 50-100 км/с· Мпк, де Мпк =3,09 · 1019км - відстань, яку світло проходить за 3,26 млн років. Найновіші оцінки дають Н=80 км/с·Мпк, хоча найчастіше в обрахунках і далі беруть Н = 75 км/с·Мпк.

Якби числове значення параметра Н було знайдено точно, то можна було б розв'язати зворотну задачу: за відомим червоним зміщенням галактик (V.2) обрахувати відстань до них

Формула (V.3) виражає один з найфундаментальніших законів природи. Основний його зміст: спостережуваний Всесвіт розширюється. Швидкість галактик і їх скупчень зростає приблизно на 80км/с при збільшені відстані на кожний мегапарсек. Спостерігачеві із Землі видається, що Всесвіт розбігається вздовж радіальних напрямів в усі сторони. Стала Н визначає темпи цього розбігання.

Спостережувана картина буде незмінною, якщо за космічними об'єктами спостерігати із якоїсь іншої точки Всесвіту. Якби це було не так, то можна було б зробити висновок, що Земля (взагалі наша Галактика Молочний Шлях) досі була центром усього світу - геоцентризм. Вагомих підстав для цього твердження наука не має.

Розбігання галактик і розширення Всесвіту можна унаочнити такою простою схемою (рис.113). Нехай Р1 - якась довільна точка Всесвіту. Це, скажімо, може бути Молочний Шлях. Нехай точки Р2,Р3 (інші галактики), віддалені від Р1 на відстані відповідно і 2. В процесі розширення світу точки Р1,Р2,Р3 розбігаються, тобто відстані між ними збільшуються. За деякий час t, коли відстань r подвоїться, швидкості точок Р2 і Р3 відносно точки Р1 будуть:

Величини - це швидкості розбігання галактик Р2 і Р3 відносно нашої Галактики (спостерігача на Землі). Очевидно, ці швидкості - наслідок розширення Всесвіту, вони пропорційні до відстанні r від центра спостереження. Сказане стосується не тільки вихідної точки Р1, але і якоїсь іншої точки Р2, Р3. Це означає, що наш Всесвіт не має центра. Розбігання галактик виглядає однаково незалежно від того, з якої зоряної системи ми стежимо за небом, засвідчуючи цим дивовижну ізотропність

Сучасна наука розкрила глибокий фізичний і світоглядний зміст закону Габбла і наслідків, що випливають із нього: тут має місце не звичайне самовіддаляння галактик від системи у просторі, а розширення самого світового простору. Остаточне встановлення цього незаперечного факту висунуло на порядок денний низку основоположних першочергових завдань. Це: коли почалося розширення Всесвіту і як довго воно триватиме? що було до нього і які фактори спонукали розширення? чи будуть галактики вічно розбігатися чи врешті-решт під дією гравітації почнеться їх стиск з наступним гравітаційним колапсом (катастрофічним наростанням стиснення)?

Коротко розглянемо ці та інші засадничі проблеми сучасної космології (науки в цілому) в зазначеній послідовності.

Час розширення і розміри Всесвіту

Із закону Габбла (V.3) випливає дуже важливий висновок - величина має розмірність часу й чисельно дорівнює саме тому часу, що минув з моменту початку розширення Всесвіту, т. зв. Великого Вибуху, аж до тепер. Це рівносильне тому, що t0 років назад вся речовина галактик була сконцентрована, будемо казати, "в одній точці". Тоді стався грандіозний вибух (Великий Вибух), який започаткував розвиток Всесвіту в його сучасному вигляді. Час t0 тепер називають "віком Всесвіту", розуміючи під цим тривалий інтервал часу, необхідний для розширення Всесвіту, в якому ми зараз живемо, до сучасного стану за умови, що в минулому швидкість космічних об'єктів не змінювалася (рух за інерцією).

Низькі значення сталої Н відповідають тривалішому віку Всесвіту t0, високі - порівняно молодому. Так, якщо Н= 100 км/с·Мпс, то t0 складає приблизно від 7 до 10 млрд років. Проте при значенні Н=50 км/с·Мпк вік Всесвіту збільшиться від 15 до 20 млрд років. У цих оцінках враховано вплив повної маси речовини у Всесвіті, відомої на сьогодні, тобто викликане нею сповільнення розширення завдяки гравітації. При Н = 80 км/с·Мпк сучасний вік Всесвіту має складати від 8 до 12 млрд років (з врахуванням невизначеності значення середньої густини Всесвіту).

Вік кульових згущень - перших об'єктів, утворених у нашій Галактиці, - оцінюють від 13 до 17 млрд років. Позаяк цей час не може перебільшувати вік самого Всесвіту, то значення t0 найкраще апроксимується значенням сталої Н = 50 км/с·Мпс. Правда, вік згущень не дуже точно визначений, проте високе значення Н також не узгоджується із стандартними теоріями утворення і розподілу галактик у просторі.

У квітні 1990 р. виведено на навколоземну орбіту телескоп "Габбл", що діє до сьогодні. Він дозволяє відкрити цефеїди в об'ємі простору, який у 1000 разів більший за область, доступну земним телескопам. Це дозволило досить точно (методом цефеїд) визначити Н. Воно наближається до вже згадуваної величини Н = 80 км/с·Мпс, точніше .

Проблема часу існування нашого світу, а з нею багато інших визначних питань космології, може бути успішно розв'язана, якщо будуть точно визначені швидкості розбігання галактик і особливо відстані до них. Щодо швидкостей, обрахованих з допомогою формули (V.2), то і тут є значні труднощі - визначення червоного зміщення ліній л у спектрах найвіддаленіших галактик утруднюється слабкою видимістю ліній. Справа в принципі зводиться до знаходження точних відстаней до згущень галактик, яка теж досить не проста. Чим далі такий небесний об'єкт від нас, тим менша точність виміру відстані до нього. Але саме ці об'єкти цікавлять космологів найбільше.

Вже згадувалося, всі галактичні системи зберігають ту швидкість, яку вони мали на початку віддаляння. Нехай точка їхнього старту була поблизу Галактики, тоді вони утворять сферичний простір. З інших галактик спостерігач побачить таку ж картину, що і ми. Очевидно, галактики з найбільшими швидкостями повинні віддалитись від нас найдалі. Позаяк їх максимальна швидкість не може перевершити величини с=3·105км/с, то добуток ct0 = R, де R - максимально можливий радіус світу (верхня допустима його межа). Отож,

Різні автори вважають найреальнішими значення млрд св.р.

Сингулярний стан Всесвіту

Нестаціонарний розв'язок рівнянь ЗТВ, вперше отриманий математиком О.О.Фрідманом (Санкт Петербург, 1922-24 роки), продовжений у минуле, теоретично дає стан Всесвіту нескінченної густини матерії. За таких умов утворюється ситуація, яка вже не піддається описанню ЗТВ (через квантові ефекти при певній критичній густині ).

Отже, на початку розширення (t0>0) Всесвіт перебував в особливому (критичному) стані, коли вся його речовина і величезна енергія були стиснуті буквально до однієї точки, сконцентровані у гранично малому об'ємі. Густина і температура матерії тоді були дуже високі. Цей фізичний стан Всесвіту дістав назву сингулярності.

Яка найбільш можлива густина, пов'язана з сингулярністю? Вважають, що ця стала побудована з основних світових констант. ЇЇ можна отримати методом розмірності.

Оцінимо величину комбінуючи три відомі константи: гравітаційну сталу , швидкість світла і сталу Планка . Нехай , де - сталі числа, що належить визначити. Легко бачити, що розмірності світових констант такі: , , і . Відтак , або і . Зрівнюючи показники степенів з однаковими основами, маємо систему рівнянь

Розв'язавши її, отримуємо: . Тобто найдопустиміша в природі густина матерії може бути г/см3.

Що було до сингулярності? Чи передував їй стиск Всесвіту? Чи плин часу був таким самим непереривним, як зараз? Остаточної відповіді на ці питання поки що немає. Проте більшість вчених вважають, що ніякого стиску перед цим не було (див. далі), а космологічна сингулярність є початком плину часу в тім розумінні, як сингулярність у чорних дірах є кінцем сучасних потоків часу.

При густинах с>с0 змінюється сам сенс понять простору, часу, стану тощо. Простір і час, зокрема, набувають квантовий, дискретний характер, у принципі змінюються поняття «раніше» і «пізніше», «тривалості», «протяжності». В таких ситуаціях питання про те, що було до сингулярності, стають некоректними, неправильно сформульованими, хоча ці висновки не підкріплені безпосередньо експериментом.

Розглянемо докладніше стан сингулярності, як його уявляє собі сучасна наука. Отож в масштабах 3·10-44с за часом і 10-33см у просторі (межі яких досягнула теорія) існує своєрідна суміш квантів простору-часу (їх квантові флуктуації), які народжуються і тут же зникають. Це мікроскопічне «кипіння» простору й часу в певному розумінні аналогічне народженню і вмиранню віртуальних частинок. Можливо, так само народжуються і непомітно зникають маленькі віртуальні світи й віртуальні чорні і білі діри. Не виключена можливість, що при великих енергіях і дуже малих масштабах простір має не три, а більше вимірів, також квантується.

За надвисоких густин, властивих сингулярності, загальна теорія відносності вже не діє, бо вступають у силу і діють квантові ефекти. Відповідно до існуючих уявленнь межами застосування ЗТВ є щойно вказані часовий інтервал (порядку 10-43с)., просторова протяжність (порядку 1,6·10-33см) і густина с0. Згідно з цим робляться спроби створення квантово-релятивістської гравітаційної теорії і квантової космології. Дістала дальший розвиток єдина теорія поля, започаткована А.Ейнштейном. Нові відділи теоретичної фізики й космології включають у себе всі фундаментальні взаємодії, а отже, їх безрозмірні константи. Ці останні залежать від маси-енергії (мається на увазі співвідношення Е=mc2) взаємодіючих частинок. Зі збільшенням мас константи двох сусідніх взаємодій зрівнюються. Це призводить до зникнення різниці між цими взаємодіями - вони об'єднуються. Так при масі 100 ГеВ (1015К) зливаються в одну - електрослабку взаємодію - слабка й електромагнітні фундаментальні взаємодії. Для великого об'єднання і його симетрії (тут охоплені однією моделлю слабка, електромагнітна і сильна взаємодії) потрібна маса 1015 ГеВ (1028 К), а для супероб'єднання (до великого об'єднання ще добавляється гравітація) - 1019 ГеВ (1032 К), недосяжна для сучасної техніки.

Якщо енергія частинок перевершує 1019 ГеВ, вступає в права єдина універсальна взаємодія і частинки постійно перетворюються одна в одну. Час їх існування визначається співвідношенням невизначеностей Гейзенберга , де (m - маса частинки) і - похибки в одночасному вимірюванні енергії і часу. Отож вони існують як короткоживучі збудження квантових полів, що переносять енергію, імпульс, заряд між елементарними частинками при їх взаємодії. Позаяк енергії частинок дуже великі, то час їх існування дуже малий. Суміш таких мікрооб'єктів утворює т. зв. фізичний вакуум. При зменшенні середньої енергії частинок єдина перед цим взаємодія розпадається на дві, а частинки розділяються відповідно на ферміони (в них півцілі спіни ) і бозони (цілий спін ), кварки (їх тепер шість) і глюони (кванти міжкваркових взаємодій), лептони ( і відповідні їм нейтрино) та адрони (баріони та мезони), електрозаряджені та нейтральні частинки, фотони та ін..

Позаяк фізичний вакуум чинить від'ємний тиск, то він міг на певній стадії еволюції спричинити дуже швидке (за експоненціальним законом) розширення Всесвіту, тобто гравітаційне релятивістське притягання могло змінитися на відштовхування, але вже в інший зовнішній світ. Стадія спаду числових значень параметрів фізичного стану Всесвіту, викликаного цим ефектом, закінчилася тоді, коли на певному етапі порушились умови Великого об'єднання і утворились адрони з кварків.

Коли Всесвіт був об'єктом квантовим і гравітуючим, тобто багатовимірним і планківським, у ньому відбувалися флуктуації метричних властивостей і числа розмірностей простору. Ці флуктуації під час розширення Всесвіту відокремлюються і фіксуються, причому частина з них як розмірності простору-часу,а інша частина (просторових розмірностей) проявляє себе як відповідні фізичні поля. Твориться розподіл між речовиною і полем.

Ці ідеї досі перебувають у стадії розвитку і поглибленого усвідомлення.

Модель гарячого Всесвіту. Синтез хімічних елементів

Вперше ідею про велику початкову ентропію речовини Всесвіту, водночас температуру (звідки «гаряча модель Всесвіту»), обґрунтував у 1926-1949 роках Гамов. Метричні характеристики еволюції Всесвіту він доповнив енергетичною, увівши поняття середньої температури Всесвіту, яка в процесі його розширення зменшується. Стан Всесвіту не змінюється, поки його температура не стане меншою за температуру деякого характерного процесу, на який можуть впливати енергія спокою нуклонів та електронів, енергія зв'язку нуклонів у ядрах, енергія іонізації атомів. Тоді фізичний стан Всесвіту набирає нових властивостей і рис, які визначають послідовність значень його енергії, відтак основні етапи фізичної еволюції Всесвіту.

На ранніх етапах розширення Всесвіту температура речовини велика, а густина електромагнітного випромінювання значно перевищує густину звичайної речовини. Під час розширення температура зменшується ~R-1, де R - масштабний фактор - відстань між якоюсь фіксованою парою точок. Водночас густина енергії випромінювання спадає ~R-4, а густина звичайної речовини як - R-3. Питома ентропія речовини лишається сталою. Цікаво, що теплоємність випромінювання весь час набагато вища, ніж теплоємність речовини аж до тепер, тому рівноважне випромінювання не може поглинутися речовиною і має зберігатися досі (реліктове, або фонове випромінювання).

Чи не пов'язане відкриття фонового випромінювання з якимось процесами розширення речовини в небесних тілах, наприклад, зорях, а не з початком космологічного розширення? Мабуть, ні. Простежимо за цим явищем конкретніше.

Інтегральна густина рівноважного реліктового випромінювання (фону) Дж/см3 майже в сто разів більша за густину відомих джерел випромінювання (зір, галактик, радіогалактик, квазарів). Вона підрахована з врахуванням їхньої імовірної еволюції в минулому, враховуючи, що випромінювання фону з великою точністю ізотропне.

Якщо значення розділити на середню густину матерії галактик с0=5·10-31г/см3, то отримаємо ~1011Дж/г. Тож спалювання приблизно 20% усього водню дало б досить енергії для того, щоб наповнити простір випромінюванням, яке відповідає абсолютній температурі ~3К. Проте спектр випромінювання, що дають зорі під час ядерних реакцій у надрах, дуже відмінний від трьохградусного рівноважного випромінювання, яке спостерігається. Якщо вигоряння водню справді мало місце в далекому минулому, то його високотемпературне випромінювання, внаслідок космологічного розширення, могло перетворитися на низькотемпературне, густина енергії якого за цей час у багато разів зменшилася б. Тому потрібно, щоб виділення енергії в минулому досягло понад розумну межу. Щоб настала відповідність між реліктовим фоном і виділенням енергії в протозорях, треба припустити, що тоді панівною була сучасна середня густина речовини г/см3, а виділення енергії має відбуватися за короткий період у минулому ~3·106 років тощо. Згадаймо, що середня густина, згідно з сучасними даними, г/см3. Є також нерозв'язані (поки що) проблеми з визначенням густини нейтрино, що змінило б значення середньої густини речовини , яка далека від вирішення. Тож справедливою на сьогодні треба вважати гарячу модель Всесвіту (на відміну холодній моделі Амбарцумяна).

Гамов припустив, що всі елементи Всесвіту утворилися в результаті ядерних реакцій у перші моменти після Великого Вибуху. Так, наприклад, у момент t = 1с (після моменту с > ?) температура досягала 1010К, а густина речовини - с~106 г/см3. За цих умов протони, нейтрони, електронно-позитронні пари, нейтрино і фотони перебували в термодинамічній рівновазі. При подальшому розширенні згустка Т і с зменшувались і врешті нейтрони почали розпадатись. Позаяк в них період піврозпаду Т~15 хв, то протягом кількох перших хвилин після початку розширення, коли концентрація нейтронів ще була великою, відбувалися реакції з їх участю, а саме:

Внаслідок цих реакцій вміст гелію ( по масі) досягнув 30% при 70% водню , що й спостерігаємо на сьогодні.

Усі ядерні перетворення практично закінчуються через 100 с від початку розширення Всесвіту. Далі хімічний склад речовини більше не змінювався і залишився таким самим до початку формування галактик і зір. Отож основна маса гелію має первинне походження,тоді як менша частинка його спродукована в надрах зір у процесі термоядерного синтезу. Це був уже пізніший час.

Ранню стадію розвитку Всесвіту поділяють на кілька епох. Це:

адронна епоха, обмежена часом t < 10-4 с, коли густина с > 1014г/см3 і температура К. Тут основну роль відіграє випромінювання, а маси речовини й антиречовини майже ті самі. Наприкінці цього періоду важкі частинки анігілюють з античастинками, а надлишок речовини з додатнім зарядом залишився сталим до сьогодні;

лептонна епоха: температура 1010 < Т < 1012К, густина 104 < с <1014г/см3. Вона тривала до 10 с. Домінуючими тепер в природі стали легкі частинки - електрони й позитрони, нейтрино й антинейтрино, які беруть участь у взаємоперетвореннях протонів і нейтронів. Завершується епоха анігіляцією електронно-позитронних пар;

епоха випромінювання, коли 3000 < Т < 1010К, а густина 10_21 < с < 104г/см3. Перевага у формах матерії тут за випромінюванням, утворюється гелій, а наприкінці епохи починаються рекомбінації електронів з протонами, виникає речовина, яка у наступній еволюції Всесвіту відіграє панівну роль;

зоряна епоха, яка на сьогодні є завершальною. Вона бере початок при млн. років, коли Т = 3000К, г/см3. Починається формування протозір і протогалактик - сучасного світу. Теорія походження нуклонів у зірках успішно пояснює основні закони поширення елементів за умови, що зірки утворилися з чистого водню або водню і гелію, що виникли у більш ранній період еволюції Всесвіту.

Теорія гарячого Всесвіту, що розширюється, має всебічний зростаючий вплив на інші астрономічні концепції. І не тільки. Багато вчених сьогодення прогрес у пізнанні людиною природи пов'язують саме з розвитком космології і теорії елементарних частинок.

Холодна модель Всесвіту і її заперечення

На початку 60-х років ХХ ст. вважали, що вміст гелію в речовині, яка не зазнала змін всередині зір, значно менший від 30%. Це суперечило гарячій моделі, внаслідок чого була сформульована «холодна модель» (1969). Тут припускалося, що речовина складається з протонів, електронів і нейтрино в рівних кількостях, ентропія відсутня. Рівні числа протонів і електронів необхідні для того, щоб речовина була електронейтральною. Позаяк нейтрино підпорядковується статистиці Фермі і принципу відбору Паулі, то перетворення протонів на нейтрони згідно з реакцією , яка виконується при ядерній густині речовини (г/см3), не відбувається. Бо вже зайняті всі стани, в які енергетично могло б перейти нейтрино в записаній реакції. Тому кількість протонів стабілізується, при розширені до густини ? 1 г/см3 і нижче речовина буде складатися з чистого водню, являючи собою матеріал для ядерних реакцій і нуклогенезису в середині зір першого покоління.

Відкриття реліктового випромінювання (1965) - «фону», передбачуваного гарячою моделлю, спонукало до відмови від холодної моделі, в якій немає первинного випромінювання. Воно пов'язане з існуванням надщільного гарячого згустка речовини та випромінювання на перших стадіях розвитку Всесвіту. Це залишок того випромінювання Всесвіту, коли він був непрозорий для власного випромінювання, а густина його речовини досягала величини с > 10-20г/см3. Позаяк ця густина , то, якщо розширення Всесвіту в минулому було таким, як тепер, можна вважати, що в епоху непрозорості всі відстані (і довжини хвиль л електромагнітного випромінювання) були в 1000 разів менші (із порівняння с з ). Тому кванти з довжиною хвилі лm = 1 мм, на яку в теперішній час припадає максимум енергії реліктового випромінювання, раніше мали лm ? 1 мк. Згідно з законом зміщення Віна (), це відповідає температурі T ~ 3000К, а для середньої температури Всесвіту зараз матимемо T ~3К (точніше 2,7К).

Рівноважна плазма-праматір релікту (залишку) - нагадувала собою плазму сучасних планетарних туманностей . На кожне ядро атома в ній (як і тепер) припадало до мільярда світлових квантів. Зараз ці кванти плазмової хмари, що стала прозорою, перетворились, як ми вже показали, на кванти реліктового (цю назву запровадив Й.Шкловський) випромінювання, а більша частина атомних ядер сконденсувалась у зорі.

Якщо теорії гарячого Всесвіту і Великого Вибуху правильні, то повинні спостерігатися два ефекти: 1) спектр випромінювання повинен відповідати рівноважному випромінюванню при 3К і 2) випромінювання має надходити з усіх напрямів простору рівномірно бомбардуючи Землю зусюдибіч, тобто бути ізотропним. Американські радіоастрономи Пензіас і Вілсон встановили, що реліктове випромінювання дійсно існує, має рівноважний характер і відповідає температурі 2,7К. Воно з великою точністю ізотропне: прилади його реєструють з однаковою інтенсивністю звідусіль. Воно в тисячі разів перебільшує випромінювання зір та інших джерел, разом узятих, тому його виявляють з допомогою радіотелескопів.

Ще один факт: вивчення оптичного спектра радикала ціану (CN) додатково підтверджує наявність випромінювання, що відповідає температурі абсолютно чорного тіла Т ~ 3К, тільки на довжині хвилі л = 0,26 см.

Безперечно, вирішальним експериментом на користь гарячої моделі Всесвіту стало б відкриття фону реліктових нейтрино. У разі гарячої моделі фон має відповідати температурі Т = 2К. Для них непрозорість Всесвіту повинна настати при с ~ 107г/см3, що могло бути на порівняно ранніх стадіях розвитку Всесвіту. На жаль, реєстрація таких частинок («експеримент віку») допоки лежить за межами можливого.

Відкриття реліктового випромінювання і його характерних симетричних властивостей поставило на експериментальний грунт основні положення релятивістської космології і поклало початок нового етапу в історії її майже вікового розвитку.

Космологічний принцип однорідності та ізотропності

На сьогодні можна з упевненістю сказати (це підтверджують спостереження), що у великому масштабі Всесвіт однорідний. Він у середньому однорідний з точністю до 10-20%, бо оптичні телескопи приймають світло від об'єктів, розташованих від нас не далі кількох мільярдів парсек. Такий об'єм простору вміщує близько мільйона згущень і надзгущень галактик. Відхилення в густині розподілу речовини від середнього значення в масштабах 1000Мпс не перевищують 3%, а в більших масштабах ці відхилення істотно менші. Тобто Всесвіт можна розглядати як однорідне неперервне середовище, «атомами» якого є галактики, згущення галактик, а то й надгалактики. У великих масштабах речовина розподілена не тільки однорідно, але й проявляє вражаючу ізотропність, тобто незалежність властивостей від напряму в просторі. Це стосується як руху, так і астрофізичних властивостей Всесвіту

Сучасні точні методи встановлення однорідності та ізотропності матерії у Всесвіті пов'язані з вимірюванням саме реліктового випромінювання, що надходить до нас з величезних відстаней. Ці виміри не виявили жодних його відхилень у різних напрямах неба з відносною точністю 10-4 - 10-3. Отож мікрохвильове фонове випромінювання має строго однакову інтенсивність в усіх напрямах. Це також підтверджує ідею однорідності - ізотропності розподілу речовини в космосі. Заодно ця особливість свідчить на користь космологічного походження самого випромінювання.

Треба визначити, що спостережувана однорідність та ізотропність Всесвіту стосується відносно великих відстаней у ньому. В малих масштабах Всесвіт неоднорідний і має певну структурованість.

Згідно з теоремою Зеєлігера, при рівномірному розподілі галактик повинно бути , де N(m) - число об'єктів у заданій ділянці неба, видима зоряна величина яких не більша за m. Ще в 1934 році Габбл на 2,5-метровім рефлекторі знайшов , що теорема Зеєлігера виконується для всіх обраних напрямів. З цього випливало, що в середньому розподіл галактик у світовому просторі є і однорідним, і однаковим в усіх напрямах, тобто ізотропним.

Закон Габбла, відкриття реліктового випромінювання, його однорідності та ізотропності, вияв цих властивостей у розподілі речовини Всесвіту стали незаперечним доказом того факту, що світ, в якому ми живемо, нестаціонарний і постійно розширюється. Він змінюється з часом, його минуле нетотожне теперішньому стану, а теперішнє - майбутньому. Далекі галактики і їх згущення розбігаються від нас.

Великий Вибух Всесвіту

Подумки повертаючи картину руху галактик у зворотному напрямі, ми неминуче дійдемо висновку, що сукупність галактик довкола наc виникла внаслідок вибухового розширення колись надгустої гарячої плазми.

Десь понад 1010 років тому вся речовина і вся енергія сучасного Всесвіту були зосереджені в одному згустку (точці) з щільністю 1022г/см3 і температурою 1016К. Усі релятивістські моделі Всесвіту, побудовані зараз, беруть початкову сингулярність за вихідну точку. Цей стан характеризується безмежною густиною, нескінченною кривизною простору й нульовим моментом часу. Саме в момент t = 0 стався Великий Вибух Всесвіту, після чого матерія, набувши гігантський імпульс, стала розширюватися, вступивши на сучасний шлях розвитку, який спостерігається.

Це був не звичайний вибух подібно до того, що утворюється при детонації заряду вибухової речовини. Великий Вибух відбувається водночас скрізь, охопивши з самого початку весь простір. Кожна частинка тут відлітає якнайдалі від інших, тоді як у разі вибуху в повітрі він починається з певного центра й поступово охоплює все більші і більші області простору. Ще одна його характерна особливість: високий тиск у просторі, охопленому вибухом, не прискорює, а навпаки, сповільнює розширення Всесвіту. При дальшому збільшенні об'єму певної маси частинок зменшується її тиск, відтак енергія Е в цьому об'ємі. Вона, звичайно, не йде на збільшення кінетичної енергії речовини, що розширюється, бо відсутні перепади тиску. При зменшенні енергії речовини, яка залежить також від взаємодії частинок, зменшується і її маса , відтак іде на спад гравітаційна сила притягання. Тож більшим початковим тискам відповідає більша енергія, отже і маса речовини, внаслідок чого гальмування речовини посилюється, а розширення Всесвіту сповільнюється з наступним різким прискоренням.

Ідеї сингулярності і Великого Вибуху Всесвіту свідчать про те, що наука опановує все нові і нові області знань, розкриває незвичні з погляду існуючих законів природи явища і властивості. Пізнання світу не має меж, проявляє нескінченну різноманітність, заявляючи про свою якісну невичерпність.

Ідеї нестаціонарності Всесвіту

Ще на початку ХХ ст. Всесвіт і більшість тіл у ньому уявлялися майже незмінними, стаціонарними. Вважалося, що космічні об'єкти еволюціонують дуже повільно, поступово переходять з одного стаціонарного стану в інший подібний стан. Проте чергові астрономічні відкриття утвердили зовсім нове бачення навколишнього світу. Розширення Всесвіту, що знайшло свій вираз у законі Габбла, виявилося природним наслідком, а заодно доказом, зокрема, теорії Великого Вибуху.

Початком сучасного етапу розвитку наукової космології стали праці О.О.Фрідмана (1922-24 роки). На основі ЗТВ він побудував перші математичні моделі руху речовини Всесвіту під дією сил тяжіння. Фрідман обґрунтував ідею, що під впливом гравітації речовина не може перебувати у спокої, бути нерухомою як у випадку стаціонарного Всесвіту. Вона повинна або розширюватись, або стискуватися, тобто рухатися. До Фрідмана і Леметра (бельгійський астроном) домінували статичні схеми побудови світу, вічно незмінні. Це був стаціонарний Всесвіт. Фрідман теоретично показав, що однорідний ізотропний Всесвіт повинен бути нестаціонарним, чим пояснювалася спостережувана картина розбігання галактик.

Сам А.Ейнштейн, творець ЗТВ, як у минулому Кеплер і Ньютон, глибоко вірив у раціональну побудову матеріального світу, що має внутрішню гармонію, симетрію і простоту. Спочатку він побудував саме статичну, що не еволюціонує, модель Всесвіту, хоч із його ЗТВ не випливали статичні розв'язки. Саме тоді дослідження Фрідмана Ейнштейн вважав помилковими, але невдовзі визнав їх, а свої спроби будувати нееволюціонуючі моделі визнав неправдоподібними.

О.О.Фрідман відкрив новий напрям в історії космології, що стало видатною демонстрацією прихованих можливостей теоретичних напрацювань А.Ейнштейна. Проте він здійснив цей крок, керуючись лише одними формально-математичними міркуваннями, не залежно від даних астрономічних спостережень ХХ ст. Підняті Фрідманом питання про нестаціонарну просторо-часову структуру Всесвіту вже у 1929 році блискуче підтвердив Е.Габбл.

У 1912-22 роках американський астроном В.Слайфер зібрав дані спостережень, які свідчили про червоне зміщення випромінювань далеких галактик (туманностей). Інтерпретація цих даних відповідно ефекту Доплера вже тоді переконливо доводила наявність взаємного розбігання галактик і їх згущень. У 1927-31 роках Ж.Леметр, фізично осмисливши власні нестаціонарні розв'язки рівнянь Ейнштейна (про результати Фрідмана він нічого не знав) і пов'язавши їх із даними спостережень Габбла, дійшов висновку про те, що існує космічний ефект розширення Всесвіту. Фрідман і Леметр не просто допускали можливість такого розширення, а й довели його неминучість у межах ЗТВ.

Висновки Фрідмана, особливо ті, що були зроблені ним у 1924 році, довгий час лишалися невідомими. Про них в СРСР навіть не згадували, вважали таким, що «не являють астрономічного інтересу». Це могло бути внаслідок того, що його дослідження, як вже згадувалося, мали чисто теоретичний, абстрактний характер, тоді як у Леметра вони ґрунтувалися на позитивних результатах найновіших астрономічних спостережень і фізичних законах. Тепер космологія стала дослідною астрофізичною наукою. У Фрідмана ці можливі астрономічні висновки лишалися поза увагою автора і спеціально не аналізувалися.

Еволюція Всесвіту

Розв'язок рівнянь Ейнштейна у разі однорідної ізотропної моделі світу свідчить, що Всесвіт повинен стискуватись, або, що відповідає спостереженням, розширюватися, тобто бути нестаціонарним. Це тому, що при його однорідності та ізотропності немає сили, яка зрівноважувала б силу тяжіння. При цьому залежно від значення середньої густини речовини у Всесвіті розширення може відбуватися необмежено в часі або колись змінитися стиском. Цей вибір зумовлений співвідношенням і величиною т.зв. критичної густини матерії Всесвіту.

Отримаємо формулу фундаментальної сталої , що разом з середньою густиною визначають майбутній стан еволюції Всесвіту.

Для кулі масою М (її радіус R) друга космічна швидкість . Підставивши сюди і , матимемо , звідки .

Для значення сталої Габбла Н=75км/с·Мпк критичне значення густини г/см3. Для речовини, що входить у галактики, усереднена (в межах 600 Мпк) густина складає ?5·10-31г/см3, тобто приблизно у кілька десятків разів. У такому випадку і галактики повинні необмежено віддалятися одна від одної , а Всесвіт невпинно розширюватись. Отож, зараз ми живемо у відкритому світі, розміри якого повсякчас збільшуються.

Якби виявилося, що , то розширення Всесвіту конче перейде у стиск, бо . Це буде замкнута модель світу. Якби це справді було так, то через десятки мільярдів років сучасний Всесвіт перестав би розширюватися, він стиснувся б знову в точку, через ~80 млрд років досягнувши стану чергової сингулярності.

При розширення світу відбуватиметься і далі, але темпи його уповільняться, а швидкість розширення прямуватиме до нуля.

Як бачимо, майбутній розвиток Всесвіту визначається середньою густиною речовини в ньому. Відомо, що не вся вона зараз фіксується і піддається точному обліку. В обрахунках допускається невизначеність. Так, кількість молекулярного водню (Н2) реєструється на довжині хвилі 21 см, але атоми водню майже повністю іонізовані і не випромінюють на цій довжині. Вимірювання на супутниках і ракетах вказують на існування великих мас атомарного нейтрального водню, молекул іонізованого гелію (в міжгалактичному просторі), не зафіксованого приладами на поверхні Землі. Для повного балансу маси потрібно також оцінити енергію випромінювання зір, магнітних полів у космічному просторі, космічних променів, гравітаційних хвиль і рухів хмар газу. Сюди слід ще віднести маси відкритих квазарів і квазізоряних галактик, у сто разів яскравіших за найяскравіші галактики. На цьому шляху ми стикаємося з проблемою існування т. зв. прихованої маси речовини. Це може бути, крім вже названої, ще речовина маломасивних зір невеликої світності і особливо маса невловимих нейтрино. У 1980 році вперше зайшла мова, що в стані спокою маса нейтрино може не дорівнювати нулю. Якщо це так, то 90% речовин Всесвіту складатиме саме нейтрино, чим нехтувати ні в якому разі не можна.

Звичайно, облік усіх цих мас збільшить значення середньої густини Всесвіту і може наблизити її до критичної. Точне визначення вкаже вибір між закритою і відкритою моделями Всесвіту. Якщо, скажімо, виявиться, що , це означатиме, що наш Всесвіт пульсуючий. Він вибухає, розширюється і знову стискується приблизно кожні 8·1010 років. Але досі реальність інша - . Тож навколишній світ нестаціонарний і не осцилюючий (не коливний), галактики розлітатимуться вічно, Всесвіт безмежний у просторі. Остаточна відповідь на це принципове питання з питань зараз належить майбутньому.

І ще одна надважлива проблема, пов'язана зі симетрією Всесвіту.

Спочатку Всесвіт проявляв себе виключно високим ступенем симетрії. Проте на певному етапі його еволюції симетрія між частинками й античастинками порушилася, і як наслідок виникла асиметрія між речовиною і антиречовиною. Це тому, що на сьогодні антисвітів у Всесвіті не відкрито. Мабуть, тут дали себе знати слабкі взаємодії.

Погляд у безмежність. Моделі Всесвіту

Сучасна наука, теоретично відтворивши основні етапи розвитку раннього Всесвіту, підкріпивши їх спостереженнями, дозволяє глянути по-новому на загальну картину еволюції навколишнього світу. Первісні витоки її досягають сингулярності в рамках гарячої моделі. Саме в перші хвилини був закладений фундамент усього світу, коли різко видозмінювалися фізичні стани матерії, що призводили до фундаментальних змін структури цілого Всесвіту. Які види й перспективи розвитку його розкриваються при погляді у неосяжну далечінь? Зараз вимальовуються такі дві картини майбутнього Всесвіту:

1. Інфляційна (роздувна) модель (), передбачає монотонне розширення Всесвіту, коли врешті-решт космічна речовина розсіється аж до гранично холодного й розрідженого стану (). Тоді залишаться одні лише фотони й нейтрино плюс невелика кількість електронів і позитронів, які уникли анігіляції. Галактики, зірки і планети, включаючи чорні діри, розпадуться і випаруються.

Теорія Всесвіту, що розширюється, дозволяє обрахувати температуру Т і густину речовини с в процесі розширення:

Тут t (в секундах) - час, що минув з моменту Великого Вибуху.

Ця теорія передбачає нестабільність протона, який повинен розпастися за 1032 років. Це означає, що незабаром, якщо Всесвіт буде так довго розширюватись, у ньому зовсім не залишиться речовини. Вона розпадеться. Навколо буде одне світло, нейтрино, гравітони та ще можливо електронно-позитронні пари. Це, звичайно, безмежно велика екстраполяція.

2. Зараз через 10-15 млрд років після початку розширення Всесвіту, густина матерії, як ми бачили, досить близька до критичної (). Близькість цих значень сьогодні свідчить про те, що вони по суті не відрізнялися один від одного ще з самого початку розширення. Хоча з часом буде зменшуватись, але вирішення проблем прихованої маси в космосі може помітно змінити співвідношення густин на користь осцилюючої моделі Всесвіту. Тому інтерес до неї в останні роки не спадає остаточно.

Уявімо собі: раптом вдалося з'ясувати, що . Чи можлива реально осцилююча модель Всесвіту і її цикли з погляду термодинаміки? Якщо так, то за сингулярністю повинне йти розширення, яке плавно сповільнюється і змінюється стиском, який відбувається з прискоренням і завершується колапсом. Вже в сингулярному стані колапс змінює знак і перетворюється на антиколапс, тобто стиск змінюється розширенням, ставши початком чергового циклу, що повторює попередній (рис.114,а) і т.д. Можливо, колись наш світ уже пережив купу аналогічних пульсацій? Сучасна наука на це питання відповідає негативно. Справді, якщо в минулій історії Всесвіту було здійснено кілька таких коливань (чи нескінченне їх число), то внаслідок зростання ентропії речовини, яка нагромаджувалася б, кожна наступна вібрація відбувалася б із зростаючою амплітудою. Таке розкачування пульсацій Всесвіту показано на рис.114,б, де максимальне значення радіуса кривизни простору R зростає в кожному наступному циклі. Врешті-решт ця гігантська замкнена система стала б усе одно відкритою, бо Всесвіт знову перейшов би у фазу безмежного розширення. Можливі, правда, навіть при сталій ентропії непостійні повторення одного того самого стану, круговороти з низхідними й висхідними гілками, що дещо змінює ситуацію.

Але ентропія зростає як в ході розширення,так і стиску моделі. При колапсі вона особливо сильно зростає. Ще у 1934 році Толмен показав, що цикли в такому разі мають здовжуватися в часі і також мають зростати їх амплітуди (рис.114,б).

Отож, з врахуванням росту ентропії осцилююча модель Всесвіту не спроможна описати вічне існування Всесвіту від t>-?. Теорія коливного Всесвіту не досягає цілі. З точки зору вічного Всесвіту перевагу слід надати картині відкритого Всесвіту. Він одноразово стискався в минулому (-? < t < 0) і змінив стиск на розширення в сингулярності (t = 0), необмежено розширяючись на сучасному етапі (0 < t < t0) і в майбутньому(t0 < t < ?, де t0 - сьогодення). Таким чином, ототожнення стану сингулярності з народженням нашого сучасного світу принципового заперечення не має.

Відповідно до осцилюючої моделі, основні теоретичні положення якої тепер поділяє частина вчених колишнього СРСР,через ~50 млрд років Всесвіт зіткнеться з проблемою «теплової смерті». Тоді зворотний стиск супроводжуватиметься поступовим, а наприкінці дуже різким збільшенням температури. Через якихось 70 млн років після початку стиску всі молекули розпадуться на атоми, а атоми на ядра й електрони. А ще через 700 тисяч років середня температура Всесвіту досягне 10млн К, а потім через 20 днів - 1010К, коли почнуть розкладатися атомні ядра. Після Т = 1032К Всесвіт у цілому буде підпорядкований квантовим законам. Тут знову (як у стані сингулярності) зіллються разом класична ЗТВ з квантовою теорією поля і дальше майбутнє світу знову проглядатиметься у світлі квантово-гравітаційної теорії.

Для різних моделей Всесвіту зв'язок між відстанню r і червоним значенням z(z0,3) віддаленого об'єкта різна: у закритій пульсуючій моделі , у відкритій моделі .

Загадки Всесвіту

Сучасна астрономічна картина світу з її науковими та світоглядними наслідками з'ясувала багато нових фактів та ідей, але не менше висунула дискусійних проблем, завдань, загадок. Це закономірно.

Почнемо з того, що у макросвіті всі фундаментальні закони природи симетричні відносно часу, тобто не створюють різниці між минулим і майбутнім, допускають рух як вперед, так і назад. Проте поки що такого руху на прикладі Всесвіту ми не помічаємо. Він розвивається тільки вперед, тобто односторонньо. Часову асиметрію спостерігаємо повсюдно в природі і суспільстві, хоча часто стверджуємо, що незаперечно скрізь побутує строга симетрія. Можливо, це тому, що необоротність - прямий наслідок нестаціонарності Всесвіту, зокрема, поступального його розвитку в одному напрямі - тенденція розширення, що задає єдиний напрям часового становлення для всіх природних явищ (сюди і біологічна та історична схильності часу). «Назад немає вороття», - кажуть українці. Може бути і таке, що фізичні закони, відкриті людським розумом, неточні, недосконалі, застиглі в часі, не враховують еволюційних змін у безмежному Всесвіті, що, згодом відкриють адекватніші закони й принципи, які заборонять процеси, обернені спостережуваним у природі.

До таких висновків і припущень спонукає також всебічно обговорювана зараз проблема змінності фізичних констант взаємодій (обернено пропорційно до віку t0 Всесвіту, t0 - габблівський час) і гіпотеза про зростання числа нуклонів у Всесвіті (пропорційно ). В обох випадках виразно проглядається односторонність змін визначальних величин, де відсутня симетрія.

Але якщо все розвивається, взаємоперетворюється (як елементарні частинки), то чому, скажімо, не зменшується чи не збільшується значення електронного заряду електрона чи протона? Чому взагалі не піддаються змінам певні типи елементарних частинок?

Зараз усі розділи науки про Всесвіт проникнуті ідеєю еволюції. Але чому в ході еволюційних процесів розширення світу ізотропне (також існує однорідність у великих масштабах)? Адже він першопочатково (в сингулярному стані) міг бути анізотропним? Висловлюються здогади, що, мабуть, фізичні процеси, що відбувалися на його ранніх стадіях розвитку, згладили анізотропію до непомітних меж.

Стають актуальними форми зв'язку мікро-мегасвіту, зокрема атома й Всесвіту, їх цілісність. Локально-фізичні рівні організації матерії безперечно пов'язані з глобально космологічними, адже все в природі пов'язано зі всім і все залежить від всього. В цьому контексті, мабуть, прихована загадка т. зв. великих чисел. Тут мають на увазі такі космологічні збіги: 1) відношення радіуса сьогоднішнього Всесвіту (600 Мпс) до радіуса електрона (2,8·10-13см); 2) відношення густини речовини електрона (me = 9,1·10-28г) до середньої речовини у Всесвіті; 3) відношення сили притягання між протоном і електроном до аналогічної сили гравітації. Всі вони рівні між собою і дорівнюють одному і тому ж безрозмірному числу ~1040. Вчені А.Едінгтон і П.Дірак ці співвідношення чисел вважали не випадковими. Вони, очевидно, свідчать про те, що зараз повністю ще не відкриті наукою зв'язки між різними явищами природи.

Наука впритул підійшла до формування початкових умов існування Всесвіту, до відповіді на питання, чому він саме такий, а не інший. Вимагають пояснення ще такі незбагненні факти: що стало джерелом колосальної динамічної енергії, що викликала неповторно грандіозне явище Великого Вибуху? Чому, незважаючи на дивну однорідність Всесвіту у величезних масштабах, у менших масштабах все-таки траплялися відхилення від однорідності, невеликі первинні флуктуації, що згодом дали початок галактикам і їхнім згущенням (т. зв. проблема первинних флуктуацій), зорям і планетним системам? Чому, незрозуміло, матерія і фізичні закони мали такі унікальні якості, що зумовили виникнення і розвиток в природі органічного життя, людини, наділеної розумом і здатної певним чином впливати на природу?

Щоб все це сталося, необхідне поєднання багатьох різноманітних фундаментальних передумов і характеристик - т. зв. „тонка настройка Всесвіту”. Цей збіг, здавалося, випадкових. малоймовірних факторів, що детермінували упорядкованість еволюції нового світу, коли як підсумок усієї попередньої історії у ньому уможливилося існування і функціонування Сонця та нашої чарівної планети, внаслідок чого з'явилася людина, дістав назву антропного принципу. Найлаконічніше і чи не вперше його формулювання належить А.Л.Зельманову. Сенс його зводиться до такого: «Ми є безпосередніми свідками природних процесів визначеного типу, тому що процеси іншого типу відбуваються без свідків». Тобто фізичні властивості допускають наше існування. Були б ці закони іншими - життя або не виникло б, або існувало в іншій, прихованій формі.

Тонка настройка Всесвіту

Справді, зараз у Всесвіті багато незвичного, вражаючого, нібито стохастичного, але в кінцевому підсумку спрямованого до спільної мети - конструкції нинішніх світових реалій. Якби це було не так, тоді світ був би зовсім не таким, яким він є тепер. Проте ще ніким досі не відкриті фізичні закони, які забороняли б Всесвіту бути іншим, зокрема, непридатним для життя. Вихідні параметри нашого Всесвіту з необхідністю обумовили появу не тільки нашого життя, але й людського інтелекту. Зупинимося докладніше на цих факторах і висновках з них.

Почнемо хоча б з такого. Якби, скажімо, константа слабкої взаємодії (k = 10-12), була хоча б трохи меншою, як тепер вважають, то всі атомні ядра водню у Всесвіті перетворилися на гелійові. Органічне життя тоді не зародилося б, бо не було б на Землі необхідної для цього води. При більших значеннях k у галактиках не змогли б спалахнути наднові зірки, в ядрах яких синтезуються і поширюються важкі хімічні елементи, необхідні для появи білкових біологічних форм. При трохи більшій слабкій взаємодії Не не утворився б, при меншій - майже увесь водень перейшов би у гелій.

Інший приклад. Відомо, що на кожний протон у галактиці припадає ~109 фотонів (велика питома ентропія Всесвіту). При іншому співвідношенні цих частинок під дією сили тяжіння не змогли б з космічного газу сформуватися зірки, відтак не існувало б планет - осередків життя, а отже його самого.

Далі, якби швидкість світла була дещо меншою, ніж 3·108 м/с,то наш світ стиснувся б і зник ще до того, як у ньому виникло життя. А якби гравітаційна стала G була хоча трохи більшою за сучасне її значення, то посилилося б гравітаційне притягання і всі зірки стали б голубими гігантами (гарячішими за Сонце), а якби трохи меншою, то вони стали б холодними червоними карликами. В обох випадках життя не змогло б коло них зародитися і розвинутись. Крім того, час існування зірок заданої маси обернено пропорційний G. При більшому значенні G він зменшився б і на їх планетах не встигли б виникнути складніші природні структури.

Ще кілька фактів. Якби, наприклад, маса електрона була тільки втричі більша від фактичної, то при існуючих масах нуклонів реакція , не відбувалася б, бо справа в ній маса стала більшою, ніж зліва, і порушувався б закон збереження маси-енергії. Енергетично тільки можливою була б зворотна - реакція перетворення пари на нейтрон. Без протонів не змогли б утворюватись атоми й молекули, відтак синтезуватися молекули білка.

Складні хімічні структури, в цілому форми руху матерії можливі тільки в тривимірному просторі (світі), в якому живе людина. Ми зустрічаємося ще з одною несподіванкою, яку підносить нам природа. Саме у тривимірному світі реалізується розв'язок задачі двох тіл, який допускає скінченний рух у полі центра притягання і перехід до нескінченного руху при скінченному прирості енергії. У світах з іншою розмірністю неможливі як гравітаційно зв'язані системи (зірки), так і їх розпад (спалахи наднових).

Незначна зміна величини електромагнітної взаємодії вплинула б на Сонце і тоді воно висилало б на Землю інше світло (інфрачервоне чи ультрафіолетове), що утруднювало б процес фотосинтезу в рослинах або взагалі унеможливлювало його. Це також позбавило б воду її унікальних можливостей, дуже потрібних для життя.

Електромагнітна взаємодія перевершує гравітаційну у 1040 разів. Якби ця величина була 1041 (гравітаційна взаємодія у десять разів слабша), то зорі за масою стали б теж у десять разів меншими, а тиск газу в середині зорі був би невисокий. Температура, зокрема, не досягла б тієї величини, при якій відбувається синтез ядер, внаслідок чого Сонце не світило б (або світило недовго). Навпаки, якщо 1040 замінити на 1039, то життя таких зір як Сонце, закінчувалося б значно раніше (внаслідок посиленого висвічування).

Збільшення інтенсивності сильної взаємодії призвело б до існування в природі важких елементів, а водню взагалі не стало б. Сонце тоді не мало палива, конче потрібного для випромінювання життєдайної енергії. Мешканці Землі не мали б води та їжі, бо водень - їх основна складова. Як відомо - слабка взаємодія у мільйони разів слабша, ніж ядерні сили. Її величина зумовлює вигоряння водню в Сонці зі сталою швидкістю. Інакше горіння було б прискореним або різко сповільненим. За цих умов життя на Землі не зародилося б.

Бернард Ловелл наголошує, якби Всесвіт розширявся на трильйонну частку швидше, то досі вся речовина Всесвіту вже розсіялася б. А якби він розширявся на трильйонну частку повільніше, то гравітаційні сили призвели б до загибелі Всесвіту приблизно в перший мільярд років його існування. Тоді не можна було б говорити ні про довговічні зорі, ні про саме життя на планетах.