5 парадоксов Вселенной: почему ночное небо темное, а вокруг красных карликов нет жизни

Во Вселенной есть еще много вопросов, ответы на которые довольно относительны, поскольку проверить многие из них на практике не представляется возможным. И все же есть теории, которые помогают решить парадоксальные задачи и объясняют, как устроена Вселенная.

1. Парадокс красного неба или почему нет жизни вокруг красных карликов

Если посмотреть на мироустройство в космическом масштабе, наша Вселенная не такая уж и особенная — эта идея лежит в основе большинства научных исследований и является базисом, от которого отталкиваются исследователи. Однако есть важный аспект, который мы можем назвать необычным, поскольку для него еще не найдено какого-либо точного объяснения, соответственно, этот факт является парадоксальным. 

Ты наверняка знаешь еще со школьных уроков физики, что Солнце — это желтый карлик. И поскольку эта звезда наиболее изучена, мы могли бы предположить, что желтых и белых карликов, или как еще их называют, “карлики FGK”, неисчислимо много на просторах космоса. Но это не так. Первенство по общему числу несут за собой красные карлики, или “М карлики”. 

Красные карлики составляют около 75% всех звезд Млечного Пути, и к тому же, они холоднее и долговечнее, чем, например, Солнце. А это значит, что проживет любой красный карлик, по сравнению с желтым, значительно дольше. Исследователи предполагают, что желтый карлик проживет около 10 миллиардов лет, а вот красные карлики будут жить триллионы лет. Известно, что с момента большого взрыва, который по расчетам произошел 13,4 миллиарда лет назад, еще ни один красный карлик не погас.

Красных карликов такое большое количество, они стабильны, и удивляет тот факт, что в действительности мы вращаемся вокруг желтого карлика, а не красного. И в этом смысле парадокс красного неба близок к парадоксу Ферми, который мы рассмотрим позже.

Парадокс красного неба звучит так: если красных карликов значительно больше и они более распространены во Вселенной, способны поддерживать стабильную светимость, то почему мы вращаемся вокруг желтого карлика, а не красного, и не наблюдаем вокруг них других обитаемых миров?

Решение парадокса

Согласно статье Дэвида Киппинга, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, решение парадокса может лежать в следующей плоскости.

Решение №1: У красных карликов нет преимуществ

Разумная жизнь возникает достаточно быстро, и у красных карликов нет преимуществ по сравнению с желтыми карликами. Однако это положение только усугубляет парадокс Ферми и противоречит эволюционному пути жизни на нашей планете.

Решение №2: Неподходящие характеристики звезд для зарождения жизни

Возможность появления разумной жизни вокруг красных карликов в 2 раза ниже, чем вокруг желтых, за счет повышенной активности красных карликов, что ведет к коллапсу атмосферы планеты на начальном этапе, а значит зарождающаяся жизнь может погибнуть в этот момент.

Решение №3: Короткий период, благоприятный для развития разумной жизни

Вероятно, что благоприятный период для развития разумной жизни примерно в 5 раз короче, чем у желтых карликов и других звезд FGK-типа. А это значит, что примерно в 5 раз меньше шансов для появления жизни возле красного карлика.

Решение №4: Недостаток потенциально обитаемых планет вокруг красных карликов

Подтвердить или опровергнуть эту версию можно, определив частоту появления землеподобных планет вокруг красных карликов. На данный момент такой статистики нет. Как только технологии будут усовершенствованы, что позволит более тщательно исследовать красные карлики, эта версия может быть подтверждена или опровергнута. Исследуя экзопланеты, ученые смогут определить, насколько они потенциально обитаемы. 

По утверждению Киппинга, парадокс красного неба является ключевым для астробиологии, поскольку позволит определить, какие звезды следует изучать в первую очередь, и ответить на вопрос о том, могут ли другие планеты быть пригодны для жизни и есть ли другие формы жизни в космосе.

Как мы говорили выше, парадокс красного неба во многом схож с парадоксом Ферми, который мы рассмотрим в следующем пункте. 

2. Парадокс Ферми

Энрико Ферми — известный исследователь в области атомной энергетики, радиоактивных исследований, лауреат Нобелевской премии. Однако чаще всего его имя звучит, когда речь заходит о парадоксе, который был изначально шуткой. И звучит следующим образом: 

“Если Вселенная необъятна, то существование разумной жизни на других планетах невозможно оспорить. Так где же все?”

Да, Ферми не первый, кто задумался о существовании инопланетного разума, но сегодня эту загадку Вселенной связывают с ним. 

Вероятно, в ближайшем будущем человек сможет отправить первые межзвездные зонды к ближайшим к Солнцу звездам. Например, к Альфа Центавре. 

Даже если получится создать и отправить такого рода зонд, то лететь к этой звезде он будет минимум 20 лет — в разработке ученых есть идея по созданию фотонного двигателя, который позволит зонду двигаться с подобной скоростью. Чтобы аппарат мог достичь цели в подобные сроки, ему необходимо двигаться в космическом пространстве со скоростью около 0,20% от скорости света. Если отправить аппарат обычным способом, существующим сейчас, зонд к Альфа Центавре будет лететь около ста лет. Парадокс Ферми также предполагает следующий вопрос: если разумная жизнь существует, а это предположение делается исходя из возраста нашей Вселенной, которой по подсчетам около 13,799 миллиардов лет, то почему инопланетные формы жизни не выходят с нами на связь?

Решения парадокса Ферми

Рассмотрим ниже, какие есть решения парадокса Ферми.

Решение №1: Другой разумной жизни никогда не было и нет

Такое решение может быть правдоподобным, если допустимо было бы предположить, что Вселенная имеет небольшие размеры, как полагали Птолемей и Аристотель. Однако сейчас технологии позволили узнать реальные масштабы Вселенной — каждый год ученые открывают все новые и новые планеты, похожие на нашу Землю.

Идея, что другой жизни в космосе нет, кажется невероятной и абсурдной в полном смысле этого слова. 

Решение №2: Внеземная жизнь существует, но она неразумная

Многие ученые считают, что в ближайшие 20-30 лет мы сможем найти простейшие формы в виде водорослей или микробов на Марсе или на спутниках газовых гигантов, по типу Европы или Энцелада. Из этого решения следует следующий вопрос: так почему же в этом случае не появляется разумная жизнь там, где есть среда для более простых жизненных форм?

Решение №3: Разумная жизнь есть, но она предпочитает молчать

Этот ответ на вопрос предполагает, что наша цивилизация еще не развилась до нужного уровня для того, чтобы более высокотехнологичные инопланетные цивилизации выходили с нами на связь. 

Или, возможно, другие цивилизации предполагают, что при контакте с нами они могут быть уничтожены или колонизированы человеком.

Решение №4: Наш мир — симуляция

Это объяснение предполагает, что Вселенная молчит по одной простой причине. Все, что нас окружает — это только иллюзия, а значит кроме нас в этой симуляции никого и нет.  

3. Парадокс Ольберса или почему ночное небо темное

Парадокс Ольберса звучит следующим образом: несмотря на то, что во Вселенной сияют сверкающие звезды и галактики, космос не ярко освещен, а черный, как смола. Мы видим такое множество звезд в ночном небе, почему же тогда окружающее их пространство не настолько яркое?

Парадокс Ольберса также известен как фотометрический парадокс, этим вопросом задавались многие исследователи в разные века, но немецкий физик Генрих Ольберс в 1823 году переформулировал задачу:

“Если Вселенная бесконечна по размеру, и звезды (или галактики) распределены по всей этой бесконечной Вселенной, то мы обязательно увидим звезду в любом направлении, куда бы мы ни посмотрели. В результате ночное небо должно светиться. Почему это не так?”

Решение парадокса

Есть несколько вариантов, которые могут помочь разрешить фотометрический парадокс.

Решение №1: Пыль блокирует свет

Ученые стремились разрешить этот парадокс на протяжении многих лет и выдавали разные ответы. Одной из первых версий была следующая: пыль между звездами и удаленными галактиками становится преградой для света.

Вот только ответ вряд ли верный, ведь если свет будет падать на пыль и другие частицы, то они будут нагреваться, а значит будут светиться настолько же ярко, как и сами источники света.

Решение №2: Свет переходит в невидимый диапазон

Еще один ответ предполагает, что смещение далеких галактик “удлиняет” световые волны из-за постоянного расширения Вселенной, и они переходят в невидимый инфракрасный диапазон. Но проблема в том, что ультрафиолетовый свет тоже в этом случае должен был бы сдвинуться, чего на самом деле не происходит. Следовательно, ответ не может быть верным.

Решение №3: Вселенная не бесконечно старая, а звезды и галактики живут не вечно

Одно из лучших решений фотометрического парадокса или парадокса Ольберса заключается в том, что свет распространяется с конечной скоростью, а мы можем увидеть его только после того, как он успеет дойти до нас.

Этот ответ довольно сложен для понимания, поскольку в обычной жизни, когда человек совершает какое-то действие, мы сразу видим его. А вот в масштабах Вселенной, действие, которое мы видим, может происходить несколько сотен, а может даже и тысяч лет назад. То есть когда расстояние от объекта увеличено, соответственно увеличивается и задержка во времени.

Астрономы по большей части согласны, что общий возраст Вселенной составляет от 10 до 15 миллиардов лет, т.е. это и есть максимальное расстояние, с которого мы можем получить свет более далеких галактик. Возможно, свет многих из них еще не успел дойти до нас.

К тому же, звезды и галактики не существуют вечно, у них есть определенный возраст, после которого они погаснут. Решение же парадокса заключается в том, что все условия для создания яркого неба не выполняются, а свет от всех звезд и галактик мы никогда не сможем увидеть одновременно во всей их совокупности. Свет еще не дошел до нас, а если он находится в видимом спектре, возможно, еще не прошло достаточно времени, чтобы он мог воздействовать на видимые объекты.

4. Гравитационный парадокс или парадокс Неймана-Зелигера

Этот парадокс возник еще в XIX веке. Вопрос, который заключается в нем, относится к свойствам гравитационного поля. Если исходить из закона всемирного тяготения Ньютона, бесконечная система масс должна была бы “схлопнуться” в единое целое, но этого почему-то не происходит. 

Назван парадокс по именам немецких исследователей К. Неймана и Х. Зелигера, которые независимо друга от друга столкнулись с неразрешимой задачей в конце XIX века, применив закон тяготения ко всей бесконечной массе объектов во Вселенной. 

Решение парадокса

Парадокс помогла решить теория относительности Альберта Эйнштейна, в которой закон тяготения Ньютона уточняется для очень сильных и бесконечных гравитационных полей. 

Опыт пoкaзал, что в peaльнoй нecтaциoнapнoй и подвижной Bceлeннoй тягoтeниe oпpeдeляeтcя чаще всего близкими мaccaми, а гpaвитaциoннoe влияниe дaлекиx мacc является несравнимо малым, а значит гpaвитaциoнный пapaдoкc в этом случае oтcутcтвуeт.

5. Термодинамический парадокс или тепловая смерть Вселенной

Физик Уильям Toмcoн в 1852 гoду задался вопросом o тeплoвoй cмepти Bceлeннoй, применив закон термодинамики в космологии.

«Teплoвaя cмepть» — тepмин в тepмoдинaмикe, который описывает итоговое cocтoяниe любoй зaмкнутoй тepмoдинaмичecкoй cиcтeмы в тот момент, кoгдa вce виды энepгии пepexoдят в тeплoвую энepгию. Томпсон выдвинул предположение, что если Вселенная является замкнутой системой и другой такой же системы нет, т.е. она существует в единственном экземпляре, то тогда весь мир ждет не что иное, как “тепловая смерть”. 

Teopия «тeплoвoй cмepти» нaxoдилacь в пpoтивopeчии c ньютoнoвcкoй вeчнoй Bceлeннoй. И правда, еcли рассматривать Bceлeнную кaк изoлиpoвaнную тepмoдинaмичecкую cиcтeму, тo с учетом ее возраста и второго закона термодинамики, который говорит о возрастании энтpoпии в подобном замкнутом пространстве, мoжнo cдeлaть вывoд o дocтижeнии мaкcимальной точки энтpoпии или cocтoяния тepмoдинaмичecкoгo paвнoвecия. А это, в свою очередь, должно привести к тепловой смерти системы. 

Ho в peaльнo oкpужaющeй нac Bceлeннoй этoгo нe нaблюдaeтcя, окружающее пространство, по всей видимости, не стремится к однородности. 

Решение парадокса

Есть несколько версий на этот счет, предлагающих свое решение этого парадокса.

Решение №1: Наша Вселенная — часть другой системы

Наша Вселенная — это часть другой, более полной Вселенной, которая обладает большим значением энтропии. Причем прямая связь между нашей и той Вселенной может отсутствовать. Эту идею развил физик А.Д. Линде в своей теории хаотической Вселенной.

Решение №2: Мы находимся в “мертвой” Вселенной

Бoльцмaн пpeдпoлoжил, чтo Bceлeннaя c энepгeтичecкoй тoчки зpeния ужe мepтвa, нo oтдeльныe ee oблacти пoдвepжeны некоторым колебаниям и изменениям, т.е. у cиcтeмы и в cocтoянии тepмoдинaмичecкoгo paвнoвecия мoгут нaблюдaтьcя нeбoльшиe измeнeния тepмoдинaмичecкиx пapaмeтpoв, таких как тeмпepaтуpа, дaвлeние, oбъeм и т.д.

Из этой версии следует, что та часть Вселенной, которую может наблюдать человек, нaxoдитcя в постоянном режиме таких изменений, что разрешает вопрос парадокса. 

В сoвpeмeннoй кocмoлoгии установлено, что наша Вселенная не является стационарной, исследователи космоса спорят о том, что ждет ее дальше. Множество теорий о «бecкoнeчнoм pacшиpeнии», существовании «cкpытoй мaтepии» могут опровергнуть все то, что уже известно о мироустройстве Вселенной.

Читай также:

Как изменится ночное небо: разрушительные последствия спутников и светового загрязнения 6 изобретений, которые могли изменить мир, но их запретили «Мы живем в матрице»: есть ли научные доказательства виртуальности нашего мира Самые опасные научные теории, которые навредили человечеству больше всего