Космическое число q: От большого взрыва к галактикам

Облака газа в нашей Галактики (и в других галактик) так перемешаны и переработаны, что не сохранили никакой памяти о своем происхождении. Так, формирование звезд совсем не зависит от общей эволюции космоса. Но развитие самих галактик более замысловато, чем соответствующий процесс у звезд. Происхождение галактик связано с ранними эрами развития Вселенной. Они купили форму благодаря своей «наследственности», а не только благодаря среде.

Если бы наша Вселенная сначала была полностью однородным и сглаженным образованием, то оставалась бы таковой и на протяжении расширения. По окончании 10 млрд лет она состояла бы из рассеянной чёрной материи, а водород и гелий были бы так разрежены, что приходилось бы меньше одного атома на 1 м3. Это было бы холодное и неинтересное место: никаких галактик, а следовательно – и никаких звезд, никакой периодической таблицы, никаких сложных структур и, очевидно, никаких людей. Но кроме того весьма незначительные неоднородности на первоначальном этапе имеют громадное значение, в силу того, что в ходе расширения плотность контрастирует с повышением размеров. Любой клочок, который имеет плотность хотя бы чуть выше средней, замедляется посильнее, в силу того, что испытывает на себе бо?льшую силу тяготения; его расширение запаздывает все больше по сравнению со средним значением. (По аналогии, в случае, если мы подбросим два мяча с чуть-чуть различными скоростями, их траектории сначала смогут различаться совсем незаметно. Более медленный мяч однако абсолютно остановится и уже начнет падать, в то время, когда более стремительный мяч все еще будет двигаться вверх.) Тяготение усиливает самые маленькие неравномерности в фактически однообразном огненном шаре, усугубляет противопоставление плотностей, пока более плотные районы постоянно расширяются и не начинают конденсироваться в структуры, каковые удерживает притяжение.

Самые заметные структуры в космосе – звезды, галактики и скопления галактик – удерживаются тяготением. Мы можем оценить, с какой силой они стянуты совместно – либо, что то же самое, сколько энергии потребуется, дабы уничтожить и рассеять их, – применяя пропорцию их энергии массы спокойствия (mc2). Для самых громадных структур в нашей Вселенной – скоплений и сверхскоплений – итог равен приблизительно одной части к 100 000. Это безразмерное число – соотношение двух энергий, и мы именуем его Q.

Тот факт, что число Q так мало (порядка 10–5), свидетельствует, что тяготение в действительности достаточно слабо действует в галактиках и их скоплениях. Так, теория Ньютона достаточно хороша, дабы обрисовать, как звезды двигаются в галактик и как любая галактика обращается по своей орбите под влиянием притяжения других галактик и чёрной материи в скопления. Малость Q кроме этого свидетельствует, что в полной мере возможно разглядывать нашу Вселенную как примерно однородное образование: точно так же мы можем разглядывать земной шар как гладкий и круглый, в случае, если высота волн и неровностей на его поверхности образовывает всего 1/100 000 радиуса (всего лишь 60 м для шара размером с Землю).

Неравномерности были «впечатаны» в ее структуру весьма рано, еще перед тем как Вселенная «определила» о галактиках и их скоплениях. Об их пропорциях (либо, более того, о любом их параметре, который в нашей сегодняшней Вселенной считается большим) запрещено ничего сказать. Несложнее всего высказать предположение, что в первоначальной Вселенной нет ничего, что выделялось по размеру, исходя из этого неравномерности были однообразны в произвольных масштабах. Степень изначальной «шероховатости» каким-то образом сложилась, в то время, когда Вселенная имела микроскопический размер. О том, как это могло случиться, мы поболтаем в других статьях цикла "Числа космоса". Число Q очень важно для определения «консистенции» структуры нашей Вселенной, которая могла быть совсем другой, если бы значение этого числа было намного больше либо значительно меньше.