Як вакуум зробив можливим існування галактик

Вакуум або порожня — розріджений стан газу, тиск якого менший від атмосферного. Навколоземний та міжпланетний простори є дуже розрідженим газом, який можна характеризувати як вакуум.

Ми сприймаємо як належне те, що наш Всесвіт містить планети, зірки й галактики, тому що усі ці об'єкти ми можемо бачити.
Але єдина причина існування цих структур - природа пустоти, тобто порожнього простору.
Але щоб зрозуміти чому, ми повинні повернутися до самого початку, до Великого вибуху.
Я завжди думав, що у великому вибуху спостережуваний Всесвіт почався як точка, а потім поступово розширився до сучасного стану.
Але насправді все було не так.
Розширення Всесвіту можна поділити на 4 фази або стадії.
Спочатку він розширювався рівномірно, але потім, за мить, розширення надзвичайно різко пришвидшилося.
Всесвіт збільшився в 10²⁶ (десять у двадцять шостому степені) разів за дуже короткий проміжок часу.
Цей період відомий як космічна інфляція.
А потім так само раптово, як інфляція почалася, вона припинилася.
Всесвіт продовжив розширюватися, але повільніше.
Розширення Всесвіту далі відбувалося зі сповільненням, що цілком зрозуміло, адже Всесвіт заповнений масивними об'єктами, які взаємно притягуються.
Але приблизно 5-6 (п'ять-шість) мільярдів років тому розширення Всесвіту знову почало пришвидшуватися.
І це, як вважають вчені, спричинено темною енергією.
Енергією, зв'язаною з простором.
До того моменту речовини було достатньо, її середня густина була достатньо великою, щоб гравітація сповільнювала розширення.
Але щойно Всесвіт досяг критичного розміру, темна енергія почала домінувати над гравітацією у великих масштабах.
Ця фаза триває й досі: розширення Всесвіту пришвидшується.
Усе вищесказане не пояснює формування галактик, доки ви не врахуєте природу порожнього простору.
Зазвичай ми думаємо що все навколо складається з частинок: атомів, електронів.
Але найкращими фізичними теоріями є теорії поля, згідно з якими всі елементарні частинки слід розглядати як збудження полів.
Слово "поле" завжди бентежить мене, оскільки змушує уявляти ... поле.
Але, поле - це просто щось, що має певну величину повсюди в просторі.
І кожній субатомній частинці відповідає власне поле: поле електрона, поле верхнього кварка, поле нижнього кварка, поле нейтрино тощо.
І в місці, де є коливання якогось поля, збурення, яким відповідає певна енергія, ми можемо спостерігати частинку.
Таким чином, в цілковито порожньому просторі всі значення усіх полів дорівнюють нулю.
Але ось яка штука: поле неможливо зробити повністю нульовим (або пласким).
- Ви не можете взяти квантове поле і позбавити його флуктуацій.
- Усе через принцип невизначеності Гайзенберга:
неможливо взяти частинку і зафіксувати в неї нульову енергію, як не можна зробити квантове поле "пласким", тобто позбавленим флуктуацій, повсюди.
Це важливо, тому що зазвичай ці флуктуації дуже, дуже малі й впливають лише на субатомні процеси.
Але в період космічної інфляції експоненційне розширення Всесвіту відбувалося настільки швидко, що ці крихітні флуктуації роздулися до розмірів спостережуваного Всесвіту.
Без них, речовина у Всесвіті була б розподілена абсолютно рівномірно, однорідно в кожній точці.
Гравітаційне притягання будь-якого об'єкта у Всесвіті було б повністю скомпенсоване.
А це означає, що не могли б утворитися великі структури, які ми спостерігаємо сьогодні.
Але завдяки цим флуктуаціям існували області з трохи більшою чи меншою густиною.
області з більшою густиною мали сильніші гравітаційні поля, тож вони втягували навколишню речовину, утворюючи величезні газові хмари, які згодом стали галактиками, що містять зірки, планети, і все, що ми знаємо сьогодні.
Ви можете побачити відбиток цих квантових флуктуацій
у космічному мікрохвильовому випромінюванні, яке ще називають реліктовим.
- Ці квантові флуктуації були підсилені до великих класичних флуктуацій густини матерії в різних місцях Всесвіту.
- І ці відхилення густини матерії проявляються сьогодні у відхиленнях температури реліктового випромінювання, і, зрештою, в зірках, планетах і галактиках.
Я думаю, що це неймовірно.
Без цих флуктуацій у вакуумі, без цих крихітних відхилень, які видаються зовсім незначними, наш Всесвіт міг бути порожнім, тобто не містити взагалі нічого.
Нічого цікавого...