Вначале был взрыв. Такая простая мысль лежит в основе теории Большого взрыва - того, как возникла наша Вселенная. Как объясняет В. Стивен в своей книге «Первые три минуты», это был «взрыв, который произошел одновременно везде, заполнив с самого начала все пространство, причем каждая частица материи устремилась прочь от любой другой частицы». Конечно или бесконечно пространство Вселенной – не так важно, считает автор.
В XX в. ученые выяснили, что Вселенная не статична. По закону Хаббла Вселенная расширяется и отдаляет галактики друг от друга. Логично, что расширение должно было с чего-то начаться. Эту точку отсчета назвали «Большим взрывом», который произошел около 14 млрд лет назад. Термин распространился благодаря лекциям британского астронома и космолога Фреда Хойла, который определял идею как неудовлетворительную. Теория Большого взрыва объясняет процессы раннего развития Вселенной, т.к. говорить о том, что было до появления Вселенной, мы не можем.
Само слово «взрыв» не совсем точно, т.к. процесс зарождения нашей Вселенной – это скорее расширение ее масштабов со скоростью света. В космологии этому есть название «инфляция». Космическая инфляция длилась доли секунды. А ее концом стало распространение вещества, которое впоследствии превратилось в звезды и галактики. Основываясь на общей теории относительности Эйнштейна и квантовой теории поля, это явление описали российские физики Э. Глинер и А. Старобинский, а также американский ученый А. Гус.
Источник: sly2m.livejournal.com
Факт расширения Вселенной способствовал разработке новой физики – физики возникающих и исчезающих миров. Эдвин Хаббл обнаружил, что дальние галактики «краснее» ближних. На основе этого ученые предположили, что и скорость их удаления больше. Причем разбегаются не звезды или отдельные галактики, а скопления галактик. Это происходит с одинаковой скоростью и вне зависимости от того, где мы находимся. Поэтому возникает ощущение, что все галактики разбегаются от наблюдателя. Т.е. наша Галактика не центр Вселенной.
Считается, что ранняя Вселенная была раскаленной, ее температура равнялась примерно 100 тыс. млн (1011) градусов Цельсия. По словам Стивена, с этим не сравнится даже температура в центре самой горячей звезды. Было настолько горячо, что «ни одни из компонентов обычного вещества — молекулы, атомы или даже ядра атомов — не могли существовать». Вместо них было вещество, состоявшее из электронов, позитронов, нейтрино и фотонов. Они непрерывно рождались, сталкивались и уничтожались, превращаясь в новые частицы, т.е. аннигилировали.
Пока взрыв развивался, температура Вселенной падала, что позволило частицам объединяться в сложные ядра. Это объясняется тем, что с понижением температуры происходит замедление частиц и им проще соединяться друг с другом. Так формировались первые ядра привычных нам атомов. Этот процесс называется первичным нуклеосинтезом. Предположительно он длился 20 минут после Большого взрыва. Ядра водорода и гелия, которые возникли в соотношении 3 к 1, наблюдаются во Вселенной и сейчас, они самые распространенные.
Первичный нуклеосинтез Вселенной
Источник: spacegid.com
Вместе с окончанием первичного нуклеосинтеза завершилось и формирование новых ядер атомов. Однако температура Вселенной оставалась горячей, а состояние ее вещества было похоже на плазму. Свободные электроны летали отдельно от ядер и сталкивались с фотонами, и поэтому Вселенная была непрозрачной для света. Момент, когда температура достаточно опустилась и позволила электронам присоединиться к ядрам атомов, а Вселенная стала прозрачной, называют рекомбинацией. Препятствия в виде электронов исчезли, и фотоны смогли лететь прямо. Эти же «освобожденные» фотоны мы наблюдаем и сегодня в виде реликтового излучения. Это микроволновой космический фон, который регистрируется с помощью современных телескопов.
Реликтовое излучение считают одним из основных подтверждений теории Большого взрыва, т.к. оно стало последствием аннигиляции – взаимного уничтожения частиц и античастиц. Особенность реликтового излучения – в его однородности. Оно не зависит от того, в какую сторону направлен прибор. Т.е. Вселенная одинакова в любом направлении. В 1964 г. советские ученые А.Г. Дорошкевич и И.Д. Новиков, а также отдельно от них британцы Ф. Хойл и Р. Дж. Тейлор вычислили характеристики реликтового излучения. Однако работы не привлекли внимания. В 1965 г. американские ученые Арно Пензиас и Роберт Уилсон настраивали антенну для проведения радиоастрономических наблюдений. Этот радиотелескоп был самым чувствительным в мире измерителем радиоволн. Ученые планировали измерить межзвездное радиоизлучение. В ходе экспериментов они обнаружили, что Вселенную наполняет излучение, характерное излучению черного тела, объектам с температурой около −270°С. Оказалось, что ученые обнаружили реликтовое излучение. За открытие А. Пензиас и Р. Уилсон получили Нобелевскую премию.
Реликтовое излучение
Источник: spacegid.com
Теория Большого взрыва считается неполной и рождает новые вопросы. Например, что будет с нашей Вселенной в дальнейшем. Ответов на этот вопрос много. Если плотность энергии больше критического значения, то произойдет сжатие пространства и увеличение температуры. Если плотность энергии во Вселенной мала, то пространство будет продолжать остывать и расширяться. Т.е. ключевой параметр – плотность энергии. Исследования 1990-х гг. говорили о том, что плотность энергии – около 30% от критического значения. Также есть модель Квинтэссенции, по которой мир продолжает двигаться благодаря силе Большого взрыва, и этому процессу нет конца.
Существуют и другие теории рождения Вселенной, многие из которых дополняют концепцию Большого взрыва как самую распространенную в научном мире. Так, по теории Зеркальной Вселенной после Большого взрыва образовалось две одинаковых Вселенных, в которых время движется в противоположном направлении. Т.е. то, что мы называем прошлым, в другой Вселенной – настоящее и будущее, а то, что у нас настоящее и будущее, там относится к прошлому.
Теория струн
Источник: ru.wikipedia.org
Также есть теория струн, согласно которой Большой взрыв возник не просто так. Одной из причин могло быть столкновение Вселенных. Кстати, по теории струн мир представляется 11-мерным, а не четырёхмерным.
Физики из Мельбурнского университета предложили модель рождения Вселенной, которая напоминает Большую заморозку аморфной энергии. Другие ученые соединили общую теорию относительности и квантовую теорию. По этой модели Вселенная имеет конечный размер и бесконечное время жизни.
Есть также гипотеза, что мир – это матрица или компьютерная программа. Согласно этой теории, Вселенная состоит из информации, которая вычислима. Поэтому можно говорить о том, что окружающий нас мир – это код компьютерной программы. Доказательством виртуальности Вселенной называют принцип неопределенности в квантовой механике.
Фото на главной странице: hightech.fm
Фото на странице: splashscreen.me
Автор Ольга Скибина
Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)
Journal information