Теория большого взрыва в астрономии – кратко и понятно о сути концепции

«Большой взрыв» – кратко о том, как родилась Вселенная

Что такое «Большой взрыв», правда ли, что Вселенная родилась из крошечной точки и как люди смогли заглянуть в далекое прошлое нашего мира.

Теория «большого взрыва» – теория о расширяющейся вселенной, это одна из самых странных и захватывающих теорий, которую вообще придумало человечество. Эта история появления нашей Вселенной и всего того, что нас окружает, хотя и звучит очень просто, но при этом настолько невероятна, что даже воспринять её всерьез (я не говорю о том, чтобы осмыслить в полной мере) – уже само по себе не простая задача.

Однако, хотя Теория большого взрыва невероятна как фантастический рассказ, на данный момент – это самая “стройная” из теорий, которой мы мы располагаем для объяснения того откуда появился привычный нам мир с незыблемыми законами физики.

Вот как-то так принято иллюстрировать «Большой Взрыв». Получается что-то типа «обратной черной дыры» – в ту, все попадает и непонятно куда девается, а здесь – из малюсенькой точки вывалилось столько всего, что непонятно, как оно там помещалось

Как была создана Теория “большого взрыва”

В 1917 г. было обнаружено, что в спектре некоторых “туманностей”, спектральные линии явственно смещены к красному концу спектра. А надо сказать, что в ту пору, как и во времена Шарля Мессье, “туманностями”, из-за не совершенства оптических приборов, именовали любые светящиеся объекты на небосклоне, имеющие неясные очертания (т.е. “туманностью” могла быть и классическая туманность и далекая галактика и звездное скопление).

Эдвин Хаббл и красное смещение галактик

Что одним и тем же термином обозначались совсем разные объекты, выяснилось лишь десятилетие спустя, когда известный американский исследователь Эдвин Хаббл с помощью крупнейшего на то время телескопа установил, что некоторые из туманностей являются скоплениями звезд. С тех пор туманностями астрономы называют лишь разреженные облака газа и пыли. Для объектов же, «распавшихся» на звезды и оказавшихся в действительности огромными и очень далекими от нас звездными системами, придумали термин галактики.

Постепенно к началу 30-х годов сложилось мнение, что главные вещественные составляющие Вселенной — галактики, каждая из которых в среднем состоит приблизительно из ста миллиардов звезд. Солнце вместе с Солнечной системой входит в нашу Галактику “Млечный путь”, и основная масса звезд которую мы наблюдаем на небосклоне, принадлежит той же галактике. Кроме звезд и планет Галактика содержит также значительное количество разреженных газов и космической пыли.

Когда в 1929 г. Эдвин Хаббл составил сводку всех известных к тому времени данных по «красному смещению» в спектрах галактик, результат получился неожиданным. За исключением знаменитой туманности Андромеды (галактика М31) и двух других ближайших звездных систем, в спектрах остальных галактик спектральные линии были смещены к красному концу тем сильнее, чем дальше от нас находились эти галактики.

Величина красного смещения была пропорциональной расстоянию до источника излучения — такова была строгая формулировка неожиданно открытого Хабблом закона, по-простому звучавшего так – если объект удаляется от наблюдателя, его спектр смещается в красную часть, и чем дальше объект от наблюдателя, тем сильнее происходит это смещение.

Расширяющаяся вселенная – проблема не только математики, но и философии!

Если приписать «красное смещение» хорошо известному физикам принципу Доплера (частота излучения объекта изменяется тем сильнее, чем быстрее объект наблюдения движется относительно наблюдателя), то получается, что все галактики с огромными скоростями (в сотни, тысячи и десятки тысяч километров в секунду) разлетаются прочь от Земли. Иными словами, все космические объекты не стоят на месте, а постоянно удаляются друг от друга, то есть Вселенная постоянно расширяется и делает это непрерывно.

Этот вывод казался поначалу явно ошибочным. Рушились сложившиеся веками представления о спокойной, стабильной Вселенной, а главное, был непонятен физический механизм, заставляющий галактики «разбегаться» друг от друга. К этим сомнениям научного характера примешивались и возражения чисто философские.

К началу 30-х годов широкую популярность приобрела теория конечной, замкнутой Вселенной, разработанная Альбертом Эйнштейном. При некоторых упрощающих предположениях о структуре Вселенной и использовании теории относительности можно доказать, что вследствие действия гравитации трехмерное космическое пространство должно быть замкнутым, конечным, хотя и безграничным, как поверхность шара. Это, правда, только аналогия, не больше. Если Вселенную и можно назвать шаром, то шаром четырехмерным, не поддающимся наглядному представлению. В сферическом замкнутом космосе Эйнштейна количество галактик хотя и очень велико, но все же конечно. Значит, конечна и масса такой замкнутой Вселенной, как конечны ее объем и радиус.

Астроном Эдвин Хаббл – в честь абы кого, целый космический телескоп не назовут!

Итак, вселенная бесконечна, но что такое «Большой Взрыв»?

А 1922 г. советский математик Александр Александрович Фридман уточнил схему мира, нарисованную Эйнштейном. Он доказал, что замкнутая Вселенная Эйнштейна нестабильна. Она неизбежно должна расширяться: радиус конечной Вселенной должен расти, а вместе с ним будут увеличиваться и расстояния между космическими объектами. Расширяющееся пространство замкнутой Вселенной как бы разрежает находящееся внутри нее вещество. Иначе говоря, модель «расширяющейся Вселенной» была создана еще до того, как расширение всей известной системы галактик стало наблюдаемым фактом.

Но именно этот факт и оказался философски неприемлемым. В самом деле, если Вселенная — четырехмерный шар, то этот шар, вероятно, погружен в какое-то четырехмерное пространство. Но «четвертое измерение» долгое время ассоциировалось со всякой мистикой. Оно было излюбленной темой всевозможных спиритов, пытавшихся с помощью «четвертого измерения» объяснить разные «чудеса». Реальная же многовековая практика человечества совершалась и совершается в трехмерном пространстве. Отсюда и сложилось убеждение, что реально лишь пространство трех измерений, а многомерные пространства — не более чем удобная в ряде случаев математическая абстракция.

Психологически очень трудно было отказаться не только от бесконечной в евклидовом пространстве Вселенной, но и от ее вечности. Такую привычную для сознания вечность теория расширяющейся Вселенной явно не гарантировала. Если экстраполировать процесс расширения в прошлое, легко подсчитать, что около 10 млрд. лет назад радиус Вселенной был близок к нулю. Иначе говоря, «всего» 14 млрд. лет назад Вселенная представляла собой очень небольшой по объему, но зато сверхплотный сгусток вещества и энергии.

Надо заметить, что «возраст» Вселенной, т. е. промежуток времени от начала ее расширения до наших дней, по ряду причин определен не вполне точно. Возможно, этот возраст измеряется 18-20 миллиардами лет (оценка американского астронома Сэндиджа) или даже большим сроком. Важно другое: когда-то Вселенная была крошечной и сверхплотной.

Внезапный (и по неизвестным причинам) взрыв, а точнее то, что называют «Большой Взрыв» этого сгустка и положил начало расширению Вселенной. Если же расширение Вселенной будет длиться вечно, миру грозит «растворение в ничто».

Все это казалось явно абсурдным, противоречащим материалистическим представлениям о мире. Не случайно буржуазные идеалисты тотчас ухватились за экстравагантную теорию расширяющейся Вселенной и объявили ее «первовзрыв» актом божественного творения мира.

С тех пор на протяжении трех десятилетий предпринимались попытки объяснить «красное смещение» каким-нибудь физическим процессом, не связанным с принципом Доплера, а значит, и с разбеганием галактик. Ныне большинство астрофизиков считают, что «красное смещение» в спектрах галактик — чисто доплеровский эффект, а следовательно, разбегание галактик — твердо установленный факт.

Строго говоря, в переводе с языка философии и науки на обычный, это звучало так – да, вселенная постоянно расширяется. И да, когда-то очень давно, она была значительно меньше, плотнее и (с сохранением всего того же, что и сейчас объема атомов, молекул, материи и энергии) сжата в непостижимо плотный с нашей точки зрения “клубочек”, который однажды был “развязан” неким не поддающимся осмыслению и описанию событием, которое мы называем “большой взрыв”.

Иллюстрация механизма «Большого Взрыва» – рождение «горячей» и «однородной» Вселенной, её постепенное остывание и формирование галактик и звезд

Что было после «Большого взрыва»? А что было «до» него.

Как мы можем говорить про какой-то “большой взрыв”, если возраст Вселенной по самым скромным подсчетам составляет 14 миллиардов лет, а возраст Земли – “всего” 4,5 миллиарда? Как мы можем заглянуть так далеко в прошлое и о чем-то уверенно рассуждать? Как эволюционировала материя от таинственного «первовзрыва» до состояния, в общих чертах близкого к современному? Можно ли достаточно наглядно представить себе первоначальное сверхплотное состояние Вселенной? Насколько близок к нулю был тогда ее объем и что заключалось внутри этого объема?

Сплошные вопросы! И, к сожалению, у нас (по названным выше причинам, включая возраст Земли) нет никакой возможности “отмотать” время назад и увидеть – как же происходил “большой взрыв”, и что было до него.

Однако, благодаря расчетам и наблюдениям, мы можем приблизительно восстановить хронологию событий.

Представьте себе нашу Вселенную, только … сжатую до размеров одной точки. Всё вещество, что есть сейчас и из которого сделаны планеты, звезды, пылевые облака – вот всё это вещество, только сжатое в точку. Невероятное зрелище, как говорит наука, “высокооднородная среда с необычайно высокой плотностью энергии, температурой и давлением”. С современной точки зрения, такой объем вещества в одной точке, должен был находится в сингулярности, то есть, по простому, “не существовать” с точки зрения обычных законов физики. Но в таком деле, как рождение Вселенной, законы физики отдыхают! Физика, впрочем, даже не пытается этот момент объяснить – на этом этапе царят не физические законы, а практически “волшебство” нам пока недоступное и непостижимое.

И вдруг вся эта “сверхточка” “взрывается” и начинает “разворачиваться”, увеличиваясь в объеме, разлетаясь в высь и в ширь, разреживаясь и … остывая.

• То что произошло с момента и до 10 -43 секунд после Большого взрыва, физика также не объясняет (не потому что нет объяснения, то есть происходит некая “магия”, а потому, что наша наука этого пока объяснить не может – в современных условиях невозможно достичь того состояния плотности и температуры вещества). Температура и плотность вещества Вселенной теперь близки к планковским значениям. По окончании этого этапа происходит великое разделение – гравитационное излучение отделилось от вещества.
• Приблизительно через 10 -42 секунд после момента Большого взрыва фазовый переход вызвал экспоненциальное расширение Вселенной. Данный период получил название Космической инфляции и завершился через 10 -36 секунд после момента Большого взрыва. После окончания этого периода строительный материал Вселенной представлял собой кварк-глюонную плазму. По прошествии некоторого времени температура упала до значений, при которых стал возможен следующий фазовый переход, называемый бариогенезисом. На этом этапе кварки и глюоны объединились в барионы, такие как протоны и нейтроны. При этом одновременно происходило асимметричное образование как материи, которая превалировала, так и антиматерии, которые взаимно аннигилировали, превращаясь в электромагнитное излучение.
• Дальнейшее падение температуры привело к следующему фазовому переходу — образованию физических сил и элементарных частиц в их современной форме. После чего наступила эпоха нуклеосинтеза, при которой протоны, объединяясь с нейтронами, образовали ядра дейтерия, гелия-4 и ещё нескольких лёгких изотопов. После дальнейшего падения температуры и расширения Вселенной наступил следующий переходный момент, при котором гравитация стала доминирующей силой. Через 380 тысяч лет после Большого взрыва температура снизилась настолько, что стало возможным существование атомов водорода. После эры рекомбинации материя стала прозрачной для излучения, которое, свободно распространяясь в пространстве, дошло до нас в виде реликтового излучения.

Дальше… дальше уже ничего такого не происходило. Работали привычные нам законы физики, Вселенная расширялась и дальше, возникали звезды и планеты.

И вот тут самое главное:

Необходимо отметить, что на всех стадиях Большого взрыва выполняется так называемый космологический принцип — Вселенная в любой данный момент времени выглядит одинаково для наблюдателя в любой точке пространства. В частности, в любой данный момент во всех точках пространства плотность материи в среднем одна и та же.

То есть Большой взрыв не похож на некий взрыв динамитной шашки в пустом пространстве, когда вещество начинает расширяться из небольшого объёма в окружающую пустоту, образуя сферическое газовое облако с чётким фронтом расширения, за пределами которого — вакуум. Это популярное представление ошибочно.

На самом деле Большой взрыв происходил во всех точках пространства одновременно и синхронно, нельзя указать на какую-либо точку как на центр взрыва, в пространстве нет крупномасштабных градиентов давления и плотности и нет никаких границ или фронтов, отделяющих расширяющееся вещество от пустоты.

Большой взрыв следует представлять как расширение самого пространства вместе с содержащейся в нём материей, которая в среднем в каждой данной точке покоится.

Инфографика хронологии Большого взрыва – время в секундах с начала взрыва, и температура вселенной в (в Кельвинах). Хорошо видно, какие элементы и в какое время сформировались

До каких пор будет продолжаться расширение Вселенной?

Как вы могли заметить, сама теория “Большого взрыва”, далеко не всё объясняет. И хотя на самом деле, проблема не в теории как таковой (мы можем объяснить что-то только с точки зрения законов физики, однако ясно, что в момент “рождения вселенной”, т.е. “взрыва”, законы физики просто…. не работали!), в ней все же есть ряд белых пятен, которые ещё предстоит разобрать ученым ближайшего будущего.

К счастью, основные положения теория “Большого взрыва” обоснованы надёжными экспериментальными данными, а современный уровень теоретической физики позволяет вполне достоверно описать эволюцию такой системы во времени, за исключением самого начального этапа — порядка сотой доли секунды от «начала мира» – то есть, хотя мы не можем точно описать, что было в самом-самом начале, мы вполне уверенно можем прогнозировать, как дела будут развиваться дальше.

Так вот, согласно теории Большого взрыва, дальнейшая эволюция Вселенной зависит от средней плотности вещества в современной Вселенной. Если плотность не превосходит некоторого критического значения, Вселенная будет расширяться вечно, если же плотность больше критической, то процесс расширения когда-нибудь остановится и начнётся обратная фаза сжатия, возвращающая к исходному сингулярному состоянию.

Современные наблюдательные данные показывают, что средняя плотность в пределах экспериментальной погрешности (доли процента) равна критической.

Большой взрыв и происхождение Вселенной

• Теория большого взрыва
• Современное представление о возникновении Вселенной
• Хронология событий в теории Большого взрыва
• Эпоха сингулярности
• Планковская эпоха
• Эпоха великого объединения
• Эпоха инфляции
• Электрослабая эпоха
• Кварковая эпоха
• Андронная эпоха
• Лептонная эпоха
• Протонная эпоха
• Темные века
• Реионизация
• Эра вещества
• Будущее Вселенной
• Основные теории происхождения Вселенной

Происхождение Вселенной остается одной из главных загадок науки. С начала наблюдений за звездным небом человечество пыталось понять, как возникло все, что его окружает, и что там за пределами нашего мира. С развитием технологий ему покорились многие природные явления и даже просторы космоса, но никто так до сих пор и не установил, как зародилась Вселенная. Однако, астрономы выдвинули множество теорий на этот счет, некоторые из них вполне логичны и правдоподобны.

Теория большого взрыва

Основной теорией возникновения Вселенной в ее нынешнем состоянии является теория большого взрыва. Впервые этот термин был применен британским астрономом Ф. Хойлом в 1949 году. При этом сам ученый считал данное предположение о происхождении и эволюции Вселенной ошибочным.

Сами же идеи о расширении Вселенной и ее развитии в результате взрывного процесса возникли в начале 20 века. Способствовал этому Альберт Эйнштейн, опубликовавший свою теорию относительности. Нестационарное решение его гравитационного уравнения натолкнуло советского физика Фридмана на гипотезу о том, что Универсум – постоянно расширяющийся объект. По его версии, вначале она представляла собой очень плотное, однородное вещество. Оно в результате большого взрыва начало распространяться, образуя привычные нам элементы космоса – галактики, туманности, звезды, планеты и другие тела.

Теория происхождения Вселенной по Фридману неоднократно подвергалась дополнениям и улучшениям. В 1948 году астрофизик Георгий Гамов опубликовал работу, в которой описывал первичное вещество до Большого взрыва не только как очень плотное, но и как очень горячее. В нем постоянно происходили реакции термоядерного синтеза, в результате которых образовались ядра легких химических элементов. Выделяемое при этом электромагнитное излучение сохранилось до сих пор, но в остывающем виде. Теория была подтверждена почти через 20 лет после того, как ученым удалось открыть и измерить температуру космического фона. Изучение реликтового излучения также помогла установить возраст мироздания и распределение в нем вещества.

Современное представление о возникновении Вселенной

• Теория Большого взрыва – описывает то, что стало пусковым механизмом расширения первичной материи.
• Инфляционная теория – рассматривает причины расширения вещества.
• Модель расширения Фридмана – описывает процессы распределения материи в пространстве.
• Иерархическая теория – описывает возникновение всех структур космоса.

Хронология событий в теории Большого взрыва

Теория эволюции Вселенной подразумевает, что до Большого взрыва все мироздание находилось в принципиально другом состоянии. А после – проходило стадии развития, благодаря которым заполнилось частицами, химическими элементами и другими структурами. Они же послужили строительным материалом для всех космических тел и объектов. Каждый эпоха развития имеет свою продолжительность от незначительных долей секунды до миллиардов лет. Попробуем изложить теорию происхождения Вселенной кратко и простым языком.

Эпоха сингулярности

Большому взрыву и происхождению Вселенной в современном ее виде предшествовала стадия космологической сингулярности. Это состояние Универсума, при котором вещество имеет почти бесконечные значения плотности и температуры, а само оно стремится к нулю.

Космологическая сингулярность – один из самых трудных вопросов современной науки. Невозможно точно установить, что именно было до Большого взрыва. Но бесконечная плотность раннего вселенского вещества не может сопровождаться его бесконечной температурой. Следовательно, сингулярная Вселенная противоречит современным законам физики.

По некоторым предположениям, эпохи сингулярности вообще не существовало. Еще по предположению группы ученых, в число которых входит С.Хокинг, все сущее могло возникнуть из абсолютного вакуума («ничего») из-за колебаний системы. По другой теории, Большой взрыв привел лишь к образованию Метагалактики, как «пузырька» в плотном веществе Универсума. Есть также гипотеза о том, что вселенные образуются из-за разрывов сингулярности в пределах черных дыр. Доподлинно же установить, что было до Большого взрыва, не представляется возможным.

Планковская эпоха

Итак, в первичном мироздании произошел катастрофический процесс, в результате которого вещество начало стремительно расширяться и охлаждаться. При чем для формирования всех структур космического пространства взрыв должен был произойти повсюду. Это и является точкой отчета возникновения мироздания в его нынешнем виде.

В период от нуля до 10 -43 секунд вещество Универсума имело физические параметры (температура, энергия, плотность) соответствующие постоянным Планка. В таких условиях планковской эпохи произошло рождение частиц.

Эпоха великого объединения

В период с 10 -43 по 10 -35 секунд после Большого взрыва в относительно устойчивой системе возникли силы гравитации. Они впоследствии способствовали возникновению звезд и планет. Первичная материя перестала быть однородно плотной. Но электромагнитное и ядерное взаимодействия в ней были еще объединены, поэтому любые физико-химические параметры для этого вещества не имеют смысла.

Эпоха инфляции

При переходе в эту стадию эволюции Вселенная начала ускоренно расширяться. Это позволило перераспределиться высокоплотному изотропному первичному веществу. Эпоха заняла промежуток времени с 10 -35 по 10 -32 секунды от взрывного процесса.

Электрослабая эпоха

К этому моменту сильное ядерное взаимодействие, как и гравитация, отделено от первичной материи. Период с 10 -32 по 10 -12 секунд – момент рождения таких элементарных частиц, как хиггсовский бозон и W-, Z-частицы. Симметрия до вселенского вещества окончательно разрушена.

Кварковая эпоха

С 10 -12 по 10 -6 секунд все четыре фундаментальные взаимодействия начинают существовать отдельно. Все вещество Универсума представляет собой «кварковый суп» из безмассовых и бесструктурных фундаментальных частиц.

Андронная эпоха

Из фундаментальных частиц начали образовываться андроны – частицы с сильным ядерным взаимодействием. Именно из них образуются нуклоны, формирующее атомные ядра, протоны и нейтроны. Весь процесс андронизации занял порядка ста секунд после Большого взрыва.

Лептонная эпоха

Первые три минуты существования Универсума происходит формирование лептонов, в том числе и их подвида – нейтрино. Это еще одни фундаментальные структуры вселенского вещества, из которых в дальнейшем было построено все в мироздании.

Протонная эпоха

Более 300 тысяч лет ушло на первичный процесс нуклеосинтеза легких химических элементов и перераспределения вещества Универсума. Оно стало доминировать над излучением, что замедлило расширение космического пространства. Конец данной стадии ознаменовался возможностью передвижения тепловых фотонов.

Темные века

Ни одной привычной нам космической структуры в первые 500 млн. лет после возникновения Вселенной не существовало. Она была заполнена водородно-гелиевой массой и реликтовым тепловым излучением, распространяющимся по всему ее пространству.

Реионизация

Постепенно облака водорода и гелия под воздействием гравитации начали сжиматься, в них стали зарождаться процессы термоядерного синтеза. Появились первые звезды. Они стали собираться в скопления, называемые галактиками. В центре формирующихся галактик возникал источник мощнейшего излучения и гравитационного притяжения – квазар. Этот процесс занял более 300 млн. лет.

Эра вещества

Молодые звезды формируют вокруг себя протопланетные диски, из которых впоследствии образовываются целые планетарные системы. В эту эру 4,6 млрд. лет назад возникла и Солнечная система со всеми окружающими ее планетами. Вся же история Вселенной продолжается более 13,7 млрд.лет.

Будущее Вселенной

Теория возникновения Вселенной путем Большого взрыва официально признана в научном мире. Согласно ее основным утверждениям, космическое пространство все еще продолжает эволюционировать и на смену одним структурам приходят абсолютно новые. Существуют две противоположные версии дальнейшего развития событий:

• Большой разрыв. Если Универсум и дальше продолжит расширяться, то в дальнейшем гравитационное взаимодействие между его элементами начнет стремительно ослабевать. Произойдет распад галактик и их скоплений. После этого распадутся отдельные звездные системы, где гравитация звезды не в силах будет удержать планеты вокруг себя. Постепенно все элементы Вселенной разрушаться вновь до элементарных частиц, законы физики перестанут иметь смысл. Что произойдет дальше – предсказать невозможно.
• Большое сжатие. В этом сценарии описывается предположение, что космическое пространство постепенно замедлит свое расширение и начнет обратно сжиматься. Все его элементы образуют единое мега скопление, в котором будет продолжаться процессы рождения, эволюции и смерти галактик. Однако, вещество будет сжиматься и далее, что приведет к образованию одной гигантской галактики. Космическое пространство вновь начнет нагреваться, реликтовое излучение разрушит планеты и звезды. Все структуры перейдут в состояние элементарных частиц. Вселенная приобретет свой первоначальный вид до Большого взрыва.

Любой из основных сценариев смерти Вселенной в нынешнем ее состоянии предполагает распад всех ее структур до фундаментальных частиц и прекращения любых сил взаимодействия. Так ли оно будет на самом деле, предсказать современной науке невозможно.

Основные теории происхождения Вселенной

Большой взрыв не единственное современное представление о происхождении и эволюции Вселенной. Научный мир знает множество теорий возникновения мира, основными из которых являются:

• Теория струн. Ее основное утверждение заключается в том, что все существующее состоит из мельчающих энергетических нитей. Такие квантовые струны могут растягиваться, искривляться и располагаться в любых направлениях, что делает космическое пространство многомерным. И каждое из этих измерений имеет свою эволюционную стадийность.
• Теория стационарной Вселенной. По этой версии, в расширяющемся пространстве космоса постоянно возникает новая материя, что делают всю систему стабильной. Идея была популярна в середине 20-го века, но после открытия и изучения реликтового излучения у нее практически не осталось сторонников.

Не исключено, что все предположения о возникновении мироздания, признанные сейчас в научном мире, не будут опровергнуты в будущем. И чем дальше и дольше человечество исследует космические просторы, тем больше новых ответов и вопросов оно находит.

Теория Большого взрыва

Большой взрыв – это название, данное событию, которое положило начало созданию Вселенной. Он произошел 13,8 миллиарда лет назад. Термин “Большой взрыв” был придуман британским астрономом и космологом сэром Фредом Хойлом в качестве насмешки, т.к. он поддержал другую теорию, называемую “Теорией устойчивого состояния”, в которой Вселенная всегда была и всегда будет такой и не изменится.

Теория получила “второе дыхание”, когда Эдвин Хаббл заметил, что галактики удаляются от нас. Если они удалялись, то, должно быть, все они пришли из одного места. В то время как большинство галактик удаляются от нас в результате Большого взрыва, галактика Андромеды является исключением, поскольку она движется к нам. Считается, что Вселенная скорее раздулась, чем взорвалась из крошечной сингулярности. Если бы вы спросили астронома, где произошел Большой взрыв, он не смог бы сказать.

Что такое теория Большого взрыва

Теория Большого взрыва была впервые выдвинута астрономом Эдвином Хабблом, который заметил, что галактики удаляются. Это он выяснил, изучив свойства света галактик. Если свет красный, то это значит, что объект удаляется от нас, это называется красным смещением. Если они приближаются, то цвет будет синим, также известный как синее смещение.

Если мы вернемся на миллиарды лет назад, то мы бы увидели, что все было вместе в одной точке, которая была бы бесконечно мала. Сравнивая Вселенную сейчас и на то, сколько в ней материи, довольно трудно поверить в эту теорию. Вся материя, которая когда-либо существовала, включая всю материю, из которой мы состоим, была создана в момент Большого взрыва. Вся материя удерживалась вместе огромной гравитацией в сингулярности.

Реликтовое излучение, который часто называют последствием Большого взрыва, было обнаружено в 1964 году. Это придало больший вес теории Большого взрыва. Реликтовое излучение было впервые предложено учеными Джорджем Гамовым и Ральфом Альфером. Профессора Принстонского университета построили радиометр, который улавливал слишком много тепла. Это было доказательством такого излучения. Ученые создали карту космического фонового излучения, чтобы составить карту наблюдаемой Вселенной.

Когда вы смотрите не настроенный телевизор, вы видите рябь на экране, но на самом деле вы наблюдаете излучение, оставшееся с начала Вселенной.

Теория утверждает, что вся материя во Вселенной была создана в результате внезапного расширения энергии, которое произошло очень быстро. Это был не взрыв как таковой, как следует из названия, а расширение, очень похожее на взрыв воздушного шара. Считается, что Большой взрыв начался более 13 миллиардов лет назад. С тех пор были созданы и уничтожены огромные галактики, звезды и планеты.

Эпохи развития Вселенной

Августинская эпоха

Время: до Большого взрыва.
Описание: Так ученые называют время до Большого Взрыва. Она названа в честь святого Августина, который сказал, что до Земли не было времени. Согласно Эйнштейну в его теории Относительности, до Большого взрыва не было времен.

Планковская эпоха

Время: секунды.
Названы в честь Макса Планка, который предложил этот период времени. Предполагается, что в этот момент времени гравитация была такой же мощной, как и другие известные силы (электромагнетизм, слабое и сильное ядерное взаимодействие).

Великое объединение

Время: 10 -36 секунды.
В этот момент гравитационные силы отделяются от трех других сил (электромагнетизм, слабое и сильное ядерное взаимодействие).

Электрослабая эпоха

Время: от 10 -36 до 10 -12 секунды.
После того, как Вселенная начала охлаждаться, сильное ядерное взаимодействие отделилось от двух других сил.

Инфляционная эпоха

Время: от 10 -36 до 10 -32 секунды.
Это точка быстрого роста, когда Вселенная вырастает до размеров, которые можно увидеть человеческим глазом. Вселенная была бы ненамного больше футбольного поля.

Кварковая эпоха

Время: 10 -36 секунды.
В течение этого периода времени кварки и антикарки начали формироваться и разрушаться.

Адронная эпоха

Время: 10 -6 секунды до 1 секунды.
Это время, когда кварки начали соединяться, создавая адроны (класс составных частиц, подверженных сильному взаимодействию). адроны были широко распространены, но потом адроны и антиадроны уничтожили друг друга.

Лептонная эпоха

Время: от 1 секунды до 3 минут.
За это время лептоны (фундаментальные частицы с полуцелым спином, не участвующие в сильном взаимодействии) были многочисленны, но к концу этого периода лептоны и антилептоны сами себя уничтожили.

Фотонная эпоха

Время: от 3 минут до 380 000 лет.
В это время лептоны стали исчезать и начали превращаться в фотоны.

Нуклеосинтез

Время: от 3 до 20 минут
Подраздел предыдущей эпохи. Именно тогда начинают формироваться атомные ядра. За это время водорода было в 3 раза больше, чем Гелия-4.

Господство материи

Время: 70 000 лет
В течение этого периода времени нерелятивистская материя (атомные ядра) и релятивистское излучение (фотоны) равны.

Рекомбинация

Время: 240 000 – 310 000 лет
В этот момент времени начинают образовываться водород и гелий. К концу этого периода большинство атомов нейтральны, что означает, что фотоны беспрепятственно перемещаются.

Эпоха Материи

Время: от 300 000 лет
Период, в котором мы сейчас находимся, когда материя сформировалась и галактика начинает обретать форму.

Первая звезда

Время: от 200 миллионов лет
Ученые считают, что первые звезды сформировались бы примерно в этот период. Они были бы во много раз массивнее нашего Солнца. Планет ещё нет, поскольку тяжелые элементы, необходимые для планет, к тому времени не сформировались бы. Искать эти звезды было бы бесполезно, так как к настоящему времени они стали бы сверхновыми.

Ранние Галактики

Время: от 500 миллионов лет
В отличие от ранних звезд, ранние галактики все еще существуют, поскольку они состоят из многих миллионов звезд. Когда ранняя звезда взорвется, ее останки будут использованы для создания новых звезд. В настоящее время самые ранние галактики, которые были обнаружены астрономами, образовались через 500 миллионов лет после Большого взрыва.

Теория большого взрыва в астрономии — кратко и понятно о сути концепции

У ученых до сих пор нет точных сведений о том, как появилась Вселенная. Наибольшее распространение получила в астрономии теория большого взрыва. Кратко и понятно разобрать эту концепцию сложно. Ее основу заложил Эйнштейн, который создал релятивистской теории гравитации и ввёл космологическую постоянную.

Исторический экскурс

Если описывать концепцию простыми словами, то в астрономии большой взрыв — это теория о появлении Вселенной. Она родилась из маленькой точки и после нее появились планеты и звезды. Шарль Мессье в 1917 году в ходе наблюдений заметил, что у некоторых туманностей линий смещены к красному спектру.

Но в то время оптические приборы еще были не столь совершены и поэтому было сложно конкретизировать объекты наблюдения. Только Эдвину Хабблу удалось определить, что некоторые туманности являются скоплением звезд.

После его открытия стали так же выделять разреженные облака газа и пыли. Звезды системы назвали галактиками.

К 30-м годам астрономы сделали несколько выводов:

• галактика — главная составляющая Вселенной;
• в ее состав входит космическая пыль и разреженный газ;
• каждая галактика состоит примерно из ста миллиардов звезд.

Эдвин Хаббл сумел собрать все данные и сделать вывод о том, что величина красного смещения была зависима от расстояния до источника излучения.

Чем дальше объект от наблюдателя, тем сильнее происходит изменение.

Принцип Доплера подтвердил, что Вселенная находится в движении и все время расширяется. До этого космос считали статичным пространством. Эйнштейн предложил модель замкнутой Вселенной. Она была четырехмерной, но ее невозможно представить визуально. По мнению ученого, у нее были:

• масса;
• объем;
• радиус.

Эту модель уточнил Алесандр Фридман. Он смог доказать, что она нестабильная и постоянно расширяется. После этого пришлось кардинально менять представления.

Суть теории

Если рассматривать кратко гипотезу о большом взрыве, то она отражает идею о том, что Вселенная зародилась примерно 14 миллиардов лет назад. В тот момент она представляла собой небольшой сгусток энергии и веществ. Он был очень плотным, но что-то случилось и произошел взрыв. В итоге сгусток разлетелся на миллиарды осколков.

Если расширение будет продолжаться, то миру грозит полное растворение. Теория полностью противопоставлялась идеям о материальном мире. Понятие большого взрыва изменило представление об устройстве космоса.

Для того чтобы проще разобраться в особенностях теории нужно представить Вселенную в виде точки. Объяснить ее особенности с точки зрения физики не представляется возможным. После взрыва это точка, по сути, масштабно развернулся.

В качестве примера можно плотно скатать лист бумаги в шарик, а потом разгладить его. Примерно так появилась Вселенная. Еще одна теория объясняет, что до взрыва точка была очень горячей и поэтому после него объекты стали остывать.

Нельзя сравнивать этот процесс с подрывом шашки, когда образуется газовое облако с четким фронтом расширения. Он произошел сразу во всех точках, у него нет начала или центра, все случилось синхронно.

Основная критика

Сегодня существует множество статей, которые затрагивают теорию большого взрыва. Но в ней еще остается много неясного. Вселенная существует не так давно, поэтому нельзя сказать, что было до нее и что появится после. Сегодня ученые могут прогнозировать будущее, но сказать, как зародилась Вселенная до взрыва они не могут.

Но не все согласны с теорией. Так, часть ученые предполагает, что у мира нет начала и конца, он стационарен. В советской науке идею большого взрыва тоже долго не воспринимали, о ней было запрещено упоминать в словарях и книгах.

Интересно то, что еще в середине XX века Папа Римский Пий XII заявил, что теория о взрыве не противоречит католическим представлениям. Позже с одобрением выступили православные и протестанты, даже некоторые мусульмане согласились с ней.

Любая статья о теории большого взрыва порождает массу обсуждений. Сегодня теорию развивается множество ученых. Пока ничего нельзя сказать точно об эволюции Вселенной, однозначно только одно: мир развивается, и пока неизвестно, к чему именно он придет. Возможно, что процесс расширения остановится, и начнется сжатие.

Теория большого взрыва

Как образовалась Вселенная, что привело к образованию звезд, планет и галактик? Это некоторые из вопросов, которые задавали миллионы людей на протяжении всей истории. В частности, ученые хотят найти объяснение всем существующим явлениям. Отсюда родился теория большого взрыва. Для тех, кто еще не знает, это теория, объясняющая происхождение нашей Вселенной. В нем также собраны объяснения существования планет и галактик.

Если вам любопытно и вы хотите узнать, как образовалась наша Вселенная, в этом посте мы расскажем вам все. Хотели бы вы глубже узнать теорию Большого взрыва?

Характеристики теории большого взрыва

Это также известно как Теория большого взрыва. Это тот, который утверждает, что наша Вселенная в том виде, в каком мы ее знаем, зародилась миллиарды лет назад в результате сильного взрыва. Вся материя, существующая сегодня во Вселенной, была сосредоточена всего в одной точке.

С момента взрыва материя начала расширяться и продолжает расширяться до сих пор. Ученые не устают повторять, что Вселенная постоянно расширяется. По этой причине теория Большого взрыва включает теорию расширяющейся Вселенной. Материя, хранящаяся в одной точке, не только начала расширяться, но и начала образовывать более сложные структуры. Мы имеем в виду атомы и молекулы, которые постепенно образовывали живые организмы.

Дату начала Большого взрыва оценили ученые. Он возник примерно 13.810 XNUMX миллионов лет назад. Эта стадия, на которой только что была создана вселенная, называется первозданной вселенной. Предполагается, что в нем частицы обладают огромным количеством энергии.

В результате этого взрыва образовались первые протоны, нейтроны и электроны. Протоны и нейтроны были организованы в ядра атомов. Однако электроны, учитывая их электрический заряд, были организованы вокруг них. Так возникло дело.

Формирование звезд и галактик

наш солнечная система внутри галактика, известная как Млечный Путь. Все звезды, которые мы знаем сегодня, начали формироваться спустя много времени после Большого взрыва.

Считается, что первые звезды начали формироваться 13.250 миллиарда лет назад. Примерно через 550 миллионов лет после взрыва они начали появляться. Самые старые галактики возникли 13.200 миллиарда лет назад, что тоже делает их старше. Наша Солнечная система, Солнце и планеты образовались 4.600 миллиарда лет назад.

Свидетельства расширяющейся Вселенной и взрыва

Чтобы доказать, что теория Большого взрыва имеет смысл, необходимо сообщить доказательства того, что Вселенная расширяется. Вот свидетельства на этот счет:

• Парадокс Ольберса: Темнота ночного неба.
• Закон Хаббла: Это можно проверить, наблюдая, как галактики удаляются друг от друга.
• Однородность распределения вещества.
• Эффект Толмана (изменение блеска поверхности).
• Далекие сверхновые: На его кривых блеска наблюдается временное расширение.

После момента взрыва каждая частица расширялась и удалялась друг от друга. Здесь произошло нечто похожее на то, что происходит, когда мы надуваем воздушный шар. По мере того, как мы вводим больше воздуха, частицы воздуха расширяются все больше и больше, пока не достигнут стенок.

Физикам-теоретикам удалось восстановить эту хронологию событий, начиная с 1/100 секунды после Большого взрыва. Все высвободившееся вещество состояло из известных элементарных частиц. Среди них мы находим электроны, позитроны, мезоны, барионы, нейтрино и фотоны.

Некоторые более поздние расчеты показывают, что водород и гелий были первичными продуктами взрыва. Позже внутри звезд образовались более тяжелые элементы. По мере расширения Вселенной остаточное излучение от Большого взрыва продолжает охлаждаться, пока не достигнет температуры 3 К (-270 ° C). Эти следы сильного микроволнового фонового излучения были обнаружены радиоастрономами в 1965 году. Это то, что показывает расширение Вселенной.

Одно из самых больших сомнений ученых – решить, будет ли Вселенная расширяться бесконечно или снова сжиматься. Темная материя имеет в этом большое значение.

Первооткрыватели и другие теории

Теория о расширении Вселенной был сформулирован в 1922 году Александром Фридманом. Он был основан на общей теории относительности Альберта Эйнштейна (1915). Позже, в 1927 году, бельгийский священник Жорж Лемэтр, опираясь на работы ученых Эйнштейна и де Ситтера, пришел к тем же выводам, что и Фридман.

Поэтому ученые не приходят к другому выводу, только к тому, что Вселенная расширяется.

Есть и другие теории о сотворении Вселенной, не столь важные, как эта. Однако в мире есть люди, которые верят и считают их правдой. Перечислим их ниже.

• Теория большого сжатия: В основе этой теории лежит тот факт, что расширение Вселенной будет медленно замедляться, пока не начнет сокращаться. Речь идет о сжатии Вселенной. Это сжатие закончится большим взрывом, известным как Большое сжатие. В поддержку этой теории не так много доказательств.
• Колеблющаяся вселенная: Речь идет о нашей Вселенной, колеблющейся в постоянном Большом взрыве и Большом сжатии.
• Устойчивое состояние и непрерывное создание: Он утверждает, что вселенная расширяется и что ее плотность остается постоянной, потому что материя находится в непрерывном творении.
• Теория инфляции: Он основан на тех же характеристиках, что и Большой взрыв, но говорит о том, что это был начальный процесс. Этот процесс называется инфляцией, и Вселенная расширяется быстрее.

Наконец, есть люди, которые думают, что вселенная была создана Богом или какой-то божественной сущностью.

Из этой статьи вы узнаете больше о формировании и расширении нашей Вселенной. Вы думаете, что однажды Вселенная перестанет расширяться?

Содержание статьи соответствует нашим принципам редакционная этика. Чтобы сообщить об ошибке, нажмите здесь.

Полный путь к статье: Сетевая метеорология » астрономия » Теория большого взрыва

Вы можете быть заинтересованы

7 комментариев, оставьте свой

Оставьте свой комментарий Отменить ответ

О происхождении Вселенной
Существуют разные теории и гипотезы о Происхождении Вселенной, но для меня Вселенная уникальна и всегда будет, что она также существовала и будет существовать; и что он всегда находится в постоянном преобразовании, и что мы являемся его частью; где время не существует, если не превращение в настоящий момент, где происходят изменения, в которых мы живем; Если вы будете искать во Вселенной прошлое или будущее, вы никогда не найдете его, потому что оно существует и существует только в настоящем нашей души, духа, разума и мысли. Измерения времени – это всего лишь творение человеческой организации. Никто не может думать в прошлом или двигаться к нему, если не думать о том, что мы воспринимали и регистрировали как трансформацию от того, что мы были, к тому, что мы есть сегодня, в процессе откровенных и непрерывных трансформаций и эволюции, на которые мы возлагаем наши надежды. жить лучше. Не человек покончит с Вселенной; и он будет лишь второстепенным агентом трансформации в поисках лучшего качества жизни для себя. Если бы однажды люди смогли создать силу, способную разрушить планету, им пришлось бы проникнуть в ее ядро, чтобы заставить ее взорваться, и, мой дорогой друг, я думаю, что это невозможно и будет невозможно, и это будет настоящий акт самоуничтожения. Вот как я это вижу!

Комментарии должны быть видны (не публиковать)

Я верю в Бога. Объясните мне сейчас теорию о том, как мы формируемся в утробе женщины и почему именно мужчина делает женщину беременной, если мы являемся творением bing bang, потому что другие люди рождаются от секса

Мне кажется, что вера в создание Вселенной полностью совместима с теорией Большого взрыва. Бог существовал до Большого взрыва, и он был тем, кто вызвал большой взрыв: именно Он создал всю материю и всю энергию в тот момент. Затем началось большое расширение и охлаждение, которое нам объясняют ученые.
Но Бог-Создатель объясняет, почему произошел взрыв.
В Библии образным языком описывается, что творение происходило поэтапно. Это аллегорическое описание совместимо с объяснением Большого взрыва.

Если бы Бог создал Адама и Еву только в начале всего, а они воспроизвели, а затем и своих детей и внуков, но Бог не согласен с отношениями между семьей, как все могло бы продолжаться?

Большой взрыв создает Вселенную, жизнь появляется в форме микроорганизмов, микроорганизмы развиваются (это объясняет все одержимые, но кажется, что ваш разум мало что дает) организмы обнаруживают, что наиболее эффективный способ размножения – это живородство, для этого Необходимы два организма: мужчина и женщина, сперма и яйцеклетка, которые соединяются и создают другое живое существо. ДРУГИМИ СЛОВАМИ, КОТОРЫЕ МЫ БЫЛИ НЕ СОЗДАННЫ БОЛЬШИМ ВЗРЫВОМ, БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ СОЗДАЛ ВСЕЛЕННУЮ, И МЫ НЕ СОЗДАЛИ ЭТО.

Смесь теорий.
Бог: Я Альфа и Омега. (Большой взрыв) Генезис: Сотворение Вселенной. Сначала Бог создал небеса – (я имею в виду вселенную, потому что небо не является голубым озоновым слоем) – . и тьма – (тьма) – покрыла луч бездны – (пусто) – .. Бог сказал : есть свет и был свет (электроны. нейтроны. протоны) . и он отделил его от тьмы (взрыв и расширение) до света, названного днем, и тьма-ночь (в результате взрыва возник первичный продукт, который был водородом и гелием. (сотворение воды), а затем Они знают остальное из Библии . У Бога есть несколько инопланетян, называемых архангелами, и он просит добровольца, и Луз Белла “Люцифер” предлагается, чтобы через духовное решение сотворенный человек испытывал искушение выбрать добро и зло . итого, что мы в настоящее время являемся рептилиями, посещают из третьей галактики и оставляют информацию о том, что Бог, в который мы верим, – это Природа, воздух, вода, земля, огонь и другие . мы полны теорий, и это определяется людьми у которых есть доказательства только того, что мы рождаемся и умираем в начале и в конце большого взрыва Альфы и Омеги

Большого взрыва теория

Большо́й взрыв (от англ. Big Bang ) — гипотетическое начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии.

Содержание

Современные представления теории Большого взрыва

По современным представлениям, наблюдаемая нами сейчас Вселенная возникла 13,73 ± 0,12 млрд [1] лет назад из некоторого начального «сингулярного» состояния с температурой примерно 10 32 K (Планковская температура) и плотностью около 10 93 г/см 3 (Планковская плотность), и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается. Ранняя Вселенная представляла собой однородную и изотропную среду с необычайно высокой плотностью энергии, температурой и давлением. В результате расширения и охлаждения во Вселенной произошли фазовые переходы, аналогичные конденсации жидкости из газа, но применительно к элементарным частицам.

Приблизительно через 10 −35 секунд после наступления Планковской эпохи (Планковское время — 10 −43 секунд после Большого взрыва, в это время гравитационное взаимодействие отделилось от остальных фундаментальных взаимодействий) фазовый переход вызвал экспоненциальное расширение Вселенной. Данный период получил название Космической инфляции. После окончания этого периода строительный материал Вселенной представлял собой кварк-глюонную плазму. По прошествии времени температура упала до значений, при которых стал возможен следующий фазовый переход, называемый бариогенезисом. На этом этапе кварки и глюоны объединились в барионы, такие как протоны и нейтроны. При этом одновременно происходило асимметричное образование как материи, которая превалировала, так и антиматерии, которые взаимно аннигилировали, превращаясь в излучение.

Дальнейшее падение температуры привело к следующему фазовому переходу — образованию физических сил и элементарных частиц в их современной форме. После чего наступила эпоха нуклеосинтеза, при которой протоны, объединяясь с нейтронами, образовали ядра дейтерия, гелия-4 и ещё нескольких лёгких изотопов. После дальнейшего падения температуры и расширения Вселенной наступил следующий переходный момент, при котором гравитация стала доминирующей силой. Через 380 тысяч лет после Большого взрыва температура снизилась настолько, что стало возможным существование атомов водорода (до этого процессы ионизации и рекомбинации протонов с электронами находились в равновесии).

После эры рекомбинации материя стала прозрачной для излучения, которое, свободно распространяясь в пространстве, дошло до нас в виде реликтового излучения.

Начальное состояние Вселенной

Экстраполяция наблюдаемого расширения Вселенной назад во времени приводит при использовании общей теории относительности и некоторых других альтернативных теорий гравитации к бесконечной плотности и температуре в конечный момент времени в прошлом. Более того, теория не даёт никакой возможности говорить о чём-либо, что предшествовало этому моменту (лишь потому, что Большой взрыв радикально изменил законы Вселенной: при этом теория вовсе не отрицает возможность существования чего-либо до Большого взрыва), а размеры Вселенной тогда равнялись нулю — она была сжата в точку. Это состояние называется космологической сингулярностью и сигнализирует о недостаточности описания Вселенной классической общей теорией относительности. Насколько близко к сингулярности можно экстраполировать известную физику, является предметом научных дебатов, но практически общепринято, что допланковскую эпоху рассматривать известными методами нельзя. Многие учёные полушутя-полусерьёзно называют космологическую сингулярность «рождением» (или «сотворением») Вселенной. Невозможность избежать сингулярности в космологических моделях общей теории относительности была доказана в числе прочих теорем о сингулярностях Р. Пенроузом и С. Хокингом в конце 1960-ых годов. Её существование является одним из стимулов построения альтернативных теорий гравитации.

Дальнейшая эволюция Вселенной

Согласно теории Большого взрыва, дальнейшая эволюция зависит от измеримого экспериментально параметра — средней плотности вещества в современной Вселенной. Если плотность не превосходит некоторого (известного из теории) критического значения, Вселенная будет расширяться вечно, если же плотность больше критической, то процесс расширения когда-нибудь остановится и начнётся обратная фаза сжатия, возвращающая к исходному сингулярному состоянию. Современные экспериментальные данные относительно величины средней плотности ещё недостаточно надёжны, чтобы сделать однозначный выбор между двумя вариантами будущего Вселенной.

Есть ряд вопросов, на которые теория Большого взрыва ответить пока не может, однако основные её положения обоснованы надёжными экспериментальными данными, а современный уровень теоретической физики позволяет вполне достоверно описать эволюцию такой системы во времени, за исключением самого начального этапа — порядка сотой доли секунды от «начала мира». Для теории важно, что эта неопределённость на начальном этапе фактически оказывается несущественной, поскольку образующееся после прохождения данного этапа состояние Вселенной и его последующую эволюцию можно описать вполне достоверно.

История открытия Большого взрыва

• 13,73 ± 0,12 млрд лет назад произошел Большой взрыв.
• 1916 — вышла в свет работа физикаАльберта Эйнштейна «Основы общей теории относительности», которой он завершил создание релятивистской теории гравитации.
• 1917 — Эйнштейн на основе своих уравнений поля развил представление о пространстве с постоянной во времени и пространстве кривизной (модель Вселенной Эйнштейна, знаменующая зарождение космологии), ввёл космологическую постоянную Λ. (Впоследствии Эйнштейн назвал введение космологической постоянной одной из самых больших своих ошибок; уже в наше время выяснилось, что Λ-член играет важнейшую роль в эволюции Вселенной). В. де Ситтер выдвинул космологическую модель Вселенной (модель де Ситтера) в работе «Об эйнштейновской теории гравитации и её астрономических следствиях».
• 1922 — советскийматематик и геофизикАл. Ал. Фридман нашёл нестационарные решения гравитационного уравнения Эйнштейна и предсказал расширение Вселенной (нестационарная космологическая модель, известная как решение Фридмана). Если экстраполировать эту ситуацию в прошлое, то придётся заключить, что в самом начале вся материя Вселенной была сосредоточена в компактной области, из которой и начала свой разлёт. Поскольку во Вселенной очень часто происходят процессы взрывного характера, то у Фридмана возникло предположение, что и в самом начале её развития также лежит взрывной процесс — Большой взрыв.
• 1923 — немецкийматематикГ. Вейль отметил, что если в модель де Ситтера, которая соответствовала пустой Вселенной, поместить вещество, она должна расширяться. О нестатичности Вселенной де Ситтера говорилось и в книге А. Эддингтона, опубликованной в том же году.
• 1924 — К. Вирц обнаружил слабую корреляцию между угловыми диаметрами и скоростями удаления галактик и предположил, что она может быть связана с космологической моделью де Ситтера, согласно которой скорость удаления отдалённых объектов должна возрастать с их расстоянием.
• 1925 — К. Э. Лундмарк и затем Штремберг, повторившие работу Вирца, не получили убедительных результатов, а Штремберг даже заявил, что «не существует зависимости лучевых скоростей от расстояния от Солнца». Однако было лишь ясно, что ни диаметр, ни блеск галактик не могут считаться надёжными критериями их расстояния. О расширении непустой Вселенной говорилось и в первой космологической работе бельгийскоготеоретикаЖоржа Леметра, опубликованной в этом же году.
• 1927 — опубликована статья Леметра «Однородная Вселенная постоянной массы и возрастающего радиуса, объясняющая радиальные скорости внегалактических туманностей». Коэффициент пропорциональности между скоростью и расстоянием, полученный Леметром, был близок к найденному Э. Хабблом в 1929. Леметр был первым, кто чётко заявил, что объекты, населяющие расширяющуюся Вселенную, распределение и скорости движения которых и должны быть предметом космологии — это не звёзды, а гигантские звёздные системы, галактики. Леметр опирался на результаты Хаббла, с которыми он познакомился, будучи в США в 1926 г. на его докладе.
• 1929 — 17 января в Труды Национальной академии наук США поступили статьи Хьюмасона о лучевой скорости NGC 7619 и Хаббла, называвшаяся «Связь между расстоянием и лучевой скоростью внегалактических туманностей». Сопоставление этих расстояний с лучевыми скоростями показало чёткую линейную зависимость скорости от расстояния, по праву называющуюся теперь законом Хаббла.
• 1948 — выходит работа Г. А. Гамова о «горячей вселенной», построенная на теории расширяющейся вселенной Фридмана. По Фридману, вначале был взрыв. Он произошёл одновременно и повсюду во Вселенной, заполнив пространство очень плотным веществом, из которого через миллиарды лет образовались наблюдаемые тела Вселенной — Солнце, звёзды, галактики и планеты, в том числе Земля и всё что на ней. Гамов добавил к этому, что первичное вещество мира было не только очень плотным, но и очень горячим. Идея Гамова состояла в том, что в горячем и плотном веществе ранней Вселенной происходили ядерные реакции, и в этом ядерном котле за несколько минут были синтезированы лёгкие химические элементы. Самым эффектным результатом этой теории стало предсказание космического фона излучения. Электромагнитное излучение должно было, по законам термодинамики, существовать вместе с горячим веществом в «горячую» эпоху ранней Вселенной. Оно не исчезает при общем расширении мира и сохраняется — только сильно охлаждённым — и до сих пор. Гамов и его сотрудники смогли ориентировочно оценить, какова должна быть сегодняшняя температура этого остаточного излучения. У них получалось, что это очень низкая температура, близкая к абсолютному нулю. С учётом возможных неопределённостей, неизбежных при весьма ненадёжных астрономических данных об общих параметрах Вселенной как целого и скудных сведениях о ядерных константах, предсказанная температура должна лежать в пределах от 1 до 10 К. В 1950 году в одной научно-популярной статье (Physics Today, № 8, стр. 76) Гамов объявил, что скорее всего температура космического излучения составляет примерно 3 К.
• 1955 — Советский радиоастроном Тигран Шмаонов экспериментально обнаружил шумовое СВЧ излучение с температурой около 3K. [2]
• 1964 — американские радиоастрономыА. Пензиас и Р. Вилсон открыли космический фон излучения и измерили его температуру: она оказалась равной 3 К! Это было самое крупное открытие в космологии со времён открытия Хабблом в 1929 году общего расширения Вселенной. Теория Гамова была полностью подтверждена. В настоящее время это излучение носит название реликтового; термин ввёл советскийастрофизикИ. С. Шкловский.
• 2003 — спутник Космический телескоп Хаббла и др.), полученная информация подтвердила космологическую модель ΛCDM и инфляционную теорию. С высокой точностью был установлен возраст Вселенной и распределение по массам различных видов материи (барионная материя — 4 %, тёмная материя — 23 %, тёмная энергия — 73 %).
• 2009 — запущен спутник Планк, который с еще более высокой точностью измерит анизотропию реликтового излучения.

История термина

Первоначально теория Большого взрыва называлась «динамической эволюционирующей моделью». Впервые термин «Большой взрыв» применил Фред Хойл в своей лекции в 1949 (сам Хойл придерживался гипотезы «непрерывного рождения» материи при расширении Вселенной). Он сказал:

«Эта теория основана на предположении, что Вселенная возникла в процессе одного-единственного мощного взрыва и потому существует лишь конечное время… Эта идея Большого взрыва кажется мне совершенно неудовлетворительной».

На русский язык Big Bang можно перевести и как «Большой хлопок», что, вероятно, точнее соответствует уничижительному смыслу, который вложил в него Хойл. Однако после того, как его лекции были опубликованы, термин стал широко употребляться.

Критика теории Большого взрыва

Некоторые противники теории Большого взрыва считают, что Вселенная стационарна, то есть не эволюционирует, и не имеет ни начала, ни конца во времени. Сторонники такой точки зрения отвергают расширение Вселенной, а красное смещение объясняют гипотезой о «старении» света. Однако, как выяснилось, эта гипотеза противоречит наблюдениям, например, наблюдаемой зависимости продолжительности вспышек сверхновых от расстояния до них.

Существует также точка зрения о том, что законы Большого Взрыва действуют лишь в наблюдаемой нами части Вселенной (Метагалактике).

Кроме того, ТБВ не дает удовлетворительного ответа на вопрос о причинах возникновения сингулярности, или материи/энергии для её возникновения, обычно просто постулируя её безначальность.

Большой взрыв

Большой взрыв относится к разряду теорий, пытающихся в полном объеме проследить историю рождения Вселенной, определить начальные, текущие и конечные процессы в ее жизни.

Главный вопрос мироздания

Было ли что-то до того, как появилась Вселенная? Этот краеугольный, практически метафизический вопрос задается учеными и по сегодняшний день. Возникновение и эволюция мироздания всегда были и остаются предметом жарких споров, невероятных гипотез и взаимоисключающих теорий. Основными версиями происхождения всего, что нас окружает, по церковной трактовке предполагалось божественное вмешательство, а научный мир поддерживал гипотезу Аристотеля о статичности мироздания. Последней модели придерживался Ньютон, защищавший безграничность и постоянство Вселенной, и Кант, развивший эту теорию в своих трудах. В 1929 году американский астроном и космолог Эдвин Хаббл кардинально изменил взгляды ученых на мир.

Материалы по теме

Темная материя и темная энергия

Он не только обнаружил наличие многочисленных галактик, но и расширение Вселенной – непрерывное изотропное увеличение размеров космического пространства, начавшееся в миг Большого взрыва.

Кому мы обязаны открытием Большого взрыва?

Работы Альберта Эйнштейна над теорией относительности и его гравитационные уравнения позволили де Ситтеру создать космологическую модель Вселенной. Дальнейшие изыскания были привязаны к этой модели. В 1923 г. Вейль предположил, что помещенное в космическом пространстве вещество должно расширяться. Огромное значение в разработке этой теории имеет работа выдающегося математика и физика А. А. Фридмана. Еще в 1922 г. он допустил расширение Вселенной и сделал обоснованные выводы о том, что начало всей материи находилось в одной безгранично плотной точке, а развитие всему дал Большой взрыв. В 1929 г. Хаббл опубликовал свои статьи, объясняющие подчинение лучевой скорости расстоянию, впоследствии эта работа стала называться «законом Хаббла».

Карта реликтового излучения

Г. А. Гамов, опираясь на теорию Фридмана о Большом взрыве, разработал идею о высокой температуре исходного вещества. Также он предположил наличие космического излучения, не пропавшего с расширением и остыванием мира. Ученый выполнил предварительные расчеты возможной температуры остаточного излучения. Предполагаемое им значение находилось в диапазоне 1-10 К. К 1950 г. Гамов сделал более точные подсчеты и объявил результат в 3 К. В 1964 радиоастрономы из Америки, занимаясь усовершенствованием антенны, путем исключения всех возможных сигналов, определили параметры космического излучения. Его температура оказалась равной 3 К. Эти сведения стали важнейшим подтверждением работы Гамова и существования реликтового излучения. Последующие измерения космического фона, проведенные в открытом космосе, окончательно доказали верность расчетов ученого. Ознакомится с картой реликтового излучения можно по ссылке.

Современные представления о теории Большого взрыва: как это произошло?

Одной из моделей, комплексно объясняющих появление и процессы развития известной нам Вселенной, стала теория Большого взрыва. Согласно широко принятой сегодня версии, изначально присутствовала космологическая сингулярность – состояние, обладающее бесконечной плотностью и температурой. Физиками было разработано теоретическое обоснование рождения Вселенной из точки, имевшей чрезвычайную степень плотности и температуры. После возникновения Большого взрыва пространство и материя Космоса начали непрекращающийся процесс расширения и стабильного охлаждения. Согласно последним исследованиям начало мирозданию было положено не менее 13,7 млрд. лет назад.

Отправные периоды в формировании Вселенной

Первый момент, воссоздание которого допускается физическими теориями, – это Планковская эпоха, формирование которой стало возможным спустя 10-43 секунд после Большого взрыва. Температура материи доходила до 10*32 К, а ее плотность равнялась 10*93 г/см3. В этот период гравитация обрела самостоятельность, отделившись от основополагающих взаимодействий. Непрекращающееся расширение и снижение температуры вызвали фазовый переход элементарных частиц.

Следующий период, характеризующийся показательным расширением Вселенной, наступил еще через 10-35 секунд. Его назвали «Космической инфляцией». Произошло скачкообразное расширение, во много раз превышающее обычное. Этот период дал ответ на вопрос, почему температура в различных точках Вселенной одинакова? После Большого взрыва вещество не сразу разлетелось по Вселенной, еще 10-35 секунд оно было довольно компактным и в нем установилось тепловое равновесие, не нарушенное при инфляционном расширении. Период дал базовый материал – кварк-глюонную плазму, использовавшуюся для формирования протонов и нейтронов. Этот процесс осуществился после дальнейшего уменьшения температуры, он именуется «бариогенезисом». Зарождение материи сопровождалось одновременным возникновением антиматерии. Два антагонистичных вещества аннигилировали, становясь излучением, но количество обычных частиц превалировало, что и позволило возникнуть Вселенной.

Очередной фазовый переход, произошедший после убывания температуры, привел к возникновению известных нам элементарных частиц. Пришедшая вслед за этим эпоха «нуклеосинтеза» ознаменовалась объединением протонов в легкие изотопы. Первые образованные ядра имели короткий срок существования, они распадались при неизбежных столкновениях с другими частицами. Более устойчивые элементы возникли уже после трех минут, прошедших после сотворения мира.

Следующей знаменательной вехой стало доминирование гравитации над другими имеющимися силами. Через 380 тыс. лет со времени Большого взрыва появился атом водорода. Увеличение влияния гравитации послужило окончанием начального периода формирования Вселенной и дало старт процессу возникновения первых звездных систем.

Даже спустя почти 14 млрд. лет в космосе все еще сохранилось реликтовое излучение. Его существование в комплексе с красным смещением приводится как аргумент в подтверждение состоятельности теории Большого взрыва.

Космологическая сингулярность

Если, используя общую теорию относительности и факт непрерывного расширения Вселенной, вернутся к началу времени, то размеры мироздания будут равны нулю. Начальный момент или космологическую сингулярность наука не может достаточно точно описать, используя физические знания. Применяемые уравнения, не подходят для столь малого объекта. Необходим симбиоз, способный соединить квантовую механику и общую теорию относительности, но он, к сожалению, пока еще не создан.

Эволюция Вселенной: что ее ожидает в будущем?

Ученые рассматривают два возможных варианта развития событий: расширение Вселенной никогда не закончится, или же она достигнет критической точки и начнется обратный процесс – сжатие. Этот основополагающий выбор зависит от величины средней плотности вещества, находящегося в ее составе. Если вычисленное значение меньше критического, прогноз благоприятный, если больше, то мир вернется к сингулярному состоянию. Ученые в настоящее время не знают точной величины описываемого параметра, поэтому вопрос о будущем Вселенной завис в воздухе.

Отношение религии к теории Большого взрыва

Основные вероисповедания человечества: католицизм, православие, мусульманство, по-своему поддерживают эту модель сотворения мира. Либеральные представители этих религиозных конфессий соглашаются с теорией возникновения мироздания в результате некоего необъяснимого вмешательства, определяемого как Большой взрыв.

Интересные факты

Материалы по теме

Войды – огромные пустоты Вселенной

Знакомое всему миру имя теории – «Большой взрыв» – было невольно подарено противником версии о расширении Вселенной Хойлом. Он считал такую идею «совершенно неудовлетворительной». После публикации его тематической лекций занятный термин тут же подхватила общественность.

Причины, вызвавшие Большой взрыв, достоверно неизвестны. По одной из многочисленных версий, принадлежащей А. Ю. Глушко, сжатое в точку исходное вещество было черной гипер-дырой, а причиной взрыва стал контакт двух таких объектов, состоящих из частиц и античастиц. При аннигиляции материя частично уцелела и дала начало нашей Вселенной.

Инженеры Пензиас и Уилсон, открывшие реликтовое излучение Вселенной, получили Нобелевские премии по физике.

Показатели температуры реликтового излучения изначально было очень высоким. Спустя несколько миллионов лет этот параметр оказался в пределах, обеспечивающих зарождение жизни. Но к этому периоду успело сформироваться лишь небольшое количество планет.

Астрономические наблюдения и исследования помогают найти ответы на важнейшие для человечества вопросы: «Как все появилось, и что ждет нас в будущем?». Вопреки тому, что не все проблемы решены, и первопричина появления Вселенной не имеет строгого и стройного разъяснения, теория Большого взрыва обрела достаточное количество подтверждений, делающих ее основной и приемлемой моделью возникновения мироздания.

Похожие статьи

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!