Теория большого взрыва в астрономии – причины, интересные факты

10 интересных фактов о теории Большого Взрыва

Если вы спросите ученого, с чего, по его мнению, началась Вселенная, в большинстве случаев вы получите ответ: Большой Взрыв. Наша Вселенная, полная звезд, галактик и космических структур, разделенных гигантскими просторами пустого космоса, не всегда была такой и такой не родилась. Вселенная стала такой, расширившись и остыв из горячего, плотного, однородного состояния, в котором не было никаких галактик, звезд и даже атомов. Все существующее в нынешней форме не существовало 13,8 миллиарда лет назад, но узнали мы об этом лишь в последние 100 лет. Казалось бы, уже давно, но многие люди не знают о теории Большого Взрыва простейших вещей — и мы здесь, чтобы исправить это досадное недоразумение.

Эйнштейн поначалу полностью отрицал возможность этой теории

Общая теория относительности Эйнштейна была революционной теорией гравитации, предложенной в 1915 году на замену теории Ньютона. Она предсказала орбитальное движение Меркурия с точностью, с которой не смогла теория Ньютона, предсказала искривление звездного света массой, которое было подтверждено в 1919 году, и предсказала существование гравитационных волн, что было подтверждено пару месяцев назад. Также она предсказала, что Вселенная, полная статичной или не меняющейся со временем материи, была бы нестабильна.

Открытие Хабблом расширяющейся Вселенной сделало эту идею серьезной

Хотя многие ученые полагали, что спиралевидные туманности в небе были далекими галактиками, еще задолго до Эйнштейна, именно работа Эдвина Хаббла в 1920-х показала, что это не только правда, но и что чем дальше галактика, тем быстрее она от нас удаляется. Этот факт — закон Хаббла — описывающий расширение Вселенной, привел к очень простой интерпретации, в соответствии с идеей Большого Взрыва: если Вселенная расширяется сегодня, значит в прошлом она была меньше и плотнее!

Эта идея витала в воздухе с 1922 года, но оспаривалась десятилетиями

Советский физик Александр Фридман пришел к этой теории в 1922 году, но был раскритикован Эйнштейном. Работа Леметра от 1927 года также была отвергнута Эйнштейном, и даже после работы Хаббла в 1929 году идея того, что Вселенная была меньше, плотнее и более однородна в прошлом, не принималась всерьез. Но Леметр добавил к этой идее, что красное смещение галактик можно объяснить именно расширением пространства и что должен был быть изначальный «момент создания», который десятилетиями был известен как «первобытный атом» или «космическое яйцо».

Теория получила признание в 1940-х годах после ряда успешных предсказаний

Георгий Гамов, американский ученый, очарованный идеями Леметра, осознал, что если Вселенная расширяется, то длина волны света в ней увеличивается со временем, следовательно — Вселенная остывает. Если сегодня она остывает, в прошлом она должна была быть горячее. Экстраполируя назад, он осознал, что однажды был период времени, когда было слишком горячо для того, чтобы нейтральные атомы могли сформироваться. Следовательно, по мере остывания и расширения Вселенной, она должна была образовать легкие элементы и нейтральные атомы в первый раз, что оставило бы отпечаток в форме космического фона холодного излучения температурой в несколько градусов выше абсолютного нуля.

Название «Большой Взрыв» придумал самый горячий противник теории, Фред Хойл

Теория с рядом других предсказаний — теория стационарной Вселенной — на самом деле была ведущей теорией в 1940-х, 1950-х и 1960-х годах, поскольку утверждала, что большая часть атомов появилась из звезд, а не из этого горячего плотного состояния, подтвержденного ядерной физикой. Выступая на BBC, Хойл придумал «Большой Взрыв» в радиоинтервью 1949 года, сказав: «Одна из идей была такова, что Вселенная начала жить некоторое время назад после одного гигантского взрыва, а нынешнее расширение — наследие этого жестокого взрыва. Эта идея большого взрыва показалась мне неудовлетворительной еще до того, как пристальное ее изучение показало, что она приводит к серьезным сложностям».

Послесвечение Большого Взрыва открыли в 1964 году, благодаря… птичьему помету

В 1964 году ученые Арно Пензиас и Боб Уилсон, работая в Holmdel Horn Antenna в Лаборатории Белла, открыли равномерный радиосигнал, приходящий с неба сразу отовсюду. Не понимая, что это было послесвечение Большого Взрыва, они решили, что проблема в антенне, и попытались откалибровать ее, убрав этот «шум». Когда же это не сработало, они пошли к антенне и обнаружили гнезда голубей, устроившихся там. Они очистили антенну, выгнали голубей, но сигнал остался. Вслед за осознанием, что это был предсказанный Гамовым фон, подтверждающий модель Большого Взрыва, пришло и укрепление этой научной теории в качестве объясняющей начало нашей Вселенной. Таким образом, Пензиас и Уилсон стали единственными нобелевскими лауреатами, которые убирали птичий помет в процессе своих «нобелевских» исследований.

Подтверждение Большого Взрыва дает нам исчерпывающую историю образования звезд, галактик и планет во Вселенной

Если Вселенная началась с горячего, плотного, расширяющегося и однородного состояния, тогда ей пришлось не только охлаждать и формировать атомные ядра и нейтральные атомы, но и провести определенное время, стягивая объекты с помощью гравитации в структуры. Первые звезды образовались спустя 50-100 миллионов лет; первые галактики — спустя 150-200 миллионов лет; галактикам вроде Млечного Пути могли потребоваться миллиарды лет, а первые твердые планеты сформировались лишь после того, как множество поколений звезд отжило свое, сожгло топливо и погибло во взрывах сверхновых. Возможно, нет ничего случайного в том, что мы наблюдаем Вселенную сейчас, спустя 13,8 миллиарда лет после Большого Взрыва; возможно, именно сейчас настало время для жизни появиться.

Флуктуации в космическом микроволновом фоне говорят, что Вселенная была практически идеально однородной в начале Большого Взрыва

Средняя температура космического микроволнового фона сегодня — всего 2,725 К, но флуктуации в нем, показанные выше, достигают всего 100 микрокельвинов. Тот факт, что послесвечение Большого Взрыва имеет легкие шероховатости заданной величины, подсказывает: Вселенная была практически однородной в те ранние времена, и из этих флуктуаций выросли все структуры — звезды, галактики и прочее — которые мы видим во Вселенной сегодня.

Читайте также:
Планета Сатурн - описание колец, радиус и размеры, атмосфера

Большой Взрыв сам по себе может и не означать самое начало

Нам хотелось бы экстраполировать это плотное, горячее, расширяющееся состояние до самого начала, до самой сингулярности, как это сделал Леметр 89 лет назад. Но есть ряд наблюдений — включая те самые флуктуации — который говорит нам, что до всего этого было другое состояние, когда вся энергия Вселенной была присуща самому пространству, и что пространство расширялось в экспоненциальном порядке. Этот период известен как космическая инфляция, и мы до сих пор изучаем ее подробности. Наука пытается дотянуться до самого начала времен, но пока что конца этим началам не видно.

То, как началась Вселенная, не говорит нам, как она закончится

Большой Взрыв говорит нам, что была гонка между гравитацией, пытающейся сжать расширяющуюся Вселенную, и первоначальным расширением. Но Большой Взрыв сам по себе не говорит нам, какой будет конечная судьба Вселенной — за это уже будет отвечать то, из чего эта Вселенная состоит. Из существования темной энергии, открытой всего 18 лет назад, мы узнали, что расширение не только побеждает, но и что самые далекие галактики будут все быстрее от нас удаляться. На текущий момент наиболее возможной судьбой Вселенной станет ее холодная смерть.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

«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.

Читайте также:
Луна - радиус и диаметр спутника Земли и скорость обращения

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.
Читайте также:
Доклад о созвездии Весы ♎ история происхождения, описание, координаты, определение в ночном небе, интересные факты о самых ярких звездах созвездия, легенды и мифы о небесном объекте

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

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».

Читайте также:
Гелиоцентрическая система мира ☀️ основоположник теории, доказательство вращения земли вокруг солнца, преимущества и суть модели, сторонники и противники

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.

Читайте также:
Комета - определение и описание, строение, виды и их характеристика

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!

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.

Читайте также:
Пигмалион краткое содержание пьесы Бернарда Шоу, история создания, анализ произведения, описание героев, сюжет спектакля, идея
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.

Читайте также:
Строение Земли - ядро, оболочка, недра, сферы, типы земной коры

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.

Большой взрыв

Вселенная возникла около 15 миллиардов лет назад в виде раскаленного сгустка сверхплотной материи, и с тех пор она расширяется и остывает.

Астрономы употребляют термин «Большой взрыв» в двух взаимосвязанных значениях. С одной стороны этим термином называют само событие, ознаменовавшее зарождение Вселенной около 15 миллиардов лет назад; с другой — весь сценарий ее развития с последующим расширением и остыванием.

Концепция Большого взрыва появилась с открытием в 1920-е годы закона Хаббла. Этот закон описывает простой формулой результаты наблюдений, согласно которым видимая Вселенная расширяется и галактики удаляются друг от друга. Нетрудно, следовательно, мысленно «прокрутить пленку назад» и представить, что в исходный момент, миллиарды лет назад, Вселенная пребывала в сверхплотном состоянии. Такая картина динамики развития Вселенной подтверждается двумя важными фактами.

Космический микроволновой фон

В 1964 году американские физики Арно Пензиас и Роберт Уилсон обнаружили, что Вселенная наполнена электромагнитным излучением в микроволновом диапазоне частот. Последовавшие измерения показали, что это характерное классическое излучение черного тела, свойственное объектам с температурой около −270°С (3 К), т. е. всего на три градуса выше абсолютного нуля.

Простая аналогия поможет вам интерпретировать этот результат. Представьте, что вы сидите у камина и смотрите на угли. Пока огонь горит ярко, угли кажутся желтыми. По мере затухания пламени угли тускнеют до оранжевого цвета, затем до темно-красного. Когда огнь почти затух, угли перестают испускать видимое излучение, однако, поднеся к ним руку, вы почувствуете жар, что означает, что угли продолжают излучать энергию, но уже в инфракрасном диапазоне частот. Чем холоднее объект, тем ниже излучаемые им частоты и больше длина волн (см. Закон Стефана—Больцмана). По сути, Пензиас и Уилсон определили температуру «космических углей» Вселенной после того, как она остывала на протяжении 15 миллиардов лет: ее фоновое излучение оказалось в диапазоне микроволновых радиочастот.

Читайте также:
Планеты солнечной системы - расположение и краткая характеристика

Исторически это открытие и предопределило выбор в пользу космологической теории Большого взрыва. Другие модели Вселенной (например, теория стационарной Вселенной) позволяют объяснить факт расширения Вселенной, но не наличие космического микроволнового фона.

Изобилие легких элементов

Ранняя Вселенная была очень горячей. Даже если протоны и нейтроны при столкновении объединялись и формировали более тяжелые ядра, время их существования было ничтожным, потому что уже при следующем столкновении с еще одной тяжелой и быстрой частицей ядро снова распадалось на элементарные компоненты. Выходит, что с момента Большого взрыва должно было пройти около трех минут, прежде чем Вселенная остыла настолько, чтобы энергия соударений несколько смягчилась и элементарные частицы начали образовывать устойчивые ядра. В истории ранней Вселенной это ознаменовало открытие окна возможностей для образования ядер легких элементов. Все ядра, образовывавшиеся в первые три минуты, неизбежно распадались; в дальнейшем начали появляться устойчивые ядра.

Однако это первичное образование ядер (так называемый нуклеосинтез) на ранней стадии расширения Вселенной продолжался очень недолго. Вскоре после первых трех минут частицы разлетелись так далеко друг от друга, что столкновения между ними стали крайне редкими, и это ознаменовало закрытие окна синтеза ядер. В этот краткий период первичного нуклеосинтеза в результате соударений протонов и нейтронов образовались дейтерий (тяжелый изотоп водорода с одним протоном и одним нейтроном в ядре), гелий-3 (два протона и нейтрон), гелий-4 (два протона и два нейтрона) и, в незначительном количестве, литий-7 (три протона и четыре нейтрона). Все более тяжелые элементы образуются позже — при формировании звезд (см. Эволюция звезд).

Теория Большого взрыва позволяет определить температуру ранней Вселенной и частоту соударений частиц в ней. Как следствие, мы можем рассчитать соотношение числа различных ядер легких элементов на первичной стадии развития Вселенной. Сравнив эти прогнозы с реально наблюдаемым соотношением легких элементов (с поправкой на их образование в звездах), мы обнаруживаем впечатляющее соответствие между теорией и наблюдениями. По моему мнению, это лучшее подтверждение гипотезы Большого взрыва.

Помимо двух приведенных выше доказательств (микроволновой фон и соотношение легких элементов) недавние работы (см. Инфляционная стадия расширения Вселенной) показали, что сплав космологии Большого взрыва и современной теории элементарных частиц разрешает многие кардинальные вопросы устройства Вселенной. Конечно, проблемы остаются: мы не можем объяснить саму первопричину возникновения Вселенной; не ясно нам и то, действовали ли в момент ее зарождения нынешние физические законы. Но убедительных аргументов в пользу теории Большого взрыва на сегодняшний день накоплено более чем достаточно.

Арно Аллан Пензиас (на фото справа) и Роберт Вудро Уилсон (на фото слева) — американские физики, открывшие реликтовое электромагнитное излучение.

Пензиас родился в Мюнхене, эмигрировал в США вместе с родителями в 1940 году. Уилсон родился в Хьюстоне (США). Оба приступили к работе в лабораториях Bell в Холмдейле, штат Нью-Джерси в начале 1960-х годов. В 1963 году перед ними была поставлена задача выяснить природу шумов в радиодиапазоне, создающих помехи для радиосвязи. Отметя целый ряд вероятных причин (вплоть до загрязнения антенн голубиным пометом), они пришли к выводу, что источник стабильного фонового шума находится за пределами нашей Галактики. Иными словами, это был космический радиационный фон, предсказанный астрофизиками-теоретиками, включая Роберта Дика (Robert Dick), Джима Пиблза (Jim Peebles) и Георгия Гамова (George Gamov). За свое открытие Пензиас и Уилсон были удостоены в 1978 году Нобелевской премии по физике.

Сомнений нет, а как это могло быть иначе, этот факт, открытый современными физиками только в ХХ веке, был засвидетельствован в Коране четырнадцать веков назад:

“Он [Аллах] – Установитель небес и земли” (сура аль-Анам: 101).

Теория Большого взрыва показала, что вначале все предметы во Вселенной были едины, а потом были разделены. Этот факт, установленный теорией Большого взрыва, опять-таки был описан четырнадцать столетий назад в Коране, когда у людей было весьма ограниченное представление о Вселенной:

“Разве не видели те, которые не веровали, что небеса и земля были соединены, а Мы разделили их. ” (сура Пророки, 30)

Имеется в виду, что вся материя была сотворена посредством Большого взрыва из одной точки, и, будучи разделенной, образовала известную нам Вселенную. Расширение Вселенной – одно из самых важных свидетельств того, что Вселенная создавалась из ничего. Хотя этот факт был обнаружен наукой только в ХХ веке, Аллах сообщил нам о реальности этого в Коране, посланном людям тысячу четыреста лет назад:

“Это Мы установили Вселенную (Нашей творческой) силой, и поистине, это Мы постоянно расширяем ее” (сура Рассеивающие, 47).

Большой взрыв – явное указание на то, что Вселенная была сотворена из ничего, сотворена Творцом, сотворена Аллахом.

Судьба Вселенной зависит от средней плотности вещества, а не просто от плотности межгалактического газа. Эта плотность складывается из массы звезд, газа и других объектов.

Насчет движения звезд относительно газа и трения не совсем понятен вопрос. Где тут, по-вашему, связь с судьбой Вселенной?

По последним астрономическим данным похоже на то, что Вселенная действительно будет расширяться вечно, причем в настоящее время она расширяется ускоренно. Но это уже вопреки, а не благодаря содержащемуся в ней веществу.

Предсказать результат воздействия непредсказуемого фактора, как вы сами понимаете, невозможно. На то он и непредсказуемый. В настоящее время нет никаких разумных гипотез, как бы человек мог повлиять на космологические процессы. Ну, а фантазировать никто не запрещает.

Читайте также:
Метеорит - определение, история, строение, классификация

Структура Вакуума. Моя крестьянская логика: 1+1=2.

Много лет тому назад, (20 миллиардов лет) вся материя
( все элементарные частицы и все кварки и их подруги античастицы и антикварки,
все виды волн: электромагнитные, гравитационные, мюонные,: глионные и т.д.
– все было собрано в ‘сингулярную точку’.
Что тогда окружало сингулярную точку?
ПУСТОТА – НИЧТО.
Согласен. Но почему об этом говорят общими фразами, не уточняя,
Не конкретно. Меня удивляет, почему это ПУСТОТУ – НИЧТО.
никто не записывает физической формулой?
Ведь каждому школьнику известно, что ПУСТОТА – НИЧТО.
записывается формулой Т=0К.
* * *
И, однажды, произошёл большой взрыв.
В каком пространстве произошёл этот взрыв?
В каком пространстве распространялась материя большого взрыва?
Не в T=OK? Ясно, что только в ПУСТОТЕ – НИЧТО T=OK.
* * *

Сейчас считают, что Вселенная, как Абсолютная система отсчёта ,находится в
состоянии Т = 2,7К ( остатки реликтового излучения большого взрыва).
Но это реликтовое изучение расширяется и в будущем изменится, уменьшится.
Какой температуры она достигнет?
Не T=OK? Таким образом, если мы пойдем и в прошлом и в настоящем и в
будущем мы не можем убежать от ПУСТОТЫ- НИЧТО.
* * *
Все знают, что такое сингулярная точка.
Но никто не знает, что такое ПУСТОТА- НИЧТО, Т=0К.
Чтобы это понять, надо задать вопрос:
Какие геометрические и физические праметры могут иметь частицы при T=OK?
Есть ли у них объём?
Нет. Значит их геометрическая форма – плоский круг C/D = 3,14
НО что эти частицы делают?
Ничего. Они находятся в состоянии покоя: ( h = 0 )
Так неужели это мертвые частицы? Ведь все в природе находится в движении.
Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо более ясно понять ПУСТОТУ – НИЧТО.
* * *
Имеет ли эта ПУСТОТА – НИЧТО границы?
Нет. ПУСТОТА – НИЧТО и есть ПУСТОТА – НИЧТО.
Она не имеет границ. ПУСТОТА – НИЧТО бесконечно.
Запишем это формулой: Т=0К= .
А какое там время? Время там отсутствует.
Оно неразрывно слито с пространством.
Стоп.
Но ведь такое пространство описывает Эйнштейн в СТО.
В СТО пространство также имеет отрицательную характеристику и там тоже пространство неразрывно слито с временем.
Только в СТО эта ПУСТОТА – НИЧТО имеет другое название:
отрицательное четырёхмерное пространство Минковского.
Тогда СТО описывает поведение частиц, имеющих геометрическую
форму – круг в ПУСТОТЕ – НИЧТО Т=0К.
* * *
Согласно СТО эти частицы круги могут находится в двух состояниях движения:
1)Эти частицы-круги могут лететь прямолинейно со скорость с=1.
В этом виде движения частицы-круги зовут Квантом Света (Фотон).
2) Эти частицы-круги можут вращаться вокруг своего диаметра и тогда их форма и физические параметры изменяются согласно преобразованиям Лоренца.
В этом виде движения частицы-круги зовут Электроном.
* * *
Но что является причиной движения частицы-круги, ведь в ПУСТОТЕ -НИЧТО
никто не влияет на ее покой?
Квантовая теория дает ответ на этот вопрос.
1) Прямолинейное движение частицы-круги зависит от спина Планка ( h=1 )
2) Вращательное движение частицы-круги зависит от спина
Гоудсмита -Уленбека (ħ = h / 2pi ).
* * *
Странные частицы окружают “сингулярную точку”.
Эти частицы-круги могут находится в трех состояниях:
1) h = 0 ,
2) h = 1,
3) ħ = h / 2pi.
и сами самостоятельно принимать решение какое действие им совершать.
Так действовать могут только частицы, которые обладают собственным сознанием.
Это сознание не может быть застывшим, оно развивается.
Развитие этого сознания идёт “от неопределённого желания до ясной мысли “.

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 во Вселенной

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 темной материи

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.

Читайте также:
Созвездие Льва на небе ⭐ картинки, как выглядит, рассказ и легенда о созвездии льва, история, звезды созвездия Льва, самая яркая звезда и координаты

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 мироздания

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.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: