Теория большого взрыва физика кратко


Большой Взрыв. Так называется теория, вернее одна из теорий, возникновения или, если угодно, сотворения Вселенной. Название, пожалуй, слишком несерьезное для столь устрашающего и вызывающего благоговейный трепет события. В особенности устрашающего, если когда – нибудь вы задавали себе очень трудные вопросы о мироздании.

Например, если Вселенная — это все то, что есть, то каким образом это началось? И что было до этого? Если пространство не бесконечно, то что за пределами его? И в чем собственно должно помещаться это нечто? Как можно понять слово «бесконечно»?

Эти вещи трудны для понимания. Более того, когда об этом начинаешь задумываться, охватывает жуткое ощущение чего-то величественно – ужасного. Но вопросы о мироздании — это одни из самых главных вопросов, которые задает себе человечество на протяжение своей истории.

Что послужило началом существования Вселенной?


Этапы развития Вселенной
Этапы развития Вселенной

Большинство ученых убеждено, что начало существованию Вселенной положено грандиозным большим взрывом вещества, который произошел около 15 миллиардов лет назад. Многие годы большинство ученых разделяло гипотезу о том, что начало Вселенной было положено грандиозным взрывом, который ученые шутливо окрестили «Большой Взрыв». По их мнению, вся материя и все пространство, которое сейчас представлено миллиардами и миллионами галактик и звезд, 15 миллиардов лет назад умещалось в мизерном пространстве размером не превышающем нескольких слов в этом предложении.

Как образовалась Вселенная?

Ученые полагают, что 15 миллиардов лет назад этот маленький объем взорвался мельчайшими, меньшими чем атомы, частицами, положив начало существованию Вселенной. Первоначально она представляла собой туманность из мелких частиц. Позже при соединении этих частиц образовались атомы. Из атомов же сформировались звездные галактики. Со времени этого Большого Взрыва Вселенная продолжает расширяться, как раздуваемый воздушный шар.

Сомнения в теории Большого Взрыва


Но за последние несколько лет ученые, занимающиеся изучением структуры Вселенной, совершили несколько неожиданных открытий. Некоторые из них ставят под сомнение теорию Большого Взрыва.  Что поделаешь, наш мир не всегда соответствует нашим удобным представлениям о нем.

Распределение вещества при Большое взрыве

Одна проблема заключается в том способе, которым материя распределена по Вселенной. Когда взрывается какой-либо предмет, то его содержимое разлетается равномерно во всех направлениях. Другими словами, если материя в начале была спрессована в малом объеме, а затем взорвалась, то вещество должно было равномерно распределиться по пространству Вселенной.

История Вселенной
История Вселенной

Реальность, однако, сильно отличается от ожидаемых представлений. Мы живем в весьма неравномерно заполненной Вселенной.
и взгляде в космос взору предстают отдельные удаленные друг от друга сгустки материи. Громадные галактики разбросаны там и сям по космическому пространству. Между галактиками простираются огромные участки ничем не заполненной пустоты. На более высоком уровне галактики сгруппированы в гроздья — кластеры, а эти последние — в мега кластеры. Как бы то ни было ученые до сих пор не пришли к согласию в вопросе о том, как и почему образовались именно такие структуры. К тому же со всем недавно возникла новая еще более серьезная проблема.

Цепи галактик

Используя последние достижения техники, в том числе телескопы, выведенные на высокую околоземную орбиту, ученым удалось обнаружить в космосе еще более загадочные структуры — длинные цепи галактик. Это еще одно противоречие в красивой теории о ровном распределении материи во Вселенной в результате Большого Взрыва.

Цепочка Маркаряна
Цепочка Маркаряна

Чтобы решить эти головоломки, ученые пытаются видоизменить теорию Большого Взрыва, приспособив ее к новым фактам. Наилучший способ таков. Сила тяготения заставляет части материи группироваться, скапливаться вместе, при этом небольшие скопления имеют склонность постоянно увеличиваться в размерах, образуя огромные облака, напоминающие по форме слоеный пирог. Его слои состоят из газов водорода и гелия. Под действием гравитации облака притягиваются друг к другу и образуются первичные скопления звезд — галактики. После этого отдельные облака-галактики под действием опять-таки сил притяжения формируют кластеры (гроздья галактик).


Теория Устойчивого Состояния

Некоторые ученые вовсе не отказались от теории Большого Взрыва. Они работают над возрождением более ранних теорий творения, таких, как теория Устойчивого Состояния. Главный постулат этой теории гласит, что Вселенная была всегда и пребудет вечно. Согласно этой модели, начала Вселенной не было, и конца тоже не будет. С течением времени материя вечно воссоздается, формируя новые звездные галактики.

Источник: kipmu.ru

Большой взрыв и советский след

К середине 1940-х годов стало ясно, что большую часть видимой материи во Вселенной составляют водород и гелий. Яркие звезды и галактики состоят из водорода примерно на 75% и из гелия примерно на 24%. Водород — самый простой элемент: каждый его атом состоит всего из одного протона и одного электрона, поэтому физики не могли понять, как же сформировались прочие элементы.

Первым ученым, который применил космологические идеи в попытке понять происхождение химических элементов, стал Георгий Гамов — физик — эмигрант из СССР. Получив подтверждение того, что Вселенная непрерывно расширяется — тогда это открытие только было сделано — Гамов первым поддержал идею, что она образовалась из исходного плотного и горячего состояния под влиянием того, что мы сегодня называем Большим взрывом.


Гамов предположил, что сначала был горячий, плотный газ. И он состоял из нейтронов — очень нестабильных частиц, которые быстро распадаются и образуют атомы водорода. А сталкиваясь друг с другом, они могут образовывать еще и гелий. Однако в теории был пробел.

Гамов вместе со своим аспирантом Альфером выяснил, что получить так гелий действительно несложно. Однако более тяжелые элементы, которые тоже присутствуют во Вселенной, просто не успели бы сформироваться — Вселенная остыла б раньше, чем бы завершился процесс. Гамова это не смутило. Никогда не сомневавшийся в своих силах ученый заявил, что его теория объясняет происхождение 99% видимой Вселенной, так что остальное — всего лишь детали, которые можно оставить для выяснения другим исследователям.

Теория стационарной Вселенной

Несмотря на то, что Гамов вместе с коллегами сделал ключевой шаг в космологии уже потому, что впервые доказал возможность проведения научных расчетов в рамках теории Большого взрыва, оставались белые пятна. Вопрос происхождения всех элементов, помимо водорода и гелия, висел в воздухе.

Неясность с происхождением элементов  и ядерным синтезом стала одной из причин, по которой в том же 1948 году Германом Бонди, Томми Голдом и Фредом Хойлом была выдвинута альтернатива Большому взрыву — теория стационарной Вселенной.


В основе их концепции лежала идея, что хотя Вселенная и расширяется (скопления звезд, называемые галактиками, отходят дальше друг от друга), она не образовалась в конкретный момент времени из некоего горячего и плотного состояния — а всегда имела приблизительно нынешний вид.

По мере расширения в промежутках между галактиками возникает новая материя в виде атомов водорода, которая затем включается в новые звезды и галактики. Далее внутри звезд происходит ядерный синтез. Хойл обнаружил, что, хотя ядерный синтез внутри звезд действительно объяснял возникновение пресловутого 1% материи, объяснить происхождение всего гелия во Вселенной с его помощью было невозможно.

Для интерпретации всех элементов в видимой Вселенной необходимо было использовать еще и идею ядерного синтеза согласно теории Большого взрыва…

Альтернативная теория Большого взрыва

Роберт Дикке, американский физик, известен своими работами в области астрофизики, атомной физики, космологии и гравитации. И одной интересной идеей. Совсем коротко идею Дикке можно назвать «Большой взрыв, но не такой, каким мы его знаем».


Дикке смущала мысль, что вся материя во Вселенной могла быть создана за долю секунды во время Большого взрыва, но ему не казалось правдоподобным и то, что материя создается непрерывно в промежутках между галактиками. Впрочем, существовал еще и третий вариант — так называемая циклическая Вселенная.

Согласно этой теории, количество материи во Вселенной остается неизменным, но после фазы расширения наступает фаза сжатия: Вселенная доходит до горячего и плотного состояния, как перед Большим взрывом, и вновь расширяется, возрождаясь, словно Феникс.

Однако, понял Дикке, если бы эта модель была реальной, то не было бы двух видов звезд — Населения I и Населения II, молодых и старых звезд. А они были. Значит, Вселенная вокруг нас все-таки развилась из горячего и плотного состояния. Даже если это был не единственный в истории Большой взрыв.

Удивительно, правда? Вдруг этих взрывов было несколько? Десятки, сотни? Науке еще предстоит это выяснить. Дикке предложил своему коллеге Пиблсу просчитать необходимую для описанных процессов температуру и вероятную температуру остаточного излучения в наши дни. Примерные расчеты Пиблса показали, что сегодня Вселенная должна быть наполнена микроволновым излучением с температурой менее 10 К, и Ролл с Уилкинсоном уже готовились искать это излучение, когда раздался звонок…

Трудности перевода

Однако тут стоит перенестись в другой уголок земного шара — в СССР.
иже всех к открытию реликтового излучения подошли (и тоже не довели дело до конца!) в СССР. Проделав в течение нескольких месяцев огромную работу, отчет о которой вышел в 1964 году, советские ученые сложили, казалось, все части головоломки, не хватило лишь одной. Яков Борисович Зельдович, один из колоссов советской науки, осуществил расчеты, аналогичные тем, что провел коллектив Гамова (советского физика, живушего в США), и тоже пришел к выводу, что Вселенная должна была начаться с горячего Большого взрыва, оставившего фоновое излучение с температурой в несколько кельвинов.

Он даже знал о статье Эда Ома в «Техническом журнале Bell System», который примерно высчитал температуру реликтового излучения, но неверно интерпретировал выводы автора. Почему же советские исследователи не поняли, что Ом уже открыл это излучение? Из-за ошибки в переводе. В статье Ома утверждалось, что измеренная им температура неба составила около 3 К. Это означало, что он вычел все возможные источники радиопомех и что 3 К — это температура оставшегося фона.

Однако по случайному совпадению такой же (3 К) была и температура излучения атмосферы, поправку на которую Ом тоже сделал. Советские специалисты ошибочно решили, что именно эти 3 К и остались у Ома после всех предыдущих корректировок, вычли и их и остались ни с чем.

В наши дни подобные ошибки понимания легко устранились бы в процессе электронной переписки, но в начале 1960-х годов коммуникация между учеными Советского Союза и Соединенных Штатов была весьма затруднена. Это и стало причиной столь обидной ошибки.

Источник: blog.mann-ivanov-ferber.ru

Вселенная рождается


Появление Вселенной и всего сущего люди в основном связывали с божественным замыслом. Такая версия называется креационистской.

Что касается попыток научного объяснения, то есть объяснения с опорой на конкретные факты и доказательства, то на данный день превалирующей теорией происхождения всего сущего является теория Большого взрыва.

Надо сказать, что ещё не так давно, в начале ХХ века, научное сообщество считало, что наша галактика под названием Млечный Путь является единственной во Вселенной и включает в себя все остальные галактики.

Однако, американский астроном Эдвин Хаббл, занимавшийся также и космологией, смог кардинально изменить взгляды всего научного сообщества.

В 1929 году американский специалист представил доказательства того, что кроме нашей галактики существуют иные, очень далёкие звездные скопления, другие галактики.

Но что ещё более важно Эдвин Хаббл смог обнаружить расширение Вселенной. Расширение Вселенной означает постоянное и непрерывное изотропного характера увеличение масштабов обозримого космического пространства, которое началось ещё в момент Большого взрыва.


Почти параллельно с работами и изысканиями Эдвина Хаббла над вопросами космологии Вселенной работали различные специалисты.

Так, нельзя не отметить работы знаменитого физика Альберта Эйнштейна создавшего теорию относительности в начале ХХ века. На основе его теории голландский астроном де Ситтер создал космологическую модель всей Вселенной. Последующие работы вели отсчёт именно от данной модели.

Отметим здесь русского и советского физика А. А. Фридмана, который ещё в 1922 году счёл нужным допустить мысль о расширении Вселенной, а также сделал выводы о том, что начало всей существующей материи было в одной единственной точке, отличавшейся безграничной плотностью, а толчок последующему развитию мироздания дал как раз Большой Взрыв.

В 1923 году немецкий математик Вейль предположил, что вещество, которое расположено в космическом пространстве, должно расширяться.

А как уже отмечалось, в 1929 году американский исследователь Эдвин Хаббл смог привести основательные доказательства того, что скорость, с которой разлетаются галактики, пропорциональна расстоянию от наблюдателя. И чем дальше галактики находятся, тем они с большой скоростью удаляются от нас.

Реликтовое излучение

Советский учёный Г. А. Гамов, исходя из работ Фридмана о возникновении Вселенной, выдвинул идею о том, что исходное вещество имело высокую температуру. Кроме того, он сделал предположение о том, что возможно существует космическое излучение которое не пропало с момента расширения и остывания Вселенной. Такое излучение было названо реликтовым.

В 1965 году это предположение советского ученого было подтверждено американскими исследователями Пензиасом и Уилсоном, зафиксировавшими реликтовое излучение.

Согласно современным представлениям, исследование реликтового излучения позволяет понять, что было после Большого взрыва. Наличие такого излучения является доказательством того, что Вселенная в молодости своей была:

  • очень плотной,
  • очень горячей.

А результат анализа температур, с которым распределяется реликтовое излучение, исследователям, может сказать о ряде параметров космологии, таких как кривизна Вселенной и её геометрия.

Темное вещество и темная энергия

Отметим, что исследования современности позволяют делать выводы о свойствах темного вещества на основе информации о крупномасштабной структуре распределении галактик в больших масштабах и о реликтовом излучении.

Исследования в космологии привели к открытию в самом конце ХХ века ускоренного расширения Вселенной.

Основной гипотезой, объясняющей эти явления, считается гипотеза о существовании тёмной энергии. Исследователи не знают её точной природы. Возможно, темная материя является физическим полем, или же свойством нашего вакуума. Однако, и в том и в другом случае, темная энергия является обладателем одинаковой плотности и обладает также отрицательным давлением.

Согласно современным данным, если учитывать среднюю плотность Вселенной, то она состоит приблизительно на 70 % из темной материи, на 25% из темного вещества. И при этом лишь 5% приходятся на обычную барионную материю.

Отмечается, что такие явления как электромагнитное излучение, нейтрино и иные виды частиц определяют лишь незначительную малую часть общей плотности. Отсюда следует вывод, что именно темная энергия определяет динамику нашей Вселенной в больших масштабах.

Что касается будущего Вселенной, то оно зависит главным образом от темной энергии. Так, если с темной энергией не произойдет каких-либо изменений, то доля её будет расти. Результатом этого станет всё ускоряющееся расширение Вселенной. Итогом станет, скорее всего, то, что сверхскопления галактик потеряют свои внешние части.

Также не исключается, что темная энергия будет изменяться, распадаться или превращаться в иные виды материи. Итогом станет замедление расширения Вселенной.

Однако, для подтверждения или опровержения таких космологических моделей пока мало данных. И что бы узнать будущее Вселенной необходимо продолжать исследования.

Источник: spravochnick.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.