Теория большого взрыва происхождение вселенной


Вся вселенная была сведена в бесконечно малую точку, которая затем взорвалась, и вещество устремилось в пространство.

В этом утверждении неверно все, говорят астрофизики.

«Теорию Большого взрыва представлять себе надо совсем не так», — рассказывает профессор Торстен Брингманн (Torsten Bringmann). Он занимается космологией и физикой астрочастиц в Университете Осло.

Профессор и физик-теоретик Аре Раклев (Are Raklev) из Университета Осло замечает, что многие описания создают неправильное представление о теории Большого взрыва.

Раклев и Брингманн разбирают для нас самые распространенные заблуждения.

Плотнее и горячее

Во-первых, что на самом деле имеется в виду под Большим взрывом?

«Теория Большого взрыва заключается в том, что вселенная около 14 миллиардов лет назад была в намного более горячем и плотном состоянии, и она расширялась. Вот и все, не более того», — объясняет Раклев.


Космос все время расширялся и становился холоднее.

Основываясь на этой теории, ученые получили хорошее представление об истории вселенной: например, о том, когда появились элементарные частицы и когда образовались атомы, звезды и галактики.

Мы хорошо знаем, что случилось с вселенной в возрасте примерно 10-32 секунды. Это значит 0,0000000000000000000000000000000001 секунды, согласно статье астрофизика Йостейна Рисера Кристиансена (Jostein Riiser Kristiansen).

Перейдем к мифам.

1. «Это был взрыв»

Само словосочетание «Большой взрыв» звучит так, словно что-то сдетонировало, говорит Аре Раклев. Но это не слишком удачное описание произошедшего. Почему? Скоро узнаете.

В начале 1920-х годов математик Александр Фридманн (Aleksander Friedmann) обнаружил, что общая теория относительности Эйнштейна предполагает расширение вселенной. К такому же выводу пришел бельгийский священник Жорж Леметр (Georges Lemaître).

Вскоре Эдвин Хаббл (Edwin Hubble) продемонстрировал, что галактики действительно удаляются друг от друга.


Галактики удаляются от нас. Свет от них подвержен красному смещению — то есть его волны стали длиннее и передвинулись к красной стороне спектра. Мало того, галактики все быстрее исчезают из нашего поля зрения.

Однажды почти все галактики, которые мы видим сегодня в телескопы, исчезнут с нашего неба. В конце концов звезды погаснут, и наблюдателю останется вечно темное и пустынное небо.

К счастью, до этого еще очень и очень далеко.

Эту историю можно отмотать и в обратную сторону. Сейчас галактики расходятся, но когда-то они были гораздо ближе друг к другу.

«Если взять наблюдаемую вселенную и перемотать историю назад, все уместится на очень маленькой площади», — говорит Раклев.

Вот мы и подошли к моменту Большого взрыва. Так что же произошло?

Легче всего представить, будто Большой взрыв был обычным взрывом, в результате которого вещество разлетелось в разные стороны, словно куски дерева после попадания ручной гранаты.

«Но во время Большого взрыва в разные стороны разлетелось вовсе не вещество, — говорит Раклев. — Расширяется сама вселенная, само космическое пространство».

2. «Вселенная расширяется в чем-то»

Не галактики убегают друг от друга — это само пространство расширяется.


Представьте себе шар из теста с изюмом. Тесто — это пространство, а изюм — галактики. Тесто начинает подниматься, и изюминки оказываются все дальше друг от друга, но сами они фактически не двигаются.

Торстен Брингманн приводит в пример поверхность воздушного шара. Нарисуйте на ней точки и посмотрите, как расстояние между ними будет увеличиваться по мере надувания.

«Однако правда и то, что галактики движутся также в результате взаимного гравитационного притяжения — это дополнительный эффект», — говорит Раклев.

Для света от нескольких галактик характерно голубое смещение — это значит, что они движутся к нам. Это касается некоторых близлежащих галактик. Но на больших расстояниях этот эффект перекрывается законом Хаббла: скорость, с которой галактики удаляются друг от друга, возрастает пропорционально расстоянию. Выходит, расстояние увеличивается быстрее, чем свет успевает пройти между двумя расположенными очень далеко друг от друга точками.

Ну хорошо, шар из теста расширяется в пространстве внутри духовки. А как насчет вселенной? Что там, за ее пределами?

Вселенная расширяется ни в чем. Ученые не думают, что у нее есть какой-то «край».


То, что называется наблюдаемой вселенной, — это пузырь вокруг нас диаметром в 93 миллиарда световых лет. Чем дальше мы заглядываем, тем глубже забираемся в прошлое. Мы не можем наблюдать или измерять то, что находится за пределами расстояния, которое свет прошел до нас с момента Большого взрыва.

Поскольку космическое пространство расширялось, размер наблюдаемой вселенной, как это ни парадоксально, превышает 14 миллиардов световых лет.

Но ученые считают, что вселенная за пределами нашего пузыря намного больше. Возможно, она бесконечна.

Вселенная может быть плоской, как и выглядит. Тогда два луча света останутся параллельными и никогда не пересекутся. Если бы вы попытались отправиться на край вселенной, вы бы никогда его не достигли. Вселенная продолжается бесконечно.

Если же вселенной присуща позитивная кривизна, то в теории она может быть и конечной. Тогда она будет напоминать своего рода шар. Отправившись искать «конец», вы вернулись бы в то же самое место, откуда начали, вне зависимости от избранного направления. Как если объехать вокруг земного шара и вернуться в исходную точку.

В любом случае вселенная способна расширяться, ни во что не упираясь.

Бесконечная вселенная, которая становится все больше, все равно остается бесконечной. У «вселенной-шара» нет края.


3. «У Большого взрыва был центр»

Если представить Большой взрыв как взрыв гранаты, есть большой соблазн вообразить некий эпицентр. Как это и бывает с обычными взрывами.

Но только не с Большим взрывом. Почти все галактики удаляются от нас во всех направлениях. Создается ощущение, что Земля и была тем центром, с которого началась вселенная. Но это, конечно, не так.

Все остальные наблюдатели увидят то же самое из своей родной галактики, объясняет Торстен Брингманн.

Вселенная расширяется повсюду одновременно. Большой взрыв не происходил в каком-то конкретном месте.

«Он произошел повсюду», — Раклев.

4. «Вся вселенная была заключена в крошечной точке»

Действительно, в начале Большого взрыва все, что есть в нашей наблюдаемой вселенной, было сосредоточено на очень маленьком пространстве невероятно близко друг к другу.

Но как вселенная может быть одновременно бесконечной и очень маленькой?

Возможно, вы читали, что вселенная поначалу была меньше атома, а потом достигла размеров футбольного мяча. Но в таком случае это значит, что у пространства вначале все-таки были границы, некий край.


«Нет никаких доказательств, что вселенная в момент Большого взрыва уже была бесконечной, — говорит Раклев. — Она просто была меньше в том смысле, что расстояния, которые тогда измерялись метрами, увеличились на непостижимые миллиарды световых лет».

Когда мы рассуждаем, какой была вселенная в то время, речь идет лишь о нашей наблюдаемой вселенной.

«Вся наблюдаемая вселенная вышла из крошечной области, которую можно назвать точкой. Но точка рядом с ней тоже расширилась, и следующая точка тоже. Просто все это сейчас так далеко от нас, что мы не можем этого увидеть», — объясняет Раклев.

5. «Вселенная была бесконечно маленькой, горячей и плотной»

Возможно, вы слышали, что вселенная началась с сингулярности? Она была бесконечно маленькой, горячей и так далее. Может, так оно и было, но многие физики сомневаются, что это дает какой-то ответ.

Сингулярность — понятие, которое используют, когда математика с описанием не справляется, а с помощью обычной физики описать явление невозможно. Так объясняет космолог Стен Хансен (Steen H. Hansen).

Торстен Брингманн вкратце рассказывает, что это значит в контексте Большого взрыва.

«Вселенная сегодня немного больше, чем вчера. И даже немного больше, чем была миллион лет назад. Теория Большого взрыва опирается на экстраполяцию этого процесса назад во времени. И для этого нужна еще одна теория: общая теория относительности».


«Если я экстраполирую процесс до самого конца в обратном направлении, вселенная будет становиться все меньше и меньше, плотнее и плотнее, горячее и горячее. Наконец, получится что-то очень маленькое, очень горячее и плотное. Вот это и есть теория Большого взрыва, она подразумевает, что так все и началось. Потому что на этом нам просто приходится остановиться», — говорит Брингманн.

Если отмотать общую теорию относительности назад до самого конца, то получится точка с невероятно высокой плотностью и температурой. Ее размеры стремятся к нулю.

«Это чисто математическая экстраполяция, выходящая за рамки того, что на самом деле допускает теория», — говорит Брингманн.

«При этом в какой-то момент речь начинает идти о таких плотности и температуре, что у нас просто больше нет физических теорий для их описания».

По его словам, физикам нужна другая теория. И есть люди, которые занимаются именно этим.

«Что нужно, чтобы описать такое экстремальное состояние? Тут мы подходим к области, где нужна теория, комбинирующая теорию гравитации и квантовую теорию. Никто не смог ее сформулировать. А мы как раз ждем, что теория квантовой гравитации не будет приводить нас к заключению, что все восходит к одной определенной точке».


Так что происходившее в самом начале истории вселенной от нас до сих пор скрыто, что — пока что.

Источник: inosmi.ru

Большинство астрономов поддерживает идею о том, что Вселенная произошла от «пузырька», в тысячи раз меньшего, чем булавочная головка, но невероятно горячего и плотного. Почти 13,8 млрд лет назад он взорвался, и именно это событие называют «Большим взрывом». В тот момент начали свое существование космос, время, энергия и материя. За очень малый промежуток времени Вселенная расширилась от размеров субатомной частицы до размеров апельсина, а затем продолжила расширение, постепенно приобретая современный вид. Именно Большой взрыв объясняет различные параметры известной нам сегодня Вселенной, и именно Большой взрыв предопределил, как она будет развиваться в будущем и, возможно, погибнет через миллиарды и миллиарды лет. Изучение Большого взрыва — это поиск ответа на вопрос о том, каким было начало «всего» и каким будет его конец.

большой взрыв


Первые мгновения

Астрофизики задаются вопросом, что было в начале Вселенной и что было до ее начала. Благодаря физико-математическим исследованиям уже получены некоторые ответы на такие вопросы. Но ответы, удовлетворяющие физиков-теоретиков, не всегда доступны пониманию широкой публики и переносу в нашу повседневную реальность. Другими словами, ряд концепций следует принять «по определению», не пытаясь найти эмпирические примеры в сегодняшней Вселенной, которые позволили бы понять, что произошло в первые мгновения после Большого взрыва.

Начало

В начале времени и космоса, вполне вероятно, существовала «гравитационная сингулярность», то есть то, что мы можем определить как геометрическую точку, в которой гравитационное поле достигало бесконечно большой величины. Гравитационные сингулярности, существование которых предусмотрено общей теорией относительности Альберта Эйнштейна, образуются тогда, когда плотность вещества настолько высока, что вызывает коллапс пространства-времени. Сингулярность очень сложно представить как нечто конкретное; она поддается описанию главным образом через математические понятия. Предположив, что Вселенная родилась из Большого взрыва, некоторые исследователи задались вопросом, было ли что-то до него. Проблема осложняется тем, что Большой взрыв дал начало не только пространству, но и самому времени, так что в общей теории относительности идет речь о «пространстве-времени» как о едином целом. Это выводит нас на представление о том, что Большой взрыв не произошел в «пустом пространстве», которое впоследствии заполнила собой расширяющаяся Вселенная, а сам создал как пространство, так и время.


Эра Планка

То, что появилось сразу после Большого взрыва, имело такие показатели давления и температуры, что его поведение невозможно описать с помощью законов, действующих в современной Вселенной. Фаза, непосредственно последовавшая за Большим взрывом, называется «эрой Планка» в честь немецкого ученого Макса Планка. Она охватывает период от Большого взрыва до времени 10 × -43 степени с после него (это время называется «временем Планка»). За этот очень короткий период Вселенная достигла размера 10 × – 33 степени см, а температура опустилась до 10 × 32 степени °С, то есть до ста тысяч миллиардов миллиардов миллиардов градусов.

Самый маленький космос

Для того чтобы дать определение этой фазе, Планк сделал сравнительно простое умозаключение. Он спросил себя, существует ли минимальная длина волны, меньше которой невозможно получить никакой информации, то есть такое минимальное значение, меньше которого понятие пространства теряет смысл.

Поскольку самой короткой длиной электромагнитной волны обладают гамма-лучи (она составляет 10 × -33 степени см), Планк догадался, что для меньшей длины волн нет способа получить полную физическую информацию. Перемещающийся со скоростью света гамма-луч проходит за 10 × -43 степени с. расстояние в 10 × -33 степени см. Более короткие промежутки времени находятся за пределами возможности измерения. Поэтому между нулевой точкой Большого взрыва и концом эры Планка нельзя получить никакой физической информации о Вселенной на первом этапе развития.

Вскоре после Большого взрыва

В конце эры Планка от общей совокупности имеющейся во Вселенной энергии отделилась сила гравитации, ставшая самостоятельной. Сразу после этого настал черед сильного ядерного взаимодействия (удерживающего в стабильном состоянии атомные ядра), которое вместе с силами гравитации, электромагнитного взаимодействия и слабого взаимодействия (последнее отвечает за радиоактивный распад) является одной из четырех фундаментальных сил, присутствующих в природе. С их помощью частицы обмениваются энергией. Все это с момента Большого взрыва заняло время до 10 × -36 степени с.

Инфляция

В этот момент началась «эра инфляции». Ее называют так потому, что на этом этапе Вселенная подверглась очень быстрому расширению — «инфляции» (от английского to inflate — «надуваться»). В течение нескольких миллиардных долей секунды Вселенная увеличила свой размер в 10 × 50 степени раз. В ходе инфляционного периода, длившегося с момента Большого взрыва до 10 × -32 с. наблюдались «квантовые флуктуации», вызванные спонтанным формированием пар частица/античастица, придавших пространству-времени довольно неправильную и сложную форму. Эти флуктуации легли в основу гравитационных нарушений однородности, которые, будучи поначалу незначительными, стечением времени выросли и в конце концов сложили наблюдаемые сегодня гигантские космические структуры, такие как галактики и скопления галактик. Частицы вещества и антивещества, сталкиваясь, взаимно уничтожались и производили излучение. Тем не менее в этой игре на уничтожение сохранился излишек вещества: он и составил современную Вселенную.

Кварки

Спустя примерно 10 × -35 с после Большого взрыва начали образовываться первые частицы —кварки, антикварки,частицы W, Z и электроны.

Из комбинации нескольких кварков впоследствии сложились протоны, нейтроны и их античастицы. Протоны и антипротоны взаимно уничтожились, произведя электромагнитное излучение. Только в этот момент разделились слабое ядерное и электромагнитное взаимодействия.

Эти явления произошли в период между 10 × -32 и 10 × -5 с после Большого взрыва, когда образовывались первые атомные ядра. С их рождением вещество стало преобладать над излучением, господствовавшим прежде. Однако температура Вселенной достигала еще 10 млрд градусов, поэтому излучение и вещество превращались друг в друга.

Лишь спустя примерно 300 тыс. лет после Большого взрыва, когда температура опустилась до 3300°С, Вселенная, бывшая до этого бесформенным облаком, стала прозрачной для электромагнитного излучения. И тогда начали образовываться первые атомы водорода, гелия и лития — самые легкие элементы Вселенной.

Фоновое излучение

Примерно 300 тыс. лет спустя после Большого взрыва появилось космическое фоновое излучение – самое близкое к Большому взрыву излучение, сегодня получаемое нами. Это первый вид излучения, которое в разреженной теперь Вселенной не улавливается незамедлительно атомными или субатомными частицами, а блуждает по космосу в виде фотонов. С этого момента первичное вещество начинает постепенно складываться в звезды, квазары и галактики. Сегодня при помощи самых мощных телескопов мы пытаемся бросить взгляд на эти объекты — самые древние и самые далекие в нашей Вселенной. Любая дополнительная информация, полученная от них, может позволить нам лучше узнать о наиболее загадочном моменте нашей истории — Большом взрыве.

Модели Вселенной

В 20-е годы прошлого столетия популярностью среди космологов пользовалась идея Вселенной, в которой отталкивающие и притягивающие гравитационные силы находятся в хрупком равновесии, возможном благодаря «космологической константе», умозрительно введенной Альбертом Эйнштейном в его общей теории относительности. Он ввел эту константу для того, чтобы объяснить наличие отталкивающей силы вещества, которая должна была уравновесить гравитационное притяжение. Это было необходимо, чтобы получить равновесную космологическую модель — свойство, считавшееся базовым для всех моделей нашей Вселенной.

Расширение

Тем временем многие астрономы отмечали, что большая часть галактик обнаруживала в спектре своего света смещение линий в красную сторону —явление, известное как «красное смещение». Этот факт поддавался простому объяснению, если его воспринимать как результат эффекта Доплера — того же самого, благодаря которому звук удаляющейся сирены слышится более низким, чем приближающейся. Все это имело смысл в том случае, если принять как данность, что галактики отдаляются друг от друга. Фундаментальный вклад в это исследование внес немецкий астроном Карл Вирц: детально изучив около сорока галактик, он обнаружил, что чем слабее их свет, тем дальше они находятся от нас, тем сильнее красное смещение в их спектрах. Это означало, что более далекие галактики удаляются быстрее, чем ближние. Но чтобы убедиться в правильности выводов Вирца, пришлось дождаться исследований Эдвина Хаббла.

Нестабильный космос

Российский математик Александр Фридман и бельгийский астроном Жорж-Анри Леметр пришли к выводу, что, несмотря на введение космологической константы, Вселенная Эйнштейна нестабильна и было бы достаточно небольшой флуктуации, чтобы вызвать ее бесконечное расширение или сжатие. Наблюдения Хаббла позволили заключить, что Вселенная расширяется. Леметр разработал также теорию о том, что Вселенная происходит от «первородного атома», давшего начало всему. Несмотря на многочисленные подтверждающие эту теорию данные, она была подвергнута острой критике. Тем не менее идея не умерла; напротив, ее поддержал физик Джордж Гамов, теоретически подтвердивший возможность рождения Вселенной в результате колоссального взрыва.

Стационарная Вселенная

Тем временем другой астроном, Фред Хойл, выдвинул идею о том, что Вселенная может расширяться в «стационарном состоянии»: галактики удаляются друг от друга, но в пространстве между ними постоянно рождается новое вещество. Именно Хойл с иронией назвал гипотезу своих коллег «Большим взрывом» (Big Bang). Но в итоге научный мир поддержал гипотезу Большого взрыва, выдвинутую Гамовым, а в конце 1960-х годов она трансформировалась в конкретную теорию, подтвержденную в конце 1990-х спутниками СОВЕ и WMAP.

Фоновое излучение

Через несколько сотен секунд после Большого взрыва радиус Вселенной составлял всего несколько световых минут, а вещество уже включало в себя базовые элементы атомов — взаимодействующих друг с другом электронов, протонов, нейтронов, и также нейтрино и фотонов (частиц, переносящих энергию). Когда спустя несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва температура опустилась примерно до 3300 °С, количество столкновений фотонов и других частиц уменьшилось, и фотоны стали свободно распространяться во Вселенной.

Все холоднее и холоднее

Расширение повлекло за собой дальнейшее снижение температуры, опустившейся в конце концов до 3 К, то есть всего на три градуса выше абсолютного нуля (-273°С). Эта температура «отпечаталась» на блуждающих фотонах, которые, все реже сталкиваясь с другими частицами во все менее плотной Вселенной, дожили до наших дней. Сегодня они считаются самыми главными свидетелями тех далеких времен. Именно блуждающие фотоны образуют так называемое «фоновое космическое излучение». Оно было открыто в 1964 году радиоастрономами Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном, удостоенными за это Нобелевской премии по физике в 1978 году.

Открытое случайно

На самом деле исследователи занимались наладкой антенны нового типа для приема микроволн. В ходе работы ученые приняли неизвестное излучение, причем поначалу решили, что оно имеет земное происхождение. Но скоро Пензиас и Вильсон поняли, что «слушают» космическое излучение, существование которого Гамов и его коллеги предполагали еще в 1948 году, — нечто вроде «эха» Большого взрыва. Открытие фонового излучения имело (колоссальную важность, поскольку стандартная модель Вселенной предусматривала наличие в ней однородного сигнала, распространяющегося на длине волны около миллиметра и пронизывающего весь космос. Именно это и было открыто учеными.

Со спутников

Открытие Пензиаса и Вильсона с годами неоднократно подвергалось проверке, но всегда получало подтверждение. Проверки проводились с борта аэростатов (например, эксперимент «Бумеранг», проведенный совместно Италией и США). Три спутника (СОВЕ, WMAP и Planck) были специально созданы для изучения фоновой радиации и дали великолепные результаты, особенно последние два, которые позволили измерить излучение и получить детали, ранее остававшиеся недоступными. Благодаря анализу полученных со спутников данных обнаружились различия в температуре фонового излучения всего лишь в стотысячные доли градуса. Эта небольшая «рябь» составляет подобие генетического кода живого существа: она и определяет эволюцию Вселенной.

Открытие фонового излучения стало важнейшим доказательством в пользу модели Большого взрыва, похоронившим теорию стационарной Вселенной Хойла.

Возникающие сомнения

Если бы мы смогли на самом деле понять, как произошел Большой взрыв, то ответили бы на тысячу нерешенных вопросов о рождении Вселенной и ее строении. Но ответов на эти вопросы пока нет, несмотря на имеющиеся в распоряжении астрономов самые современные приборы. Главный и наиболее сложный вопрос — как и почему произошел Большой взрыв.

Наши возможности в изучении прошлого Вселенной простираются в глубь времен и останавливаются, как уже говорилось, на точке 10 × -43 с после Большого взрыва. Понять, что произошло до этого момента, может лишь теоретическая физика, и только новые гипотезы унесут нас ко времени «до» Большого взрыва.

Темная материя и темная энергия

Другой важной темой, объяснение которой, возможно, кроется в обстоятельствах Большого взрыва, является происхождение темной материи и темной энергии. Вселенная лишь на 5% состоит из вещества, которое мы можем наблюдать традиционными способами, например, в телескоп, и которое является нам в форме звезд, туманностей, галактик. Остальное состоит на 27% из темной материи и на 68% из темной энергии. Относительно темной материи сегодня выдвинуты некоторые конкретные гипотезы: эта материя невидима, она обнаруживает свое присутствие в галактиках и скоплениях галактик благодаря своей силе притяжения, она могла бы состоять из нескольких еще неизвестных типов частиц, из нейтрино (если их масса не равна нулю) или из звезд исключительно низкой яркости.

Темная энергия, напротив, по-прежнему остается загадкой. О ней известно лишь то, что она действует как отталкивающая сила и заставляет Вселенную расширяться с ускорением, а не с замедлением, как можно было бы ожидать, если бы этой энергии не было.

Красное смещение

Если одни вопросы бросают вызов тем, кто изучает происхождение Вселенной, то другие ставят под сомнение саму теорию Большого взрыва. Первый из таких вопросов касается красного смещения света галактик. Некоторые астрофизики, и среди них американский астроном Хэлтон Арп, считают, что красное смещение вызвано не только удалением галактик, но и явлением, связанным с самой природой наблюдаемых объектов. Если это так, то часть опоры, на которой зиждется теория расширения Вселенной, рухнет. Те, кто еще поддерживает теорию стационарной Вселенной Фреда Хойла, основывает свои полемические выступления именно на этом тезисе. Если Арп прав, для объяснения рождения Вселенной теория Большого взрыва просто не нужна. Впрочем, то, что предлагает Арп, встречает опровержения сторонников теории расширения Вселенной.

Циклическая Вселенная

Теории Большого взрыва и стационарной Вселенной — не единственные, объясняющие существование нашего мира. Как минимум есть еще одна, предполагающая циклическое существование Вселенной. Согласно этой теории, всякий раз, когда Вселенная подходит к концу своей эволюции, она «начинает сначала» посредством нового Большого взрыва. Возможно, при каждом возрождении Вселенная «забывает» характеристики своего прошлого и формирует новые физические законы, рождающиеся на этапе инфляции.

Источник: mir-znaniy.com

Что такое теория большого взрыва?

Теория Большого взрыва — это объяснение, основанное в основном на математических моделях, того, как и когда возникла Вселенная.

Космологическая модель Вселенной, описанная в теории Большого взрыва, объясняет, как она первоначально расширилась из состояния бесконечной плотности и температуры, известного как изначальная (или гравитационная) сингулярность. За этим расширением последовала космическая инфляция и резкое падение температуры. Во время этой фазы Вселенная раздувалась с гораздо большей скоростью, чем скорость света (в 1026раз).

Впоследствии Вселенная была разогрета до такой степени, что элементарные частицы (кварки, лептоны и так далее) до постепенного понижения температуры (и плотности) привели к образованию первых протонов и нейтронов.

Через несколько минут после расширения протоны и нейтроны объединяются, образуя первичные ядра водорода и гелия-4. Предполагаемый радиус наблюдаемой Вселенной в течение этой фазы составлял 300 световых лет. Первые звезды и галактики появились примерно через 400 миллионов лет после этого события.

Важнейшим элементом модели Большого Взрыва является космическое сверхвысокочастотное фоновое излучение (Реликтовое излучение), представляющий собой электромагнитное излучение, оставшееся со времен зарождения Вселенной. Реликтовое излучение остается самым убедительным доказательством большого взрыва.

Хотя теория остается широко признанной во всем научном спектре, несколько альтернативных объяснений — таких, как стационарная Вселенная и вечная инфляция, приобрели привлекательность с годами.

7. Теория вечной инфляции

Теория большого взрыва происхождение вселенной

Понятие инфляции было введено космологом Аланом Гутом в 1979 году, чтобы объяснить, почему Вселенная плоская, чего не хватало в первоначальной теории Большого взрыва.

Хотя идея Гута об инфляции объясняет плоскую Вселенную, она создала сценарий, который не позволяет Вселенной избежать этой инфляции. Если бы это было так, не произошло бы повторного нагрева Вселенной, равно как и образования звезд и галактик.

Эта конкретная проблема была решена Андреасом Альбрехтом и Полем Штайнхардтом в их «новой инфляции». Они утверждали, что быстрое расширение Вселенной произошло всего за несколько секунд, прежде чем прекратиться. Он продемонстрировал, как Вселенная может быстро раздуваться и при этом нагреваться.

Концепция «вечной инфляции», или теория хаотической инфляции, была введена Андреем Линде, профессором Стэнфордского университета. Он был основан на предыдущих работах Штейнхардта и Александра Виленкина.

Теория утверждает, что инфляционная фаза Вселенной продолжается вечно; это не конец для Вселенной в целом. Другими словами, космическая инфляция продолжается в одних частях Вселенной и прекращается в других. Это приводит к сценарию мультивселенной, в котором пространство разбивается на пузыри. Это как вселенная внутри вселенной.

В мультивселенной в разных вселенных могут действовать разные законы природы, физики. Итак, вместо единого расширяющегося космоса наша Вселенная могла бы быть инфляционной мультивселенной с множеством маленьких вселенных с различными свойствами.

Однако Пол Стейнхардт считает, что его теория «новой инфляции» ни к чему не приводит и не предсказывает, и утверждает, что понятие мультивселенной является «фатальным недостатком» и неестественным.

6. Конформная циклическая модель

Теория большого взрыва происхождение вселенной
Роджер Пенроуз, 6 ноября 2005 года

Модель конформной циклической космологии (англ. conformal cyclic cosmology или CCC) предполагает, что Вселенная проходит через повторяющиеся циклы большого взрыва и последующих расширений. Общая идея состоит в том, что «большой взрыв» был не началом Вселенной, а скорее переходной фазой. Его разработал физик-теоретик и математик Роджер Пенроуз.

В качестве основы для своей модели Пенроуз использовал множественные метрические последовательности FLRW (Фридмана – Лемэтра – Робертсона – Уокера). Он утверждал, что конформная граница одной последовательности FLRW может быть присоединена к границе другой.

Метрика FLRW — это наиболее близкое приближение к природе Вселенной и часть модели Лямбда-CDM. Каждая последовательность начинается с большого взрыва, за которым следует инфляция и последующее расширение.

Циклическая или осциллирующая модель, в которой Вселенная повторяется снова и снова в неопределенном цикле, впервые оказалась в центре внимания в 1930-х годах, когда Альберт Эйнштейн исследовал идею «вечной» Вселенной. Он считал, что по достижении определенной точки Вселенная начинает коллапсировать и заканчивается Большим хрустом перед тем, как пройти через Большой отскок.

Прямо сейчас существует четыре различных варианта циклической модели Вселенной, одна из которых — конформная циклическая космология.

5. Мираж четырехмерной черной дыры

Теория большого взрыва происхождение вселенной

Исследование, проведенное группой исследователей в 2013 году, предположило, что наша Вселенная могла возникнуть из обломков, выброшенных из коллапсировавшей четырехмерной звезды или черной дыры.

По мнению космологов, участвовавших в исследовании, одно из ограничений теории Большого взрыва — объяснение температурного равновесия, обнаруженного во Вселенной.

Хотя большинство ученых согласны с тем, что инфляционная теория дает адекватное объяснение того, как маленький участок с однородной температурой быстро расширится и превратится во Вселенную, которую мы наблюдаем сегодня, группа сочла это неправдоподобным в силу хаотичной природы Большого взрыва.

Для решения этой проблемы команда предложила модель космоса, в которой наша трехмерная Вселенная является мембраной и плавает внутри четырехмерной «объемной вселенной». Они утверждали, что если в четырехмерной «объемной вселенной» есть четырехмерные звезды, то, скорее всего, они обрушатся в четырехмерные черные дыры. Эти четырехмерные черные дыры будут иметь трехмерный горизонт событий (точно так же, как трехмерные имеют двухмерный горизонт событий), который они назвали «гиперсферой».

Когда команда смоделировала коллапс 4-D звезды, они обнаружили, что выброшенные обломки умирающей звезды, скорее всего, образуют 3-D мембрану вокруг этого 3-мерного горизонта событий. Наша Вселенная могла бы быть одной из таких мембран.

Модель «четырехмерной черной дыры» космоса действительно объясняет, почему температура во Вселенной почти равномерна. Она также может дать ценную информацию о том, что именно спровоцировало космическую инфляцию через несколько секунд после ее возникновения. Однако недавнее наблюдение, проведенное спутником Planck ЕКА, выявило небольшие вариации температуры космического микроволнового фона (CMB). Эти спутниковые показания отличаются от предложенной модели примерно на четыре процента.

4. Теория плазменной Вселенной

Теория большого взрыва происхождение вселенной

На наше нынешнее понимание Вселенной в основном влияет гравитация, в частности Общая теория относительности Эйнштейна, с помощью которой космологи объясняют природу Вселенной. По совпадению, как и большинство других вещей, ученые на протяжении многих лет рассматривали альтернативу гравитации.

Космология плазмы (или теория плазменной Вселенной) предполагает, что электромагнитные силы и плазма играют очень важную роль во Вселенной вместо гравитации. Хотя у этого подхода много разных вариантов, основная идея остается той же; каждое астрономическое тело, включая Солнце, звезды и галактики, является результатом какого-либо электрического процесса.

Первая выдающаяся теория плазменной Вселенной была предложена лауреатом Нобелевской премии Ханнесом Альвеном в конце 1960-х годов. Позже к нему присоединился шведский физик-теоретик Оскар Клейн для разработки модели Альфвена – Клейна.

Модель построена на предположении, что Вселенная поддерживает равные количества материи и антивещества (это не так, согласно современной физике элементарных частиц). Границы этих двух областей отмечены космическими электромагнитными полями. Таким образом, взаимодействие между ними приведет к образованию плазмы, которую Альфвен назвал «амбиплазмой».

Согласно теории, такая плазма должна образовывать большие участки вещества и антивещества по всей Вселенной. Кроме того, было высказано предположение, что наше текущее местоположение в космосе должно быть в той части, где материи гораздо больше, чем антивещества, — таким образом решается проблема асимметрии материи и антивещества.

3. Теория медленного замораживания

Теория большого взрыва происхождение вселенной Десятилетия математического моделирования и исследований привели космологов к обоснованному выводу, что наша Вселенная возникла из одной точки с бесконечной плотностью и температурой, называемой сингулярностью. Последующее расширение Космоса позволило ему остыть, что привело к образованию галактик, звезд и других астрономических объектов.
Однако, как мы знаем, стандартная модель Большого взрыва не осталась незамеченной, и одна из таких сложных теорий была предложена Кристофом Веттерихом, профессором Гейдельбергского университета в Германии.

Веттерих утверждал, что Вселенная, которую мы знаем сегодня, на самом деле могла начаться как холодная и разреженная, пробудившаяся от долгого замораживания. Со временем фундаментальные частицы в ранней Вселенной стали тяжелее, а гравитационная постоянная уменьшилась.

Кроме того, он объяснил, что если массы частиц увеличиваются, излучение из ранней Вселенной может заставить пространство казаться более горячим и удаляться друг от друга, даже если это не так.

Основная идея космической модели Медленного Замораживания Веттериха состоит в том, что у Вселенной нет ни начала, ни будущего. Вместо горячего Большого взрыва теория защищает холодную и медленно эволюционирующую Вселенную. Согласно Веттериху, теория объясняет флуктуации плотности в ранней Вселенной (первичные флуктуации) и то, почему в нашем нынешнем космосе преобладает темная энергия.

2. Индуистская космология

Религия и наука были лучшими врагами, по крайней мере со времен Коперника и Галилея. Возможно, нет места науке, когда мы говорим о религии и наоборот. Однако есть одна религия, космологические верования которой хорошо согласуются с современной моделью Вселенной.

Теории творения в индуистской мифологии широко рассматриваются как одна из самых древних и значимых из всех других религиозных аналогий. На протяжении многих лет выдающиеся физики и космологи, включая Карла Сагана и Нильса Бора, восхищались индуистскими космологическими верованиями за их близкое сходство с временными линиями в стандартной космологической модели Вселенной.

Согласно индуистской мифологии, Вселенная следует бесконечной циклической модели. Это означает, что на смену нашей нынешней Вселенной придет бесконечное количество вселенных. Каждая повторение Вселенной делится на две фазы — «калпа» (или день Брахмы) и «пралая» (ночь Брахмы), и каждая из них длится 4,32 миллиарда лет. Согласно индуистской мифологии, возраст Вселенной (8,64 миллиарда лет) превышает расчетный возраст Солнечной системы.

1. Стационарная Вселенная

Теория большого взрыва происхождение вселенной

Стационарная модель утверждает, что наблюдаемая Вселенная остается неизменной в любом месте и в любое время. Во Вселенной, которая вечно расширяется, материя непрерывно создается, чтобы заполнить пространство.

Согласно модели, галактики и другие крупные астрономические тела рядом с нами должны казаться похожими на те, что находятся далеко. Однако Большой взрыв говорит нам, что далекие галактики должны выглядеть моложе, чем находящиеся в непосредственной близости (при наблюдении с Земли), поскольку свету требуется гораздо больше времени, чтобы добраться до нас.

Идея стационарного состояния была впервые предложена в 1948 году космологами Германом Бонди, Фредом Хойлом и Томасом Голдом. Она исходила из совершенного космологического принципа, который сам по себе утверждает, что Вселенная, где бы ты ни смотрел, одинакова, и она всегда будет одинаковой.

Теория стационарных состояний получила широкую популярность в начале и середине XX века. Однако к 1960-м годам она была в основном отвергнута научным сообществом в пользу Большого взрыва после открытия космического микроволнового фона.

Источник: new-science.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.