Теорія великого вибуху читає короткий зміст. Конкурент теорії Великого Вибуху

Теорія Великого вибухустала майже такою самою загальноприйнятою космологічною моделлю, як і обертання Землі навколо Сонця. Згідно з теорією, близько 14 млрд років тому спонтанні коливання в абсолютній порожнечі призвели до появи Всесвіту. Щось, порівнянне за розміром із субатомною частинкою, розширилося до неймовірних розмірів за частки секунди. Але в цій теорії існує багато проблем, над якими б'ються фізики, висуваючи нові і нові гіпотези.

Що не так з теорією Великого вибуху

З теорії випливає,що всі планети та зірки утворилися з пилу, розметаного по космосу внаслідок вибуху. Але що передувало йому, неясно: тут наша математична модельпростору-часу перестає працювати. Всесвіт виник з початкового сингулярного стану, якого не застосувати сучасну фізику. Теорія також не розглядає причини виникнення сингулярності чи матерії та енергії для її виникнення. Вважається, що відповідь на питання про існування та походження початкової сингулярності дасть теорія квантової гравітації.

Більшість космологічних моделей передбачають,що повний Всесвіт має розмір набагато більший, ніж спостерігається - сферична область з діаметром приблизно 90 млрд світлових років. Ми бачимо тільки ту частину Всесвіту, світло від якого встигло досягти Землі за 13,8 млрд років. Але телескопи стають все кращими, ми виявляємо все більш далекі об'єкти, і поки немає підстав вважати, що цей процес зупиниться.

З моменту Великого вибуху Всесвіт розширюється із прискоренням.Найскладніша загадка сучасної фізики - питання, що викликає прискорення. Згідно з робочою гіпотезою, у Всесвіті міститься невидима складова, яка називається «темною енергією». Теорія Великого вибуху не пояснює, чи Всесвіт розширюватиметься нескінченно, і якщо так, то до чого це призведе - до її зникнення або чогось ще.

Хоча ньютонівську механіку потіснила релятивістська фізика,її не можна назвати помилковою. Проте сприйняття світу та моделі для опису Всесвіту повністю змінилися. Теорія Великого вибуху передбачила низку речей, які були відомі до того. Отже, якщо її місце прийде інша теорія, вона має бути схожою і розширити розуміння світу.

Ми зупинимося на найцікавіших теоріях, що описують альтернативні моделі Великого вибуху.

Всесвіт як міраж чорної діри

Всесвіт виник завдяки колапсу зірки у чотиривимірному Всесвіті, вважають вчені з Інституту теоретичної фізики «Периметр». Результати їх дослідження опублікував журнал Scientific American. Ніайеш Афшорді, Роберт Манн і Разі Пурхасан кажуть, що наш тривимірний Всесвіт став подібністю до «голографічного міражу» при схлопуванні чотиривимірної зірки. На відміну від теорії Великого вибуху, згідно з якою Всесвіт виник з надзвичайно гарячого і щільного простору-часу, де не застосовуються стандартні закони фізики, нова гіпотеза про чотиривимірний всесвіт пояснює як причини зародження, так і його стрімкого розширення

Згідно зі сценарієм, сформульованим Афшорді та його колегами, наш тривимірний Всесвіт - це своєрідна мембрана, яка пливе крізь ще більш об'ємний всесвіт, що існує вже в чотирьох вимірах. Якби в цьому чотиривимірному космосі існували свої чотиривимірні зірки, вони б теж вибухали, як і тривимірні у нашому Всесвіті. Внутрішній шар ставав би чорною діркою, а зовнішній викидався б у простір.

У нашому Всесвіті чорні дірки оточені сферою, яка називається горизонтом подій. І якщо у тривимірному просторі цей кордон двомірний (як мембрана), то в чотиривимірному всесвіті обрій подій буде обмежений сферою, що існує в трьох вимірах. Комп'ютерне моделювання колапсу чотиривимірної зірки показало, що її тривимірний обрій подій поступово розширюватиметься. Саме це ми і спостерігаємо, називаючи зростання 3D-мембрани розширенням Всесвіту, вважають астрофізики.

Велика заморозка

Альтернативою Великому вибуху може бути велике заморожування. Команда фізиків з Мельбурнського університету на чолі з Джеймсом Кватчем представила модель народження Всесвіту, який більше нагадує поступовий процес заморозки аморфної енергії, ніж її виплеск та розширення у трьох напрямках простору.

Безформна енергія, на думку вчених, подібно до води охолодилася до кристалізації, створивши звичні три просторових і один тимчасовий вимір.

Теорія Великого заморожування ставить під сумнів прийняте нині твердження Альберта Ейнштейна про безперервність і плавність простору та часу. Не виключено, що простір має складові - неподільні стандартні блоки на кшталт крихітних атомів або пікселів в комп'ютерної графіки. Ці блоки настільки малі, що їх неможливо спостерігати, проте, за новою теорією, можна виявити дефекти, які повинні заломлювати потоки інших частинок. Вчені вирахували такі ефекти за допомогою математичного апарату, а тепер спробують виявити їх експериментально.

Всесвіт без початку та кінця

Ахмед Фараг Алі з Університету Бенха в Єгипті та Саурія Дас з Університету Летбріджа в Канаді запропонували нове рішення проблему сингулярності, відмовившись від Великого вибуху. Вони привнесли до рівняння Фрідмана, що описує розширення Всесвіту та Великий вибух, ідеї відомого фізика Девіда Бома. «Дивно, що невеликі поправки потенційно можуть вирішити багато питань», - говорить Дас.

Отримана модель об'єднала у собі загальну теорію відносності та квантову теорію. Вона не лише заперечує сингулярність, що передувала Великому вибуху, а й не допускає того, що Всесвіт згодом стиснеться назад до початкового стану. Згідно з отриманими даними, Всесвіт має кінцевий розмір та нескінченний час життя. У фізичному вираженні модель описує Всесвіт, наповнений гіпотетичною квантовою рідиною, що складається з гравітонів - частинок, що забезпечують гравітаційну взаємодію.

Вчені також стверджують, що їхні висновки співвідносяться з останніми результатами вимірювання густини Всесвіту.

Нескінченна хаотична інфляція

Термін «інфляція» означає стрімке розширення Всесвіту, що відбувалося за експонентом у перші миті після Великого вибуху. Сама собою теорія інфляції не спростовує теорію Великого вибуху, лише по-іншому інтерпретує її. Ця теорія вирішує кілька фундаментальних проблем фізики.

Згідно з інфляційною моделлю, незабаром після зародження Всесвіт дуже короткий час розширювався за експонентом: його розмір багаторазово подвоювався. Вчені вважають, що за 10 -36 ступеня секунд Всесвіт збільшився в розмірах як мінімум в 10 - 30-50 ступеня разів, а можливо, і більше. Наприкінці інфляційної фази Всесвіт заповнився надгарячою плазмою із вільних кварків, глюонів, лептонів та високоенергетичних квантів.

Концепція має на увазі, що у світі існує безліч ізольованих один від одного всесвітівз різним пристроєм

Фізики дійшли висновку, що логіка інфляційної моделі не суперечить ідеї постійного множинного народження нових всесвітів. Квантові флуктуації – такі ж, як ті, через які з'явився наш світ – можуть виникати у будь-якій кількості, якщо для цього є відповідні умови. Цілком можливо, що наша світобудова вийшла з флуктуаційної зони, що сформувалася у світі-попереднику. Можна також припустити, що колись і десь у нашому Всесвіті утворюється флуктуація, яка «видує» юний всесвіт зовсім іншого роду. За такою моделлю дочірні всесвіти можуть відгалужуватися безперервно. При цьому зовсім не обов'язково, що в нових світах встановлюються ті самі фізичні закони. Концепція має на увазі, що у світі існує безліч ізольованих один від одного всесвітів з різним пристроєм.

Циклічна теорія

Пол Стейнхардт, один із фізиків, які заклали основи інфляційної космології, вирішив розвинути цю теорію і надалі. Вчений, який очолює Центр теоретичної фізики в Прінстоні, спільно з Нейлом Тьюроком з Інституту теоретичної фізики «Периметр» виклав альтернативну теорію у книзі Endless Universe: Beyond the Big Bang («Нескінченний Всесвіт: За межею Великого вибуху»).Їхня модель заснована на узагальненні теорії квантових суперструн, відомої як М-теорія. Відповідно до неї, фізичний світ має 11 вимірів - десять просторових та один тимчасовий. У ньому «плавають» простори менших розмірностей, так звані брани (Скорочення від «мембрани»).Наш Всесвіт - просто одна з таких лайок.

Модель Стейнхардта і Тьюрока стверджує, що Великий вибух стався внаслідок зіткнення нашої лайки з іншою браною - невідомої нам всесвіту. За цим сценарієм зіткнення відбуваються нескінченно. Згідно з гіпотезою Стейнхардта і Тьюрока, поруч із нашою браною «плаває» ще одна тривимірна брана, відокремлена крихітною відстанню. Вона також розширюється, сплощується і пустіє, але через трильйон років лайки почнуть зближуватися і зрештою зіткнуться. При цьому виділиться величезна кількість енергії, частинок та випромінювання. Цей катаклізм запустить черговий цикл розширення та охолодження Всесвіту. З моделі Стейнхардта і Тьюрока випливає, що ці цикли були і в минулому і обов'язково повторяться у майбутньому. З чого ці цикли почалися, теорія замовчує.

Всесвіт
як комп'ютер

Ще одна гіпотеза про пристрій всесвіту говорить, що весь наш світ - це не більше ніж матриця або комп'ютерна програма. Ідею про те, що Всесвіт є цифровим комп'ютером, вперше висунув німецький інженер і піонер комп'ютеробудування Конрад Цузе в книзі Calculating Space. («Обчислювальний простір»).Серед тих, хто також розглядав Всесвіт як гігантський комп'ютер, значаться фізики Стівен Вольфрам і Герард "т Хоофт".

Теоретики цифрової фізики припускають, що Всесвіт - по суті інформація, і, отже, вона обчислювана. З цих припущень випливає, що Всесвіт можна розглядати як результат роботи комп'ютерної програми або цифрового обчислювального пристрою. Цей комп'ютер може бути, наприклад, гігантським клітинним автоматом або універсальною машиною Тьюринга.

Непрямим доказом віртуальної природи Всесвітуназивають принцип невизначеності у квантовій механіці

Відповідно до теорії, будь-який предмет і подія фізичного світу походить із постановки питань та реєстрації відповідей «так» чи «ні». Тобто за всім, що нас оточує, ховається код, аналогічний бінарному коду комп'ютерної програми. А ми – свого роду інтерфейс, за допомогою якого з'являється доступ до даних «всесвітнього інтернету». Непрямим доказом віртуальної природи Всесвіту називають принцип невизначеності в квантовій механіці: частинки матерії можуть існувати у нестійкій формі, а «закріплюються» у конкретному стані лише при спостереженні за ними.

Послідовник цифрової фізики Джон Арчібальд Вілер писав: «Не було б нерозумним уявити, що інформація знаходиться в ядрі фізики так само, як у ядрі комп'ютера. Усі з біта. Іншими словами, все суще - кожна частка, кожне силове поле, навіть сам просторово-часовий континуум - отримує свою функцію, свій сенс і, зрештою, саме своє існування».

Усі чули про теорію Великого вибуху, яка пояснює (принаймні, на Наразі) зародження нашого Всесвіту. Однак у вчених колах завжди знайдуться охочі заперечити ідеї – з цього, до речі, нерідко й виростають великі відкриття.

Однак, зрозумів Дікке, якби ця модель була реальною, то не було б двох видів зірок – Населення І та Населення II, молодих та старих зірок. А вони були. Отже, Всесвіт навколо нас таки розвинувсь із гарячого та щільного стану. Навіть якщо це був не єдиний в історії Великий вибух.

Дивно, правда? Аж раптом цих вибухів було кілька? Десятки, сотні? Науці ще належить це з'ясувати. Діке запропонував своєму колезі Піблсу прорахувати необхідну для описаних процесів температуру і ймовірну температуру залишкового випромінювання в наші дні. Приблизні розрахунки Піблса показали, що сьогодні Всесвіт повинен бути наповнений мікрохвильовим випромінюванням з температурою менше 10 К, і Рол з Вілкінсон уже готувалися шукати це випромінювання, коли пролунав дзвінок…

Складнощі перекладу

Однак тут варто перенестися в інший куточок земної кулі - до СРСР. Найближче до відкриття реліктового випромінювання підійшли (і теж не довели справу до кінця!) в СРСР. Проробивши протягом кількох місяців величезну роботу, звіт про яку вийшов у 1964 році, радянські вчені склали, здавалося, всі частини головоломки, не вистачило лише однієї. Яків Борисович Зельдович, один із колосів радянської науки, здійснив розрахунки, аналогічні тим, що провів колектив Гамова (радянського фізика, який жив у США), і також дійшов висновку, що Всесвіт повинен був початися з гарячого Великого вибуху, який залишив фонове випромінювання з температурою у кілька кельвінів.

Яків Борисович Зельдович, –

Він навіть знав про статтю Еда Ома в «Технічному журналі Bell System», яка приблизно вирахувала температуру реліктового випромінювання, але неправильно інтерпретувала висновки автора. Чому ж радянські дослідники не зрозуміли, що Ом уже відкрив це випромінювання? Через помилку у перекладі. У статті Ома стверджувалося, що виміряна ним температура неба становила близько 3 К. Це означало, що він вирахував всі можливі джерела радіоперешкод і що 3 К - це температура фону, що залишився.

Проте за випадковим збігом такою самою (3 К) була і температура випромінювання атмосфери, поправку на яку Ом теж зробив. Радянські фахівці помилково вирішили, що саме ці 3 К і залишилися в Ома після всіх попередніх коригувань, відняли їх і залишилися ні з чим.

У наші дні подібні помилки розуміння легко усунулися б у процесі електронного листування, але на початку 1960-х років комунікація між вченими Радянського Союзу та Сполучених Штатів була дуже складною. Це і стало причиною такої образливої ​​помилки.

Нобелівська премія, яка спливла з рук

Повернімося в день, коли в лабораторії Дікке пролунав телефонний дзвінок. Виявляється, в цей же час астрономи Арно Пензіас і Роберт Вільсон повідомили, що їм випадково вдалося вловити слабкий радіошум, що надходить з усього. Тоді вони ще не знали, що інший колектив вчених самостійно дійшов ідеї існування такого випромінювання і навіть почав будувати детектор для його пошуку. Це був колектив Дікке та Піблса.

Ще дивніше й те, що космічне мікрохвильове фонове, або, як його ще називають, реліктове, випромінювання було більш ніж за десять років до цього описано в рамках моделі виникнення Всесвіту внаслідок Великого вибуху Георгієм Гамовим та його колегами. Жодна, ні інша група вчених про це не знала.

Пензіас і Вільсон випадково дізналися про роботу вчених під керівництвом Дікке і вирішили зателефонувати, щоб обговорити це. Дікке уважно вислухав Пензіаса і зробив кілька зауважень. Поклавши слухавку, він обернувся до колег і сказав: «Хлопці, нас обскакали».

Майже через 15 років, після того, як безліч вимірів, зроблених на різних довжинах хвиль багатьма групами астрономів, підтвердили, що відкрите ними випромінювання справді реліктове відлуння Великого вибуху, що має температуру 2,712 К, Пензіас і Вільсон розділили Нобелівську премію за свій винахід. Хоча спочатку вони навіть не хотіли писати статтю про своє відкриття, тому що вважали його неспроможним і таким, що не вкладається в модель стаціонарного Всесвіту, якого вони дотримувалися!

Кажуть, Пензіас і Вільсон вважали б для себе достатньою згадку як п'яте і шосте ім'я в списку після Дікке, Піблса, Ролла і Вілкінсона. У такому разі Нобелівська премія, певне, пішла б Дікці. Але все сталося так, як сталося.

PS: Підписуйтесь на нашу розсилку . Раз на два тижні надсилатимемо 10 найцікавіших і найкорисніших матеріалів з блогу МІФ.

Кажуть, що час – найзагадковіша матерія. Людина, скільки не намагається зрозуміти її закони і навчитися керувати ними, щоразу потрапляє в халепу. Роблячи останній крок до розгадки великої таємниці, і вважаючи, що вона, практично, вже у нас в кишені, ми щоразу переконуємося, що вона так само невловима. Однак людина - істота допитлива і пошук відповідей на споконвічні питання для багатьох стає сенсом життя.

Однією з таких таємниць стало створення світу. Послідовники «теорії Великого вибуху», що логічно пояснює походження життя на Землі, стали ставити питання про те, що було до Великого вибуху, і чи було щось взагалі. Тема для досліджень є благодатною, а результати можуть зацікавити широку громадськість.

У всього на світі є минуле – Сонце, Землю, Всесвіт, але звідки взялося все це різноманіття і що було до нього?

Дати однозначну відповідь навряд чи можливо, але висунути гіпотези та пошукати їм докази цілком реально. У пошуках істини дослідники отримали не одну, а кілька відповідей на запитання «що було до Великого вибуху?». Найпопулярніший з них звучить дещо бентежно і досить сміливо - Нічого. Чи можливо, що все, що існує, сталося з нічого? Що Ніщо породило все існуюче?

Власне, це не можна назвати абсолютною порожнечею і там все одно відбуваються якісь процеси? Все було породжене нічим? Ніщо – повна відсутність як матерії, молекул і атомів, і навіть часу і простору. Багатий ґрунт для діяльності письменників-фантастів!

Думки вчених про епоху до Великого вибуху

Однак Ніщо не можна доторкнутися, до нього не застосовні звичайні закони, а отже, або домислювати і вибудовувати теорії, або спробувати створити умови, близькі до тих, в результаті яких стався Великий вибух, і переконатися у правильності своїх припущень. У спеціальних камерах, з яких було видалено частинки речовини, знизили температуру, наблизивши до умов космосу. Результати спостережень дали непрямі підтвердження науковим теоріям: вчені вивчали середовище, в якому теоретично міг виникнути Великий вибух, але назвати це середовище «Ніщо» виявилося не зовсім коректно. Міні-вибухи, що відбуваються, могли б призвести до більш масштабного вибуху, що породив Всесвіт.

Теорії всесвітів до Великого вибуху

Прихильники іншої теорії стверджують, що до Великого вибуху існували два інші Всесвіти, що розвивалися за власними законами. Якими саме вони були – відповісти складно, але згідно з теорією, що висувається, Великий вибух стався в результаті їх зіткнення і привів до повного знищення колишніх Всесвітів і, одночасно, до народження нашого, існуючого і нині.

Теорія «стиснення» говорить про те, що Всесвіт існує, і існував завжди, змінюються лише умови його розвитку, які призводять до зникнення життя в одному регіоні та виникнення в іншому. Життя зникає внаслідок «сплескування» і виникає після вибуху. Як би це парадоксально не звучало. Така гіпотеза має велика кількістьприхильників.

Є ще одне припущення: в результаті Великого вибуху з небуття виник новий Всесвіт і роздувся, немов мильна бульбашка, до гігантських розмірів. У цей час від неї відгалужувалися «бульбашки», які згодом, стали іншими Галактиками та Всесвітами.

Теорія «природного відбору» передбачає, що мова йдепро «природний космічний відбір», на зразок того, про який говорив Дарвін, тільки в більш великих розмірах. У нашого Всесвіту був свій предок, у нього, у свою чергу, також був свій предок. Відповідно до цієї теорії, наш Всесвіт породила Чорна діра. і становлять великий інтерес для вчених. За цією теорією для того, щоб з'явився новий Всесвіт, необхідні механізми «розмноження». Таким механізмом і стає Чорна діра.

А можливо, мають рацію ті, хто вважає, що в міру зростання і розвитку наш Всесвіт розширюється, йдучи назустріч Великому вибуху, який стане початком для нового Всесвіту. Отже, колись давно, невідомий і, на жаль, зниклий Всесвіт став прародителькою нашого нового всесвіту. Циклічність цієї системи виглядає логічно і прихильників цієї теорії чимало.

Наскільки наблизилися до істини послідовники тієї чи іншої гіпотези – сказати складно. Кожен вибирає те, що ближче за духом та розумінням. Релігійний світ дає на всі запитання свої відповіді та вкладає картину створення світу у божественні рамки. Атеїсти шукають відповіді, прагнучи докопатися до суті і помацати своїми руками цю саму суть. Можна здивуватися, чим викликана така завзятість у пошуках відповіді на питання про те, що було до Великого вибуху, адже практичну користь з цього знання отримати досить проблематично: людина не стане володарем Всесвіту, за його словом і бажанням не засвітяться нові зірки і не згаснуть існуючі . Але так цікаво те, що не вивчено! Людство б'ється над розгадками таємниць, і хто знає, можливо, рано чи пізно, вони дадуться людині в руки. Ось тільки, як він скористається цими таємними знаннями?

Ілюстрації: КЛАУС БАХМАНН, журнал "GEO"

(26 votes, average: 4,85 out of 5)

Курсова робота з предмету "Теоретичні основи прогресивних технологій"

Виконала: Білозерська Лариса Мирзоджонівна, Курс I

Московський державний відкритий університет, філія

Космологія - це фізичне вчення про Всесвіт, що включає теорію всього охопленого астрономічними спостереженнями світу як частини Всесвіту.

Найбільшим досягненням сучасної космології стала модель Всесвіту, що розширюється, названа теорією Великого вибуху.

Відповідно до цієї теорії, все спостережуване простір розширюється. Але що було на самому початку? Вся речовина в Космосі в якийсь початковий момент була стиснута буквально в ніщо - спресована в одну-єдину точку. Воно мало фантастично величезну щільність - її практично неможливо собі уявити, вона виражається числом, в якому після одиниці стоять 96 нулів, - і так само неймовірно високу температуру. Астрономи назвали такий стан сингулярністю.

В силу якихось причин ця дивовижна рівновага була раптово зруйнована дією гравітаційних сил - важко навіть уявити, якими вони мали бути при нескінченно величезній щільності "первісності"!

Цього моменту вчені назвали "Великий вибух". Всесвіт почав розширюватися і остигати.

Слід зазначити, що питання, яким було народження Всесвіту - " гарячим " чи " холодним " , - не відразу було вирішено однозначно і займав уми астрономів довгий час. Інтерес до проблеми був далеко не пустим - адже від фізичного стану речовини в початковий момент залежить, наприклад, вік Всесвіту. Крім того, за високих температур можуть протікати термоядерні реакції. Отже, хімічний склад"Гарячого" Всесвіту повинен відрізнятися від складу "холодного". А від цього у свою чергу залежать розміри та темпи розвитку небесних тіл.

Протягом кількох десятиліть обидві версії - "гарячого" та "холодного" народження Всесвіту - існували в космології на рівних, маючи і прихильників, і критиків. Справа залишалася "за малим" - слід підтвердити їх спостереженнями.

Сучасна астрономія на питання про те, чи існують докази гіпотези гарячого Всесвіту та Великого вибуху, може дати ствердну відповідь. У 1965 р. було зроблено відкриття, яке, як вважають вчені, прямо підтверджує те, що в минулому речовина Всесвіту була дуже щільною та гарячою. Виявилося, що в космічному просторі зустрічаються електромагнітні хвилі, які народилися в далеку епоху, коли не було ще ні зірок, ні галактик, ні нашої Сонячної системи.

Можливість існування такого випромінювання було передбачено астрономами набагато раніше. У 1940гг. американський фізик Джордж Гамов (1904-1968) зайнявся проблемами виникнення Всесвіту та походження хімічних елементів. Розрахунки, виконані Гамовим та її учнями, дозволили уявити, що у Всесвіті у перші секунди його існування була дуже висока температура. Нагріта речовина "світилося" - випромінювало електромагнітні хвилі. Гамов припустив, що вони мають спостерігатися й у сучасну епоху як слабких радіохвиль, і навіть передбачив температуру цього випромінювання - приблизно 5-6 До.

У 1965 р. американські вчені радіоінженери Арно Пензіас і Роберт Вілсон зареєстрували космічне випромінювання, яке не можна було приписати жодному відомому тоді космічному джерелу. Астрономи дійшли висновку, що це випромінювання, що має температуру близько 3 К, - релікт (від латів. "Залишок", звідси і назва випромінювання - "реліктове") тих далеких часів, коли Всесвіт був фантастично гарячий. Тепер астрономи змогли зробити вибір на користь "гарячого" народження Всесвіту. А. Пензіас та Р. Вільсон, отримали в 1978 р. Нобелівську Премію за відкриття космічного мікрохвильового фону (така офіційна назва реліктового випромінювання) на хвилі 7,35 см.

Великим вибухом називається явище виникнення Всесвіту. В рамках цієї концепції вважається, що початковим станом Всесвіту була точка, звана точкою сингулярності, в якій були зосереджені вся речовина та енергія. Вона характеризувалася нескінченно великою щільністю матерії. Конкретні властивості точки сингулярності невідомі, як невідомо і те, що передувало стану сингулярності.

Приблизна хронологія подій, що відбулися з нульового моменту часу - початку розширення, представлена ​​нижче:

Час від початку вибуху	Температура (градуси Кельвіна)	Подія	Наслідки
0 - 5 * 10-44 секунди	1,3*1032	Жодних достовірних відомостей немає
5*10-44 - 10-36 секунд	1,3*1032 – 1028	Початок дії відомих фізичних законів, ера інфляційного розширення	Розширення Всесвіту триває і досі
10-36 – 10-4 секунди	1028 – 1012	Епоха проміжних бозонів, а потім – адронна ера, існування вільних кварків
10-4 - 10-3 секунд	1012 – 1010	Виникнення частинок та античастинок із вільних кварків, а також їх анігіляція, виникнення прозорості речовини для нейтрино	Виникнення баріонної асиметрії, поява нейтринного реліктового випромінювання
10-3 - 10-120 секунд	1010 – 109	Перебіг ядерних реакцій синтезу ядер гелію та деяких інших легких хімічних елементів	Встановлення первинного співвідношення хімічних елементів
Між 300 тисячами – 1 мільйоном років	3000 – 4500	Завершення ери рекомбінації	Поява Реліктового випромінювання та нейтрального газу
1 мільйон - 1 мільярд років	4500 – 10	Розвиток гравітаційних неоднорідностей газу	Освіта зірок та галактик

Щодо умов і подій, що відбувалися до моменту 5·10-44 секунди - закінчення першого кванта часу - жодних достовірних відомостей немає. Про фізичні параметри тієї епохи можна сказати, що тоді температура була 1,3·1032 До, а щільність матерії близько 1096 кг/м3. Наведені значення є граничними застосування існуючих теорій. Вони випливають із співвідношень швидкості світла, гравітаційної постійної, постійних Планка та Больцмана та називаються “планківськими”.

Події періоду з 5·10-44 по 10-36 секунди відображає модель “інфляційного Всесвіту”, опис якої важко і не може бути дано в рамках цього викладу. Однак слід зазначити, що згідно з цією моделлю розширення Всесвіту відбувалося без зменшення об'ємної концентрації енергії і при негативному тиску первинної суміші речовини та енергії, тобто, як би, відштовхуванні матеріальних об'єктів один від одного, що викликало розширення Всесвіту, що триває й досі.

Для розуміння процесів, що протікали в період 10-36-10-4 секунд від початку вибуху, потрібне глибоке знання фізики елементарних частинок. У цей період електромагнітне випромінювання та елементарні частинки - різні види мезонів, гіперони, протони та антипротони, нейтрони та антинейтрони, нейтрино та антинейтрино тощо. існували у рівновазі, тобто. їх об'ємні концентрації дорівнювали. Дуже важливу рольтим часом грали спочатку поля сильних, та був слабких взаємодій.

У період 10-4 - 10-3 секунди відбувалося формування всієї множини елементарних частинок, які, перетворюючись одні на інші, і становлять нині весь Всесвіт. Відбулася анігіляція переважної більшості елементарних частинок та античастинок, що існували раніше. Саме в цей період з'явилася баріонна асиметрія, яка виявилася наслідком дуже малого, лише на одну мільярдну частку перевищення кількості баріонів над антибаріонами. Воно виникло, зважаючи на все, відразу після ери інфляційного розширення Всесвіту. При температурі 1011 градусів щільність Всесвіту вже знизилася до величини, характерної для атомних ядер. У цей період зменшення температури вдвічі відбувалося за тисячні частки секунди. У цей час народилося існуюче і нині реліктове нейтринне випромінювання. Однак, незважаючи на його значну щільність, що становить не менше ніж 400 штук/см3, і можливість отримати з його допомогою найважливішу інформацію про той період формування Всесвіту, його реєстрація поки що не реалізується.

У період з 10-3 до 10-120 секунд в результаті термоядерних реакцій утворилися ядра гелію і дуже мала кількість ядер деяких інших легких хімічних елементів, а значна частина протонів - ядер водню - об'єднанню в атомні ядра не зазнала. Усі вони залишилися зануреними у “океан” вільних електронів та фотонів електромагнітного випромінювання. З цього моменту в первинному газі встановилося співвідношення: 75-78% водню та 25-22% гелію - за масами цих газів.

У період між 300 тисячами і 1 мільйоном років температура Всесвіту знизилася до 3000 - 45000 К і настала ера рекомбінації. Вільні колись електрони об'єдналися з легкими атомними ядрами та протонами. Утворилися атоми водню, гелію та кілька атомів літію. Речовина стала прозорою і реліктове випромінювання, що спостерігається досі, "відокремилося" від нього. Всі спостережувані нині особливості реліктового випромінювання, наприклад, флуктуації температури його потоків, що приходять від різних ділянок на небесній сфері або їх поляризація, відображають картину властивостей і розподілу речовини в той час.

Протягом наступного – першого мільярда років існування Всесвіту її температура знизилася від 3000 – 45000 К до 300 К. У зв'язку з тим, що до цього періоду часу у Всесвіті ще не утворилося джерел електромагнітного випромінювання – зірок, квазарів тощо, а реліктове випромінювання вже охололо, цю епоху називають “Темним віком” Всесвіту.

« Для мене життя надто коротке, щоб турбуватися про речі мені непідвладні і, може, навіть нездійсненні. Ось питають: «А раптом Землю поглине чорна діра, чи виникне спотворення простору-часу – це ж привід для хвилювання?» Моя відповідь: "ні", - тому що ми про це дізнаємося, тільки коли воно досягне нашого ... нашого місця в просторі-часі. Ми отримуємо поштовхи, коли природа вирішує, що настав час: швидкість звуку, швидкість світла, швидкість електричних імпульсів - ми завжди будемо жертвами тимчасової затримки між навколишньою інформацією і нашою здатністю її отримати»

Ніл Деграсс Тайсон

Час – дивовижна штука. Воно дарує нам минуле, сьогодення та майбутнє. Через час у всього, що оточує нас, є вік. Наприклад, вік Землі становить приблизно 4,5 мільярда років. Приблизно стільки ж років тому спалахнула і найближча до нас зірка – Сонце. Якщо ця цифра здається вам дивовижною, не варто забувати, що задовго до утворення нашої рідної Сонячної системи з'явилася галактика, в якій ми живемо - Чумацький шлях. За останніми оцінками вчених, вік Чумацького шляху становить 13,6 мільярда років. Але ж ми точно знаємо, що галактики теж мають минуле, а космос просто величезний, тому потрібно дивитися ще далі. І цей роздум неминуче приводить нас до моменту, коли все почалося – Великому Вибуху.

Ейнштейн та Всесвіт

Сприйняття навколишнього світу людьми завжди було неоднозначним. Хтось досі не вірить у існування величезного Всесвіту навколо нас, хтось вважає Землю плоскою. До наукового прориву в 20 столітті існувала лише пара версій походження світу. Прихильники релігійних поглядів вірили у божественне втручання та творення вищого розуму, незгодних іноді спалювали. Була й інша сторона, яка вірила, що навколишній світ, як і Всесвіт, нескінченний.

Для багатьох людей усе змінилося тоді, коли 1917 року з доповіддю виступив Альберт Ейнштейн, представивши широкому загалу працю свого життя – Загальну теорію відносності. Геній 20 століття пов'язав простір-час з матерією космосу за допомогою виведених ним рівнянь. В результаті цього виходило, що Всесвіт кінцевий, незмінний у розмірах і має форму правильного циліндра.

На зорі технічного прориву спростувати слова Ейнштейна було ніхто, оскільки його теорія була надто складна навіть найбільших умів початку 20 століття. Оскільки інших варіантів не було, модель циліндричного стаціонарного Всесвіту була прийнята науковою спільнотою як загальноприйнята модель нашого світу. Втім, прожити вона змогла лише кілька років. Після того, як фізики змогли одужати від наукових праць Ейнштейна і почали розбирати їх по поличках, паралельно з цим почали вноситись корективи до теорії відносності та конкретних розрахунків німецького вченого.

У 1922 році в журналі «Известия фізики» раптово виходить стаття російського математика Олександра Фрідмана, в якій той заявляє, що Ейнштейн помилився і наш Всесвіт не стаціонарний. Фрідман пояснює, що твердження німецького вченого щодо незмінності радіусу кривизни простору – помилки, насправді радіус змінюється щодо часу. Відповідно, Всесвіт має розширюватися.

Більше того, тут же Фрідман навів свої припущення щодо того, як саме може розширюватися Всесвіт. Усього моделі було три: пульсуючий Всесвіт (припущення того, що Всесвіт розширюється і стискується з деякою періодичністю в часі); Всесвіт, що розширюється, з маси і третя модель - розширення з точки. Оскільки в ті часи інших моделей не існувало, за винятком божественного втручання, то фізики швидко взяли до уваги всі три моделі Фрідмана і почали розробляти їх у своєму напрямку.

Робота російського математика трохи вразила Ейнштейна, і в тому ж році він публікує статтю, в якій висловлює свої зауваження щодо праць Фрідмана. У ньому німецький фізик намагається довести вірність своїх розрахунків. Вийшло це досить непереконливо, і коли біль від удару по самооцінці трохи спав, Ейнштейн випустив ще одну замітку в журналі «Известия фізики», у якій сказав:

« У попередній замітці я розкритикував названу вище роботу. Однак моя критика, як я переконався з листа Фрідмана, повідомленого мені Крутковим, ґрунтувалася на помилці в обчисленнях. Я вважаю результати Фрідмана правильними і такими, що проливають нове світло».

Вченим довелося визнати, що всі три моделі Фрідмана появи та існування нашого Всесвіту є абсолютно логічними і мають право на життя. Усі три пояснюються зрозумілими математичними розрахунками і залишають питань. Крім одного: з чого Всесвіту починати розширюватися?

Теорія, яка змінила світ

Заяви Ейнштейна та Фрідмана призвели до того, що вчене співтовариство всерйоз задалося питанням походження Всесвіту. Завдяки загальній теорії відносності з'явився шанс пролити світло на наше минуле, і фізики не забули про це скористатися. Одним із вчених, які спробували представити модель нашого світу, став астрофізик Жорж Леметр із Бельгії. Примітним є той факт, що Леметр був католицьким священиком, але при цьому займався математикою та фізикою, що для нашого часу справжній нонсенс.

Жорж Леметр зацікавився рівняннями Ейнштейна, і з їхньою допомогою зміг вирахувати, що наш Всесвіт з'явився в результаті розпаду якоїсь суперчастинки, яка знаходилася поза простором і часом до початку поділу, який можна фактично вважати вибухом. При цьому фізики зазначають, що Леметр першим пролив світло на народження Всесвіту.

Теорія суператома, що вибухнув, влаштувала не тільки вчених, але також і духовенство, яке було дуже незадоволене сучасними науковими відкриттями, під які доводилося придумати нові тлумачення Біблії. Великий вибух не вступав у суттєві протиріччя з релігією, можливо, на це вплинуло виховання самого Леметра, який присвятив своє життя не тільки науці, а й служінню Богу.

22 листопада 1951 року Папа Римський Пій XII зробив заяву, що Теорія великого вибуху не конфліктує з Біблією та католицькими догмами про виникнення світу. Православні священнослужителі також заявили, що ставляться до цієї теорії позитивно. Цю теорію щодо нейтрально сприйняли і прихильники інших релігій, деякі з них навіть сказали, що у їхніх священних писаннях є згадки про Великий Вибух.

Втім, незважаючи на те, що Теорія Великого Вибуху на даний момент є загальноприйнятою космологічною моделлю, вона завела багатьох вчених у безвихідь. З одного боку, вибух суперчастки відмінно вписувався в логіку сучасної фізики, але з іншого внаслідок такого вибуху могли утворитися переважно лише важкі метали, зокрема залізо. Але, як виявилося, Всесвіт складається в основному із надлегких газів – водню та гелію. Щось не сходилося, тож фізики продовжили роботу над теорією походження світу.

Спочатку терміну «Великий вибух» не існувало. Леметр та інші фізики пропонували лише нудну назву «динамічна модель, що еволюціонує», що викликало позіхання у студентів. Лише 1949 року на одній зі своїх лекцій британський астроном і космолог Фрейд Хойл сказав:

«Ця теорія заснована на припущенні, що Всесвіт виник у процесі єдиного потужного вибуху і тому існує лише кінцевий час… Ця ідея Великого вибуху здається мені зовсім незадовільною».

З того часу цей термін став широко використовуватися в наукових колах та представленні широкому загалу про влаштування Всесвіту.

Звідки з'явилися водень та гелій

Наявність легких елементів поставило фізиків у глухий кут, і багато прихильників Теорії Великого Вибуху поставили за мету знайти їх джерело. Протягом багатьох років їм не вдавалося досягти особливих успіхів, поки в 1948 геніальний вчений Георгій Гамов з Ленінграда нарешті не зміг встановити це джерело. Гамов був одним із учнів Фрідмана, тому із задоволенням взявся за розробку теорії свого викладача.

Гамов постарався уявити життя Всесвіту у зворотному напрямі, і відмотав час до того моменту, коли він тільки почав розширюватися. На той час, як відомо, людство вже відкрило принципи термоядерного синтезу, тому теорія Фрідмана-Леметра набула права життя. Коли Всесвіт був зовсім маленьким, він був дуже гарячим, згідно із законами фізики.

На думку Гамова, всього через секунду після Великого вибуху, простір нового Всесвіту заповнили елементарні частинки, які почали взаємодіяти один з одним. В результаті почався термоядерний синтез гелію, який зміг розрахувати для Гамова математик з Одеси Ральф Ашер Альфер. Згідно з підрахунками Альфера, вже через п'ять хвилин після Великого вибуху Всесвіт був заповнений гелієм на стільки, що навіть переконаним противникам Теорії Великого Вибуху доведеться змиритися і прийняти цю модель як основну в космології. Своїми дослідженнями Гамов не лише відкрив нові шляхи вивчення Всесвіту, але також воскресив теорію Леметра.

Незважаючи на стереотипи про вчених, їм не можна відмовити у романтизмі. Свої дослідження щодо теорії Супергарячого Всесвіту на момент Великого вибуху Гамов опублікував у 1948 році у роботі «Походження хімічних елементів». Як колег-помічників він вказав не лише Ральфа Ашера Альфера, а й Ганса Бете – американського астрофізика та майбутнього лауреата Нобелівської премії. На обкладинці книги вийшло Альфер, Бете, Гамов. Нічого не нагадує?

Втім, незважаючи на те, що праці Леметра отримали друге життя, фізики досі не могли відповісти на хвилююче питання: а що було до Великого Вибуху?

Спроби воскресити стаціонарний Всесвіт Ейнштейна

Не всі вчені погоджувалися з теорією Фрідмана-Леметра, але, незважаючи на це, їм доводилося викладати в університетах загальноприйняту космологічну модель. Наприклад астроном Фред Хойл, який сам і запропонував термін «Великий Вибух», насправді вважав, що жодного вибуху не було, і присвятив своє життя спробам це довести.
Хойл став одним із тих учених, які в наш час пропонують альтернативні погляди на сучасний світ. Більшість фізиків досить прохолодно ставляться до заяв подібних людей, але це їх не бентежить.

Щоб осоромити Гамова та його обґрунтування Теорії Великого Вибуху, Хойл разом із однодумцями вирішили розробити свою модель походження Всесвіту. За її основу вони взяли пропозиції Ейнштейна про те, що Всесвіт стаціонарний, і внесли деякі корективи, які пропонують альтернативні причини розширення Всесвіту.

Якщо прихильники теорії Леметра-Фрідмана вважали, що Всесвіт виник з однієї єдиної надщільної точки з нескінченно малим радіусом, то Хойл припустив, що матерія утворюється постійно з точок, що знаходяться між галактиками, що віддаляються один від одного. У першому випадку, з однієї частки утворився весь Всесвіт, з його нескінченним числом зірок та галактик. В іншому випадку одна точка дає речовини стільки, скільки достатньо для виробництва всього однієї галактики.

Неспроможність теорії Хойла в тому, що він так і не зміг пояснити, звідки береться та сама речовина, яка продовжує створювати галактики, в яких знаходяться сотні мільярдів зірок. Фактично Фред Хойл пропонував усім повірити, що структура Всесвіту виникає з нізвідки. Незважаючи на те, що багато фізиків намагалися знайти рішення теорії Хойла, нікому так і не вдалося цього зробити, і через кілька десятиліть ця пропозиція втратила свою актуальність.

Запитання без відповідей

Насправді Теорія Великого Вибуху також дає нам відповіді багато запитань. Наприклад, в умі звичайної людини не може вкластися той факт, що вся навколишня матерія колись була стиснута в одну точку сингулярності, яка за своїми розмірами набагато менше атома. І як так вийшло, що ця суперчастка нагрілася настільки, що запустилася реакція вибуху.

До середини 20 століття теорія Всесвіту, що розширюється, так і не була підтверджена експериментально, тому не мала широкого поширення в навчальних закладах. Все змінилося 1964 року, коли двоє американських астрофізиків – Арно Пензіас та Роберт Вільсон – не вирішили зайнятися дослідженням радіосигналів зоряного неба.

Скануючи випромінювання небесних тіл, а саме Кассіопеї А (одне з найпотужніших джерел радіовипромінювання на зоряному небі), вчені помітили якийсь сторонній шум, який постійно заважав зафіксувати точні дані щодо випромінювання. Куди б вони не направили свою антену, в який час доби вони не починали свої дослідження – цей характерний і постійний шум завжди переслідував їх. Розлютившись до певної міри, Пензіас і Вільсон вирішили вивчити джерело цього шуму і несподівано зробили відкриття, яке змінило світ. Вони відкрили реліктове випромінювання, яке є відлунням того самого Великого Вибуху.

Наш Всесвіт остигає набагато повільніше, ніж чашка гарячого чаю, і реліктове випромінювання свідчить про те, що колись навколишня матерія була дуже гаряча, і тепер охолоджується в міру розширення Всесвіту. Таким чином, всі теорії, пов'язані з холодним Всесвітом, залишилися за бортом, і на озброєння була остаточно прийнята Теорія Великого Вибуху.

У своїх працях Георгій Гамов припускав, що в космосі вдасться виявити фотони, які існують з моменту Великого Вибуху, потрібне лише досконаліше технічне оснащення. Реліктове випромінювання підтверджувало всі його припущення щодо існування Всесвіту. Також з його допомогою вдалося встановити, що вік нашого Всесвіту становить приблизно 14 мільярдів років.

Як і завжди, за практичного доказу будь-якої теорії, відразу виникає безліч альтернативних думок. Деякі фізики з глузуванням сприйняли відкриття реліктового випромінювання як свідчення Великого Вибуху. Незважаючи на те, що Пензіас та Вільсон стали лауреатами Нобелівської премії за своє історичне відкриття, з'явилося багато незгодних з їхніми дослідженнями.

Основними аргументами на користь неспроможності розширення Всесвіту стали розбіжності та логічні помилки. Наприклад, вибух рівноприскорив усі галактики в космосі, проте замість того, щоб віддалятися від нас, галактика Андромеди повільно, але вірно наближається до Чумацького Шляху. Вчені припускають, що ці дві галактики зіштовхнуться між собою лише через якихось 4 мільярди років. На жаль, людство поки що надто молоде, щоб відповісти на це та інші питання.

Теорія рівноваги

У наш час фізики пропонують різні моделі існування Всесвіту. Багато хто з них не витримує навіть простої критики, інші ж отримують право на життя.

Наприкінці 20 століття астрофізик з Америки Едвард Трайон разом зі своїм колегою з Австралії Уорреном Керрі запропонували принципово нову модель Всесвіту, при цьому зробили це незалежно один від одного. В основу своїх досліджень вчені поклали припущення, що у Всесвіті все врівноважено. Маса знищує енергію, і навпаки. Такий принцип стали називати принципом Нульового Всесвіту. В рамках цього Всесвіту нова речовина виникає в точках сингулярності між галактиками, де тяжіння та відштовхування матерії врівноважене.

Теорію Нульового Всесвіту не рознесли в пух і прах тому, що через деякий час вчені змогли відкрити існування темної матерії - загадкової субстанції, з якої майже на 27% складається наш Всесвіт. Ще 68,3% Всесвіту становить більш таємнича та загадкова темна енергія.

Саме завдяки гравітаційним ефектам темної енергії приписують прискорення розширення Всесвіту. До речі, наявність темної енергії в космосі передбачив ще сам Ейнштейн, який бачив, що в його рівняннях щось не сходиться, Всесвіт не вдавалося зробити стаціонарним. Тому він увів у рівняння космологічну постійну – Лямбда-член, за що потім неодноразово звинувачував себе і ненавидів.

Так виходило, що порожній теоретично простір у Всесвіті все ж таки заповнений якимось особливим полем, яке і приводить у дію модель Ейнштейна. У тверезому розумі та за логікою тих часів існування такого поля було просто неможливим, але насправді німецький фізик просто не знав, як описати темну енергію.

***
Можливо, ми ніколи не дізнаємося, як і з чого виник наш Всесвіт. Ще складніше встановити, що було до її існування. Люди схильні боятися того, що не можуть пояснити, тому не виключено, що до кінця часів людство віритиме в тому числі і в божественне вплив на створення навколишнього світу.