Астрофізики NASA зробили важливе наукове відкриття – вони експериментально підтвердили інфляційну теорію еволюції Всесвіту.

Вчені переконані, що вони "доторкнулися" до подій приблизно 14 000 000 000-річної давності. У продовженні трирічних безперервних спостережень космічного фону в мікрохвильовому діапазоні вони змогли "зловити" світло, що залишилося (реліктове) від перших миттєвостей життя Всесвіту. Дані відкриття були здійснені за допомогою апарату WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe).

Астрофізики вивчають Всесвіт на той момент його існування, коли його вік був близько однієї трильйонної частки секунди, тобто практично відразу після Великого Вибуху. Саме в цей момент у крихітному Всесвіті з'явилися зачатки майбутніх сотень мільйонів галактик, з яких надалі за сотні мільйонів років сформувалися зірки та планети.

Провідний постулат інфляційної теорії такий: після Великого вибуху (Big Bang), що дав початок нашому Всесвіту, вона за неймовірно короткий відрізок часу - трильйонну частку секунди - перетворилася з мікроскопічного об'єкта на щось колосальне, що багаторазово перевищує всю спостерігається частину космосу, тобто претерпляє.

"Отримані результати свідчать на користь інфляції", - заявив Чарлз Беннетт (Університет Джонса Гопкінса), який повідомив про відкриття. "Вражаюче, що ми взагалі можемо хоч щось сказати про те, що трапилося в першу трильйонну частку секунди існування Всесвіту", - сказав він.

Зважаючи на все, в перші трильйонні частки секунди після Вибуху швидкість розширення Всесвіту була вищою, ніж швидкість світла і той час, який пройшов з моменту розширення Всесвіту з розмірів декількох атомів, до стійкої сферичної форми вимірюється дуже малими величинами. Вперше ця гіпотеза була висунута ще у 80-х роках.

"Як нам дізнатися, що було у Всесвіті в моменти його створення? Космічний мікрохвильовий фон - це справжня скарбниця відомостей про минуле нашого Всесвіту. Світлове випромінювання, що дійшло до нас, абсолютно точно вказує на факти розвитку Всесвіту", - каже доктор Гері Хіншоу, працівник космічного центру НАСА імені Ґоддарда.

Сама інфляційна теорія існує у кількох варіантах, розповідає NewsInfo астроном Микола Миколайович Чугай (Інститут Астрономії РАН).

"Повної теорії цього не існує, але є тільки деякі припущення про те, як це відбувалося. Але є одне "пророцтво", яке випливає з того, що квантові флуктуації (від лат. fluctuatio - коливання; випадкові відхилення фізичних величин від їх середніх значень на мікроскопічних масштабах) передбачають певний спектр обурень, тобто розподіл амплітуди цих обурень залежно від довжини масштабу, на якому це обурення розвивається. для дрібномасштабних інша – ви кажете, що спектр цих обурень не плоский”, – пояснює Микола Чугай.

Приблизно до 1970-х років 20 століття існувала стандартна картина Великого вибуху, відповідно до якої наш Всесвіт виник з дуже щільного гарячого стану. Відбувся термоядерний синтез гелію – це одне із підтверджень моделі гарячого Всесвіту. У 1964 році було виявлено реліктове (залишкове) випромінювання, за яке було отримано Нобелівську премію. Реліктове випромінювання йде до нас від далеких областей. У процесі розширення випромінювання, що заповнює великий Всесвіт, остигає.

"Ця властивість схожа на те, коли повітряна кулька лопається і стає холодною, - пояснює Микола Чугай. - Те саме відбувається, коли спрей з балона у вас виривається, і ви можете відчути, як балончик охолоджується".

"Виявлення цього випромінювання (воно зараз холодне - всього 3 градуси) було вирішальним доказом гарячої фази Всесвіту. Але ця модель не повна, - вважає астроном. - Вона не пояснює всього. А головне те, що вона не пояснює того факту, що Всесвіт однорідний на всіх масштабах. Куди б ми не подивилися – ми бачимо практично однакові галактики в одиницях об'єму. Усюди вона приблизно однаково влаштована. не взаємодіють і один про одного нічого не знають, умовно кажучи? І все ж Всесвіт влаштований в цих далеких точках однаково. були частиною цілого, в якому поширювалися обурення і ці збурення згладжувалися. Тобто колись всесвіт, який ми бачимо зараз на великих масштабах, був фізично єдиним – сигнали та обурення з цих далеких точок встигали проходити та розмазувати обурення, які там виникали”.

Сьогодні ми якраз і спостерігаємо цю однорідність у далеких точках Всесвіту в протилежних областях неба як абсолютно однакові за щільністю – реліктове випромінювання, яке ми спостерігаємо абсолютно однакової інтенсивності та яскравості. "Незалежно від того, куди ви дивитеся", - каже лікар Чугай.

"А це і означає те, що Всесвіт був абсолютно однорідним - ізотропним. Ця початкова інфляційна стадія дозволяє "приготувати" такий однорідний всесвіт. Інша перевага інфляційної фази не тільки в тому, що він приготував однорідний всесвіт, але також і в тому, що так звані квантові флуктуації (обурення щільності на мікроскопічних масштабах довжини) були пов'язані з квантовою природою нашого світу (на рівні елементарних частинок)", - сказав Микола Чугай.

Слухайте звуки імітації Великого вибуху.

У статті використані матеріали:

2.Ringside Seat to the Universe"s First Split Second 3.Російських ЗМІ

У науковому світі прийнято вважати, що Всесвіт стався внаслідок Великого вибуху. Будується ця теорія у тому, що енергія і матерія (основи всього сущого) раніше перебували у стані сингулярності. Воно, у свою чергу, характеризується нескінченністю температури, щільності та тиску. Стан сингулярності саме собою відкидає всі відомі сучасному світу закони фізики. Вчені вважають, що Всесвіт виник з мікроскопічної частинки, яка через невідомі поки що причини прийшла в далекому минулому в нестабільний стан і вибухнула.

Термін «Великий вибух» став застосовуватися з 1949 після публікації в науково-популярних виданнях робіт вченого Ф.Хойла. Сьогодні теорія «динамічної еволюціональної моделі» розроблена настільки добре, що фізики можуть описати процеси, що відбуваються у Всесвіті вже через 10 секунд після вибуху мікроскопічної частки, що започаткувала все суще.

Доказів теорії є кілька. Одним з головних є реліктове випромінювання, яке пронизує весь Всесвіт. Воно могло виникнути, на думку сучасних учених, лише внаслідок Великого вибуху завдяки взаємодії мікроскопічних частинок. Саме реліктове випромінювання дозволяє дізнатися про ті часи, коли Всесвіт був схожий на палаюче простір, а зірок, планет і самої галактики не було і близько. Другим доказом народження всього сущого з Великого вибуху вважається космологічне червоне усунення, що полягає у зменшенні частоти випромінювання. Це підтверджує видалення зірок, галактик від Чумацького шляху зокрема і один від одного загалом. Тобто свідчить про те, що Всесвіт розширювався раніше і продовжує це робити досі.

Коротка історія Всесвіту

• 10 -45 - 10 -37 сек- інфляційне розширення


• 10 -6 сек- виникнення кварків та електронів


• 10 -5 сек- утворення протонів та нейтронів


• 10 -4 сек - 3 хв- виникнення ядер дейтерію, гелію та літію


• 400 тис. років- утворення атомів


• 15 млн. років- продовження розширення газової хмари


• 1 млрд. років- зародження перших зірок та галактик


• 10 – 15 млрд. років- Поява планет і розумного життя


• 10 14 млрд. років- припинення процесу народження зірок


• 10 37 млрд. років- виснаження енергії всіх зірок


• 10 40 млрд. років- випаровування чорних дірок та народження елементарних частинок


• 10 100 млрд. років- завершення випаровування всіх чорних дірок

Теорія Великого вибуху стала справжнім проривом у науці. Вона дозволила вченим відповісти на безліч запитань щодо народження Всесвіту. Але водночас ця теорія породила нові загадки. Головна з них полягає у причині найбільшого вибуху. Друге питання, на яке немає відповіді у сучасної науки – як з'явився простір, час. На думку деяких дослідників, вони народилися разом із матерією, енергією. Тобто є результатом Великого вибуху. Але тоді виходить, що й у часу, простору має бути якийсь початок. Тобто, якась сутність, що постійно існує і не залежить від їх показників, цілком могла започаткувати процеси нестабільності в мікроскопічній частинці, що породила Всесвіт.

Чим більше досліджень проводиться у цьому напрямі, тим більше питань виникає у астрофізиків. Відповіді на них чекають на людство в майбутньому.

Великий вибух підтверджується безліччю фактів:

Із загальної теорії відносності Ейнштейна випливає, що всесвіт не може бути статичним; вона має або розширюватися, або стискатися.

Що далі галактика, то швидше вона віддаляється від нас (закон Хаббла). Це свідчить про розширення всесвіту. Розширення всесвіту означає, що у віддаленому минулому всесвіт був невеликий і компактний.

Модель Великого вибуху передбачає, що космічне мікрохвильове реліктове випромінювання має виявлятися у всіх напрямках, маючи спектр абсолютно чорного тіла та температуру близько 3°К. Ми спостерігаємо точний спектр абсолютно чорного тіла із температурою 2,73°К.

Реліктове випромінювання поступово до 0,00001. Невелика нерівномірність повинна існувати для пояснення нерівномірності розподілу матерії у сьогоднішньому всесвіті. Така нерівномірність спостерігається й у передбаченому розмірі.

За теорією Великого вибуху передбачається спостережувана кількість початкового водню, дейтерію, гелію та літію. Жодним іншим моделям цього не вдається.

За теорією Великого вибуху передбачається, що всесвіт з часом змінюється. Через кінцівку швидкості світла спостереження на далеких відстанях дозволяє нам поглянути у минуле. Серед інших змін ми бачимо, що, коли всесвіт був молодшим, квазари були більш звичайним явищем, а зірки були блакитнішими.

Існує принаймні 3 способи визначити вік Всесвіту.Я опишу нижче:
*Вік хімічних елементів.
*Вік найстаріших кульових скупчень.
*Вік найстаріших зірок білих карликів.
*Вік Всесвіту також може бути оцінений виходячи з космологічних моделей, заснованих на значенні Постійної Хаббла, а також щільностей матерії та темної енергії.

Експериментальні виміри узгоджуються з віком на основі моделі, що сприяє зміцненню нашої довіри моделі Великого вибуху.

На даний момент за допомогою супутника COBE складено карту фонового випромінювання з його хвилеподібними структурами та флуктуаціями амплітуди протягом кількох мільярдів світлових років від Землі. Всі ці хвилі є сильно збільшеними зображеннями тих дрібних структур, з яких розпочинався Великий Вибух. Розмір цих структур був навіть меншим від розміру субатомних частинок.
Цими ж проблемами займається і новий супутник MAP (Microwave Anisotropy Probe), який був відправлений у космос минулого року. Його завдання - збирати інформацію про мікрохвильове випромінювання, що залишилося від Великого Вибуху.

Світло, що йде до Землі від далеких зірок і галактик (незалежно від їхнього розташування щодо Сонячної системи), має характерне червоне зрушення (Barrow, 1994). Таке зрушення обумовлено доплерівським ефектом - збільшенням довжини світлових хвиль при швидкому видаленні джерела світла від спостерігача. Цікаво, що цей ефект відзначається у всіх напрямках, а отже, всі далекі об'єкти рухаються від Сонячної системи. Однак так відбувається аж ніяк не тому, що Земля – центр Всесвіту. Швидше, ситуацію можна описати за допомогою порівняння з повітряною кулькою, розфарбованою «в горошок». У міру надування кульки відстань між горошинами збільшується. Всесвіт розширюється, і це відбувається вже довгий час. Космологи вважають, що Всесвіт утворився протягом однієї хвилини 10-20 мільярдів років тому. Вона «вилетіла на всі боки» з однієї точки, де матерія перебувала у стані неймовірної концентрації. Цю подію називають Великим Вибухом.

Вирішальним доказом користь теорії Великого Вибуху стало існування фонової космічної радіації, так званого реліктового випромінювання. Ця радіація - залишкова ознака енергії, що виділилася на початку вибуху. Реліктове випромінювання було передбачено у 1948 році та експериментально зафіксовано у 1965-му. Воно є мікрохвильовим випромінюванням, яке можна визначити в будь-якій точці космосу, і створює фон для всіх інших радіохвиль. Випромінювання має температуру 2,7 градуси за Кельвіном (Taubes, 1997). Всюдисущість цієї залишкової енергії підтверджує не лише факт виникнення (а не вічного існування) Всесвіту, а й те, що її народження було вибухоподібним.

Якщо припустимо, що Великий Вибух стався 13500 мільйонів років тому (що підтверджується кількома фактами), перші галактики виникли з гігантських газових скупчень близько 12500 мільйонів тому (Calder, 1983). Зірки цих галактик були мікроскопічними скупченнями сильно стисненого газу. Сильне гравітаційний тиск у тому ядрах ініціювало реакції термоядерного синтезу, що перетворюють водень на гелій з побічним випромінюванням енергії (Davies, 1994). У міру старіння зірок атомна маса елементів усередині них зростала. Фактично, всі елементи важчі за водень є продуктами існування зірок. У розпеченій топці зоряного ядра утворювалися дедалі важчі елементи. Саме таким шляхом з'явилися залізо та елементи з меншою атомною масою. Коли ранні зірки витратили своє «паливо», то більше не могли протистояти силам гравітації. Зірки стиснулися, а потім вибухнули надновими. Під час вибуху наднових з'явилися елементи з атомною масою більше, ніж залізо. Неоднорідний внутрішньозоряний газ, що залишився після ранніх зірок, став будівельним матеріалом, з якого могли сформуватися нові сонячні системи. Скупчення цього газу та пилу частково формувалися внаслідок взаємного тяжіння частинок. Якщо маса газової хмари досягала певної критичної межі, гравітаційний тиск запускав процес ядерного синтезу і з залишків старої зірки народжувалася нова.

Докази моделі Великого вибуху виходять із безлічі даних, що спостерігаються, які відповідають моделі Великого вибуху. Жоден з цих доказів Великого вибуху як наукової теорії не є визначальним. Багато з цих фактів відповідають як Великому вибуху, так і деяким іншим космологічним моделям, але взяті всі разом ці спостереження показують, що модель Великого скликання є на сьогодні найкращою моделлю Всесвіту. Ці спостереження включають:

Чорноту нічного неба – Парадокс Олбера.
Закон Хаббла - Закон лінійної залежності відстань від величини червоного усунення. Цим даний сьогодні дуже точні.
Гомогенність - чіткі дані, що показують, що наше розташування у Всесвіті не унікальне.
Ізотропія простору - дуже чіткі дані, що показують, що небо виглядає однаково у всіх напрямках з точністю в 1 частину на 100,000.
Уповільнення часу на кривих яскравості наднових зірок.
Спостереження наведені вище відповідають як Великому вибуху так і стаціонарної моделі, але багато спостережень підтримують Великий вибух краще, ніж Стаціонарну модель:
Залежність числа джерел радіовипромінювання та квазарів від яскравості. Вона показує, що Всесвіт еволюціонував.
Існування чорнотільного реліктового випромінювання. Це показує, що Всесвіт розвинувсь із щільного, ізотермічного стану.
Зміна Tрелікт. із зміною величини червоного усунення. Це є прямим спостереженням еволюції Всесвіту.
Зміст Дейтерію, 3He, 4He, і 7Li. Зміст всіх цих легких ізотопів добре відповідає передбачуваним реакціям у перші три хвилини.
Нарешті, анізотропія кутової інтенсивності реліктового випромінювання, що становить одну частину на мільйон, відповідає моделі Великого вибуху з домінуючою темною матеією, яка пройшла через інфляційну стадію.

Точні вимірювання, проведені за допомогою супутника COBE, підтвердили, що реліктове випромінювання заповнює Всесвіт і має температуру 2,7 градусів Кельвіна. Це випромінювання реєструється з усіх напрямків і досить однорідно. Відповідно до теорії, Всесвіт розширюється і, отже, у минулому він мав бути більш щільним. А відтак і температура випромінювання на той час має бути вищою. Тепер це безперечний факт.

Хронологія:

* Планківський час: 10-43 секунди. Через цей проміжок. часу гравітацію можна як класичний фон у якому розвиваються частки і поля, підкоряючись у своїй законам квантової механіки. Область розміром близько 10-33 см у поперечнику гомогенна та ізотропна, Температура T=1032K.
* Інфляція. У хаотичній інфляційній моделі Лінді (Linde) інфляція починається в момент Планківського часу, хоча вона може початися, коли температура впаде до того кордону, коли раптово зруйнується симетрія Великої теорії об'єднання (GUT). Це відбувається при температурах від 1027 до 1028 К через 10-35 секунд після Великого вибуху.
* Інфляція закінчується. Час дорівнює 10-33 секунди, температура, як і раніше, 1027 - 1028K оскільки щільність енергії вакууму, яка розганяє інфляцію, перетворюється на тепло. Наприкінці інфляції швидкість розширення настільки велика, що видимий вік Всесвіту становить лише 10-35 секунди. Завдяки інфляції, гомогенна область від Планківського часу має діаметр щонайменше 100 див, тобто. зросла більш ніж 1035 разів із Планковського часу. Однак квантові флуктуації в ході інфляції створюють ділянки негомогенності з низькою амплітудою і випадковим розподілом, що мають однакову енергію у всіх діапазонах.
* Баріогенезис: невелика відмінність у швидкостях реакцій для матерії та антиматерії призводить до суміші, в якій міститься близько 100,000,001 протонів на кожні 100,000,000 антипротонів (і 100,000,000 фотонів).
* Всесвіт росте і охолоджується до моменту 0.0001 секунди після Великого вибуху і температури близько T=1013 K. Антипротони анігілюють з протонами, в результаті чого залишається тільки матерія, але з дуже великою кількістю фотонів на кожен протон, що вижив, і нейтрон.
* Всесвіт росте і охолоджується до моменту в 1 секунду після Великого вибуху, температура T=1010 K. Виморожуються слабкі взаємодії щодо протон/нейтрон близько 6. Гомогенна ділянка досягає до цього моменту розміру 1019.5 см.
* Всесвіт росте і охолоджується до 100 секунд після Великого вибуху. Температура 1 мільярд градусів, 109 K. Аннигилируют електрони та позитрони, утворюючи ще більше фотонів, тоді як протони та нейтрони з'єднуються, утворюючи ядра дейтерію (важкого водню). Більшість ядер дейтерію поєднується з утворенням ядер гелію. Зрештою є по масі близько 3/4 водню, 1/4 гелію; відношення дейтерій/протон дорівнює 30 частин на мільйон. На кожен протон чи нейтрон присутні близько 2 мільярдів фотонів.
* Через місяць після БВ слабшають процеси, які перетворюють поле випромінювання до спектру випромінювання абсолютно чорного тіла, тепер вони відстають від розширення Всесвіту, тому спектр реліктового випромінювання зберігає інформацію, що стосується цього часу.
* Щільність матерії порівнюється з щільністю випромінювання через 56,000 років після БВ. Температура 9000 K. Негомогенність темної матерії може почати стискатися.
* Об'єднуються протони та електрони, утворюючи нейтральний водень. Всесвіт стає прозорим. Температура T=3000 K, період 380,000 років після БВ. Звичайна матерія тепер може падати на хмари темної матерії. Реліктове випромінювання з цього часу вільно подорожує дотепер, тому анізотропія реліктового випромінювання дає картину Всесвіту на той час.
* Через 100-200 мільйонів років після БВ утворюються перші зірки, і своїм випромінюванням знову іонізують Всесвіт.
* Вибухають перші наднові, наповнюючи Всесвіт вуглецем, азотом, киснем, кремнієм, магнієм, залізом, і так далі, аж до Урану.
* Як зібрані разом хмари темної матерії, зірки та газ утворюються Галактики.
* Утворюються скупчення галактик.
* 4.6 мільярда років тому утворюється Сонце та Сонячна система.
* Сьогодні: Час 13.7 мільярдів років після Великого вибуху, температура T=2.725 K. Гомогенна ділянка сьогодні становить не менше 1029 см у поперечнику, що більше, ніж спостерігається частина Всесвіту.

Великий Вибух був! Ось що, наприклад, написав із цього приводу академік Я.Б. Зельдович 1983 р.: «Теорія «Великого Вибуху» зараз немає скільки-небудь помітних недоліків. Можна навіть сказати, що вона так само надійно встановлена ​​і вірна, як правильно те, що Земля обертається навколо Сонця. Обидві теорії займали центральне місце у картині світобудови свого часу, і обидві мали багато противників, які стверджували, що нові ідеї, закладені в них, абсурдні та суперечать здоровому глузду. Але подібні виступи не можуть перешкоджати успіху нових теорій».

Дані радіоастрономії свідчать, що в минулому далекі позагалактичні радіоджерела випромінювали більше, ніж зараз. Отже, ці радіоджерела еволюціонують. Коли ми зараз спостерігаємо потужне радіоджерело, ми не повинні забувати про те, що перед нами його далеке минуле (адже сьогодні радіотелескопи приймають хвилі, які випромінювали мільярди років тому). Той факт, що радіогалактики і квазари еволюціонують, причому час їх еволюції можна порівняти з часом існування Метагалактики, прийнято розглядати на користь теорії Великого Вибуху.

Важливе підтвердження «гарячого Всесвіту» випливає з порівняння спостережуваної поширеності хімічних елементів з тим співвідношенням між кількістю гелію та водню (близько 1/4 гелію та приблизно 3/4 водню), яке виникло під час первинного термоядерного синтезу.

Достаток легких елементів
Ранній Всесвіт був дуже гарячим. Навіть якщо протони і нейтрони при зіткненні об'єднувалися і формували важчі ядра, час їх існування було нікчемним, тому що вже при наступному зіткненні з ще однією важкою і швидкою частинкою ядро ​​знову розпадалося на елементарні компоненти. Виходить, що з моменту Великого вибуху мало пройти близько трьох хвилин, перш ніж Всесвіт остигнув настільки, щоб енергія зіткнень дещо пом'якшилася і елементарні частинки почали утворювати стійкі ядра. В історії раннього Всесвіту це ознаменувало відкриття вікна можливостей для утворення ядер легких елементів. Всі ядра, що утворювалися в перші три хвилини, неминуче розпадалися; надалі почали з'являтися стійкі ядра.

Однак це первинне утворення ядер (так званий нуклеосинтез) на ранній стадії розширення Всесвіту тривало дуже недовго. Незабаром після перших трьох хвилин частки розлетілися так далеко одна від одної, що зіткнення між ними стали вкрай рідкісними, і це ознаменувало закриття вікна синтезу ядер. У цей короткий період первинного нуклеосинтезу в результаті зіткнень протонів і нейтронів утворилися дейтерій (важкий ізотоп водню з одним протоном і одним нейтроном в ядрі), гелій-3 (два протони і нейтрон), гелій-4 (два протони і два нейтрони) у незначній кількості, літій-7 (три протони та чотири нейтрони). Дедалі важчі елементи утворюються пізніше — для формування зірок (див. Еволюція зірок).

Теорія Великого вибуху дозволяє визначити температуру раннього Всесвіту та частоту зіткнень частинок у ній. Як наслідок ми можемо розрахувати співвідношення числа різних ядер легких елементів на первинній стадії розвитку Всесвіту. Порівнявши ці прогнози з співвідношенням легких елементів, що реально спостерігається (з поправкою на їх освіту в зірках), ми виявляємо вражаючу відповідність між теорією і спостереженнями. На мою думку, це найкраще підтвердження гіпотези Великого вибуху.

Крім двох наведених вище доказів (мікрохвильовий фон та співвідношення легких елементів) нещодавні роботи (див. Інфляційна стадія розширення Всесвіту) показали, що сплав космології Великого вибуху та сучасної теорії елементарних частинок вирішує багато кардинальних питань устрою Всесвіту. Звичайно, проблеми залишаються: ми не можемо пояснити саму першопричину виникнення Всесвіту; не зрозуміло нам і те, чи діяли в останній момент її зародження нинішні фізичні закони. Але переконливих аргументів на користь теорії Великого вибуху на сьогоднішній день накопичено більш ніж достатньо.

Великий вибух відноситься до розряду теорій, які намагаються в повному обсязі простежити історію народження Всесвіту, визначити початкові, поточні та кінцеві процеси у його житті.

Чи було щось до того, як з'явився Всесвіт? Це наріжне, практично метафізичне питання задається вченими і до сьогодні. Виникнення та еволюція світобудови завжди були і залишаються предметом спекотних суперечок, неймовірних гіпотез та взаємовиключних теорій. Основними версіями походження всього, що нас оточує, церковним трактуванням передбачалося божественне втручання, а науковий світ підтримував гіпотезу Аристотеля про статичність світобудови. Останньої моделі дотримувався Ньютон, який захищав безмежність і сталість Всесвіту, і Кант, який розвинув цю теорію у своїх працях. 1929 року американський астроном і космолог Едвін Хаббл кардинально змінив погляди вчених на світ.

Він не тільки виявив наявність численних галактик, але й розширення Всесвіту - безперервне ізотропне збільшення розмірів космічного простору, що почалося в момент Великого вибуху.

Кому ми завдячуємо відкриттям Великого вибуху?

Роботи Альберта Ейнштейна над теорією відносності та його гравітаційні рівняння дозволили де Сіттеру створити космологічну модель Всесвіту. Подальші дослідження були прив'язані до цієї моделі. У 1923 р. Вейль припустив, що вміщена в космічному просторі речовина повинна розширюватися. Величезне значення у розробці цієї теорії має робота видатного математика та фізика А. А. Фрідмана. Ще 1922 р. він допустив розширення Всесвіту і зробив обґрунтовані висновки про те, що початок усієї матерії знаходилося в одній безмежно щільній точці, а розвиток усьому дав Великий вибух. У 1929 р. Хаббл опублікував свої статті, які пояснюють підпорядкування променевої швидкості відстані, згодом ця робота називалася «законом Хаббла».

Г. А. Гамов, спираючись на теорію Фрідмана про Великий вибух, розробив ідею про високу температуру вихідної речовини. Також він припустив наявність космічного випромінювання, яке не зникло з розширенням і остиганням світу. Вчений виконав попередні розрахунки можливої ​​температури залишкового випромінювання. Передбачуване їм значення знаходилося в діапазоні 1-10 К. До 1950 Гамов зробив більш точні підрахунки і оголосив результат в 3 К. У 1964 радіоастрономи з Америки, займаючись удосконаленням антени, шляхом виключення всіх можливих сигналів, визначили параметри космічного випромінювання. Його температура дорівнювала 3 К. Ці відомості стали найважливішим підтвердженням роботи Гамова та існування реліктового випромінювання. Наступні виміри космічного фону, проведені у відкритому космосі, остаточно довели вірність розрахунків вченого. Ознайомитись з картою реліктового випромінювання можна по .

Сучасні уявлення про теорію Великого вибуху: як це сталося?

Однією з моделей, що комплексно пояснюють появу та процеси розвитку відомого нам Всесвіту, стала теорія Великого вибуху. Згідно з широко прийнятою сьогодні версією, спочатку була присутня космологічна сингулярність - стан, що володіє нескінченною щільністю і температурою. Фізиками було розроблено теоретичне обґрунтування народження Всесвіту з точки, що мала надзвичайний ступінь щільності та температури. Після виникнення Великого вибуху простір і матерія Космосу розпочали безперервний процес розширення та стабільного охолодження. Згідно з останніми дослідженнями, початок світобудови було покладено не менше 13,7 млрд. років тому.

Відправні періоди у формуванні Всесвіту

Перший момент, відтворення якого допускається фізичними теоріями, - це Планківська епоха, формування якої стало можливим через 10-43 секунди після Великого вибуху. Температура матерії сягала 10*32 До, та її щільність дорівнювала 10*93 г/см3. У цей період гравітація набула самостійності, відокремившись від основних взаємодій. Неперервне розширення і зниження температури викликали фазовий перехід елементарних частинок.

Наступний період, що характеризується показовим розширенням Всесвіту, настав ще через 10-35 секунд. Його назвали "Космічною інфляцією". Відбулося стрибкоподібне розширення, що у багато разів перевищує звичайне. Цей період відповів питанням, чому температура у різних точках Всесвіту однакова? Після Великого вибуху речовина не відразу розлетілася Всесвітом, ще 10-35 секунд вона була досить компактною і в ній встановилася теплова рівновага, не порушена при інфляційному розширенні. Період дав базовий матеріал – кварк-глюонну плазму, що використовується для формування протонів та нейтронів. Цей процес здійснився після подальшого зменшення температури, він називається баріогенезисом. Зародження матерії супроводжувалося одночасним виникненням антиматерії. Дві антагоністичні речовини анігілювали, стаючи випромінюванням, але кількість звичайних частинок переважала, що й дозволило виникнути Всесвіту.

Черговий фазовий перехід, що відбувся після зменшення температури, призвів до виникнення відомих нам елементарних частинок. Настала за цим епоха «нуклеосинтезу» ознаменувалася об'єднанням протонів у легкі ізотопи. Перші утворені ядра мали стислий термін існування, вони розпадалися при неминучих зіткненнях коїться з іншими частинками. Найбільш стійкі елементи з'явилися вже по трьох хвилин, минулих після створення світу.

Наступною знаменною віхою стало домінування гравітації з інших наявними силами. Через 380 тис. років після Великого вибуху з'явився атом водню. Збільшення впливу гравітації послужило закінченням початкового періоду формування Всесвіту та дало старт процесу виникнення перших зіркових систем.

Навіть майже через 14 млрд. років у космосі все ще збереглося реліктове випромінювання. Його існування в комплексі з червоним усуненням наводиться як аргумент на підтвердження спроможності теорії Великого вибуху.

Космологічна сингулярність

Якщо, використовуючи загальну теорію відносності та факт безперервного розширення Всесвіту, повернуться на початок часу, то розміри світобудови дорівнюватимуть нулю. Початковий момент чи наука неспроможна досить точно описати, використовуючи фізичні знання. Рівняння, що застосовуються, не підходять для такого малого об'єкта. Необхідний симбіоз, здатний поєднати квантову механіку та загальну теорію відносності, але він, на жаль, поки що не створений.

Еволюція Всесвіту: що її очікує у майбутньому?

Вчені розглядають два можливі варіанти розвитку подій: розширення Всесвіту ніколи не закінчиться, або ж вона досягне критичної точки і почнеться зворотний процес – стиск. Цей основний вибір залежить від величини середньої густини речовини, що знаходиться в її складі. Якщо обчислене значення менше критичного, прогноз сприятливий, якщо більше, то світ повернеться до сингулярного стану. Вчені нині не знають точної величини описуваного параметра, тому питання майбутньому Всесвіту завис у повітрі.

Відношення релігії до теорії Великого вибуху

Основні віросповідання людства: католицизм, православ'я, мусульманство, по-своєму підтримують цю модель створення світу. Ліберальні представники цих релігійних конфесій погоджуються з теорією виникнення світобудови внаслідок якогось незрозумілого втручання, яке визначається як Великий вибух.

Знайоме всьому світу ім'я теорії - "Великий вибух" - мимоволі подарували противником версії про розширення Всесвіту Хойлом. Він вважав таку ідею «цілком незадовільною». Після публікації його тематичної лекцій цікавий термін відразу підхопила громадськість.

Причини, що спричинили Великий вибух, достовірно невідомі. За однією з численних версій, що належить А. Ю. Глушку, стиснута в крапку вихідна речовина була чорною гіпердірою, а причиною вибуху став контакт двох таких об'єктів, що складаються з частинок і античастинок. При анігіляції матерія частково вціліла і дала початок нашому Всесвіту.

Інженери Пензіас та Вілсон, які відкрили реліктове випромінювання Всесвіту, здобули Нобелівські премії з фізики.

Показники температури реліктового випромінювання спочатку було дуже високим. Через кілька мільйонів років цей параметр виявився в межах, які забезпечують зародження життя. Але до цього періоду встигла сформуватися лише невелика кількість планет.

Астрономічні спостереження та дослідження допомагають знайти відповіді на найважливіші для людства питання: «Як усе з'явилося, і що чекає на нас у майбутньому?». Всупереч тому, що не всі проблеми вирішені, і причина появи Всесвіту не має суворого і стрункого роз'яснення, теорія Великого вибуху набула достатньої кількості підтверджень, що роблять її основною і прийнятною моделлю виникнення світобудови.

Навіть сучасні вчені не можуть точно сказати, що було у Всесвіті до Великого вибуху. Існує кілька гіпотез, що відкривають завісу таємниці над одним із найскладніших питань світобудови.

Походження матеріального світу

До XX століття існувало лише дві прибічники релігійної точки зору вважали, що світ був створений богом. Вчені, навпаки, відмовлялися визнавати рукотворність Всесвіту. Фізики та астрономи були прихильниками ідеї про те, що космос існував завжди, світ був статичним і все залишиться таким самим, як мільярди років тому.

Проте науковий прогрес, що прискорився, на рубежі століть призвів до того, що у дослідників з'явилися можливості для вивчення позаземних просторів. Деякі з них першими спробували відповісти на питання, що було у Всесвіті до Великого вибуху.

Дослідження Хаббла

XX століття зруйнувало багато теорій минулих епох. На місці, що звільнилося, з'явилися нові гіпотези, що пояснили досі незрозумілі таємниці. Все почалося з того, що вчені встановили факт розширення Всесвіту. Зроблено це було Едвін Хаббл. Він виявив, що далекі галактики відрізняються за своїм світлом від тих космічних скупчень, які були ближче до Землі. Відкриття цієї закономірності лягло основою закону розширення Едвіна Хаббла.

Великий вибух і походження Всесвіту були вивчені, коли стало зрозуміло, що всі галактики «втікають» від спостерігача, якою б точкою він не був. Як це можна пояснити? Якщо галактики рухаються, значить, їх штовхає вперед якась енергія. Крім того, фізики вирахували, що всі світи колись перебували в одній точці. Через якийсь поштовх вони почали рухатися на всі боки з неймовірною швидкістю.

Це явище і отримало назву «Великий вибух». І походження Всесвіту було пояснено саме за допомогою теорії про цю давню подію. Коли воно сталося? Фізики визначили швидкість руху галактик і вивели формулу, за якою вони вирахували, коли стався початковий поштовх. Точних цифр ніхто назвати не візьметься, але приблизно це явище мало місце близько 15 мільярдів років тому.

Поява теорії Великого вибуху

Факт, що це галактики є джерелами світла, означає, що з Великому вибуху виділилося дуже багато енергії. Саме вона породила ту саму яскравість, яку світи втрачають під час свого віддалення від епіцентру того, що сталося. Теорія Великого вибуху вперше була доведена американськими астрономами Робертом Вільсоном та Арно Пензіасом. Вони виявили електромагнітне реліктове випромінювання, температура якого дорівнювала трьом градусам за кельвінівською шкалою (тобто -270 за Цельсієм). Ця знахідка підтвердила ідею про те, що спочатку Всесвіт був вкрай гарячим.

Теорія Великого вибуху відповіла багато питань, сформульовані в XIX столітті. Але тепер з'явилися нові. Наприклад, що було у Всесвіті до Великого вибуху? Чому вона така однорідна, тоді як при такому величезному викиді енергії речовина повинна розлетітися на всі боки нерівномірно? Відкриття Вільсона і Арно поставили під сумнів класичну геометрію Евклідову, оскільки було доведено, що простір має нульову кривизну.

Інфляційна теорія

Нові поставлені питання показували, що сучасна теорія виникнення світу є уривчастою і неповною. Однак довгий час здавалося, що просунутися далі відкритого у 60-ті роки буде неможливо. І лише нещодавні дослідження вчених дозволили сформулювати новий важливий принцип для теоретичної фізики. Це було явище надшвидкого інфляційного розширення Всесвіту. Воно було вивчено та описано за допомогою квантової теорії поля та загальної теорії відносності Ейнштейна.

То що було у Всесвіті до Великого вибуху? Сучасна наука називає цей період інфляцією. Спочатку було лише поле, яке заповнювало весь уявний простір. Його можна порівняти зі сніжком, пущеним вниз схилом снігової гори. Ком буде котитися вниз і збільшуватись у розмірах. Так само поле через випадкові коливання протягом неймовірного часу змінювало свою структуру.

Коли утворилася однорідна зміна, відбулася реакція. У ній і полягають найбільші загадки Всесвіту. Що було до Великого вибуху? Інфляційне поле, яке зовсім не було схоже на нинішню матерію. Після реакції почалося зростання Всесвіту. Якщо продовжити аналогію зі сніговою грудкою, то за першою з них вниз покотилися інші сніжки, що також збільшувалися в розмірах. Момент Великого вибуху в цій системі можна порівняти з тією секундою, коли величезна брила впала в прірву і нарешті зіткнулася із землею. Цієї миті виділилася колосальна кількість енергії. Вона не може вичерпатися досі. Саме за рахунок продовження реакції від вибуху наш Всесвіт зростає і сьогодні.

Матерія та поле

Нині Всесвіт складається з неймовірної кількості зірок та інших космічних тіл. Ця сукупність матерії випромінює величезну енергію, що суперечить фізичному закону збереження енергії. Про що він каже? Суть цього принципу зводиться до того, що протягом нескінченного часу сума енергії у системі залишається незмінною. Але як це може поєднуватися з нашим Всесвітом, який продовжує розширюватися?

Інфляційна теорія змогла відповісти це питання. Вкрай рідко розгадуються подібні загадки Всесвіту. Що було до Великого вибуху? Інфляційне поле. Після появи світу на його місце прийшла звична нам матерія. Однак крім неї у Всесвіті також існує яке має негативну енергію. Властивості цих двох сутностей протилежні. Так компенсується енергія, що виходить від частинок, зірок, планет та іншої матерії. Цей взаємозв'язок також пояснює, чому Всесвіт досі не перетворився на чорну дірку.

Коли Великий вибух тільки стався, світ був занадто малий, щоб щось могло колапсувати. Тепер, коли Всесвіт розширився, на окремих його ділянках з'явилися локальні чорні дірки. Їхнє гравітаційне поле поглинає все навколишнє. З нього не може вибратися навіть світло. Власне через це подібні дірки стають чорними.

Розширення Всесвіту

Навіть незважаючи на теоретичне обґрунтування інфляційної теорії, досі незрозуміло, як виглядав Всесвіт до Великого вибуху. Людська уява не може уявити собі цю картину. Справа в тому, що інфляційне поле є нематеріальним. Воно не пояснюється звичними законами фізики.

Коли стався Великий вибух, інфляційне поле почало розширюватись у темпі, який перевищив швидкість світла. Згідно з фізичними показниками, у Всесвіті немає нічого матеріального, що могло б рухатися швидше за цей показник. Світло розповсюджується існуючим світом із позамежними цифрами. Інфляційне поле ж поширилося із ще більшою швидкістю, саме через свою нематеріальну природу.

Сучасний стан Всесвіту

Поточний період еволюції Всесвіту якнайкраще підходить для життя. Вченим важко визначити, скільки триватиме цей тимчасовий відрізок. Але якщо хтось і брався за такі розрахунки, то цифри, що виходили, були ніяк не менше сотень мільярдів років. Для одного людського життя такий відрізок настільки великий, що навіть у математичному обчисленні його доводиться записувати за допомогою використання ступенів. Сьогодення вивчено набагато краще, ніж передісторія Всесвіту. Що було до Великого вибуху, у будь-якому випадку залишиться лише предметом теоретичних пошуків та сміливих розрахунків.

У матеріальному світі навіть час залишається за величиною відносною. Наприклад, квазари (вид астрономічних об'єктів), що існують на відстані 14 мільярдів світлових років від Землі, відстають від нашого звичного «зараз» на ті самі 14 мільярдів світлових років. Цей тимчасовий розрив колосальний. Його складно визначити навіть математично, не кажучи вже про те, що чітко уявити собі подібне за допомогою людської уяви (навіть найпалкішої) просто неможливо.

Сучасна наука може теоретично пояснити собі все життя нашого матеріального світу, починаючи з перших часткою секунд його існування, коли щойно стався Великий вибух. Повна історія Всесвіту доповнюється досі. Астрономи відкривають нові дивовижні факти за допомогою модернізованого та покращеного дослідницького обладнання (телескопів, лабораторій тощо).

Однак існують і не зрозумілі явища. Такою білою плямою, наприклад, є і її темна енергія. Сутність цієї прихованої маси продовжує розбурхувати свідомість найосвіченіших і передових фізиків сучасності. Крім того, так і не виникло єдиної точки зору про причини того, чому у Всесвіті частинок все-таки більше, ніж античастинок. Із цього приводу було сформульовано кілька фундаментальних теорій. Деякі з цих моделей користуються найбільшою популярністю, але жодна з них поки що не прийнята міжнародним науковим співтовариством як

У масштабі загального знання та колосальних відкриттів XX століть ці прогалини здаються зовсім незначними. Але історія науки із завидною регулярністю показує, що пояснення таких «малих» фактів та явищ стає основою для всього уявлення людства про дисципліну в цілому (в даному випадку йдеться про астрономію). Тому майбутнім поколінням вчених, безумовно, буде чим зайнятися і що відкривати у сфері пізнання природи Всесвіту.