Наше тело, пища, дом, планета и Вселенная состоят из мельчайших частиц. Что это за частицы, и как они возникают в природе? Как взаимодействуют, соединяются в атомы, молекулы, тела, планеты, звёзды, галактики и, наконец, как исчезают из бытия? Гипотез образования всего окружающего нас, от мельчайшего атома, до огромнейших галактик, довольно много, но среди них выделяется одна, являющаяся, пожалуй, самой основной. Правда, она вызывает больше вопросов, чем обоснованных ответов. Речь идёт о теории Большого взрыва.
Вначале несколько интересных фактов, связанных с этой теорией.
Первый.
Теория Большого взрыва создана священником.
Несмотря на то, что христианская религия до сих пор придерживается таких канонов, как создание всего сущего за 7 дней, теория Большого взрыва была разработана католическим священником, который одновременно был физиком-астрономом. Священника звали Жорж Леметр. Он был первым, кто поставил вопрос о происхождении наблюдаемой крупномасштабной структуры Вселенной.
Им была выдвинута концепция «Большого взрыва», так называемого «первобытного атома», и последующего превращения его осколков в звёзды и галактики. В 1927 году была опубликована статья Ж. Леметра «Однородная Вселенная постоянной массы и возрастающего радиуса, объясняющая радиальные скорости внегалактических туманностей».
Интересно, что Эйнштейн, узнавший об этой теории, сказал следующее: «Ваши вычисления правильны, но ваше знание физики - ужасно». Несмотря на это, священник продолжил защищать свою теорию, и уже в 1933 году Эйнштейн сдался, публично указав, что объяснение теории «Большого взрыва» - одно из наиболее убедительных из всех, которые ему довелось услышать.
Недавно была найдена рукопись Эйнштейна от 1931 года, в которой он излагает альтернативную Большому взрыву теорию рождения Вселенной. Эта теория практически идентична той, которую в конце 40-х годов прошлого века, не зная о работе Эйнштейна, независимо разработал Альфред Хойл. Эйнштейна в теории Большого взрыва не удовлетворяло сингулярное (одиночное, единственное - ред.) состояние материи до взрыва, поэтому он задумался над бесконечно расширяющейся Вселенной. В ней материя появлялась сама по себе, чтобы поддерживать её плотность, по мере бесконечного расширения бесконечной же Вселенной. Эйнштейн полагал, что этот процесс можно описать с помощью общей теории относительности без каких-либо модификаций, однако в заметках он зачеркнул некоторые выкладки. Учёный нашёл в своих рассуждениях ошибку и оставил эту теорию, которую всё равно не подтвердили бы дальнейшие наблюдения.
Второй.
Писатель-фантаст Эдгар Аллан По предложил нечто подобное в 1848 году. Конечно, он не был физиком, поэтому не мог создать теорию, подкреплённую вычислениями. Да в то время и не было ещё математического аппарата, достаточного для создания системы расчётов такой модели. Вместо этого он создал художественное произведение «Эврика», где предвосхищается открытие «чёрных дыр» и объясняется парадокс Олберса. Полное название произведения: «Эврика (опыт о вещественной и духовной Вселенной)». Сам автор считал эту книгу «самым большим откровением, которое когда-либо слышало человечество». (В науке парадокс Ольберса - простой аргумент, который говорит нам о том, что темнота ночного неба конфликтует с теорией о бесконечности нашей Вселенной. Парадокс Ольберса имеет и второе название - «тёмный парадокс неба». Он означает, что при абсолютно любом угле зрения с Земли линия видимости сразу же закончится, когда достигнет звезды, аналогично тому, как в сильно густом лесу мы обнаруживаем себя окружёнными «стеной» из удалённых деревьев. Парадокс Ольберса считают косвенным подтверждением модели Большого взрыва для не статической Вселенной). Кроме того, в «Эврике» Э. По говорил о «первобытной частице», «абсолютно уникальной, индивидуальной». Сама поэма была раскритикована в пух и прах, и её признали неудачной с художественной точки зрения. Однако учёные до сих пор не понимают, как Э. По смог настолько опередить науку.
Третий.
Название теории создано случайно.
Сам автор названия, английский астроном сэр Альфред Хойл, являлся противником этой теории, он верил в стабильность существования Вселенной и был первым, кто использовал имя теории «Big Bang». Выступая в 1949 году по радио, он критиковал теорию, у которой не было краткого и ёмкого названия. Чтобы «унизить» теорию Большого взрыва, он и придумал этот термин. Однако же «Big Bang» теперь - официальное и общепризнанное название теории происхождения Вселенной.
Разработкой теории Большого взрыва занимались учёные А. Фридман и Д. Гамов в середине 60-х годов прошлого столетия, основываясь на общей теории относительности Эйнштейна. Согласно их предположениям, когда-то наша Вселенная представляла собой бесконечно малый сгусток, сверхплотный и раскалённый до очень высоких температур (до миллиардов градусов). Это нестабильное образование внезапно взорвалось. По теоретическим подсчётам образование Вселенной началось 13,5 миллиарда лет назад в очень малом объёме огромной плотности и температуры. В результате Вселенная стала стремительно расширяться.
Период взрыва в науке о космосе получил название космическая сингулярность. В момент взрыва частицы материи разлетелись в разные стороны с колоссальной скоростью. Следующий же после взрыва момент, когда юная Вселенная начала расширяться, и назвали Большим взрывом.
Далее, согласно теории, события разворачивались следующим образом. Разлетевшиеся во все стороны раскалённые частицы имели слишком высокую температуру и не могли соединяться в атомы. Этот процесс начался гораздо позже, спустя миллион лет, когда новообразовавшаяся Вселенная охладилась до температуры примерно 40000 C. Первыми стали образовываться такие химические элементы как водород и гелий. По мере охлаждения Вселенной образовывались и другие химические элементы, более тяжёлые. В подтверждение этого сторонники теории приводят характерный факт, что данный процесс образования элементов и атомов продолжается и в настоящее время, в недрах каждой звезды, включая и наше солнце. Температура ядер звёзд по-прежнему очень высока. При остывании частицы собирались в облака газа и пыли. Сталкиваясь, они слипались между собой, образовывая единое целое.
Главными силами, влияющими на это объединение, стали силы гравитации. Именно благодаря процессу притягивания мелких объектов к более крупным и образовались планеты, звёзды и галактики. Расширение Вселенной происходит и сейчас, ведь даже теперь учёные говорят, что ближайшие галактики расширяются и отодвигаются от нас.
Гораздо позже (5 миллиардов лет назад), опять же по теории учёных, в результате уплотнения облаков пыли и газа сформировалась наша Солнечная система. Сгущение туманности привело к образованию Солнца, более мелкие скопления пыли и газа образовывали планеты, в числе которых была и наша Земля. Мощное гравитационное поле удерживало эти зарождающиеся планеты, заставляя вращаться вокруг Солнца, которое постоянно сгущалось, а значит, внутри образовывающейся звезды возникало мощное давление, что в итоге нашло выход, преобразовываясь в тепловую энергию, а значит, в солнечные лучи, которые мы с вами можем наблюдать и сегодня.
С остыванием планеты Земля расплавлялись и её горные породы, образовавшие после затвердения первичную земную кору.
Выброшенные из недр Земли при остывании газы улетучивались в космос, но за счёт силы притяжения Земли более тяжёлые из них образовали атмосферу, то есть тот воздух, который и позволяет нам дышать. Так, в течение почти 4,5 миллиарда лет создавались условия возникновения жизни на нашей планете.
Согласно современным данным, наша Вселенная имеет возраст около 13,8 миллиарда лет. Размер наблюдаемой части Вселенной составляет 13,7 миллиарда световых лет. Средняя плотность составляющего её вещества - 10-29 г/см 3 . Вес - более 1050 тонн.
Однако не все учёные были согласны с теорией Большого взрыва, не получив ответов на многие вопросы. Прежде всего, как мог возникнуть Большой взрыв вопреки основному закону природы - закону сохранения энергии? Причём ещё и с немыслимой температурой, вопреки законам термодинамики?
По словам Д. Таланцева, «концепция существования полного хаоса и последующего взрыва противоречит второму закону термодинамики, согласно которому все природные самопроизвольные процессы идут в сторону увеличения энтропии (то есть, хаотичности, неупорядоченности) системы.
Эволюция как самопроизвольное самоусложнение природных систем полностью и совершенно однозначно запрещена вторым законом термодинамики. Этот закон и говорит нам о том, что из хаоса никогда, ни при каких условиях сам собой не может установиться порядок. Самопроизвольное усложнение любой природной системы невозможно. Например, «первичный бульон» никогда, ни при каких условиях, ни за какие триллионы и биллионы лет не мог породить более высокоорганизованные белковые тела, которые, в свою очередь, никогда, ни за какие триллионы лет не могли «эволюционировать» в такую высокоорганизованную структуру, как человек.
Таким образом, эта «общепринятая» современная точка зрения на происхождение Вселенной абсолютно неверна, так как входит в противоречие с одним из фундаментальных эмпирически установленных научных законов - вторым законом термодинамики».
Тем не менее, теория Большого взрыва, поддержанная многими учёными (А. Пензиас, Р. Вильсон, В. Де Ситтер, А. Эддингтон, К. Вирц и др.), продолжает доминировать в научных кругах. В доказательство своей теории они приводят следующие факты. Так в 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл открыл так называемое красное смещение или, иначе говоря, заметил, что свет далёких галактик несколько краснее ожидаемого, т.е. их излучение смещается в красную сторону спектра.
Ещё раньше было установлено, что когда некое тело удаляется от нас, то его излучение смещается в красную сторону спектра (красное смещение), а когда оно, наоборот, приближается к нам, то его излучение смещается в фиолетовую сторону спектра (фиолетовое смещение). Таким образом, открытое Хабблом красное смещение свидетельствовало в пользу того, что галактики удаляются от нас и друг от друга с огромными скоростями, т.е., как это ни удивительно, в настоящее время Вселенная расширяется, причём одинаково во всех направлениях. То есть взаимное расположение космических объектов не меняется, а изменяются только расстояния между ними. Точно так же, как не меняется расположение точек на поверхности воздушного шара, но меняются расстояния между ними, когда его надувают.
Но если Вселенная расширяется, то обязательно возникает вопрос: а какие же силы сообщают разбегающимся галактикам начальную скорость и дают необходимую энергию. Современная наука предполагает, что исходным моментом и причиной нынешнего расширения Вселенной был Большой взрыв.
Другим косвенным подтверждением гипотезы Большого взрыва является открытое в 1965 г. реликтовое излучение (от лат. relictum - остаток) Вселенной. Это излучение, остатки которого доходят до нас из того далёкого времени, когда ни звёзд, ни планет ещё не было, а вещество Вселенной было представлено однородной плазмой, которая имела колоссальную температуру (около 4000 градусов), заключенное в небольшой области с радиусом в 15 млн. световых лет.
Оппоненты теории указывают на то, что авторы в своих исследованиях лишь умозрительно расписывают доли секунд, когда во Вселенной якобы возникли электроны, кварки, нейтроны, протоны; затем минутами - когда возникли ядра водорода, гелия; тысячелетиями и миллиардами лет - когда возникли атомы, тела, звёзды, галактики, планеты и т.д., не объясняя, на основании чего они дают такие заключения. Не говоря уже о вопросах, почему и как всё это произошло? По словам Б. Рассела: «Многие понятия кажутся глубокими лишь потому, что они неясны и путаны. И всякий раз, когда концепция Большого взрыва заводит в тупик, приходится в неё вводить бездоказательно какую-нибудь новую «потрясающую» сущность типа необъяснимой космической инфляции на ранней стадии Большого взрыва, во время которой за малые доли секунды Вселенная необъяснимо быстро вдруг расширилась на много порядков и продолжает расширяться до сих пор, и почемуто с ускорением».
Вопросов, на которые хотелось бы иметь ответы, очень много. Над поисками ответов работают современные астрономы и физики. Что привело к образованию ныне наблюдаемой Вселенной, к началу взрыва? Почему пространство имеет три измерения, а время - одно? Как в стремительно расширяющейся Вселенной смогли появиться стационарные объекты - звёзды и галактики? Что было до начала Большого взрыва? Почему Вселенная имеет ячеистую структуру сверхскоплений и скоплений галактик? И почему она всё время расширяется совсем не так, как должна бы после взрыва? Ведь разбегаются не звёзды и даже не отдельные галактики, а лишь скопления галактик. В то время как звёзды и галактики, наоборот, как бы связаны друг с другом и образуют устойчивые структуры? Причём скопления галактик, в каком направлении ни посмотри, разбегаются примерно с одинаковой скоростью? И не замедляясь, а ускоряясь? И многие, многие другие вопросы, на которые эта теория не даёт ответов.
Один из самых выдающихся физиков нашего времени Стивен Хокинг заметил: «Пока большинство учёных слишком заняты развитием новых теорий, описывающих, что есть Вселенная, им некогда спросить себя, почему она есть. Философы же, чья работа в том и состоит, чтобы задать вопрос «почему», не могут угнаться за развитием научных теорий. Но если мы действительно откроем полную теорию, то со временем её основные принципы станут доступны пониманию каждого, а не только нескольким специалистам. И тогда все мы, философы, учёные и просто обычные люди, сможем принять участие в дискуссии о том, почему так произошло, что существуем мы и существует Вселенная. И если будет найден ответ на такой вопрос, это будет полным триумфом человеческого разума, ибо тогда нам станет понятен замысел Бога».
Вот что говорили известные учёные-физики о Божественном происхождении Вселенной и всего сущего на Земле.
Исаак Ньютон (1643 -1727)
- английский физик, математик, астроном. Основатель классической теории физики: «Чудесное устройство космоса и гармония в нём могут быть объяснены лишь тем, что космос был создан по плану Всеведущего и Всемогущего Существа. Вот - моё первое и последнее слово».
Альберт Эйнштейн (1879 -1955)
- автор специальной и общей теории относительности, ввёл понятие фотона, открыл законы фотоэффекта, работал над проблемами космологии и единой теории поля. По мнению многих выдающихся физиков, Эйнштейн является самой значительной фигурой в истории физики. Лауреат Нобелевской премии по физике 1921 года сказал: «Моя религия состоит в чувстве скромного восхищения перед безграничной разумностью, проявляющей себя в мельчайших деталях той картины мира, которую мы способны лишь частично охватить и познать нашим умом. Эта глубокая эмоциональная уверенность в высшей логической стройности устройства Вселенной и есть моя идея Бога».
Артур Комптон (1892 -1962),
американский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 1927 г.: «Для меня Вера начинается со знанием того, что Высший Разум создал Вселенную и человека. Мне нетрудно верить в это, потому что факт наличия плана и, следовательно, Разума - неопровержим. Порядок во Вселенной, который разворачивается перед нашим взором, сам свидетельствует об истинности самого великого и возвышенного утверждения: «В начале - Бог».
А вот слова другого учёного в области ракетной физики, доктора Вернера фон Брауна:
«Такое организованное, точно уравновешенное, величественное творение, как Вселенная, может быть лишь воплощением Божественного замысла».
Весьма распространена точка зрения, что существование Бога недоказуемо рационально-логическими способами, что Его существование можно лишь принять на веру как аксиому. «Блажен, кто верует» - есть такое выражение. Хочешь - веруй, хочешь - не веруй - это личное дело каждого. Что же касается науки, то чаще всего считается, что её дело - изучать наш материальный мир, изучать рационально-эмпирическими методами, а так как Бог нематериален, то наука не имеет к Нему отношения - пусть, так сказать, Им «занимается» религия. На самом же деле это как раз неверно - именно наука предоставляет нам наиболее убедительные доказательства существования Бога - Творца всего окружающего нас материального мира. До тех пор, пока учёные будут пытаться объяснить любые процессы в природе только с материалистических позиций, они не смогут найти решений, хотя бы приближенно похожих на истину.
В подтверждение всего сказанного приведём слова Создателя из книги «Откровения людям Нового века».
«20. Попытка изучить причину Большого Взрыва демонстрирует лишь ваше полное непонимание ПРИРОДЫ НЕРУКОТВОРНОГО ПРОСТРАНСТВА, а точнее, нежелание людей науки взглянуть на этот Мир, как на Мир, созданный по подобию Божественного Пространства! Должен сказать, что ваша модель или теория Большого Взрыва не имеет ничего общего с истинной природой происхождения Миров!»
(Послание от 14.05.10 «Совершенство Духа»).
«25. Если Я вам скажу, когда и при каких условиях произошла МАТЕРИАЛИЗАЦИЯ вас и вашей Планеты, то вся ваша теория Большого Взрыва не только развалится, но и окажется пустой попыткой материального человека объяснить Божественное происхождение жизни не только на Земле, но и во Вселенной!»
(Послание от 09.10.10 «Тайна происхождения жизни»).
«4. В этом естественном процессе САМОсовершенствования заложен не только Канон фрактального подобия, но и все Каноны Вечности, ибо если нет движения вперёд, то нет и Великого Творящего Разума и тогда вступает в силу закон случайных чисел (идея случайностей), причём идея Великих случайностей под названием Теория Большого взрыва, которая отвергает, и отвергает навечно, присутствие ПОРЯДКА, присутствие Высшего Космического Разума и, более того, отвергает Великую НАДЕЖДУ людей быть совершенными, а самое главное, отвергает сам смысл человека, как объективной реальности!»
(Послание от 19.12.13 «Надежда ЕСМЬ обращение внутрь»).
Наука, изучающая Вселенную, как единое целое и Метагалактику – как часть Вселенной, называется космологией . Георгий Гамов – американский физик–теоретик предполагает, что наша Вселенная, т.е. Метагалактика, родилась в горячем состоянии с температурой около 10 32 К . Эту модель Гамов назвал «Космологией большого взрыва».
Над этой моделью Гамов работал 10 лет. В 1948 году он опубликовал теорию «Большого взрыва ». Согласно теории "Большого взрыва", наша Вселенная расширяется. Расширение началось 15 млрд. лет назад из исходного очень горячего состояния. Согласно этой теории, в начальном моменте материя Вселенной находилась в состоянии физического вакуума. Физический вакуум был в неустойчивом, возбужденном состоянии, так как обладал огромной энергией: w= , где г/см 3 - плотность материи вакуума, а с – скорость света. Энергия создает огромное давление . В момент времени 10 43 с., из-за огромного давления начинается инфляция вакуума, т.е. вакуум начинает терять энергию. От момента 10 ─43 с. до 10 ─35 с материя вакуума расширяется экспоненциально и его размер увеличивается в 10 50 раза. В промежуток времени от 10 ─35 с до 10 ─32 с происходит фазовый переход , т. е. «Большой взрыв», в ходе которого вакуумное состояние материи посредством туннельного эффекта превращается в горячую плотную Вселенную с температурой 10 32 К, с материей в виде электромагнитных волн (радиоволны, инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма лучей).
Таким образом, наша Вселенная родилась в виде огненного шара, который назывался «Илем» (греч. йлем - первичная материя). Илем представлял собой нейтральный газ из электромагнитных волн и элементарных частиц.
По причине быстрого расширения, материя Вселенной охлаждается и начинается появление частиц из радиации. В начале количество частиц и античастиц было равным. Затем происходит спонтанное нарушение симметрии, это приводит к преобладанию частиц над античастицами. В первые секунды после взрыва рождаются адроны (барионы и мезоны). По истечению времени приблизительно в 1000 с после взрыва температура становится равной примерно 10 10 К и нарушается равенство концентрации протонов и нейтронов по той причине, что время жизни протонов равно 10 31 лет , а время жизни нейтронов длится около 800 с . Нейтроны распадаются и устанавливаются соотношения: 77% протонов и 22% нейтронов. В промежутке времени от 1000 с до 10000 с происходит образование легких атомов водорода и гелия. На образование ядра гелия уходят почти все нейтроны, и устанавливается следующее соотношение: 77% водорода и 22% гелия .
Интервал времени формирования Вселенной ученые делят на четыре “эры” в соответствии с преобладающей формой существования материи.
1. Эра адронов продолжается 0,0001 секунд. Адронная эра - это эра тяжелых частиц. Плотность частиц равна ρ>10 14 г/см 3 , а температура Т>10 12 К. В конце эры происходит внезапное нарушение симметрии, равенство частиц и античастиц. Причиной нарушения симметрии считается не сохранение барионного заряда. В результате, на каждый миллион (10 6) античастиц приходится миллион плюс одна (10 6 +1) частица.
2. Эра лептонов . Продолжительность эры от 0,0001с до 10с, температура от 10 10 К до 10 12 К, плотность от 10 4 до 10 14 г/см 3 . В эту эру основную роль играют легкие частицы , принимающие участие в реакциях между протонами и нейтронами. Происходят взаимные превращения протонов в нейтроны и наоборот. Постепенно накапливаются мю-мезоны, электроны, нейтрино и их античастицы. В конце эры лептонов происходит аннигиляция частиц и античастиц . Таким образом, во Вселенной античастицы исчезают, остаются частицы и излучения. Вселенная становится прозрачной для электронных нейтрино. Эти нейтрино сохранились и до нашего времени.
3. Эра радиации. Еепродолжительность 70 млн. лет, температура уменьшается от 10 10 К до 3000 К, а плотность от 10 4 до 10 -21 г/см 3 . К началу эры радиации количество протонов и нейтронов примерно равно. При уменьшении температуры количество протонов становится больше из-за распада нейтронов. В конце эры возникают условия для образования первичных атомов, в результате чего начинается новая эра - эра вещества.
4. Эра вещества. Эта эра наступила через 70 млн. лет после «Большого взрыва» с температурой около 3000К и плотностью порядка 10 4 г/см 3 . В начале эры плотность радиации и плотность вещества (частиц) была равной - около 10 −26 г/см 3 , они находились в условиях теплового равновесия. При равновесии эволюционный процесс не происходит , т.е. материя не может усложняться. Однако по мере расширения Вселенной, охлаждения вещества и охлаждения радиации происходят по разным законам. Температура вещества уменьшается обратно пропорционально квадрату размера Вселенной: Т вещества ~1/R 2 . Температура радиации уменьшается обратно пропорционально размеру Вселенной: Т радиация ~1/R. Следовательно, вещество остывает значительно быстрее . Вселенная от равновесного состояния переходит к неравновесному состоянию. Силы гравитации порождают неустойчивость , а турбулентное движение создает ударные волны . Все это приводит к фрагментации материи Вселенной. Образуются маленькие и большие газовые облака, состоящие из радиации, элементарных частиц, атомов водорода и гелия. В интервале времени, от 3 ч. до 3 миллионов лет, из маленьких облаков образуются звезды, а из больших облаков образуются целые галактики.
Механизм возникновение звёзд американский ученый Трюмплер (1930) первым объяснил тем, что газопылевое облако сжимается и нагревается, давление и температура внутри растут, замедляя сжатие. При 20 миллионов градусов начинается ядерная реакция , происходит взрыв, и возникает новая звезда. Наше Солнце проделало такой путь примерно за 1 млн. лет, около 5 млрд. лет назад.
Ответ на вопрос «Что такое Большой Взрыв?» может быть получен в ходе долгой дискуссии, поскольку занимает не мало времени. Я же попытаюсь объяснить эту теорию вкратце и по существу. Итак, теория «Большого Взрыва» постулирует, что наша Вселенная внезапно возникла приблизительно 13,7 миллиардов лет назад (из ничего появилось все). И происшедшее тогда до сих пор влияет на то, как и каким образом все во Вселенной взаимодействует друг с другом. Рассмотрим ключевые моменты теории.
Что было до Большого Взрыва?
Теория Большого Взрыва включает очень интересное понятие — сингулярность. Держу пари, это заставляет вас задаться вопросом: что это такое - сингулярность? Астрономы, физики и другие ученые также задаются этим вопросом. Сингулярности, как полагают, есть в ядрах черных дыр. Черная дыра - это область интенсивного гравитационного давления. Это давление, в соответствии с теорией, настолько интенсивно, что вещество сжимается, пока у него не появляется бесконечная плотность. Эту бесконечную плотность и называют сингулярностью . Наша Вселенная, как предполагают, началась как одна из этих бесконечно маленьких, бесконечно горячих и бесконечно плотных сингулярностей. Однако мы еще не подошли к самому Большому Взрыву. Большой Взрыв - это момент, в котором эта сингулярность внезапно «взорвалась» и начала расширяться и создала нашу Вселенную.
Теория «Большого Взрыва» казалось бы подразумевает, что время и пространство существовали прежде, чем возникла наша Вселенная. Однако Стивен Хокинг, Джордж Эллис и Роджер Пенроз (и др.) развивали в конце 1960-х теорию, которая пыталась объяснить, что время и пространство не существовали до расширения сингулярности. Другими словами, ни время, ни пространство не существовали, пока не существовала Вселенная.
Что произошло после Большого Взрыва?
Момент Большого Взрыва — это момент начала времени. После Большого Взрыва, но задолго до первой секунды (10 -43 секунды), космос переживает сверхбыстрое инфляционное расширение, увеличившись в 1050 раз за долю секунды.
Затем расширение замедляется, но первая секунда еще не наступила (еще только 10 -32 секунды). В этот момент Вселенная представляет собой кипящий «бульон» (с температурой 10 27 °C) из электронов, кварков и других элементарных частиц.
Быстрое остывание космоса (до 10 13 °C) позволяет кваркам объединяться в протоны и нейтроны. Тем не менее первая секунда еще не наступила (еще только 10 -6 секунды).
На 3 минуте, слишком горячие для объединения в атомы, заряженные электроны и протоны препятствуют испусканию света. Вселенная представляет собой сверхгорячий туман (10 8 °C).
Через 300 000 лет Вселенная остывает до 10 000 °C, электроны с протонами и нейтронами образуют атомы, в основном водорода и гелия.
Спустя 1 млрд. лет после Большого Взрыва, когда температура Вселенной достигла -200 °C, водород и гелий формируют гигантские «облака», которые впоследствии станут галактиками. Появляются первые звезды.
Все слышали о теории Большого взрыва, которая объясняет (по крайней мере, на данный момент) зарождение нашей Вселенной. Однако в ученых кругах всегда найдутся желающие оспорить идеи - из этого, кстати, нередко и вырастают великие открытия.
Однако, понял Дикке, если бы эта модель была реальной, то не было бы двух видов звезд - Населения I и Населения II, молодых и старых звезд. А они были. Значит, Вселенная вокруг нас все-таки развилась из горячего и плотного состояния. Даже если это был не единственный в истории Большой взрыв.
Удивительно, правда? Вдруг этих взрывов было несколько? Десятки, сотни? Науке еще предстоит это выяснить. Дикке предложил своему коллеге Пиблсу просчитать необходимую для описанных процессов температуру и вероятную температуру остаточного излучения в наши дни. Примерные расчеты Пиблса показали, что сегодня Вселенная должна быть наполнена микроволновым излучением с температурой менее 10 К, и Ролл с Уилкинсоном уже готовились искать это излучение, когда раздался звонок…
Трудности перевода
Однако тут стоит перенестись в другой уголок земного шара - в СССР. Ближе всех к открытию реликтового излучения подошли (и тоже не довели дело до конца!) в СССР. Проделав в течение нескольких месяцев огромную работу, отчет о которой вышел в 1964 году, советские ученые сложили, казалось, все части головоломки, не хватило лишь одной. Яков Борисович Зельдович, один из колоссов советской науки, осуществил расчеты, аналогичные тем, что провел коллектив Гамова (советского физика, живушего в США), и тоже пришел к выводу, что Вселенная должна была начаться с горячего Большого взрыва, оставившего фоновое излучение с температурой в несколько кельвинов.
Яков Борисович Зельдович, –
Он даже знал о статье Эда Ома в «Техническом журнале Bell System», который примерно высчитал температуру реликтового излучения, но неверно интерпретировал выводы автора. Почему же советские исследователи не поняли, что Ом уже открыл это излучение? Из-за ошибки в переводе. В статье Ома утверждалось, что измеренная им температура неба составила около 3 К. Это означало, что он вычел все возможные источники радиопомех и что 3 К - это температура оставшегося фона.
Однако по случайному совпадению такой же (3 К) была и температура излучения атмосферы, поправку на которую Ом тоже сделал. Советские специалисты ошибочно решили, что именно эти 3 К и остались у Ома после всех предыдущих корректировок, вычли и их и остались ни с чем.
В наши дни подобные ошибки понимания легко устранились бы в процессе электронной переписки, но в начале 1960-х годов коммуникация между учеными Советского Союза и Соединенных Штатов была весьма затруднена. Это и стало причиной столь обидной ошибки.
Нобелевская премия, которая уплыла из рук
Вернемся в день, когда в лаборатории Дикке раздался телефонный звонок. Оказывается, в это же время астрономы Арно Пензиас и Роберт Вильсон сообщили, что им случайно удалось уловить слабый радиошум, поступающий из всего . Тогда они еще не знали, что другой коллектив ученых самостоятельно пришел к идее существования такого излучения и даже начал строить детектор для его поиска. Это был коллектив Дикке и Пиблса.
Еще удивительнее и то, что космическое микроволновое фоновое, или, как его еще называют, реликтовое, излучение было более чем за десять лет до этого описано в рамках модели возникновения Вселенной в результате Большого взрыва Георгием Гамовым и его коллегами. Ни одна, ни другая группа ученых об этом не знала.
Пензиас и Вильсон случайно узнали о работе ученых под руководством Дикке и решили им позвонить, чтобы обсудить это. Дикке внимательно выслушал Пензиаса и сделал несколько замечаний. Положив трубку, он повернулся к коллегам и сказал: «Ребята, нас обскакали».
Спустя почти 15 лет, после того как множество измерений, произведенных на самых разных длинах волн многими группами астрономов, подтвердили, что открытое ими излучение действительно реликтовое эхо Большого взрыва, имеющее температуру 2,712 К, Пензиас и Вильсон разделили Нобелевскую премию за свое изобретение. Хотя поначалу они даже не хотели писать статью о своем открытии, потому что считали его несостоятельным и не укладывающимся в модель стационарной Вселенной, которой они придерживались!
Говорят, Пензиас и Вильсон сочли бы для себя достаточным упоминание в качестве пятого и шестого имени в списке после Дикке, Пиблса, Ролла и Уилкинсона. В таком случае Нобелевская премия, видимо, ушла бы Дикке. Но все случилось так, как случилось.
P.S.: Подписывайтесь на нашу рассылку . Раз в две недели будем присылать 10 самых интересных и полезных материалов из блога МИФ.
В научном мире принято считать, что Вселенная произошла в результате Большого взрыва. Строится данная теория на том, что энергия и материя (основы всего сущего) ранее находились в состоянии сингулярности. Оно, в свою очередь, характеризуется бесконечностью температуры, плотности и давления. Состояние сингулярности само по себе отвергает все известные современному миру законы физики. Ученые считают, что Вселенная возникла из микроскопической частицы, которая в силу неизвестных пока причин пришла в далеком прошлом в нестабильное состояние и взорвалась.
Термин «Большой взрыв» стал применяться с 1949 года после публикации в научно-популярных изданиях работ ученого Ф.Хойла. Сегодня теория «динамической эволюционирующей модели» разработана настолько хорошо, что физики могут описать процессы, происходящие во Вселенной уже через 10 секунд после взрыва микроскопической частицы, положившей начало всему сущему.
Доказательств теории существует несколько. Одним из главных является реликтовое излучение, которое пронизывает всю Вселенную. Оно могло возникнуть, по мнению современных ученых, только в результате Большого взрыва, благодаря взаимодействию микроскопических частиц. Именно реликтовое излучение позволяет узнать о тех временах, когда Вселенная была похожа на пылающее пространство, а звезд, планет и самой галактики не было и в помине. Вторым доказательством рождения всего сущего из Большого взрыва считается космологическое красное смещение, заключающееся в уменьшении частоты излучения. Это подтверждает удаление звезд, галактик от Млечного пути в частности и друг от друга в целом. То есть, свидетельствует о том, что Вселенная расширялась ранее и продолжает это делать до сих пор.
Краткая история Вселенной
- 10 -45 - 10 -37 сек - инфляционное расширение
- 10 -6 сек - возникновение кварков и электронов
- 10 -5 сек - образование протонов и нейтронов
- 10 -4 сек - 3 мин - возникновение ядер дейтерия, гелия и лития
- 400 тыс. лет - образование атомов
- 15 млн. лет - продолжение расширения газового облака
- 1 млрд. лет - зарождение первых звезд и галактик
- 10 - 15 млрд. лет - появление планет и разумной жизни
- 10 14 млрд. лет - прекращение процесса рождения звезд
- 10 37 млрд. лет - истощение энергии всех звезд
- 10 40 млрд. лет - испарение черных дыр и рождение элементарных частиц
- 10 100 млрд. лет - завершение испарения всех черных дыр
Теория Большого взрыва стала настоящим прорывом в науке. Она позволила ученым ответить на множество вопросов относительно рождения Вселенной. Но одновременно эта теория породила новые загадки. Главная из них заключается в причине самого Большого взрыва. Второй вопрос, на который нет ответа у современной науки - как появилось пространство, время. По мнению некоторых исследователей, они родились вместе с материей, энергией. То есть, являются результатом Большого взрыва. Но тогда получается, что и у времени, пространства должно быть какое-то начало. То есть, некая сущность, постоянно существующая и не зависящая от их показателей, вполне могла положить начало процессам нестабильности в микроскопической частице, породившей Вселенную.
Чем больше исследований проводится в этом направлении, тем больше вопросов возникает у астрофизиков. Ответы на них ждут человечество в будущем.