Большой взрыв и происхождение Вселенной
Происхождение Вселенной остается одной из главных загадок науки. С начала наблюдений за звездным небом человечество пыталось понять, как возникло все, что его окружает, и что там за пределами нашего мира. С развитием технологий ему покорились многие природные явления и даже просторы космоса, но никто так до сих пор и не установил, как зародилась Вселенная. Однако, астрономы выдвинули множество теорий на этот счет, некоторые из них вполне логичны и правдоподобны.
Теория большого взрыва
Основной теорией возникновения Вселенной в ее нынешнем состоянии является теория большого взрыва. Впервые этот термин был применен британским астрономом Ф. Хойлом в 1949 году. При этом сам ученый считал данное предположение о происхождении и эволюции Вселенной ошибочным.
Сами же идеи о расширении Вселенной и ее развитии в результате взрывного процесса возникли в начале 20 века. Способствовал этому Альберт Эйнштейн, опубликовавший свою теорию относительности. Нестационарное решение его гравитационного уравнения натолкнуло советского физика Фридмана на гипотезу о том, что Универсум – постоянно расширяющийся объект. По его версии, вначале она представляла собой очень плотное, однородное вещество. Оно в результате большого взрыва начало распространяться, образуя привычные нам элементы космоса – галактики, туманности, звезды, планеты и другие тела.
Теория происхождения Вселенной по Фридману неоднократно подвергалась дополнениям и улучшениям. В 1948 году астрофизик Георгий Гамов опубликовал работу, в которой описывал первичное вещество до Большого взрыва не только как очень плотное, но и как очень горячее. В нем постоянно происходили реакции термоядерного синтеза, в результате которых образовались ядра легких химических элементов. Выделяемое при этом электромагнитное излучение сохранилось до сих пор, но в остывающем виде. Теория была подтверждена почти через 20 лет после того, как ученым удалось открыть и измерить температуру космического фона. Изучение реликтового излучения также помогла установить возраст мироздания и распределение в нем вещества.
Современное представление о возникновении Вселенной
- Теория Большого взрыва – описывает то, что стало пусковым механизмом расширения первичной материи.
- Инфляционная теория – рассматривает причины расширения вещества.
- Модель расширения Фридмана – описывает процессы распределения материи в пространстве.
- Иерархическая теория – описывает возникновение всех структур космоса.
Хронология событий в теории Большого взрыва
Теория эволюции Вселенной подразумевает, что до Большого взрыва все мироздание находилось в принципиально другом состоянии. А после – проходило стадии развития, благодаря которым заполнилось частицами, химическими элементами и другими структурами. Они же послужили строительным материалом для всех космических тел и объектов. Каждый эпоха развития имеет свою продолжительность от незначительных долей секунды до миллиардов лет. Попробуем изложить теорию происхождения Вселенной кратко и простым языком.
Эпоха сингулярности
Большому взрыву и происхождению Вселенной в современном ее виде предшествовала стадия космологической сингулярности. Это состояние Универсума, при котором вещество имеет почти бесконечные значения плотности и температуры, а само оно стремится к нулю.
Космологическая сингулярность – один из самых трудных вопросов современной науки. Невозможно точно установить, что именно было до Большого взрыва. Но бесконечная плотность раннего вселенского вещества не может сопровождаться его бесконечной температурой. Следовательно, сингулярная Вселенная противоречит современным законам физики.
По некоторым предположениям, эпохи сингулярности вообще не существовало. Еще по предположению группы ученых, в число которых входит С.Хокинг, все сущее могло возникнуть из абсолютного вакуума («ничего») из-за колебаний системы. По другой теории, Большой взрыв привел лишь к образованию Метагалактики, как «пузырька» в плотном веществе Универсума. Есть также гипотеза о том, что вселенные образуются из-за разрывов сингулярности в пределах черных дыр. Доподлинно же установить, что было до Большого взрыва, не представляется возможным.
Планковская эпоха
Итак, в первичном мироздании произошел катастрофический процесс, в результате которого вещество начало стремительно расширяться и охлаждаться. При чем для формирования всех структур космического пространства взрыв должен был произойти повсюду. Это и является точкой отчета возникновения мироздания в его нынешнем виде.
В период от нуля до 10 -43 секунд вещество Универсума имело физические параметры (температура, энергия, плотность) соответствующие постоянным Планка. В таких условиях планковской эпохи произошло рождение частиц.
Эпоха великого объединения
В период с 10 -43 по 10 -35 секунд после Большого взрыва в относительно устойчивой системе возникли силы гравитации. Они впоследствии способствовали возникновению звезд и планет. Первичная материя перестала быть однородно плотной. Но электромагнитное и ядерное взаимодействия в ней были еще объединены, поэтому любые физико-химические параметры для этого вещества не имеют смысла.
Эпоха инфляции
При переходе в эту стадию эволюции Вселенная начала ускоренно расширяться. Это позволило перераспределиться высокоплотному изотропному первичному веществу. Эпоха заняла промежуток времени с 10 -35 по 10 -32 секунды от взрывного процесса.
Электрослабая эпоха
К этому моменту сильное ядерное взаимодействие, как и гравитация, отделено от первичной материи. Период с 10 -32 по 10 -12 секунд – момент рождения таких элементарных частиц, как хиггсовский бозон и W-, Z-частицы. Симметрия до вселенского вещества окончательно разрушена.
Кварковая эпоха
С 10 -12 по 10 -6 секунд все четыре фундаментальные взаимодействия начинают существовать отдельно. Все вещество Универсума представляет собой «кварковый суп» из безмассовых и бесструктурных фундаментальных частиц.
Андронная эпоха
Из фундаментальных частиц начали образовываться андроны – частицы с сильным ядерным взаимодействием. Именно из них образуются нуклоны, формирующее атомные ядра, протоны и нейтроны. Весь процесс андронизации занял порядка ста секунд после Большого взрыва.
Лептонная эпоха
Первые три минуты существования Универсума происходит формирование лептонов, в том числе и их подвида – нейтрино. Это еще одни фундаментальные структуры вселенского вещества, из которых в дальнейшем было построено все в мироздании.
Протонная эпоха
Более 300 тысяч лет ушло на первичный процесс нуклеосинтеза легких химических элементов и перераспределения вещества Универсума. Оно стало доминировать над излучением, что замедлило расширение космического пространства. Конец данной стадии ознаменовался возможностью передвижения тепловых фотонов.
Темные века
Ни одной привычной нам космической структуры в первые 500 млн. лет после возникновения Вселенной не существовало. Она была заполнена водородно-гелиевой массой и реликтовым тепловым излучением, распространяющимся по всему ее пространству.
Реионизация
Постепенно облака водорода и гелия под воздействием гравитации начали сжиматься, в них стали зарождаться процессы термоядерного синтеза. Появились первые звезды. Они стали собираться в скопления, называемые галактиками. В центре формирующихся галактик возникал источник мощнейшего излучения и гравитационного притяжения – квазар. Этот процесс занял более 300 млн. лет.
Эра вещества
Молодые звезды формируют вокруг себя протопланетные диски, из которых впоследствии образовываются целые планетарные системы. В эту эру 4,6 млрд. лет назад возникла и Солнечная система со всеми окружающими ее планетами. Вся же история Вселенной продолжается более 13,7 млрд.лет.
Будущее Вселенной
Теория возникновения Вселенной путем Большого взрыва официально признана в научном мире. Согласно ее основным утверждениям, космическое пространство все еще продолжает эволюционировать и на смену одним структурам приходят абсолютно новые. Существуют две противоположные версии дальнейшего развития событий:
- Большой разрыв. Если Универсум и дальше продолжит расширяться, то в дальнейшем гравитационное взаимодействие между его элементами начнет стремительно ослабевать. Произойдет распад галактик и их скоплений. После этого распадутся отдельные звездные системы, где гравитация звезды не в силах будет удержать планеты вокруг себя. Постепенно все элементы Вселенной разрушаться вновь до элементарных частиц, законы физики перестанут иметь смысл. Что произойдет дальше – предсказать невозможно.
- Большое сжатие. В этом сценарии описывается предположение, что космическое пространство постепенно замедлит свое расширение и начнет обратно сжиматься. Все его элементы образуют единое мега скопление, в котором будет продолжаться процессы рождения, эволюции и смерти галактик. Однако, вещество будет сжиматься и далее, что приведет к образованию одной гигантской галактики. Космическое пространство вновь начнет нагреваться, реликтовое излучение разрушит планеты и звезды. Все структуры перейдут в состояние элементарных частиц. Вселенная приобретет свой первоначальный вид до Большого взрыва.
Любой из основных сценариев смерти Вселенной в нынешнем ее состоянии предполагает распад всех ее структур до фундаментальных частиц и прекращения любых сил взаимодействия. Так ли оно будет на самом деле, предсказать современной науке невозможно.
Основные теории происхождения Вселенной
Большой взрыв не единственное современное представление о происхождении и эволюции Вселенной. Научный мир знает множество теорий возникновения мира, основными из которых являются:
- Теория струн. Ее основное утверждение заключается в том, что все существующее состоит из мельчающих энергетических нитей. Такие квантовые струны могут растягиваться, искривляться и располагаться в любых направлениях, что делает космическое пространство многомерным. И каждое из этих измерений имеет свою эволюционную стадийность.
- Теория стационарной Вселенной. По этой версии, в расширяющемся пространстве космоса постоянно возникает новая материя, что делают всю систему стабильной. Идея была популярна в середине 20-го века, но после открытия и изучения реликтового излучения у нее практически не осталось сторонников.
Не исключено, что все предположения о возникновении мироздания, признанные сейчас в научном мире, не будут опровергнуты в будущем. И чем дальше и дольше человечество исследует космические просторы, тем больше новых ответов и вопросов оно находит.
Источник
Теории происхождения Вселенной. Общий обзор
Каждый из нас задумывался о том, как была создана Вселенная и кем. Могу сказать лично о себе одно: чем больше я читаю книг по биологии, физике, астрономии и другим наукам, тем больше я восхищаюсь тем, до каких же мелочей продуман наш мир, и как всё тесно взаимосвязано, начиная от одноклеточных простейших и заканчивая галактиками. Утверждать, что всё это является следствием простой случайности – это значит бросить вызов всему разумному, что есть в мире.
До ХХ века большинство учёных придерживались космологической модели Канта , согласно которой Вселенная бесконечна, заполняет собой всё и вся, она статична и однородна. Однако родоначальником этой идеи является Исаак Ньютон, но поскольку её развитие принадлежит немецкому философу Эммануилу Канту, то под его именем она более знакома аудитории. По данной версии Вселенная не имеет начала и конца во времени, и всё происходящее в ней можно описать законами механики Ньютона. Такая теория несколько противоречит теории Креационизма , говорящей о том, что Вселенная – дело рук Творца. Если Вселенная бесконечна, то как в ней тогда найти Бога? Единственное, что может выручить креационистов в данном случае – концепция пантеизма, гласящая: «Бог есть всё», утверждающая, что Творец как бы «растворён» в каждом из нас и во всём, что нас окружает, и что всё родилось из божественной структуры.
В богатом на открытия ХХ веке Альберт Эйнштейн в Общей Теории Относительности описал, что пространство и время неразрывно связаны между собой и являются формами существования единой субстанции – материи. ОТО основана на сенсационном предположении о том, что гравитационная сила не может появиться в статичном пространстве, пространство-время искривлено помещёнными в него массой и энергией (ведь именно из-за сил гравитации звезды и планеты имеют шарообразную форму). Таким образом, и сама Вселенная, возможно, имеет вид сферы. На основе теорий Эйнштейна советский физик А. Фридман выдвинул предположение о расширяющейся Вселенной, что несколько позднее доказал Эдвин Хаббл, открыв удаление галактик друг от друга. Исходя из всех этих открытий, мир получил самую популярную теорию на сей день – Теорию Большого Взрыва .
В Теории Большого Взрыва рассматривается возникновение Вселенной из маленькой точки, в которую было помещено всё вещество. В этой частице – сингулярности, как принято её называть, вещество было уплотнено и сжато до таких пределов, что невозможно определить ни массу, ни температуру, ни плотность – в ней не действовали законы физики. По неведомым нам причинам что – то послужило причиной взрыва (эта версия, кстати, понравится приверженцам теории Креационизма, ведь Вселенную мог «запустить» Бог!), и в результате этого вещество «разлетелось» в пространстве-времени, и из этих частиц созданы и мы сами, и всё, что мы способны видеть. Но почему Вселенная расширяется, и что сам по себе представляет Большой взрыв – никто точно не знает.
Новейшая и популярная Теория струн объединяет идеи квантовой механики и теории относительности. В ней говорится о том, что атом состоит из ультрамикроскопических волокон – струн. Мир, в свою очередь, состоит не из атомов и частиц, а есть кое-что меньшее – струны – тончайшие волокна, совершающие колебания, подобные струнам на музыкальных инструментах. В результате этих колебаний и рождается энергия, вследствие чего делается вывод, что вся материя и есть энергия, энергия колебаний струн. Сторонники данной теории опровергают версию Большого взрыва, утверждая, что пространство-время существовало всегда в нескончаемой череде сжатия и расширения Вселенных (причем, из такой струны развернулась и наша Вселенная), и что мы не видим и дополнительных измерений, свёрнутых в струны. Теоретическая физика насчитывает 10 пространственных и одно временное измерение. В таком мире находятся пространства – браны, одним из которых является и наша трехмерная Вселенная, а Большой взрыв был по этой гипотезе результатом столкновения бран, в результате чего началось расширение области пространства-времени, которое постепенно замедлялось. Когда браны притягивались друг к другу, колебания струн становились сильнее, что вызывало деформацию пространственно-временной ткани, и в местах такой деформации рождались галактики.
Есть мнение, что наша Вселенная родилась подобно тому, как рождаются клетки, и что возможно мы есть часть какого-то одного огромного организма (действительно, ведь для простейших внутри нас наш организм тоже кажется целым миром!). Здесь я приложу интересное изображение, весьма распространённое в интернете, где вы увидите строение Вселенной и клетки мозга. Смотрится впечатляюще и немного давит на стенки черепа.
Теория Мультивселенной повествует, что наш родной дом далеко не единственный в ткани всего мироздания, и что за его границей неизвестное количество других вселенных со своими законами физики и порядками – чужие ли это миры, или в них существуют наши копии, которые выбрали другой путь (например, в нашей Вселенной вы – врач, а в другой – серийный убийца) – остаётся загадкой.
Источник