По ту сторону Большого взрыва
Мастер
В 1927 году молодой бельгийский ученый и католический священник, получивший иезуитское образование, изучил уравнения Эйнштейна и — как и Эйнштейн — понял, что, согласно этим уравнениям, Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. Но вместо того чтобы безосновательно отвергнуть этот результат и упрямо пытаться его избежать, как поступил Эйнштейн, бельгийский священник поверил в него и стал искать астрономические данные для его проверки. В то время галактики не назывались галактиками. Их называли туманностями, поскольку в телескоп они выглядят как маленькие бледные облака среди звезд. Никто еще не знал, что это колоссальные далекие звездные острова, подобные нашей собственной Галактике.
Однако молодой бельгийский священник понимает, что скудные данные о галактиках на самом деле совместимы с возможностью расширения Вселенной: близкие к нам галактики удаляются с большой скоростью, словно ими кто-то выстрелил в небо; далекие галактики удаляются еще быстрее. Вселенная раздувается, подобно воздушному шарику.
Harvard College Observatory
Два года спустя эта догадка подтверждается благодаря двум американским астрономам — Генриетте Левитт и Эдвину Хабблу. Левитт открывает хороший метод измерения расстояний от туманностей, подтвердивший, что они находятся очень далеко, за пределами нашей собственной Галактики. C помощью этого метода и большого телескопа Паломарской обсерватории Хаббл собирает точные данные, которые подтверждают, что галактики удаляются, а их скорости пропорциональны расстоянию до них.
Но именно молодой бельгийский священник еще в 1927 году сделал ключевой вывод: если мы видим летящий вверх камень, значит, раньше он находился ниже и что-то швырнуло его вверх. Если мы видим удаляющиеся галактики и Вселенная расширяется, значит, раньше галактики были ближе, а Вселенная была меньше и что-то заставило ее начать расширяться. Молодой бельгийский священник выдвигает предположение, что Вселенная изначально была чрезвычайно маленькой и плотной и начала свое расширение с гигантского взрыва. Он называет это начальное состояние первоатомом. Сегодня мы знаем его как Большой взрыв.
Молодого бельгийца звали Жорж Леметр. По-французски его имя звучит как le maître, что означает «мастер», — трудно найти более подходящее имя для человека, который первым осознал факт Большого взрыва. Но, несмотря на свое имя, Леметр имел очень сдержанный характер; он избегал полемики и никогда не настаивал на своем приоритете в открытии расширения Вселенной, которое в итоге стали приписывать Хабблу. Два эпизода из его жизни иллюстрируют глубину его ума. Первый касается Эйнштейна, второй — папы римского.
Как уже упоминалось, Эйнштейн скептически отнесся к идее расширения Вселенной. Он вырос с мыслью, что Вселенная статична, и не мог принять идею, что это не так. Даже великие совершают ошибки и склонны к предубеждениям. Леметр встретился с Эйнштейном и попытался пошатнуть его предубеждения. Эйнштейн был непреклонен и дошел до того, что сказал Леметру: «Правильные вычисления, отвратительная физика». Позднее Эйнштейн был вынужден признать правоту Леметра. Не всякому дано опровергнуть Эйнштейна.
Эта ситуация повторилась еще раз. Эйнштейн ввел в свои уравнения небольшое, но важное дополнение — космологическую постоянную в (ошибочной) попытке заставить уравнения описывать статическую Вселенную. Когда он признал, что Вселенная не статична, то отверг космологическую постоянную. Леметр во второй раз попытался убедить его изменить свое мнение: космологическая постоянная не делает Вселенную статичной, но она, тем не менее, правомерна и нет оснований ее отбрасывать. В этот раз Леметр тоже оказался прав: космологическая постоянная вызывает ускоренное расширение Вселенной, и это ускорение недавно было измерено. И вновь Эйнштейн ошибался, а Леметр оказался прав.
Когда идея появления Вселенной в Большом взрыве стала при¬знаваться, папа Пий XII в публичном выступлении (22 ноября 1951 года) объявил, что эта теория подтверждает сотворение мира, описанное в Книге Бытия. Леметр с большим беспокойством отреагировал на заявление папы. Он связался с научным советником понтифика и приложил большие усилия к тому, чтобы убедить папу не увязывать божественное творение с Большим взрывом. Леметр был убежден, что подобным образом смешивать науку и религию глупо и неоправданно: Библия ничего не знает о физике, а физика ничего не знает о Боге. Пий XII согласился с его аргументацией, и католическая церковь никогда больше не делала публичных заявлений по этому вопросу. Не каждому выпадает честь опровергнуть папу.
И конечно, на этот раз Леметр тоже был прав: сегодня много говорят о том, что Большой взрыв — это не настоящее начало, что до него могла существовать другая вселенная. Только подумайте, в каком неудобном положении оказалась бы сегодня католическая церковь, если бы приняла официальную доктрину, что Большой взрыв и Творение — одно и то же. «Да будет свет!» превратилось бы во «Включите свет снова!».
Состязаться с Эйнштейном и папой, убеждая их, что они ошибаются, и оба раза оказаться правым — это впечатляющий результат. «Мастер» оправдал свое имя.
Сегодняшние данные не оставляют сомнений: Вселенная в далеком прошлом была чрезвычайно горячей и чрезвычайно плотной, и с тех пор она расширяется. Мы можем в деталях реконструировать историю Вселенной, начиная с ее первичного горячего и плотного состояния. Мы знаем, как образовались атомы, элементы, галактики и звезды и как развивалась известная нам Вселенная. Недавние тщательные наблюдения излучения, которое заполняет Вселенную, выполненные спутником Planck, вновь в полном объеме подтвердили теорию Большого взрыва. Мы знаем с высокой степенью уверенности, что происходило с крупномасштабной структурой нашей Вселенной в течение последних 14 миллиардов лет, начиная с того момента, когда она была огненным сгустком.
Задумайтесь: первоначально выражение «теория Большого взрыва» было вброшено оппонентами теории, чтобы высмеять идею, которая казалась абсурдной. А в итоге мы все убеждены в том, что 14 миллиардов лет назад Вселенная была плотным огненным сгустком.
Но что же было до этого начального горячего и плотного состояния?
Возвращаясь назад во времени, мы видим, что температура растет наряду с плотностью вещества и энергии. В некоторый момент они достигают планковского масштаба — 14 миллиардов лет назад. В этой точке уравнения общей теории относительности перестают работать, поскольку больше нельзя игнорировать квантовую механику. Мы попадаем в царство квантовой гравитации.
Квантовая космология
Для понимания того, что случилось 14 миллиардов лет назад, нам нужна квантовая гравитация. Что петлевая теория говорит нам по этому вопросу?
Рассмотрим аналогичную, но более простую ситуацию. Согласно классической механике, электрон, падающий прямо на атомное ядро, должен быть поглощен им и исчезнуть. Но в реальности все происходит иначе. Классическая механика неполна, и необходимо принимать во внимание квантовые эффекты. Реальный электрон — это квантовый объект, и он не движется по точной траектории: его невозможно удержать в слишком малой области. Чем больше его сжимают, тем быстрее он ускользает. Если мы хотим остановить его возле ядра, то самое большее, что можно сделать, это вынудить его занять орбиту, соответствующую по размерам самой маленькой атомной орбитали: ближе к ядру он держаться не может. Квантовая механика не позволяет реальному электрону упасть в ядро. Квантовое отталкивание выталкивает электрон, когда он оказывается слишком близко к центру. Таким образом, материя оказывается устойчивой благодаря квантовой механике. Без нее электроны падали бы в ядра, атомов бы не существовало, а значит, и нас тоже.
То же самое происходит со Вселенной. Представим себе Вселенную, сжимающуюся и становящуюся чрезвычайно маленькой, сжатой под действием собственного веса. Согласно уравнениям Эйнштейна, Вселенная сжималась бы до бесконечности и полностью исчезла бы в центральной точке подобно электрону, падающему в ядро. Таков Большой взрыв, предсказываемый эйнштейновскими уравнениями, если мы игнорируем квантовую механику.
Но если принять во внимание квантовую механику, то Вселенная не может бесконечно сжиматься. Квантовое отталкивание заставляет ее отскакивать. Сжимающаяся Вселенная не коллапсирует в точку — она отскакивает и вновь начинает расширяться, как если бы она возникла в космическом взрыве.
Источник
Все за сегодня
Политика
Экономика
Наука
Война и ВПК
Общество
ИноБлоги
Подкасты
Мультимедиа
Наука
Forskning (Норвегия): пять мифов о Большом взрыве
Как произошел Большой взрыв, и что было вокруг него? Два физика разбирают самые распространенные заблуждения об этой теории
Вся вселенная была сведена в бесконечно малую точку, которая затем взорвалась, и вещество устремилось в пространство.
В этом утверждении неверно все, говорят астрофизики.
«Теорию Большого взрыва представлять себе надо совсем не так», — рассказывает профессор Торстен Брингманн (Torsten Bringmann). Он занимается космологией и физикой астрочастиц в Университете Осло.
Профессор и физик-теоретик Аре Раклев (Are Raklev) из Университета Осло замечает, что многие описания создают неправильное представление о теории Большого взрыва.
Раклев и Брингманн разбирают для нас самые распространенные заблуждения.
Плотнее и горячее
Во-первых, что на самом деле имеется в виду под Большим взрывом?
«Теория Большого взрыва заключается в том, что вселенная около 14 миллиардов лет назад была в намного более горячем и плотном состоянии, и она расширялась. Вот и все, не более того», — объясняет Раклев.
Космос все время расширялся и становился холоднее.
Основываясь на этой теории, ученые получили хорошее представление об истории вселенной: например, о том, когда появились элементарные частицы и когда образовались атомы, звезды и галактики.
Мы хорошо знаем, что случилось с вселенной в возрасте примерно 10 -32 секунды. Это значит 0,0000000000000000000000000000000001 секунды, согласно статье астрофизика Йостейна Рисера Кристиансена (Jostein Riiser Kristiansen).
Перейдем к мифам.
1. «Это был взрыв»
Само словосочетание «Большой взрыв» звучит так, словно что-то сдетонировало, говорит Аре Раклев. Но это не слишком удачное описание произошедшего. Почему? Скоро узнаете.
В начале 1920-х годов математик Александр Фридманн (Aleksander Friedmann) обнаружил, что общая теория относительности Эйнштейна предполагает расширение вселенной. К такому же выводу пришел бельгийский священник Жорж Леметр (Georges Lemaître).
Контекст
Forbes: как Вселенная сделала наше существование возможным?
Большой взрыв и «черная дыра»
Вскоре Эдвин Хаббл (Edwin Hubble) продемонстрировал, что галактики действительно удаляются друг от друга.
Галактики удаляются от нас. Свет от них подвержен красному смещению — то есть его волны стали длиннее и передвинулись к красной стороне спектра. Мало того, галактики все быстрее исчезают из нашего поля зрения.
Однажды почти все галактики, которые мы видим сегодня в телескопы, исчезнут с нашего неба. В конце концов звезды погаснут, и наблюдателю останется вечно темное и пустынное небо.
К счастью, до этого еще очень и очень далеко.
Эту историю можно отмотать и в обратную сторону. Сейчас галактики расходятся, но когда-то они были гораздо ближе друг к другу.
«Если взять наблюдаемую вселенную и перемотать историю назад, все уместится на очень маленькой площади», — говорит Раклев.
Вот мы и подошли к моменту Большого взрыва. Так что же произошло?
Легче всего представить, будто Большой взрыв был обычным взрывом, в результате которого вещество разлетелось в разные стороны, словно куски дерева после попадания ручной гранаты.
«Но во время Большого взрыва в разные стороны разлетелось вовсе не вещество, — говорит Раклев. — Расширяется сама вселенная, само космическое пространство».
2. «Вселенная расширяется в чем-то»
Не галактики убегают друг от друга — это само пространство расширяется.
Представьте себе шар из теста с изюмом. Тесто — это пространство, а изюм — галактики. Тесто начинает подниматься, и изюминки оказываются все дальше друг от друга, но сами они фактически не двигаются.
Торстен Брингманн приводит в пример поверхность воздушного шара. Нарисуйте на ней точки и посмотрите, как расстояние между ними будет увеличиваться по мере надувания.
«Однако правда и то, что галактики движутся также в результате взаимного гравитационного притяжения — это дополнительный эффект», — говорит Раклев.
Статьи по теме
Когда Вселенной придет конец
Для света от нескольких галактик характерно голубое смещение — это значит, что они движутся к нам. Это касается некоторых близлежащих галактик. Но на больших расстояниях этот эффект перекрывается законом Хаббла: скорость, с которой галактики удаляются друг от друга, возрастает пропорционально расстоянию. Выходит, расстояние увеличивается быстрее, чем свет успевает пройти между двумя расположенными очень далеко друг от друга точками.
Ну хорошо, шар из теста расширяется в пространстве внутри духовки. А как насчет вселенной? Что там, за ее пределами?
Вселенная расширяется ни в чем. Ученые не думают, что у нее есть какой-то «край».
То, что называется наблюдаемой вселенной, — это пузырь вокруг нас диаметром в 93 миллиарда световых лет. Чем дальше мы заглядываем, тем глубже забираемся в прошлое. Мы не можем наблюдать или измерять то, что находится за пределами расстояния, которое свет прошел до нас с момента Большого взрыва.
Поскольку космическое пространство расширялось, размер наблюдаемой вселенной, как это ни парадоксально, превышает 14 миллиардов световых лет.
Но ученые считают, что вселенная за пределами нашего пузыря намного больше. Возможно, она бесконечна.
Вселенная может быть плоской, как и выглядит. Тогда два луча света останутся параллельными и никогда не пересекутся. Если бы вы попытались отправиться на край вселенной, вы бы никогда его не достигли. Вселенная продолжается бесконечно.
Если же вселенной присуща позитивная кривизна, то в теории она может быть и конечной. Тогда она будет напоминать своего рода шар. Отправившись искать «конец», вы вернулись бы в то же самое место, откуда начали, вне зависимости от избранного направления. Как если объехать вокруг земного шара и вернуться в исходную точку.
В любом случае вселенная способна расширяться, ни во что не упираясь.
Бесконечная вселенная, которая становится все больше, все равно остается бесконечной. У «вселенной-шара» нет края.
3. «У Большого взрыва был центр»
Если представить Большой взрыв как взрыв гранаты, есть большой соблазн вообразить некий эпицентр. Как это и бывает с обычными взрывами.
Но только не с Большим взрывом. Почти все галактики удаляются от нас во всех направлениях. Создается ощущение, что Земля и была тем центром, с которого началась вселенная. Но это, конечно, не так.
Все остальные наблюдатели увидят то же самое из своей родной галактики, объясняет Торстен Брингманн.
Вселенная расширяется повсюду одновременно. Большой взрыв не происходил в каком-то конкретном месте.
«Он произошел повсюду», — Раклев.
4. «Вся вселенная была заключена в крошечной точке»
Действительно, в начале Большого взрыва все, что есть в нашей наблюдаемой вселенной, было сосредоточено на очень маленьком пространстве невероятно близко друг к другу.
Но как вселенная может быть одновременно бесконечной и очень маленькой?
Возможно, вы читали, что вселенная поначалу была меньше атома, а потом достигла размеров футбольного мяча. Но в таком случае это значит, что у пространства вначале все-таки были границы, некий край.
«Нет никаких доказательств, что вселенная в момент Большого взрыва уже была бесконечной, — говорит Раклев. — Она просто была меньше в том смысле, что расстояния, которые тогда измерялись метрами, увеличились на непостижимые миллиарды световых лет».
Когда мы рассуждаем, какой была вселенная в то время, речь идет лишь о нашей наблюдаемой вселенной.
«Вся наблюдаемая вселенная вышла из крошечной области, которую можно назвать точкой. Но точка рядом с ней тоже расширилась, и следующая точка тоже. Просто все это сейчас так далеко от нас, что мы не можем этого увидеть», — объясняет Раклев.
5. «Вселенная была бесконечно маленькой, горячей и плотной»
Возможно, вы слышали, что вселенная началась с сингулярности? Она была бесконечно маленькой, горячей и так далее. Может, так оно и было, но многие физики сомневаются, что это дает какой-то ответ.
Сингулярность — понятие, которое используют, когда математика с описанием не справляется, а с помощью обычной физики описать явление невозможно. Так объясняет космолог Стен Хансен (Steen H. Hansen).
Мультимедиа
10 худших мест для жизни во вселенной
Торстен Брингманн вкратце рассказывает, что это значит в контексте Большого взрыва.
«Вселенная сегодня немного больше, чем вчера. И даже немного больше, чем была миллион лет назад. Теория Большого взрыва опирается на экстраполяцию этого процесса назад во времени. И для этого нужна еще одна теория: общая теория относительности».
«Если я экстраполирую процесс до самого конца в обратном направлении, вселенная будет становиться все меньше и меньше, плотнее и плотнее, горячее и горячее. Наконец, получится что-то очень маленькое, очень горячее и плотное. Вот это и есть теория Большого взрыва, она подразумевает, что так все и началось. Потому что на этом нам просто приходится остановиться», — говорит Брингманн.
Если отмотать общую теорию относительности назад до самого конца, то получится точка с невероятно высокой плотностью и температурой. Ее размеры стремятся к нулю.
«Это чисто математическая экстраполяция, выходящая за рамки того, что на самом деле допускает теория», — говорит Брингманн.
«При этом в какой-то момент речь начинает идти о таких плотности и температуре, что у нас просто больше нет физических теорий для их описания».
По его словам, физикам нужна другая теория. И есть люди, которые занимаются именно этим.
«Что нужно, чтобы описать такое экстремальное состояние? Тут мы подходим к области, где нужна теория, комбинирующая теорию гравитации и квантовую теорию. Никто не смог ее сформулировать. А мы как раз ждем, что теория квантовой гравитации не будет приводить нас к заключению, что все восходит к одной определенной точке».
Так что происходившее в самом начале истории вселенной от нас до сих пор скрыто, что — пока что.
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.
Лучшие
Все комментарии
levenkool:)
GreyCat
balex207
ОлегПланше
Юнгер
Welran
Serg.ham
GreyCat
spg1949
Ватный Суслик
yarko
vanderdanden
Максим Бел
Максим Кириллов
kashapov.rashid
в ответ ( Показать комментарий Скрыть комментарий)
Популярное
Су-35 против Еврофайтера: кто выиграет битву за небо Европы? (TNI)
WeChat: вкус этого русского напитка трудно забыть!
Обозреватель: армия НАТО и армия России — это как Tesla и «Запорожец»
FP: в чем опасность распространения российской версии истории по всему миру?
Le Monde: Запад только и делает, что обвиняет Россию во всех грехах
Глава МИД Украины: Россия не пойдет на «самоубийственную» войну против НАТО на Черном море (Newsweek, США)
Обозреватель: армия НАТО и армия России — это как Tesla и «Запорожец»
Су-35 против Еврофайтера: кто выиграет битву за небо Европы? (TNI)
Evrensel: Черное море превратилось в пороховую бочку
FP: в чем опасность распространения российской версии истории по всему миру?
При полном или частичном использовании материалов ссылка на ИноСМИ.Ru обязательна (в интернете — гиперссылка).
Использование переводов в коммерческих целях запрещено
Сетевое издание — Интернет-проект ИноСМИ.RU зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 08 апреля 2014 года. Свидетельство о регистрации ЭЛ № ФС 77 — 57642
Учредитель: Федеральное государственное унитарное предприятие «Международное информационное агентство «Россия сегодня» (МИА «Россия сегодня»).
Главный редактор: Дубосарский А.И.
Адрес электронной почты редакции: info@inosmi.ru
Телефон редакции: +7 495 645 66 01
Настоящий ресурс содержит материалы 18+
Ошибка
Произошла ошибка. Пожалуйста, повторите попытку позже.
Здравствуйте, !
Здравствуйте, !
Факт регистрации пользователя на сайтах РИА Новости обозначает его согласие с данными правилами.
Пользователь обязуется своими действиями не нарушать действующее законодательство Российской Федерации.
Пользователь обязуется высказываться уважительно по отношению к другим участникам дискуссии, читателям и лицам, фигурирующим в материалах.
Публикуются комментарии только на русском языке.
Комментарии пользователей размещаются без предварительного редактирования.
Комментарий пользователя может быть подвергнут редактированию или заблокирован в процессе размещения, если он:
- пропагандирует ненависть, дискриминацию по расовому, этническому, половому, религиозному, социальному признакам, содержит оскорбления, угрозы в адрес других пользователей, конкретных лиц или организаций, ущемляет права меньшинств, нарушает права несовершеннолетних, причиняет им вред в любой форме;
- призывает к насильственному изменению конституционного строя Российской Федерации
- порочит честь и достоинство других лиц или подрывает их деловую репутацию;
- распространяет персональные данные третьих лиц без их согласия;
- преследует коммерческие цели, содержит спам, рекламную информацию или ссылки на другие сетевые ресурсы, содержащие такую информацию;
- имеет непристойное содержание, содержит нецензурную лексику и её производные;
- является частью акции, при которой поступает большое количество комментариев с идентичным или схожим содержанием («флешмоб»);
- автор злоупотребляет написанием большого количества малосодержательных сообщений («флуд»);
- смысл текста трудно или невозможно уловить;
- текст написан по-русски с использованием латиницы;
- текст целиком или преимущественно набран заглавными буквами;
- текст не разбит на предложения.
В случае трехкратного нарушения правил комментирования пользователи будут переводиться в группу предварительного редактирования сроком на одну неделю.
При многократном нарушении правил комментирования возможность пользователя оставлять комментарии может быть заблокирована.
Пожалуйста, пишите грамотно – комментарии, в которых проявляется неуважение к русскому языку, намеренное пренебрежение его правилами и нормами, могут блокироваться вне зависимости от содержания.
Источник