След мистериозната космологична сингулярност следва не по-малко мистериозната епоха на Планк (0 -10 -43 s). Трудно е да се каже какви процеси са протекли в този кратък миг от новородената Вселена. Но със сигурност се знае, че до края на момента на Планк гравитационното влияние се е отделило от трите фундаментални сили, обединени в една група на Великото Обединение.
За да се опише по-ранният момент, е необходима нова теория, част от която може да бъде квантовият гравитационен модел и теорията на струните. Оказва се, че ерата на Планк, подобно на космологичната сингулярност, е ултра малка по продължителност, но значима от гледна точка на научна тежест празнина в наличните знания за ранната Вселена. Освен това във времето на Планк е имало особени флуктуации на пространството и времето. За да се опише този квантов хаос, може да се използва образът на разпенени квантови клетки на пространство-времето.
В сравнение с ерата на Планк по-нататъшните събития се появяват пред нас в ярка и разбираема светлина. В периода от 10 -43 s до 10 -35 s в младата Вселена вече са действали силите на гравитацията и Великото Обединение. През този период силните, слабите и електромагнитните влияния са били едно цяло и са съставлявали силовото поле на Великото Обединение.
Когато са изминали 10 -35 s от Големия взрив, Вселената е достигнала температура от 10 29 К. В този момент силната сила се отделя от електрослабата. Това доведе до нарушаване на симетрията, което се случи по различен начин в различните части на Вселената. Има възможност Вселената да е била разделена на части, които са били отделени една от друга от дефекти в пространство-времето. Там може да има и други дефекти - космически струни или магнитни монополи. Днес обаче не можем да видим това поради друго разделение на властта на Великото Обединение – космологичната инфлация.
По това време Вселената е била изпълнена с газ от гравитони – хипотетични кванти на гравитационното поле и бозони на силата на Великото обединение. В същото време нямаше почти никаква разлика между лептоните и кварките.
Когато се случи разделяне на силите в някои части на Вселената, възникна фалшив вакуум. Енергията е заседнала на високо ниво, което кара пространството да се удвоява по размер на всеки 10 -34 секунди. Така Вселената премина от квантови мащаби (една милиардна трилионна трилионна от сантиметъра) до размера на топка с диаметър около 10 см. В резултат на ерата на Великото обединение настъпи фазов преход на първичната материя, който е придружено от нарушение на равномерността на неговата плътност. Епохата на Великото Обединение завършва приблизително 10 −34 секунди след Големия взрив, когато плътността на материята е 10 74 g/cm³, а температурата е 10 27 К. условия. Това разделяне доведе до следващия фазов преход и широкомащабно разширение на Вселената, което доведе до промяна в плътността на материята и нейното разпределение във Вселената.
Една от причините, поради които знаем толкова малко за състоянието на Вселената преди инфлацията, е, че последвалите събития я промениха много, разпръсквайки частици преди инфлационната възраст до най-отдалечените ъгли на Вселената. Следователно, дори ако тези частици са запазени, е доста трудно да бъдат открити в съвременната материя.
С бързото развитие на Вселената настъпват големи промени и след периода на Великото обединение идва ерата на инфлацията (10 -35 - 10 -32). Тази епоха се характеризира със свръхбързо разширяване на младата Вселена, тоест инфлация. В този кратък момент Вселената беше океан от фалшив вакуум с висока енергийна плътност, благодарение на която разширяването стана възможно. В същото време параметрите на вакуума постоянно се променяха поради квантови изблици - флуктуации (пространствено-времево разпенване).
Инфлацията обяснява естеството на експлозията при Големия взрив, тоест защо е настъпило бързото разширяване на Вселената. Общата теория на относителността на Айнщайн и квантовата теория на полето послужиха като основа за описание на това явление. За да опишат този феномен, физиците изградиха хипотетично инфлаторно поле, което изпълни цялото пространство. Поради случайни колебания, той приема различни стойности в произволни пространствени региони и в различни моменти от време. След това в полето на инфлатора се формира еднаква конфигурация с критичен размер, след което пространствената област, заета от флуктуацията, започва бързо да нараства по размер. Поради стремежа на инфлаторното поле да заеме положение, при което енергията му е минимална, процесът на разширяване придоби нарастващ характер, в резултат на което Вселената започна да се увеличава по размер. В момента на разширяване (10 -34) фалшивият вакуум започва да се разпада, в резултат на което започват да се образуват частици и античастици с високи енергии.
В историята на Вселената започва адронната ера, важна характеристика на която е съществуването на частици и античастици. Според съвременните представи в първите микросекунди след Големия взрив Вселената е била в състояние на кварк-глуонна плазма. Кварките са компонентите на всички адрони (протони и неутрони), а неутралните частици са глуони, носители на силното взаимодействие, които осигуряват адхезията на кварките в адрони. В първите мигове на Вселената тези частици са били само формирани и са били в свободно, газообразно състояние.
Хромоплазмата на кварките и глуоните обикновено се сравнява с течното състояние на взаимодействаща материя. В такава фаза кварките и глуоните се освобождават от адронната материя и могат свободно да се движат в плазменото пространство, което води до образуването на цветна проводимост.
Въпреки изключително високите температури, кварките бяха достатъчно свързани и движението им наподобяваше движението на атоми в течност, а не в газ. Също така при такива условия се случва друг фазов преход, при който леките кварки, които изграждат материята, стават безмасови.
Наблюденията на CMB показаха, че първоначалното изобилие от частици в сравнение с броя на античастиците е незначителна част от общото количество. И именно тези излишни протони бяха достатъчни, за да създадат веществото на Вселената.
Някои учени смятат, че в адронната ера е имало и прикриване на материята. Носителят на скритата маса е неизвестен, но такива елементарни частици като аксиони се считат за най-вероятни.
По време на развитието на експлозията температурата спадна и след една десета от секундата достигна 3 * 10 10 градуса по Целзий. За една секунда десет хиляди милиона градуса и за тринадесет секунди три хиляди милиона. Това вече беше достатъчно за електроните и позитроните да започнат да анагилират по-бързо. Енергията, освободена по време на анагилация, постепенно забавя скоростта на охлаждане на Вселената, но температурата продължава да пада.
Периодът от 10-4 - 10 s обикновено се нарича ера на лептоните. Когато енергията на частиците и фотоните намаля стократно, материята се изпълни с лептони-електрони и позитрони. Лептонната ера започва с разпадането на последните адрони в мюони и мюонни неутрино и завършва след няколко секунди, когато енергията на фотоните рязко намаля и генерирането на двойки електрон-позитрон е спряно.
Около една стотна от секундата след Големия взрив температурата на Вселената е била 10 11 градуса по Целзий. Това е много по-горещо от центъра на всяка известна звезда. Тази температура е толкова висока, че никой от компонентите на обикновената материя, атоми и молекули, не може да съществува. Вместо това младата вселена се състоеше от елементарни частици. Една от тези частици бяха електроните, отрицателно заредените частици, които образуват външните части на всички атоми. Другите частици бяха позитрони, положително заредени частици с маса, точно равна на масата на електрона. Освен това имаше неутрино от различни видове - призрачни частици, които нямаха нито маса, нито електрически заряд. Но неутрино и антинеутрино не се унищожават едно друго, защото тези частици взаимодействат много слабо помежду си и с други частици. Следователно те все още трябва да се намират около нас и биха могли да бъдат добър начин за тестване на горещия модел на ранната вселена. Сега обаче енергиите на тези частици са твърде ниски, за да ги наблюдаваме.
По време на лептонната ера е имало частици като протони и неутрони. И накрая, във Вселената имаше светлина, която според квантовата теория се състои от фотони. Пропорционално имаше хиляда милиона електрони за един неутрон и един протон. Всички тези частици непрекъснато се раждат от чиста енергия и след това се унищожават, образувайки други видове частици. Плътността в ранната вселена при тези високи температури е била четири хиляди милиона пъти по-голяма от тази на водата.
Както бе споменато по-рано, през този период се извършва интензивно раждане в ядрени реакции на различни видове призрачни неутрино, което се нарича реликтово.
Започва радиационната ера, в началото на която Вселената навлиза в ерата на радиацията. В началото на ерата (10 s) радиацията интензивно взаимодейства със заредени частици от протони и електрони. Поради спада на температурата фотоните се охладиха и в резултат на многобройни разсейвания върху отдалечаващите се частици част от енергията им беше отнесена.
Около сто секунди след Големия взрив температурата пада до хиляда милиона градуса, което е температурата на най-горещите звезди. При такива условия енергията на протоните и неутроните вече не е достатъчна, за да устои на силното ядрено привличане и те започват да се комбинират помежду си, образувайки водородни ядра с тежък деутерий. След това ядрата на деутерия свързват други неутрони и протони и се превръщат в ядра на хелий. След това се образуват по-тежки елементи - литий и берилий. Първичното образуване на атомни ядра на възникващото вещество не продължи дълго. След три минути частиците се бяха разпръснали толкова далеч една от друга, че сблъсъците бяха рядкост. Според горещия модел на Големия взрив около една четвърт от протоните и неутроните трябва да са се превърнали в атоми на хелий, водород и други елементи. Останалите елементарни частици се разпадат на протони, представляващи ядрата на обикновения водород.
Няколко часа след Големия взрив производството на хелий и други елементи спря. В продължение на един милион години Вселената просто продължаваше да се разширява и почти нищо друго не се случи. Материята, която съществуваше по това време, започна да се разширява и охлажда. Много по-късно, след стотици хиляди години, температурата падна до няколко хиляди градуса и енергията на електроните и ядрата не беше достатъчна, за да преодолее електромагнитното привличане между тях. Те започнаха да се сблъскват един с друг, образувайки първите атоми на водород и хелий (фиг. 2).
Екология на знанието: Заглавието на тази статия може да не изглежда като много умна шега. Според общоприетата космологична концепция, теорията за Големия взрив, нашата Вселена е възникнала от екстремно състояние на физическия вакуум, генериран от квантова флуктуация.
Заглавието на тази статия може да не изглежда като много умна шега. Според общоприетата космологична концепция, теорията за Големия взрив, нашата Вселена е възникнала от екстремно състояние на физическия вакуум, генериран от квантова флуктуация. В това състояние нито времето, нито пространството са съществували (или са били оплетени в пространствено-времева пяна) и всички фундаментални физически взаимодействия са били слети в едно. По-късно те се отделиха и придобиха самостоятелно съществуване - първо гравитация, след това силно взаимодействие и едва след това - слабо и електромагнитно.
Теорията за Големия взрив се ползва с доверие от по-голямата част от учените, които изучават ранната история на нашата Вселена. Това наистина обяснява много и по никакъв начин не противоречи на експерименталните данни.
Напоследък обаче има конкурент в лицето на нова, циклична теория, чиито основи са разработени от двама физици от изключителна класа - директорът на Института за теоретични науки към Принстънския университет Пол Стайнхард и носителят на Медал Максуел и престижната международна награда TED, Нийл Турок, директор на Канадския институт за напреднали изследвания в теоретичната наука физика (Perimeter Institute for Theoretical Physics). С помощта на професор Щайнхард Популярната механика се опита да обясни цикличната теория и нейните причини.
Моментът, предхождащ събитията, когато се появи "първо гравитацията, след това силно взаимодействие и едва след това - слабо и електромагнитно", обикновено се обозначава като нулево време, t=0, но това е чиста условност, почит към математическия формализъм. Според стандартната теория непрекъснатият поток на времето започва едва след като силата на гравитацията придобива независимост.
Този момент обикновено се приписва на стойността t = 10-43 s (по-точно 5,4x10-44 s), която се нарича време на Планк. Съвременните физически теории просто не са в състояние да работят смислено с по-кратки интервали от време (смята се, че това изисква квантова теория на гравитацията, която все още не е създадена). В контекста на традиционната космология няма смисъл да се говори за това какво се е случило преди началния момент на времето, тъй като времето, според нашето разбиране, тогава просто не е съществувало.
Незаменима част от стандартната космологична теория е концепцията за инфлацията. След като инфлацията приключи, гравитацията пое властта и Вселената продължи да се разширява, но с намаляваща скорост.
Тази еволюция продължи 9 милиарда години, след което се появи друго антигравитационно поле с все още неизвестна природа, което се нарича тъмна енергия. Той отново доведе Вселената в режим на експоненциално разширение, който, изглежда, трябва да се запази в бъдещите времена. Трябва да се отбележи, че тези заключения се основават на астрофизични открития, направени в края на миналия век, почти 20 години след появата на инфлационната космология.
Инфлационната интерпретация на Големия взрив е предложена за първи път преди около 30 години и оттогава е била изглаждана много пъти. Тази теория направи възможно решаването на няколко основни проблема, които предишната космология не успя да реши.
Например, тя обясни защо живеем във вселена с плоска евклидова геометрия - в съответствие с класическите уравнения на Фридман, точно това трябва да стане с експоненциално разширение.
Инфлационната теория обяснява защо космическата материя има зърнистост в мащаб, който не надвишава стотици милиони светлинни години, и е равномерно разпределена на големи разстояния. Тя също така обясни провала на всеки опит за откриване на магнитни монополи, много масивни частици с един магнитен полюс, за които се смята, че са изобилни преди началото на инфлацията (инфлацията разтегли пространството, така че първоначално високата плътност на монополите беше намалена до почти нула и следователно нашите инструменти не могат да ги открият).
Скоро след появата на инфлационния модел няколко теоретици осъзнаха, че неговата вътрешна логика не противоречи на идеята за постоянно многократно раждане на все повече и повече нови вселени. Наистина, квантовите флуктуации, като тези, на които дължим съществуването на нашия свят, могат да възникнат във всяко количество, ако има подходящи условия за това.
Възможно е нашата Вселена да е напуснала зоната на флуктуация, образувана в предшестващия свят. По същия начин може да се предположи, че някога и някъде в нашата собствена вселена ще се образува флуктуация, която ще „издуха“ млада вселена от напълно различен вид, също способна на космологично „раждане“. Има модели, в които такива детски вселени възникват непрекъснато, поникват от родителите си и намират своето място. В същото време изобщо не е необходимо в такива светове да са установени едни и същи физически закони.
Всички тези светове са "вградени" в единен пространствено-времеви континуум, но са толкова разделени в него, че по никакъв начин не усещат взаимното си присъствие. Като цяло концепцията за инфлация позволява - нещо повече, сили! - да считат, че в гигантския мегакосмос има много вселени, изолирани една от друга с различно разположение.
Теоретичните физици обичат да измислят алтернативи дори на най-приетите теории. Появиха се конкуренти и на инфлационния модел на Големия взрив. Те не получиха широка подкрепа, но имаха и все още имат своите последователи. Теорията на Steinhardt и Turok не е първата сред тях и със сигурност не е последната. Към днешна дата обаче той е разработен по-подробно от останалите и обяснява по-добре наблюдаваните свойства на нашия свят. Той има няколко версии, някои от които се основават на теорията на квантовите струни и пространствата с висока размерност, докато други разчитат на традиционната квантова теория на полето. Първият подход дава по-нагледни картини на космологичните процеси, затова ще се спрем на него.
Най-напредналата версия на теорията на струните е известна като М-теория. Тя твърди, че физическият свят има 11 измерения – десет пространствени и едно времево. В него плуват пространства с по-малки размери, така наречените брани.
Нашата вселена е само една от тези брани с три пространствени измерения. Тя е изпълнена с различни квантови частици (електрони, кварки, фотони и др.), които всъщност са отворени вибриращи струни с единственото пространствено измерение - дължината. Краищата на всяка струна са плътно фиксирани вътре в триизмерната брана и струната не може да напусне браната. Но има и затворени струни, които могат да мигрират отвъд границите на браните - това са гравитони, кванти на гравитационното поле.
Как цикличната теория обяснява миналото и бъдещето на Вселената? Да започнем с настоящата ера. Първото място сега принадлежи на тъмната енергия, която кара нашата Вселена да се разширява експоненциално, като периодично удвоява размера си. В резултат на това плътността на материята и радиацията непрекъснато намалява, гравитационната кривина на пространството отслабва, а геометрията му става все по-плоска.
През следващите трилиони години размерът на Вселената ще се удвои около сто пъти и ще се превърне в почти празен свят, напълно лишен от материални структури. До нас има друга триизмерна брана, отделена от нас на малко разстояние в четвъртото измерение, и тя също претърпява подобно експоненциално разтягане и сплескване. През цялото това време разстоянието между браните остава практически непроменено.
И тогава тези успоредни брани започват да се приближават една до друга. Те се притискат една към друга от силово поле, чиято енергия зависи от разстоянието между браните. Сега енергийната плътност на такова поле е положителна, така че пространството на двете брани се разширява експоненциално - следователно това поле осигурява ефекта, който се обяснява с наличието на тъмна енергия!
Този параметър обаче постепенно намалява и ще падне до нула след трилион години. И двете брани така или иначе ще продължат да се разширяват, но не експоненциално, а с много бавни темпове. Следователно в нашия свят плътността на частиците и радиацията ще остане почти нула, а геометрията ще остане плоска.
Но краят на старата история е само прелюдия към следващия цикъл. Браните се движат една към друга и в крайна сметка се сблъскват. На този етап енергийната плътност на междубранното поле пада под нулата и то започва да действа като гравитация (припомнете си, че гравитацията има отрицателна потенциална енергия!).
Когато браните са много близо, междубранното поле започва да усилва квантовите флуктуации във всяка точка на нашия свят и ги превръща в макроскопични деформации на пространствената геометрия (например, една милионна от секундата преди сблъсъка, изчисленият размер на такива деформации достига няколко метра). След сблъсък именно в тези зони се освобождава лъвският дял от кинетичната енергия, освободена при удара. В резултат на това именно там възниква най-горещата плазма с температура около 1023 градуса. Именно тези области се превръщат в локални гравитационни възли и се превръщат в ембриони на бъдещи галактики.
Такъв сблъсък заменя инфлационната космология на Големия взрив. Много е важно цялата новообразувана материя с положителна енергия да се появи поради натрупаната отрицателна енергия на междубранното поле, така че законът за запазване на енергията да не се нарушава.
И как се държи такова поле в този решителен момент? Преди сблъсъка енергийната му плътност достига минимум (и отрицателна), след това започва да нараства и след сблъсък става нула. След това браните се отблъскват взаимно и започват да се раздалечават. Междубранната енергийна плътност претърпява обратна еволюция - отново става отрицателна, нулева, положителна.
Обогатена с материя и радиация, браната първо се разширява с намаляваща скорост под забавящия ефект на собствената си гравитация и след това отново преминава към експоненциално разширение. Новият цикъл завършва като предишния - и така до безкрайност. Циклите, предшестващи нашия, също са се случили в миналото – в този модел времето е непрекъснато, така че миналото съществува отвъд 13,7 милиарда години, изминали от последното обогатяване на нашата брана с материя и радиация! Дали изобщо са имали начало, теорията мълчи.
Цикличната теория обяснява свойствата на нашия свят по нов начин. Той има плоска геометрия, тъй като се разтяга извън мярката в края на всеки цикъл и се деформира само леко преди началото на нов цикъл. Квантовите флуктуации, които стават предшественици на галактиките, възникват хаотично, но средно равномерно - следователно космическото пространство е изпълнено с бучки материя, но на много големи разстояния е доста хомогенно. Не можем да открием магнитни монополи просто защото максималната температура на новородената плазма не надвишава 1023 K, а за появата на такива частици са необходими много по-високи енергии - около 1027 K.
Цикличната теория съществува в няколко версии, както и теорията за инфлацията. Въпреки това, според Пол Щайнхард, разликите между тях са чисто технически и представляват интерес само за специалисти, докато общата концепция остава непроменена: „Първо, в нашата теория няма момент на началото на света, няма сингулярност.
Има периодични фази на интензивно производство на материя и радиация, всяка от които, ако желаете, може да се нарече Големият взрив. Но нито една от тези фази не бележи появата на нова вселена, а само прехода от един цикъл към друг. Както пространството, така и времето съществуват преди и след всеки от тези катаклизми. Затова е съвсем естествено да се запитаме какво е било състоянието на нещата 10 милиарда години преди последния Голям взрив, от който започва да се брои историята на Вселената.
Втората ключова разлика е природата и ролята на тъмната енергия. Инфлационната космология не е предвидила прехода на забавящото се разширяване на Вселената в ускорено. И когато астрофизиците откриха това явление, като наблюдаваха експлозиите на далечни свръхнови, стандартната космология дори не знаеше какво да прави с него. Хипотезата за тъмната енергия беше представена просто за да свърже по някакъв начин парадоксалните резултати от тези наблюдения с теорията.
И нашият подход е много по-добре подсилен от вътрешната логика, тъй като имаме тъмна енергия от самото начало и именно тази енергия осигурява редуването на космологичните цикли. Въпреки това, както отбелязва Пол Щайнхард, цикличната теория има и слабости: „Все още не сме успели да опишем убедително процеса на сблъсък и отскачане на паралелни брани, който се случва в началото на всеки цикъл. Други аспекти на цикличната теория са разработени много по-добре и тук все още има много неясноти, които трябва да бъдат елиминирани.
Но дори и най-красивите теоретични модели се нуждаят от експериментална проверка. Възможно ли е да се потвърди или отхвърли цикличната космология с помощта на наблюдения? „И двете теории, инфлационната и цикличната, предсказват съществуването на реликтови гравитационни вълни“, обяснява Пол Щайнхард. - В първия случай те възникват от първични квантови флуктуации, които се разпространяват в пространството по време на инфлация и пораждат периодични флуктуации в неговата геометрия - а това според общата теория на относителността са гравитационни вълни.
В нашия сценарий тези вълни също са причинени от квантови флуктуации - същите, които се усилват, когато браните се сблъскат. Изчисленията показват, че всеки механизъм генерира вълни с определен спектър и специфична поляризация. Тези вълни трябва да са оставили отпечатъци върху космическото микровълново лъчение, което е безценен източник на информация за ранния космос.
Засега не са открити такива следи, но най-вероятно това ще бъде направено през следващото десетилетие. В допълнение, физиците вече мислят за директната регистрация на реликтови гравитационни вълни с помощта на космически кораби, които ще се появят след две или три десетилетия.
Друга разлика, според професор Щайнхард, е температурното разпределение на фоновото микровълново лъчение: „Тази радиация, идваща от различни части на небето, не е съвсем еднаква по температура, има повече и по-малко нагрети зони. При нивото на точност на измерване, осигурено от съвременната апаратура, броят на топлите и студените зони е приблизително еднакъв, което съвпада с изводите и на двете теории – инфлационна и циклична.
Тези теории обаче предвиждат по-фини разлики между зоните. По принцип Европейската космическа обсерватория "Планк", изстреляна миналата година, и други най-нови космически кораби ще могат да ги откриват. Надявам се, че резултатите от тези експерименти ще помогнат да се направи избор между инфлационни и циклични теории. Но също така може да се случи ситуацията да остане несигурна и нито една от теориите да не получи недвусмислена експериментална подкрепа. Е, тогава ще трябва да измислим нещо ново."
Според инфлационния модел, малко след раждането си, Вселената се разширява експоненциално за много кратко време, удвоявайки линейните си измерения многократно. Учените смятат, че началото на този процес е съвпаднало с отделянето на силното взаимодействие и е настъпило във времева граница от 10-36 s.
Такова разширение (според американския теоретичен физик Сидни Коулман започва да се нарича космологична инфлация) е изключително кратко (до 10-34 s), но увеличава линейните размери на Вселената най-малко 1030-1050 пъти, а вероятно много повече. Според повечето специфични сценарии, инфлацията е била предизвикана от антигравитационно квантово скаларно поле, чиято енергийна плътност постепенно намалява и в крайна сметка достига минимум.
Преди това да се случи, полето започна бързо да се колебае, генерирайки елементарни частици. В резултат на това до края на инфлационната фаза Вселената беше изпълнена със свръхгореща плазма, състояща се от свободни кварки, глуони, лептони и високоенергийни кванти на електромагнитното излъчване.
Радикална алтернатива
През 80-те години на миналия век професор Щайнхард има значителен принос в развитието на стандартната теория за Големия взрив. Това обаче ни най-малко не го спира да търси радикална алтернатива на теорията, в която е вложен толкова много труд. Както самият Пол Щайнхард каза пред Popular Mechanics, хипотезата за инфлацията наистина разкрива много космологични мистерии, но това не означава, че няма смисъл да се търсят други обяснения: „Първоначално ми беше просто интересно да се опитам да разбера основните свойства на нашия свят, без да прибягваме до инфлация.
По-късно, когато се задълбочих в този проблем, се убедих, че инфлационната теория изобщо не е толкова съвършена, колкото твърдят нейните привърженици. Когато за първи път беше създадена инфлационната космология, ние се надявахме, че тя ще обясни прехода от първоначалното хаотично състояние на материята към настоящата подредена вселена. Тя направи точно това, но отиде много по-далеч.
Вътрешната логика на теорията изисква да се признае, че инфлацията постоянно създава безкраен брой светове. Не би било толкова лошо, ако тяхното физическо устройство копира нашето, но това просто не работи. Например, с помощта на инфлационната хипотеза беше възможно да се обясни защо живеем в плосък евклидов свят, но повечето други вселени със сигурност няма да имат същата геометрия.
Това ще представлява интерес за вас:
Накратко, изграждахме теория, за да обясним собствения си свят, но тя излезе извън контрол и породи безкрайно разнообразие от екзотични светове. Това състояние на нещата вече не ме устройва. В допълнение, стандартната теория не е в състояние да обясни естеството на по-ранното състояние, предшестващо експоненциалното разширение. В този смисъл тя е толкова непълна, колкото и космологията преди инфлацията. И накрая, тя не може да каже нищо за природата на тъмната енергия, която е движела разширяването на нашата Вселена в продължение на 5 милиарда години.публикувани
Теорията за Големия взрив се превърна в почти толкова широко приет космологичен модел, колкото въртенето на Земята около Слънцето. Според теорията преди около 14 милиарда години спонтанни флуктуации в абсолютната празнота са довели до появата на Вселената. Нещо, сравнимо по размер със субатомна частица, се разширява до невъобразим размер за част от секундата. Но в тази теория има много проблеми, над които физиците се борят, излагайки все повече и повече нови хипотези.
Какво не е наред с теорията за големия взрив
От теорията следваче всички планети и звезди са се образували от праха, разпръснат из космоса в резултат на експлозията. Но какво го предшества не е ясно: тук нашият математически модел на пространство-времето спира да работи. Вселената е възникнала от първоначално сингулярно състояние, към което съвременната физика не може да бъде приложена. Теорията също така не разглежда причините за възникването на сингулярността или материята и енергията за нейното възникване. Смята се, че отговорът на въпроса за съществуването и произхода на първоначалната сингулярност ще бъде даден от теорията за квантовата гравитация.
Повечето космологични модели предсказватче пълната вселена е много по-голяма от наблюдаваната част - сферична област с диаметър около 90 милиарда светлинни години. Ние виждаме само тази част от Вселената, светлината от която успя да достигне до Земята за 13,8 милиарда години. Но телескопите стават все по-добри, откриваме все по-далечни обекти и засега няма причина да смятаме, че този процес ще спре.
След Големия взрив Вселената се разширява с ускоряваща скорост.Най-трудната загадка на съвременната физика е въпросът какво причинява ускорението. Според работната хипотеза Вселената съдържа невидим компонент, наречен "тъмна енергия". Теорията за Големия взрив не обяснява дали Вселената ще се разширява безкрайно и ако да, до какво ще доведе това - до нейното изчезване или нещо друго.
Въпреки че Нютоновата механика беше изместена от релативистката физика,не може да се нарече грешно. Въпреки това възприемането на света и моделите за описание на Вселената са напълно променени. Теорията за Големия взрив предсказва редица неща, които не са били известни преди. Така, ако друга теория заеме нейното място, то тя трябва да е подобна и да разширява разбирането за света.
Ще се съсредоточим върху най-интересните теории, описващи алтернативни модели на Големия взрив.
Вселената е като мираж на черна дупка
Вселената е възникнала поради колапса на звезда в четириизмерна вселена, смятат учени от Института за теоретична физика "Периметър". Резултатите от изследването им са публикувани в Scientific American. Ниайеш Афшорди, Робърт Ман и Рази Пурхасан казват, че нашата триизмерна вселена е станала като "холографски мираж", когато четириизмерна звезда се е сринала. За разлика от теорията за Големия взрив, според която Вселената е възникнала от изключително горещо и плътно пространство-време, където стандартните закони на физиката не важат, новата хипотеза за четириизмерна Вселена обяснява както причините за раждането, така и бързото й разширение.
Според сценария, формулиран от Афшорди и колегите му, нашата триизмерна вселена е вид мембрана, която плава през още по-голяма вселена, която вече съществува в четири измерения. Ако в това четириизмерно пространство имаше четириизмерни звезди, те също щяха да експлодират, точно както триизмерните в нашата Вселена. Вътрешният слой ще се превърне в черна дупка, а външният ще бъде изхвърлен в космоса.
В нашата вселена черните дупки са заобиколени от сфера, наречена хоризонт на събитията. И ако в тримерното пространство тази граница е двумерна (като мембрана), тогава в четириизмерна вселена хоризонтът на събитията ще бъде ограничен до сфера, която съществува в три измерения. Компютърни симулации на колапса на четириизмерна звезда показаха, че нейният триизмерен хоризонт на събитията постепенно ще се разширява. Точно това наблюдаваме, наричайки растежа на 3D мембрана разширение на Вселената, смятат астрофизиците.
Голямо замразяване
Алтернатива на Големия взрив може да бъде Голямото замразяване. Екип от физици от университета в Мелбърн, ръководен от Джеймс Квач, представи модел за раждането на Вселената, който прилича повече на постепенен процес на замразяване на аморфна енергия, отколкото на нейното пръскане и разширяване в три посоки на пространството.
Безформената енергия, според учените, се охлажда като вода до кристализация, създавайки обичайните три пространствени и едно времево измерение.
Теорията за голямото замръзване поставя под съмнение понастоящем приетото твърдение на Алберт Айнщайн за непрекъснатостта и плавността на пространството и времето. Възможно е пространството да има съставни части - неделими градивни елементи, като малки атоми или пиксели в компютърната графика. Тези блокове са толкова малки, че не могат да бъдат наблюдавани, но следвайки новата теория, е възможно да се открият дефекти, които трябва да пречупват потоците на други частици. Учените са изчислили подобни ефекти с помощта на математическия апарат и сега ще се опитат да ги засекат експериментално.
Вселена без начало и край
Ахмед Фараг Али от университета Бен в Египет и Саурия Дас от университета в Летбридж в Канада излязоха с ново решение на проблема със сингулярността, като се отказаха от Големия взрив. Те донесоха идеи от известния физик Дейвид Бом към уравнението на Фридман, описващо разширяването на Вселената и Големия взрив. „Удивително е, че малки корекции могат потенциално да решат толкова много проблеми“, казва Дас.
Полученият модел комбинира общата теория на относителността и квантовата теория. Той не само отрича сингулярността, предхождаща Големия взрив, но също така предотвратява свиването на Вселената до първоначалното си състояние с течение на времето. Според получените данни Вселената има краен размер и безкраен живот. Във физически план моделът описва Вселената, изпълнена с хипотетична квантова течност, която се състои от гравитони - частици, които осигуряват гравитационно взаимодействие.
Учените също твърдят, че откритията им са в съответствие с последните измервания на плътността на Вселената.
Безкрайна хаотична инфлация
Терминът "инфлация" се отнася до бързото разширяване на Вселената, което се е случило експоненциално в първите моменти след Големия взрив. Сама по себе си теорията за инфлацията не опровергава теорията за Големия взрив, а само я интерпретира по различен начин. Тази теория решава няколко фундаментални проблема на физиката.
Според инфлационния модел, малко след раждането си, Вселената се разширява експоненциално за много кратко време: нейният размер се удвоява многократно. Учените смятат, че за 10 до -36 секунди Вселената се е увеличила по размер най-малко от 10 до 30-50 пъти, а може би и повече. В края на инфлационната фаза Вселената беше изпълнена със свръхгореща плазма от свободни кварки, глуони, лептони и високоенергийни кванти.
Концепцията предполагакоето съществува в света много изолирани вселенис различно устройство
Физиците стигнаха до извода, че логиката на инфлационния модел не противоречи на идеята за постоянно многократно раждане на нови вселени. Квантовите флуктуации - същите като тези, които са създали нашия свят - могат да възникнат във всякакви количества, ако има подходящи условия за това. Напълно възможно е нашата Вселена да е излязла от зоната на флуктуация, образувана в света на предшественика. Може също така да се предположи, че някога и някъде в нашата Вселена ще се образува флуктуация, която ще „издуха“ младата Вселена от съвсем друг вид. Според този модел детските вселени могат да се развиват непрекъснато. В същото време изобщо не е необходимо в новите светове да се установяват същите физически закони. Концепцията предполага, че в света има много вселени, изолирани една от друга с различни структури.
Циклична теория
Пол Щайнхард, един от физиците, поставили основите на инфлационната космология, решава да доразвие тази теория. Ученият, който оглавява Центъра за теоретична физика в Принстън, заедно с Нийл Турок от Perimeter Institute for Theoretical Physics, очертаха алтернативна теория в книгата Endless Universe: Beyond the Big Bang ("Безкрайна вселена: Отвъд Големия взрив").Техният модел се основава на обобщение на квантовата суперструнна теория, известна като М-теория. Според нея физическият свят има 11 измерения – десет пространствени и едно времево. В него „плуват“ пространства с по-малки размери, така наречените брани (съкратено от "мембрана").Нашата вселена е само една от тези брани.
Моделът на Steinhardt и Turok твърди, че Големият взрив е настъпил в резултат на сблъсъка на нашата брана с друга брана – непозната за нас вселена. При този сценарий сблъсъци възникват за неопределено време. Според хипотезата на Steinhardt и Turok, друга триизмерна брана „плува“ до нашата брана, разделена на малко разстояние. Той също така се разширява, сплесква се и се изпразва, но след трилион години браните ще започнат да се сближават и в крайна сметка ще се сблъскат. В този случай ще се освободи огромно количество енергия, частици и радиация. Този катаклизъм ще стартира нов цикъл на разширяване и охлаждане на Вселената. От модела на Steinhardt и Turok следва, че тези цикли са били в миналото и със сигурност ще се повторят в бъдеще. Как са започнали тези цикли, теорията мълчи.
Вселена
като компютър
Друга хипотеза за структурата на Вселената казва, че целият ни свят не е нищо повече от матрица или компютърна програма. Идеята, че Вселената е цифров компютър, е предложена за първи път от немския инженер и компютърен пионер Конрад Цузе в книгата му Изчисляване на пространството („компютърно пространство“).Сред онези, които също са гледали на Вселената като на гигантски компютър, са физиците Стивън Волфрам и Джерард Хоофт.
Теоретиците на цифровата физика предполагат, че вселената е по същество информация и следователно изчислима. От тези предположения следва, че Вселената може да се разглежда като резултат от компютърна програма или цифрово изчислително устройство. Този компютър може да бъде например гигантски клетъчен автомат или универсална машина на Тюринг.
косвени доказателства виртуалната природа на Вселенатанаречен принцип на неопределеността в квантовата механика
Според теорията всеки обект и събитие от физическия свят идва от задаване на въпроси и регистриране на отговори „да“ или „не“. Тоест зад всичко, което ни заобикаля, стои определен код, подобен на двоичния код на компютърна програма. И ние сме един вид интерфейс, чрез който се появява достъп до данните на „универсалния интернет“. Косвено доказателство за виртуалната природа на Вселената се нарича принцип на несигурност в квантовата механика: частиците на материята могат да съществуват в нестабилна форма и се „фиксират“ в определено състояние само когато се наблюдават.
Последовател на дигиталната физика, Джон Арчибалд Уилър, пише: „Не би било неразумно да си представим, че информацията е в ядрото на физиката по същия начин, както в ядрото на компютъра. Всичко от ритъма. С други думи, всичко, което съществува - всяка частица, всяко силово поле, дори самият пространствено-времеви континуум - получава своята функция, своето значение и, в крайна сметка, самото си съществуване.
Въз основа на това, което знаем за текущото състояние на Вселената, учените спекулират, че всичко трябва да е започнало от една точка с безкрайна плътност и крайно време, която е започнала да се разширява. След първоначалното разширяване, според теорията, Вселената премина през фаза на охлаждане, която позволи да се образуват субатомни частици и по-късно прости атоми. Гигантски облаци от тези древни елементи по-късно, благодарение на гравитацията, започнаха да образуват звезди и галактики.
Всичко това, според учените, е започнало преди около 13,8 милиарда години и затова тази начална точка се счита за възрастта на Вселената. Чрез изследване на различни теоретични принципи, провеждане на експерименти, включващи ускорители на частици и високоенергийни състояния, и провеждане на астрономически изследвания на далечните ъгли на Вселената, учените са извели и предложили хронология на събитията, започнали с Големия взрив и довели Вселената в крайна сметка до това състояние на космическата еволюция, което се извършва сега.
Учените смятат, че най-ранните периоди от раждането на Вселената - продължаващи от 10 -43 до 10 -11 секунди след Големия взрив - все още са обект на спорове и дискусии. Като се има предвид, че законите на физиката, които сега познаваме, не биха могли да съществуват по това време, е много трудно да се разбере как са били регулирани процесите в тази ранна Вселена. Освен това все още не са проведени експерименти, използващи тези възможни видове енергии, които биха могли да присъстват по това време. Както и да е, много теории за произхода на Вселената в крайна сметка са съгласни, че в някакъв момент е имало начална точка, от която всичко е започнало.
Епохата на сингулярността
Известна също като епохата на Планк (или ерата на Планк) се приема за най-ранния известен период в еволюцията на Вселената. По това време цялата материя се съдържаше в една точка с безкрайна плътност и температура. През този период, според учените, квантовите ефекти на гравитационното взаимодействие доминират над физическите и никоя от физическите сили не е равна по сила на гравитацията.
Предполага се, че ерата на Планк е продължила от 0 до 10 -43 секунди и е наречена така, защото нейната продължителност може да бъде измерена само с времето на Планк. Поради екстремните температури и безкрайната плътност на материята, състоянието на Вселената през този период от време е изключително нестабилно. След това имаше периоди на разширяване и охлаждане, които доведоха до появата на основните сили на физиката.
Приблизително в периода от 10 -43 до 10 -36 секунди във Вселената протича процесът на сблъсък на състояния на преходни температури. Смята се, че в този момент фундаменталните сили, които управляват настоящата вселена, са започнали да се отделят една от друга. Първата стъпка в това разделяне беше появата на гравитационни сили, силни и слаби ядрени взаимодействия и електромагнетизъм.
Между около 10 -36 и 10 -32 секунди след Големия взрив, температурата на Вселената стана достатъчно ниска (1028 K), което доведе до разделянето на електромагнитните сили (силна сила) и слабата ядрена сила (слаба сила).
Възраст на инфлацията
С появата на първите фундаментални сили във Вселената започва ерата на инфлацията, която продължава от 10 -32 секунди по време на Планк до неизвестен момент във времето. Повечето космологични модели предполагат, че Вселената е била равномерно изпълнена с енергия с висока плътност през този период и невероятно високите температури и налягания са довели до нейното бързо разширяване и охлаждане.
Това започна на 10 -37 секунди, когато преходната фаза, която причини разделянето на силите, беше последвана от експоненциално разширяване на Вселената. През същия период от време Вселената е била в състояние на бариогенеза, когато температурата е била толкова висока, че произволното движение на частиците в пространството е ставало със скорост, близка до светлинната.
По това време двойки частици - античастици се образуват и незабавно се сблъскват, се унищожават, което се смята, че е довело до доминирането на материята над антиматерията в съвременната Вселена. След спиране на инфлацията Вселената се състои от кварк-глуонна плазма и други елементарни частици. От този момент нататък Вселената започна да изстива, материята започна да се образува и комбинира.
Ерата на охлаждане
С намаляването на плътността и температурата във Вселената започна да се наблюдава намаляване на енергията във всяка частица. Това преходно състояние продължи, докато фундаменталните сили и елементарните частици достигнаха сегашната си форма. Тъй като енергията на частиците е спаднала до стойности, които могат да бъдат постигнати днес в рамките на експерименти, действителното възможно съществуване на този период от време предизвиква много по-малко спорове сред учените.
Например учените смятат, че 10-11 секунди след Големия взрив енергията на частиците е намаляла значително. На около 10 -6 секунди кварките и глуоните започнаха да образуват бариони - протони и неутрони. Кварките започват да преобладават над антикварките, което от своя страна води до преобладаването на барионите над антибарионите.
Тъй като температурата вече не беше достатъчно висока, за да създаде нови двойки протон-антипротон (или двойки неутрон-антинеутрон), последва масивно унищожаване на тези частици, което доведе до остатъка от само 1/1010 от първоначалните протони и неутрони и пълното изчезване на техните античастици. Подобен процес се е случил около 1 секунда след Големия взрив. Само "жертвите" този път бяха електроните и позитроните. След масовата анихилация останалите протони, неутрони и електрони преустановяват произволното си движение и енергийната плътност на Вселената се изпълва с фотони и в по-малка степен с неутрино.
През първите минути от разширяването на Вселената започва периодът на нуклеосинтеза (синтез на химични елементи). Благодарение на спада на температурата до 1 милиард келвина и намаляването на енергийната плътност до около стойности, еквивалентни на плътността на въздуха, неутроните и протоните започнаха да се смесват и да образуват първия стабилен изотоп на водород (деутерий), както и хелий атоми. Повечето от протоните във Вселената обаче остават като некохерентни ядра на водородни атоми.
Около 379 000 години по-късно електроните се комбинират с тези водородни ядра, за да образуват атоми (отново, предимно водород), докато радиацията се отделя от материята и продължава да се разширява почти безпрепятствено в пространството. Това лъчение обикновено се нарича космическо микровълново фоново лъчение и е най-старият източник на светлина във Вселената.
С разширяването реликтовото лъчение постепенно губи своята плътност и енергия и в момента температурата му е 2,7260 ± 0,0013 K (-270,424 ° C), а енергийната плътност е 0,25 eV (или 4,005 × 10 -14 J / m³; 400 –500 фотона/cm³). CMB се простира във всички посоки и на разстояние от около 13,8 милиарда светлинни години, но оценката на действителното му разпространение е на около 46 милиарда светлинни години от центъра на Вселената.
Структурна епоха (йерархична епоха)
През следващите няколко милиарда години по-плътните области на материята, почти равномерно разпределени във Вселената, започнаха да се привличат взаимно. В резултат на това те станаха още по-плътни, започнаха да образуват облаци от газ, звезди, галактики и други астрономически структури, които можем да наблюдаваме в момента. Този период се нарича йерархична ера. По това време Вселената, която виждаме сега, започна да се оформя. Материята започна да се слива в структури с различни размери - звезди, планети, галактики, галактически купове, както и галактически суперкупове, разделени от междугалактически мостове, съдържащи само няколко галактики.
Детайлите на този процес могат да бъдат описани според идеята за количеството и вида на материята, разпределена във Вселената, която е представена под формата на студена, топла, гореща тъмна материя и барионна материя. Съвременният стандартен космологичен модел на Големия взрив обаче е моделът Lambda-CDM, според който частиците на тъмната материя се движат по-бавно от скоростта на светлината. Той е избран, защото разрешава всички противоречия, които се появяват в други космологични модели.
Според този модел студената тъмна материя съставлява около 23 процента от цялата материя/енергия във Вселената. Делът на барионната материя е около 4,6 процента. Lambda-CDM се отнася до така наречената космологична константа: теория, предложена от Алберт Айнщайн, която характеризира свойствата на вакуума и показва балансовата връзка между маса и енергия като постоянно статично количество. В този случай тя се свързва с тъмната енергия, която служи като ускорител за разширяването на Вселената и поддържа гигантските космологични структури до голяма степен еднакви.
Дългосрочни прогнози за бъдещето на Вселената
Хипотезите, че еволюцията на Вселената има начална точка, естествено водят учените до въпроси относно възможната крайна точка на този процес. Ако вселената е започнала своята история от малка точка с безкрайна плътност, която внезапно е започнала да се разширява, означава ли това, че и тя ще се разширява безкрайно? Или един ден неговата експанзивна сила ще приключи и ще започне обратният процес на свиване, чийто краен резултат ще бъде същата безкрайно плътна точка?
Отговорите на тези въпроси са основна цел на космолозите от самото начало на дебата за това кой космологичен модел на Вселената е правилен. С приемането на теорията за Големия взрив, но до голяма степен благодарение на наблюдението на тъмната енергия през 90-те години на миналия век, учените стигнаха до съгласие относно двата най-вероятни сценария за еволюцията на Вселената.
При първия, наречен "голяма криза", Вселената ще достигне максималния си размер и ще започне да се разпада. Такова развитие на събитията ще бъде възможно само ако плътността на масата на Вселената стане по-голяма от самата критична плътност. С други думи, ако плътността на материята достигне определена стойност или стане по-висока от тази стойност (1-3×10 -26 kg материя на m³), Вселената ще започне да се свива.
Голям взрив като този
Алтернативата е друг сценарий, който казва, че ако плътността на Вселената е равна или под критичната стойност на плътност, тогава нейното разширяване ще се забави, но никога няма да спре напълно. Наречена „топлинна смърт на Вселената“, тази хипотеза предполага, че разширяването ще продължи, докато образуването на звезди спре да консумира междузвезден газ във всяка от околните галактики. Тоест преносът на енергия и материя от един обект към друг напълно ще спре. Всички съществуващи звезди в този случай ще изгорят и ще се превърнат в бели джуджета, неутронни звезди и черни дупки.
Постепенно черните дупки ще се сблъскват с други черни дупки, което води до образуването на все повече и повече големи. Средната температура на Вселената ще се доближи до абсолютната нула. Черните дупки в крайна сметка ще се „изпарят“, като освободят последното си лъчение на Хокинг. В крайна сметка термодинамичната ентропия във Вселената ще достигне своя максимум. Ще дойде топлинна смърт.
Съвременните наблюдения, които отчитат наличието на тъмна енергия и нейното влияние върху разширяването на космоса, накараха учените да заключат, че с течение на времето все повече и повече от пространството на Вселената ще преминава отвъд нашия хоризонт на събитията и ще става невидимо за нас. Крайният и логичен резултат от това все още не е известен на учените, но „топлинната смърт“ може да е крайната точка на подобни събития.
Има и други хипотези относно разпределението на тъмната енергия или по-скоро нейните възможни видове (например фантомна енергия). Според тях галактически купове, звезди, планети, атоми, ядра на атоми и самата материя ще бъдат разкъсани в резултат на безкрайното си разширяване. Този сценарий на еволюция се нарича "голяма празнина". Причината за смъртта на Вселената според този сценарий е самото разширение.
История на теорията за Големия взрив
Най-ранното споменаване на Големия взрив датира от началото на 20 век и е свързано с наблюдения на космоса. През 1912 г. американският астроном Весто Слайфър прави серия от наблюдения на спирални галактики (които първоначално изглеждат като мъглявини) и измерва техните доплерови червени премествания. В почти всички случаи наблюденията показват, че спиралните галактики се отдалечават от нашия Млечен път.
През 1922 г. изключителният руски математик и космолог Александър Фридман извежда така наречените уравнения на Фридман от уравненията на Айнщайн за общата теория на относителността. Въпреки развитието на теорията на Айнщайн в полза на космологичната константа, работата на Фридман показа, че Вселената е по-скоро в състояние на разширяване.
През 1924 г. измерванията на Едуин Хъбъл на разстоянието до най-близката спирална мъглявина показаха, че тези системи всъщност са наистина различни галактики. По същото време Хъбъл започна да разработва серия от показатели за изваждане на разстояние, използвайки 2,5-метровия телескоп Хукър в обсерваторията Маунт Уилсън. До 1929 г. Хъбъл открива връзка между разстоянието и скоростта на отдалечаване на галактиките, която по-късно се превръща в закон на Хъбъл.
През 1927 г. белгийският математик, физик и католически свещеник Жорж Леметр независимо един от друг достига до същите резултати, каквито показват уравненията на Фридман, и е първият, който формулира връзката между разстоянието и скоростта на галактиките, като предлага първата оценка на коефициента на това връзка. Льометр вярва, че някога в миналото цялата маса на Вселената е била концентрирана в една точка (атом).
Тези открития и предположения предизвикаха много спорове сред физиците през 20-те и 30-те години, повечето от които вярваха, че Вселената е в стационарно състояние. Според установения тогава модел новата материя се създава заедно с безкрайното разширяване на Вселената, като е равномерно и еднакво разпределена по плътност по цялата й дължина. Сред учените, които я подкрепяха, идеята за Големия взрив изглеждаше повече теологична, отколкото научна. Lemaitre е критикуван за пристрастия, основани на религиозни пристрастия.
Трябва да се отбележи, че в същото време имаше и други теории. Например моделът на Милн на Вселената и цикличният модел. И двете се основават на постулатите на общата теория на относителността на Айнщайн и впоследствие получават подкрепата на самия учен. Според тези модели Вселената съществува в безкраен поток от повтарящи се цикли на разширения и колапси.
След Втората световна война имаше разгорещен дебат между привържениците на стационарния модел на Вселената (който всъщност беше описан от астронома и физик Фред Хойл) и поддръжниците на теорията за Големия взрив, която бързо набираше популярност сред научната общност. По ирония на съдбата именно Хойл измисля фразата "", която по-късно става името на новата теория. Това се случва през март 1949 г. по британското радио BBC.
В крайна сметка по-нататъшните научни изследвания и наблюдения все повече говорят в полза на теорията за Големия взрив и все повече поставят под въпрос модела на стационарна вселена. Откриването и потвърждаването на CMB през 1965 г. окончателно затвърди Големия взрив като най-добрата теория за произхода и еволюцията на Вселената. От края на 60-те до 90-те години на миналия век астрономи и космолози направиха повече изследвания върху големия взрив и намериха решения на много от теоретичните проблеми, които пречат на тази теория.
Сред тези решения, например, е работата на Стивън Хокинг и други физици, които доказаха, че сингулярността е неоспоримото първоначално състояние на общата теория на относителността и космологичния модел на Големия взрив. През 1981 г. физикът Алън Гут разработи теория, описваща период на бързо космическо разширение (епоха на инфлация), която разреши много неразрешени преди това теоретични въпроси и проблеми.
През 90-те години имаше повишен интерес към тъмната енергия, която се смяташе за ключ към разрешаването на много неразрешени въпроси в космологията. В допълнение към желанието да се намери отговор на въпроса защо Вселената губи масата си заедно с тъмната майка (хипотеза, предложена през 1932 г. от Ян Оорт), беше необходимо също да се намери обяснение защо Вселената все още е ускоряване.
По-нататъшният напредък в изследването се дължи на създаването на по-модерни телескопи, сателити и компютърни модели, които позволиха на астрономите и космолозите да надникнат по-навътре във Вселената и да разберат по-добре истинската й възраст. Разработването на космически телескопи, като Cosmic Background Explorer (или COBE), космическият телескоп Хъбъл, микровълновата анизотропна сонда на Уилкинсън (WMAP) и космическата обсерватория Планк, също имат неоценим принос за изследването на проблема.
Днес космолозите могат да измерват различни параметри и характеристики на модела на Големия взрив с доста висока точност, да не говорим за по-точни изчисления на възрастта на космоса около нас. Но всичко започна с обичайното наблюдение на масивни космически обекти, разположени на много светлинни години от нас и бавно продължаващи да се отдалечават от нас. И въпреки факта, че нямаме представа как ще свърши всичко това, за да разберем, по космологични стандарти, няма да отнеме толкова много време.
Спектакълът на нощното звездно небе, осеяно със звезди, очарова всеки човек, чиято душа все още не е станала мързелива и напълно застояла. Тайнствената дълбочина на Вечността се разкрива пред удивения човешки поглед, предизвиквайки мисли за оригинала, за това откъде е започнало всичко...Големият взрив и произходът на Вселената
Ако от любопитство вземем справочник или някое научно-популярно помагало, със сигурност ще се натъкнем на една от версиите на теорията за произхода на Вселената – т.нар. теория за Големия взрив. Накратко тази теория може да бъде формулирана по следния начин: първоначално цялата материя е била компресирана в една „точка“, която е имала необичайно висока температура, а след това тази „точка“ е избухнала с огромна сила. В резултат на експлозията атоми, вещества, планети, звезди, галактики и накрая животът постепенно се образуват от супер горещ облак от субатомни частици, постепенно разширяващи се във всички посоки. В същото време разширяването на Вселената продължава и не е известно колко дълго ще продължи: може би някой ден ще достигне границите си.Има и друга теория за произхода на Вселената. Според него възникването на Вселената, цялата Вселена, живота и човека е разумен творчески акт, извършен от Бог, създателят и всемогъщият, чиято природа е непонятна за човешкия ум. „Убедените” материалисти обикновено са склонни да осмиват тази теория, но тъй като половината човечество вярва в нея под една или друга форма, ние нямаме право да я подминаваме с мълчание.
обяснявайки произход на вселенатаи човекът от механистична позиция, тълкувайки Вселената като продукт на материята, чието развитие е подчинено на обективните закони на природата, привържениците на рационализма като правило отричат нефизическите фактори, особено когато става дума за съществуването на някои вид Универсален или Космически ум, тъй като това е "ненаучно". Научно трябва да се счита това, което може да се опише с помощта на математически формули.
Един от най-големите проблеми, пред които са изправени привържениците на теорията за големия взрив, е именно, че нито един от сценариите, които те предлагат за произхода на Вселената, не може да бъде описан математически или физически. Според основните теории голям взрив, първоначалното състояние на Вселената е била точка с безкрайно малък размер с безкрайно висока плътност и безкрайно висока температура. Такова състояние обаче надхвърля границите на математическата логика и не може да бъде описано формално. Така че в действителност нищо определено не може да се каже за първоначалното състояние на Вселената и изчисленията тук се провалят. Поради това това състояние е получило името "феномен" сред учените.Тъй като тази бариера все още не е преодоляна, в научно-популярните издания за широката публика темата за "феномена" обикновено се пропуска изобщо, а в специализираните научни издания и публикации, чиито автори се опитват по някакъв начин да се справят с този математически проблем, за "феномен" се казва, че е научно неприемлив. Стивън Хокинг, професор по математика в университета в Кеймбридж, и J.F.R. Елис, професор по математика в университета в Кейптаун, в книгата си „Дългият мащаб на пространствено-времевата структура“ заявява: отвъд известните закони на физиката. Тогава трябва да признаем, че в името на обосноваването на "феномена", този крайъгълен камък теория за Големия взрив, е необходимо да се допусне възможността за използване на изследователски методи, които надхвърлят обхвата на съвременната физика.
„Феноменът“, както всяка друга отправна точка на „началото на Вселената“, която включва нещо, което не може да бъде описано с научни категории, остава открит въпрос. Възниква обаче следният въпрос: откъде се е появил самият „феномен“, как се е образувал? В края на краищата проблемът с "феномена" е само част от много по-голям проблем, проблемът за самия източник на първоначалното състояние на Вселената. С други думи, ако Вселената първоначално е била компресирана в точка, тогава какво я е довело до това състояние? И дори да изоставим „феномена“, който причинява теоретични трудности, все още остава въпросът: как се е образувала Вселената?
В опит да заобиколят тази трудност някои учени предлагат така наречената теория за „пулсиращата вселена“. Според тях Вселената е безкрайна, отново и отново се свива до точка, след което се разширява до някакви граници. Такава вселена няма нито начало, нито край, има само цикъл на разширяване и цикъл на свиване. В същото време авторите на хипотезата твърдят, че Вселената винаги е съществувала, като по този начин изглежда напълно премахват въпроса за "началото на света". Но факт е, че никой все още не е представил задоволително обяснение на механизма на пулсацията. Защо Вселената пулсира? Какви са причините за това? Физикът Стивън Уайнбърг в книгата си "Първите три минути" посочва, че с всяка следваща пулсация във Вселената съотношението на броя на фотоните към броя на нуклоните неизбежно трябва да се увеличи, което води до изчезване на нови пулсации. Вайнберг заключава, че по този начин броят на циклите на пулсация на Вселената е краен, което означава, че в даден момент те трябва да спрат. Следователно "пулсиращата Вселена" има край и следователно има начало...
И отново се натъкваме на проблема на началото. Общата теория на относителността на Айнщайн създава допълнителни проблеми. Основният проблем с тази теория е, че тя не разглежда времето, както го познаваме. В теорията на Айнщайн времето и пространството са комбинирани в четириизмерен пространствено-времеви континуум. За него е невъзможно да опише даден обект като заемащ определено място в определено време. Релативисткото описание на обекта определя неговото пространствено и времево положение като едно цяло, разтегнато от началото до края на съществуването на обекта. Например, човек би бил изобразен като едно цяло по целия път на неговото развитие от ембриона до трупа. Такива конструкции се наричат "червеи пространство-време".
Но ако сме "пространствено-времеви червеи", тогава сме само обикновена форма на материя. Не се отчита фактът, че човекът е разумно същество. Определяйки човека като "червей", теорията на относителността не отчита нашето индивидуално възприемане на миналото, настоящето и бъдещето, а разглежда редица отделни случаи, обединени от пространствено-времевото съществуване. Всъщност знаем, че съществуваме само днес, докато миналото съществува само в паметта ни, а бъдещето – във въображението ни. А това означава, че всички концепции за "началото на Вселената", изградени върху теорията на относителността, не отчитат възприемането на времето от човешкото съзнание. Самото време обаче все още е малко проучено.
Анализирайки алтернативни, немеханистични концепции за произхода на Вселената, Джон Грибин в книгата си „Белите богове“ подчертава, че през последните години е имало „поредица от възходи и падения на творческото въображение на мислителите, които днес вече не сме наричайте или пророци, или ясновидци." Един от тези творчески възходи беше концепцията за "белите дупки" или квазарите, които "изплюват" цели галактики в потока от първична материя. Друга хипотеза, обсъждана в космологията, е идеята за така наречените пространствено-времеви тунели, така наречените "космически канали". Тази идея е изразена за първи път през 1962 г. от физика Джон Уилър в книгата "Геометродинамика", в която изследователят формулира възможността за извънпространствено, изключително бързо междугалактично пътуване, което, ако се движи със скоростта на светлината, ще отнеме милиони години . Някои версии на концепцията за "надизмерни канали" разглеждат възможността за използването им за пътуване в миналото и бъдещето, както и в други вселени и измерения.
Бог и Големият взрив
Както можете да видите, теорията за "големия взрив" е атакувана от всички страни, което предизвиква основателно недоволство сред ортодоксалните учени. В същото време научните публикации все по-често се натъкват на косвено или пряко признаване на съществуването на свръхестествени сили извън контрола на науката. Има нарастващ брой учени, включително големи математици и теоретични физици, които са убедени в съществуването на Бог или висш разум. Такива учени включват например носителите на Нобелова награда Джордж Уайлд и Уилям Маккрий. Известният съветски учен, доктор на науките, физик и математик О.В. Тупицин е първият руски учен, който успява математически да докаже, че Вселената, а с нея и човекът, са създадени от Разум, който е неизмеримо по-мощен от нашия, тоест от Бог.Не може да се спори, пише О. В. Тупицин в своите Тетрадки, че животът, включително разумният живот, винаги е строго подреден процес. Животът се основава на ред, система от закони, по които се движи материята. Смъртта е, напротив, безредие, хаос и, като следствие, унищожаване на материята. Никакъв ред не е възможен без влияние отвън, при това разумно и целенасочено - веднага започва процесът на разрушение, което означава смърт. Без да разбере това и следователно без да разпознае идеята за Бог, науката никога няма да бъде предопределена да открие първопричината за Вселената, възникнала от праматерията в резултат на строго подредени процеси или, както ги нарича физиката, фундаментални закони . Фундаментален - това означава основен и неизменен, без който съществуването на света по принцип би било невъзможно.
За съвременния човек, особено възпитан на атеизъм, обаче е много трудно да включи Бог в системата на своя мироглед - поради неразвита интуиция и пълна липса на понятие за Бог. Е, тогава трябва да повярвате голям взрив...
