Мистериозната космологична сингулярност е последвана от не по-малко мистериозната ера на Планк (0 -10 -43 s). Трудно е да се каже какви процеси са се случили в този кратък момент на новородената Вселена. Но със сигурност се знае, че до края на момента на Планк гравитационното влияние се отдели от трите фундаментални сили, обединени в една група на Великото обединение.
За да се опише по-ранния момент, е необходима нова теория, от която могат да бъдат част от кръговия модел на квантовата гравитация и теорията на струните. Оказва се, че ерата на Планк, подобно на космологичната сингулярност, представлява ултра-малка по времетраене, но значителна разлика в научната тежест в наличните знания за ранната Вселена. Също така, в рамките на планковското време имаше особени флуктуации на пространството и времето. За да опишете този квантов хаос, можете да използвате образа на пенещи се 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 действат силите на гравитацията и Великото обединение. През този период силните, слабите и електромагнитните влияния са едно цяло и съставляват силовото поле на Великото обединение.
Когато са изминали 10 -35 s от момента на Големия взрив, Вселената достига температура от 10 29 K. В този момент силното взаимодействие се отделя от електрослабото. Това доведе до нарушаване на симетрията, което се случи по различни начини в различни части на Вселената. Има възможност Вселената да е била разделена на части, които са били оградени една от друга с пространствено-времеви дефекти. Там биха могли да съществуват и други дефекти - космически струни или магнитни монополи. Днес обаче не можем да видим това поради друго разделение на силата на Великото Обединение – космологичната инфлация.
По това време Вселената е изпълнена с газ от гравитони - хипотетични кванти на гравитационното поле и бозони на силата на Великото Обединение. В същото време почти нямаше разлика между лептони и кварки.
Когато в някои части на Вселената настъпи разделяне на силите, се създаде фалшив вакуум. Енергията се задържа на високо ниво, принуждавайки пространството да се удвоява на всеки 10 -34 секунди. Така Вселената от квантови мащаби (една милиардна от трилионната от трилионната от сантиметъра) се премести до размера на сфера с диаметър около 10 см. В резултат на ерата на Великото обединение, фазов преход на първичната материя се е състояло, което е съпроводено с нарушение на еднородността на плътността му. Епохата на Великото обединение приключи приблизително за 10?34 секунди от момента на Големия взрив, когато плътността на материята беше 10 74 g/cm3, а температурата беше 10 27 K. условия. Това разделяне доведе до следващия фазов преход и мащабно разширяване 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, разпръсвайки частици преди инфлационната възраст в най-отдалечените кътчета на Вселената. Следователно, дори тези частици да са оцелели, е доста трудно да ги открием в съвременната материя.
С бързото развитие на Вселената настъпват големи промени и периодът на Великото обединение е последван от ерата на инфлацията (10 -35 - 10 -32). Тази ера се характеризира с ултра-бързото разширяване на младата Вселена, тоест инфлация. В този кратък момент Вселената беше океан от фалшив вакуум с висока плътност на енергията, благодарение на която разширяването стана възможно. В този случай параметрите на вакуума непрекъснато се променяха поради квантови изблици - флуктуации (пространствено-времево разпенване).
Инфлацията обяснява естеството на експлозията при Големия взрив, тоест защо е имало бързо 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 това явление, физиците изградиха хипотетично поле на надуване, което изпълни цялото пространство. Поради случайни флуктуации, той приема различни стойности в произволни пространствени региони и в различно време. След това в полето на надуването се образува еднаква конфигурация с критичен размер, след което пространствената област, заета от флуктуацията, започва бързо да нараства по размер. Поради тенденцията на надуващото поле да заема положение, при което енергията му е минимална, процесът на разширяване придоби нарастващ характер, в резултат на което Вселената започва да се увеличава по размер. В момента на разширение (10 -34) фалшивият вакуум започва да се разпада, в резултат на което започват да се образуват частици и античастици с високи енергии.
Историята на Вселената навлиза в 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-глюонна плазма. Кварките са съставните части на всички адрони (протони и неутрони), а неутралните частици са глуони-носители на силно взаимодействие, които осигуряват сливането на кварките в адрони. В първите моменти на Вселената тези частици тепърва се формираха и бяха в свободно газообразно състояние.
Хромоплазмата на кварките и глуоните обикновено се сравнява с течното състояние на взаимодействащата материя. В тази фаза кварките и глуоните се освобождават от адронната материя и могат да се движат свободно в плазменото пространство, в резултат на което се образува цветна проводимост.
Въпреки изключително високите температури, кварките бяха доста свързани помежду си и тяхното движение наподобява движението на атомите в течност, а не в газ. Също така при такива условия възниква друг фазов преход, при който леките кварки, които съставляват веществото, стават безмасови.
Наблюденията на реликтния фон показват, че първоначалното изобилие от частици в сравнение с броя на античастиците е незначителна част от общия брой. И именно тези излишни протони бяха достатъчни, за да създадат субстанцията на Вселената.
Някои учени смятат, че е имало и скриване на материя в ерата на адроните. 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, а за тринадесет секунди - три хиляди милиона. Това вече беше достатъчно за електроните и позитроните да започнат да се унищожават по-бързо. Енергията, освободена по време на анхилацията, постепенно забавя скоростта на охлаждане на Вселената, но температурата продължава да пада.
Периодът от 10-4-10 s обикновено се нарича лептонна ера. Когато енергията на частиците и фотоните падна сто пъти, материята се изпълни с лептони-електрони и позитрони. Лептонната ера започва с разпадането на последните адрони в мюони и мюонни неутрино и завършва за няколко секунди, когато енергията на фотоните рязко намалява и генерирането на двойки електрон-позитрон спира.
Около една стотна от секундата след Големия взрив температурата на Вселената беше 10 11 градуса по Целзий. Той е много по-горещ от центъра на която и да е звезда, която познаваме. Тази температура е толкова висока, че нито един 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 електрони, отрицателно заредени частици, които образуват външните части на всички атоми. Другите частици бяха позитрони, положително заредени частици с маса, точно равна на тази на електрона. Освен това имаше различни видове неутрино - призрачни частици, които нямат нито маса, нито електрически заряд. Но неутрино и антинеутрино не се унищожават помежду си, 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 модела на гореща ранна вселена. Енергиите на тези частици обаче сега са твърде ниски, за да бъдат наблюдавани.
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 електрона на неутрон и протон. Всички тези частици непрекъснато се раждат от чиста енергия и след това се унищожават, образувайки други видове частици. Плътността в ранната Вселена при толкова високи температури е била четири хиляди милиона пъти по-голяма от тази на водата.
Както бе споменато по-рано, именно през този период се случва интензивно раждане в ядрени реакции на различни видове призрачно неутрино, което се нарича реликтово неутрино.
Започва радиационната ера, в началото на която Вселената навлиза в радиационната ера. В началото на ерата (10 s) радиацията интензивно взаимодейства със заредени частици от протони и електрони. Поради спадането 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 съответства на 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 обединяват помежду си, образувайки деутериеви ядра - тежък водород. След това деутериевите ядра прикрепват други неутрони и протони и се превръщат в хелиеви ядра. След това се образуват по-тежки елементи - литий и берилий. Първичното образуване на атомни ядра на зараждащата се материя не продължи дълго. След три минути частиците се разлетяха толкова далеч, че сблъсъците бяха редки. Според модела на горещия Големия взрив около една четвърт от протоните и неутроните е трябвало да бъдат превърнати 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 образуването на хелий и други елементи спря. В продължение на милион години Вселената просто продължаваше да се разширява и почти нищо друго не се случваше в нея. 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 стана недостатъчна, за да преодолее действащото между тях електромагнитно привличане. Те започнаха да се сблъскват един с друг, образувайки първите атоми на водород и хелий (Фигура 2).
Голям взрив. Това е името на теорията или по-скоро една от теориите за произхода или, ако желаете, създаването на Вселената. Името, може би, е твърде несериозно за такова ужасяващо и вдъхновяващо събитие. Особено ужасяващо, ако някога сте си задавали много трудни въпроси за Вселената.
Например, ако Вселената е всичко, което е, как е започнала? И какво беше преди това? Ако пространството не е безкрайно, тогава какво е отвъд него? И в какво точно трябва да се постави това нещо? Как можете да разберете думата "безкраен"?
Тези неща са трудни за разбиране. Освен това, когато започнете да мислите за това, идва зловещо усещане за нещо величествено – ужасно. Но въпросите за Вселената са един от най-важните въпроси, които човечеството си задава през цялата си история.
Свързани материали:
Звезди и съзвездия
Какво беше началото на съществуването на Вселената?
Повечето учени са убедени, че началото на съществуването на Вселената е положено от грандиозна голяма експлозия на материя, която се е случила преди около 15 милиарда години. В продължение на много години повечето учени споделяха хипотезата, че началото на Вселената е положено от грандиозна експлозия, която учените шеговито нарекоха „Големият взрив“. Според тях цялата материя и цялото пространство, което сега е представено от милиарди и милиони галактики и звезди, преди 15 милиарда години се вписват в оскъдно пространство от не повече от няколко думи в това изречение.
Как се е образувала Вселената?
Учените смятат, че преди 15 милиарда години този малък обем е избухнал в малки частици, по-малки от атомите, инициирайки съществуването на Вселената. Първоначално това е мъглявина от малки частици. По-късно, когато тези частици се комбинират, се образуват атоми. Звездните галактики са образувани от атоми. След този Голям взрив Вселената продължава да се разширява като надут балон.
Свързани материали:
Интересни факти за звездите
Съмнения относно теорията за Големия взрив
Но през последните няколко години учените, изучаващи структурата на Вселената, направиха няколко неочаквани открития. Някои от тях поставят под въпрос теорията за Големия взрив. Какво можете да направите, нашият свят не винаги отговаря на нашите удобни представи за него.
Разпределение на експлозия
Един проблем е начинът, по който материята се разпределя във Вселената. Когато обект експлодира, съдържанието му се разпръсква равномерно във всички посоки. С други думи, ако първоначално материята е била компресирана в малък обем и след това експлодирала, тогава материята е трябвало да бъде равномерно разпределена в пространството на Вселената.
Реалността обаче е много различна от това, което се очаква. Живеем в силно неравномерно изпълнена вселена. При гледане в космоса се появяват отделни съсиреци материя, отдалечени един от друг. Огромни галактики са разпръснати тук-там в космоса. Между
Идеята за развитието на Вселената естествено доведе до формулирането на проблема за началото на еволюцията (раждането) на Вселената и нейното
край (смърт). В момента има няколко космологични модела, които обясняват някои аспекти на произхода на материята във Вселената, но те не обясняват причините и процеса на раждането на самата Вселена. От целия набор от съвременни космологични теории само теорията за Големия взрив на Г. Гамов е успяла да обясни задоволително почти всички факти, свързани с този проблем. Основните характеристики на модела на Големия взрив са оцелели и до днес, въпреки че по-късно са допълнени от теорията за инфлацията или теорията за набъбващата Вселена, разработена от американските учени А. Гут и П. Щайнхард и допълнена от съветския физик АД Линде.
През 1948 г. Г. Гамов, изключителен американски физик от руски произход, излага предположението, че физическата вселена се е образувала в резултат на гигантска експлозия, случила се преди около 15 милиарда години. Тогава цялата материя и цялата енергия на Вселената бяха концентрирани в един малък свръхплътен куп. Ако вярвате на математическите изчисления, тогава в началото на разширяването радиусът на Вселената беше напълно равен на нула, а нейната плътност е равна на безкрайност. Това първоначално състояние се нарича уникалност -точков обем с безкрайна плътност. Добре познатите закони на физиката не работят в сингулярността. В това състояние понятията пространство и време губят своето значение, така че няма смисъл да се питаме къде е била тази точка. Също така съвременната наука не може да каже нищо за причините за появата на такова състояние.
Въпреки това, според принципа на неопределеността на Хайзенберг, материята не може да бъде събрана в една точка, поради което се смята, че Вселената в първоначалното си състояние е имала определена плътност и размер. Според някои изчисления, ако цялата материя на наблюдаваната Вселена, която се оценява на около 10 61 g, се компресира до плътност от 10 94 g / cm 3, тогава ще отнеме обем от около 10 -33 cm 3. Би било невъзможно да се види през електронен микроскоп. Дълго време не можеше да се каже нищо за причините за Големия взрив и прехода на Вселената към разширяване. Но днес има някои хипотези, които се опитват да обяснят тези процеси. Те са в основата на инфлационния модел на развитие на Вселената.
"Началото" на Вселената
Основната идея на концепцията за Големия взрив е, че Вселената в ранните етапи на своето възникване е имала нестабилно състояние, подобно на вакуум, с висока енергийна плътност. Тази енергия произлиза от квантовата радиация, т.е. сякаш от нищото. Факт е, че във физическия вакуум няма фиксирани
частици, полета и вълни, но това не е безжизнена празнота. Във вакуум има виртуални частици, които се раждат, имат мимолетно съществуване и веднага изчезват. Следователно вакуумът "кипи" с виртуални частици и е наситен със сложни взаимодействия между тях. Освен това енергията, съдържаща се във вакуума, се намира сякаш на различните му етажи, т.е. има феномен на разлики в енергийните нива на вакуума.
Докато вакуумът е в равновесие, в него има само виртуални (призрачни) частици, които заемат енергия от вакуума за кратък период от време, за да се родят, и бързо връщат взетата назаем енергия, за да изчезне. Когато вакуумът по някаква причина в някаква начална точка (сингулярност) се възбуди и излезе от състоянието на равновесие, виртуалните частици започнаха да улавят енергия без откат и се превърнаха в реални частици. В крайна сметка, в определена точка от пространството, огромен брой реални частици се образуват заедно с енергията, свързана с тях. Когато възбуденият вакуум се срутва, се освобождава гигантска радиационна енергия и суперсилата притиска частиците в свръхплътна материя. Екстремните условия на "начало", когато дори пространство-времето е било деформирано, предполагат, че вакуумът е бил в особено състояние, което се нарича "фалшив" вакуум. Характеризира се с енергията на изключително висока плътност, която съответства на изключително висока плътност на материята. В това състояние на материята в нея могат да възникнат най-силните напрежения, отрицателни налягания, еквивалентни на гравитационно отблъскване с такава величина, че са предизвикали необузданото и бързо разширяване на Вселената, Големия взрив. Това беше първият импулс, „началото“ на нашия свят.
От този момент започва бързото разширяване на Вселената, възникват времето и пространството. По това време се наблюдава необуздано надуване на „мехурчета на пространството“, ембриони на една или няколко вселени, които могат да се различават една от друга по своите фундаментални константи и закони. Един от тях стана ембрионът на нашата Метагалактика.
Според различни оценки експоненциалният период на "инфлация" отнема невъобразимо кратък период от време - до 10 - 33 s след "старта". Нарича се инфлационен период.През това време размерът на Вселената се е увеличил 10-50 пъти, от една милиардна от размера на протон до размера на кибритена кутия.
До края на фазата на инфлация Вселената беше празна и студена, но когато инфлацията изсъхна, Вселената изведнъж стана изключително "гореща". Този изблик на топлина, който освети пространството, се дължи на огромните запаси от енергия, хванати в "фалшив" вакуум. Това състояние на вакуум е много нестабилно и има тенденция да се разпада. Кога
разпадането свършва, отблъскването изчезва и инфлацията свършва. И енергията, свързана под формата на много реални частици, се отделя под формата на лъчение, което моментално нагрява Вселената до 10 27 K. От този момент нататък Вселената се развива според стандартната теория на „горещия“ Голям Взривяване.
Ранен етап от еволюцията на Вселената
Непосредствено след Големия взрив Вселената представлява плазма от елементарни частици от всякакъв вид и техните античастици в състояние на термодинамично равновесие при температура 10 27 К, които свободно се трансформират една в друга. В този съсирек съществуваха само гравитационни и големи (Велики) взаимодействия. Тогава Вселената започна да се разширява, докато нейната плътност и температура намаляват. По-нататъшното развитие на Вселената протича на етапи и е придружено, от една страна, от диференциране, а от друга, от усложняване на нейните структури. Етапите на еволюцията на Вселената се различават по характеристиките на взаимодействието на елементарните частици и се наричат епохи.Най-важните промени отнеха по-малко от три минути.
Адронна ерапродължи 10-7 секунди. На този етап температурата пада до 10 13 К. В този случай се появяват и четирите фундаментални взаимодействия, свободното съществуване на кварките се прекратява, те се сливат в адрони, най-важните от които са протоните и неутроните. Най-значимото събитие беше нарушаването на глобалната симетрия, което се случи в първите моменти от съществуването на нашата Вселена. Броят на частиците се оказа малко повече от броя на античастиците. Причините за тази асиметрия все още не са точно известни. В общия плазменоподобен куп, за всеки милиард двойки частици и античастици имаше още една частица, тя нямаше достатъчно двойка за анихилация. Това определи по-нататъшното появяване на материалната Вселена с галактики, звезди, планети и разумни същества на някои от тях.
Лептонова ерапродължи до 1 секунда след началото. Температурата на Вселената падна до 10 10 К. Основните й елементи са лептоните, които участват във взаимните трансформации на протони и неутрони. В края на тази ера материята става прозрачна за неутрино, те престават да взаимодействат с материята и оттогава са оцелели до наши дни.
Ерата на радиацията (фотонна ера)продължи 1 милион години. През това време температурата на Вселената намалява от 10 милиарда K на 3000 K. През този етап започват процесите на първичен нуклеосинтез, които са най-важни за по-нататъшната еволюция на Вселената – комбинацията от протони и неутрони (имаше около 8 пъти по-малко от тях).
повече от протони) в атомни ядра. В края на този процес веществото на Вселената се състоеше от 75% от протони (водородни ядра), около 25% бяха хелиеви ядра, стотни от процента паднаха върху деутерий, литий и други леки елементи, след което Вселената стана прозрачна към фотоните, тъй като радиацията е била отделена от материята и е образувала това, което в нашата ера се нарича реликтно излъчване.
След това в продължение на почти 500 хиляди години не настъпиха качествени промени - имаше бавно охлаждане и разширяване на Вселената. Вселената, въпреки че остава хомогенна, става все по-разредена. Когато се охлади до 3000 К, ядрата на водородните и хелиевите атоми вече могат да улавят свободни електрони и да се превърнат в неутрални водородни и хелиеви атоми. В резултат на това се образува хомогенна Вселена, която представлява смес от три почти не взаимодействащи вещества: барионна материя (водород, хелий и техните изотопи), лептони (неутрино и антинеутрино) и радиация (фотони). По това време вече нямаше високи температури и високо налягане. Изглеждаше, че в бъдеще Вселената чака по-нататъшно разширяване и охлаждане, образуване на "лептонова пустиня" - нещо като топлинна смърт. Но това не се случи; напротив, имаше скок, който създаде съвременната структурна вселена, която според съвременните оценки отне от 1 до 3 милиарда години.
Всеки е чувал за теорията за Големия взрив, която обяснява (поне засега) произхода на нашата Вселена. В научните среди обаче винаги има такива, които искат да оспорват идеи - от това, между другото, често израстват велики открития.
Дике обаче осъзна, че ако този модел беше реален, тогава нямаше да има два вида звезди - Популация I и Популация II, млади и стари звезди. И те бяха. Това означава, че Вселената около нас все пак се е развила от горещо и плътно състояние. Дори това да не беше единственият Голям взрив в историята.
Удивително нали? Ами ако имаше няколко от тези експлозии? Десетки, стотици? Науката тепърва ще разбере това. Дике предложи на колегата си Пийбълс да изчисли необходимата температура за описаните процеси и вероятната температура на остатъчното излъчване в наши дни. Приблизителните изчисления на Peebles показаха, че днес Вселената трябва да бъде изпълнена с микровълнова радиация с температура под 10 K, а Рол и Уилкинсън вече се готвеха да търсят това излъчване, когато звънна обаждането ...
Изгубени в превода
Тук обаче си струва да се преместите в друг ъгъл на света - в СССР. Най-близо до откриването на реликтовата радиация дойде (и също не завърши въпроса!) В СССР. След като свършиха огромен обем работа в продължение на няколко месеца, докладът за който беше публикуван през 1964 г., съветските учени събраха, изглежда, всички части от пъзела, само едно липсваше. Яков Борисович Зелдович, един от колосите на съветската наука, извърши изчисления, подобни на тези, извършени от екипа на Гамов (съветски физик, живеещ в Съединените щати), и също стигна до заключението, че Вселената е трябвало да започне с горещ Голям взрив, който остави фонова радиация с температура в няколко келвина.
Яков Борисович Зелдович, -
Той дори знаеше за статия на Ед Ом в Bell System Technical Journal, която грубо изчислява температурата на реликтовата радиация, но тълкува погрешно заключенията на автора. Защо съветските изследователи не разбраха, че Ом вече е открил това излъчване? Поради грешка в превода. В статията на Ом се посочва, че измерената му температура на небето е около 3 К. Това означава, че той изважда всички възможни източници на радиосмущения и че 3 К е температурата на останалия фон.
Но по случайно съвпадение същата (3 К) беше температурата на атмосферното излъчване, за което Ом също направи корекция. Съветските експерти погрешно решиха, че именно тези 3 Ks остават с Ом след всички предишни корекции и ги извадиха и останаха без нищо.
Тези дни подобни недоразумения лесно биха се изчистили по имейл, но в началото на 60-те години комуникацията между учените от Съветския съюз и Съединените щати беше много трудна. Това беше причината за такава обидна грешка.
Нобеловата награда, която изплува от ръцете
Да се върнем към деня, когато телефонът звънна в лабораторията на Дике. Оказва се, че в същото време астрономите Арно Пензиас и Робърт Уилсън съобщават, че случайно са успели да уловят слаб радио шум, идващ от всичко. Тогава те все още не знаеха, че друг екип от учени самостоятелно стигна до идеята за съществуването на такова излъчване и дори започна да изгражда детектор за търсенето му. Това беше колективът на Dicke and Peebles.
Още по-изненадващо е фактът, че космическата микровълнова фонова радиация, или, както още се нарича, реликтна радиация, е описана повече от десет години по-рано в рамките на модела на появата на Вселената в резултат на Големия взрив. от Георги Гъмов и негови колеги. Нито една група учени не знаеха за това.
Пензиас и Уилсън случайно разбраха за работата на учените под ръководството на Дике и решиха да им се обадят, за да го обсъдят. Дике изслуша внимателно Пензиас и направи няколко коментара. След като затвори телефона, той се обърна към колегите си и каза: „Момчета, изпревариха ни“.
Почти 15 години по-късно, след много измервания, направени при различни дължини на вълната от много групи астрономи, потвърдиха, че откритата от тях радиация наистина е реликтно ехо от Големия взрив с температура от 2,712 K, Пензиас и Уилсън си поделят Нобеловата награда за своето изобретение . Въпреки че в началото дори не искаха да напишат статия за своето откритие, защото го смятаха за несъстоятелно и не се вписваше в модела на стационарна вселена, към който се придържаха!
Твърди се, че Пензиас и Уилсън биха намерили за достатъчно да бъдат споменати като пето и шесто име в списъка след Дике, Пийбълс, Рол и Уилкинсън. В този случай Нобеловата награда очевидно щеше да отиде при Дике. Но всичко се случи така, както се случи.
P.S.: Абонирайте се за нашия бюлетин. Веднъж на две седмици ще изпращаме 10 от най-интересните и полезни материала от блога MYTH.
Големият взрив принадлежи към категорията теории, които се опитват да проследят напълно историята на раждането на Вселената, да определят началните, текущите и крайните процеси в нейния живот.
Имало ли е нещо преди да започне Вселената? Този фундаментален, почти метафизичен въпрос се задава от учените и до днес. Възникването и еволюцията на Вселената винаги са били и остават обект на разгорещени дебати, невероятни хипотези и взаимно изключващи се теории. Основните версии за произхода на всичко, което ни заобикаля, според църковната интерпретация, предполагаха божествена намеса, а научният свят подкрепи хипотезата на Аристотел за статичната природа на Вселената. Последният модел е последван от Нютон, който защитава безкрайността и постоянството на Вселената, и Кант, който развива тази теория в своите писания. През 1929 г. американският астроном и космолог Едуин Хъбъл коренно променя възгледите на учените за света.
Той не само открива наличието на множество галактики, но и разширяването на Вселената - непрекъснато изотропно увеличаване на размера на космическото пространство, което започва в момента на Големия взрив.
На кого дължим откриването на Големия взрив?
Работата на Алберт Айнщайн върху теорията на относителността и неговите гравитационни уравнения позволяват на де Ситер да създаде космологичен модел на Вселената. По-нататъшни изследвания бяха свързани с този модел. През 1923 г. Вайл предполага, че материята, поставена в космоса, трябва да се разширява. Работата на изключителния математик и физик А. А. Фридман е от голямо значение за развитието на тази теория. Още през 1922 г. той позволява разширяването на Вселената и прави обосновани изводи, че произходът на цялата материя е в една безкрайно плътна точка, а Големият взрив дава развитие на всичко. През 1929 г. Хъбъл публикува свои статии, обясняващи подчинението на радиалната скорост на разстоянието, по-късно тази работа става известна като "законът на Хъбъл".
Г. А. Гъмов, позовавайки се на теорията на Фридман за Големия взрив, развива идеята за висока температура на изходното вещество. Той също така предполага наличието на космическа радиация, която не изчезва с разширяването и охлаждането на света. Ученият направи предварителни изчисления на възможната температура на остатъчното излъчване. Приблизителната им стойност е в диапазона от 1-10 К. До 1950 г. Гамов прави по-точни изчисления и обявява резултата при 3 К. През 1964 г. радиоастрономи от Америка, подобрявайки антената, чрез елиминиране на всички възможни сигнали, определят параметрите на космическа радиация. Температурата му се оказва 3 К. Тази информация става най-важното потвърждение за работата на Гамов и за съществуването на реликтово излъчване. Последвалите измервания на космическия фон, извършени в открито пространство, най-накрая доказаха точността на изчисленията на учения. Можете да се запознаете с реликтовата радиационна карта от.
Съвременното разбиране на теорията за Големия взрив: как се случи?
Един от моделите, които изчерпателно обясняват появата и развитието на Вселената, познати ни, е теорията за Големия взрив. Според широко разпространената днес версия, първоначално е съществувала космологична сингулярност - състояние с безкрайна плътност и температура. Физиците са разработили теоретична основа за раждането на Вселената от точка, която е имала изключителна степен на плътност и температура. След избухването на Големия взрив пространството и материята на Космоса започнаха непрестанен процес на разширяване и стабилно охлаждане. Според последните проучвания началото на Вселената е положено преди най-малко 13,7 милиарда години.
Начални периоди във формирането на Вселената
Първият момент, чиято реконструкция е позволена от физическите теории, е ерата на Планк, чието образуване стана възможно 10-43 секунди след Големия взрив. Температурата на материята достигна 10 * 32 К, а плътността му беше 10 * 93 g / cm3. През този период гравитацията придоби независимост, отделяйки се от фундаменталните взаимодействия. Непрекъснатото разширение и понижаване на температурата предизвикаха фазов преход на елементарни частици.
Следващият период, характеризиращ се с експоненциално разширяване на Вселената, настъпи след още 10-35 секунди. Наричаха го „Космическа инфлация“. Настъпи рязко разширяване, многократно надхвърлящо обичайното. Този период даде отговор на въпроса защо температурата в различните точки на Вселената е една и съща? След Големия взрив материята не се разпръсна веднага из Вселената, за още 10-35 секунди тя беше доста компактна и в нея се установи топлинно равновесие, което не беше нарушено при инфлационното разширяване. Периодът е дал основния материал - кварк-глюонна плазма, която е била използвана за образуване на протони и неутрони. Този процес се осъществи след по-нататъшно понижаване на температурата, нарича се "бариогенеза". Възникването на материята е придружено от едновременното появяване на антиматерия. Двете антагонистични вещества се унищожават, превръщайки се в радиация, но преобладава броят на обикновените частици, което позволява появата на Вселената.
Следващият фазов преход, настъпил след понижаване на температурата, доведе до появата на познати ни елементарни частици. Ерата на "нуклеосинтеза", която дойде след това, беше белязана от обединяването на протоните в леки изотопи. Първите образувани ядра имаха кратък живот; те се разпадаха при неизбежни сблъсъци с други частици. По-стабилни елементи се появиха след три минути след създаването на света.
Следващият важен етап беше доминирането на гравитацията над другите налични сили. След 380 хиляди години от времето на Големия взрив се появява водородният атом. Увеличаването на влиянието на гравитацията послужи като край на първоначалния период от формирането на Вселената и даде началото на процеса на възникване на първите звездни системи.
Дори след почти 14 милиарда години реликтовата радиация все още се запазва в космоса. Неговото съществуване в комбинация с червено изместване е представено като аргумент в подкрепа на последователността на теорията за Големия взрив.
Космологична сингулярност
Ако, използвайки общата теория на относителността и факта на непрекъснатото разширяване на Вселената, се върнем към началото на времето, тогава размерите на Вселената ще бъдат равни на нула. Първоначалният момент или науката не могат точно да опишат с помощта на физическо познание. Приложените уравнения не са подходящи за такъв малък обект. Необходима е симбиоза, която може да комбинира квантовата механика и общата теория на относителността, но, за съжаление, все още не е създадена.
Еволюцията на Вселената: какво я очаква в бъдеще?
Учените разглеждат два възможни сценария за развитие на събитията: разширяването на Вселената никога няма да приключи или ще достигне критична точка и ще започне обратният процес – свиване. Този основен избор зависи от стойността на средната плътност на веществото в неговия състав. Ако изчислената стойност е по-малка от критичната, прогнозата е благоприятна; ако е по-голяма, тогава светът ще се върне в единично състояние. В момента учените не знаят точната стойност на описания параметър, така че въпросът за бъдещето на Вселената виси във въздуха.
Връзката на религията с теорията за Големия взрив
Основните религии на човечеството: католицизъм, православие, ислям, по свой начин подкрепят този модел на сътворението на света. Либералните представители на тези религиозни деноминации са съгласни с теорията за възникването на Вселената в резултат на някаква необяснима намеса, определена като Големия взрив.
Името на теорията, познато на целия свят - "Големият взрив" - неволно е дадено от врага на версията за разширяването на Вселената от Хойл. Той смята тази идея за „напълно незадоволителна“. След публикуването на тематичните му лекции, забавният термин веднага бе подхванат от публиката.
Причините за Големия взрив не са известни със сигурност. Според една от многобройните версии, принадлежащи на А. Ю. Глушко, първоначалната материя, компресирана в точка, е черна хипердупка, а причината за експлозията е контактът на два такива обекта, състоящи се от частици и античастици. По време на унищожението материята частично оцелява и поражда нашата Вселена.
Инженерите Пензиас и Уилсън, които откриха космическото микровълново фоново излъчване от Вселената, получиха Нобелови награди по физика.
Температурата на фоновата радиация първоначално беше много висока. Няколко милиона години по-късно този параметър се оказва в границите, осигуряващи възникването на живота. Но до този период само малък брой планети са успели да се образуват.
Астрономическите наблюдения и изследвания помагат да се намерят отговори на най-важните въпроси за човечеството: "Как се появи всичко и какво ни очаква в бъдеще?" Въпреки факта, че не всички проблеми са решени и основната причина за възникването на Вселената няма строго и подредено обяснение, теорията за Големия взрив е намерила достатъчен брой потвърждения, които я правят основният и приемлив модел за появата на Вселената.
