Великий вибух і походження всесвіту. Загадки всесвіту: що було у всесвіті до великого вибуху?
Навіть сучасні вчені не можуть з точністю сказати, що було у Всесвіті до Великого вибуху. Існує кілька гіпотез, відкриває завісу таємниці над одним з найскладніших питань світобудови.
Содержание
Походження матеріального світу
До XX століття існувало лише дві теорії походження Всесвіту. Прихильники релігійної точки зору вважали, що світ був створений богом. Вчені, навпаки, відмовлялися визнавати рукотворность Всесвіту. Фізики і астрономи були прихильниками ідеї про те, що космос існував завжди, світ був статичний і все залишиться таким же, як мільярди років тому.
Однак прискорився науковий прогрес на рубежі століть призвів до того, що у дослідників з`явилися можливості для вивчення позаземних просторів. Деякі з них першими спробували відповісти на питання, що було у Всесвіті до Великого вибуху.
дослідження Хаббла
XX століття зруйнувало багато теорій минулих епох. На місці, що звільнилося з`явилися нові гіпотези, що пояснили досі незрозумілі таємниці. Все почалося з того, що вчені встановили факт розширення Всесвіту. Зроблено це було Едвіном Хабблом. Він виявив, що далекі галактики відрізняються за своїм світла від тих космічних скупчень, які перебували ближче до Землі. Відкриття цієї закономірності лягло в основу закону розширення Едвіна Хаббла.
Великий вибух і походження Всесвіту були вивчені, коли стало ясно, що всі галактики «тікають» від спостерігача, в якій би точці він не був. Як це можна було пояснити? Раз галактики рухаються, значить, їх штовхає вперед якась енергія. Крім того, фізики вирахували, що всі світи колись перебували в одній точці. Через якогось поштовху вони почали рухатися в різні боки з неймовірною швидкістю.
Це явище і отримало назву «Великий вибух». І походження Всесвіту було пояснено саме за допомогою теорії про це давнє подію. Коли воно сталося? Фізики визначили швидкість руху галактик і вивели формулу, по якій вони вирахували, коли стався первинний «поштовх». Точних цифр ніхто назвати не візьметься, але приблизно це явище мало місце близько 15 мільярдів років тому.
Поява теорії Великого вибуху
Той факт, що всі галактики є джерелами світла, означає, що при Великому вибуху виділилося величезна кількість енергії. Саме вона породила ту саму яскравість, яку світи втрачають по ходу свого віддалення від епіцентру події. Теорія Великого вибуху вперше була доведена американськими астрономами Робертом Вілсоном і Арно Пензиасом. Вони виявили електромагнітне реліктове випромінювання, температура якого дорівнювала трьом градусам по кельвіновской шкалою (тобто -270 за Цельсієм). Ця знахідка підтвердила ідею про те, що спочатку Всесвіт був вкрай гарячої.
Теорія Великого вибуху відповіла на багато питань, сформульовані в XIX столітті. Однак тепер з`явилися нові. Наприклад, що було у Всесвіті до Великого вибуху? Чому вона так однорідна, в той час як при такому величезному викиді енергії речовина має розлетітися в різні боки нерівномірно? Відкриття Вільсона і Арно поставили під сумніви класичну Евклидову геометрію, так як було доведено, що простір має нульову кривизну.
інфляційна теорія
Нові поставлені питання показували, що сучасна теорія виникнення світу уривчаста і неповна. Однак довгий час здавалося, що просунутися далі відкритого в 60-і роки буде неможливо. І тільки зовсім недавні дослідження вчених дозволили сформулювати новий важливий принцип для теоретичної фізики. Це було явище надшвидкого інфляційного розширення Всесвіту. Воно було вивчено і описано за допомогою квантової теорії поля і загальної теорії відносності Ейнштейна.
Так що було у Всесвіті до Великого вибуху? Сучасна наука називає цей період «інфляцією». Спочатку було тільки поле, яке заповнювало все уявне простір. Його можна порівняти зі сніжком, пущений вниз по схилу сніжної гори. Ком буде котитися вниз і збільшуватися в розмірах. Точно так же поле через випадкових коливань протягом неймовірного часу змінювало свою структуру.
Коли утворилася однорідна конфігурація, сталася реакція. У ній і полягають найбільші загадки Всесвіту. Що було до Великого вибуху? Інфляційний поле, яке зовсім не було схоже на нинішню матерію. Після реакції почалося зростання Всесвіту. Якщо продовжити аналогію зі сніговим комом, то слідом за першим з них вниз покотилися інші сніжки, також збільшувалися в розмірах. Момент Великого вибуху в цій системі можна порівняти з тією секундою, коли величезна брила звалилася в прірву і, нарешті, зіткнулася з землею. В цю мить виділилося колосальну кількість енергії. Вона не може вичерпатися до сих пір. Саме за рахунок продовження реакції від вибуху наш Всесвіт зростає і сьогодні.
Матерія і поле
Зараз Всесвіт складається з неймовірного кількості зірок і інших космічних тіл. Ця сукупність матерії виділяє величезну енергію, що суперечить фізичному закону збереження енергії. Про що він говорить? Суть цього принципу зводиться до того, що протягом нескінченного часу сума енергії в системі залишається незмінною. Але як це може поєднуватися з нашого Всесвіту, яка продовжує розширюватися?
Інфляційна теорія змогла відповісти на це питання. Вкрай рідко розгадувати подібні загадки Всесвіту. Що було до Великого вибуху? Інфляційний поле. Після виникнення світу на його місце прийшла звична нам матерія. Однак крім неї у Всесвіті також існує гравітаційне поле, яке володіє негативною енергією. Властивості цих двох сутностей протилежні. Так компенсується енергія, яка виходить від частинок, зірок, планет і іншої матерії. Цей взаємозв`язок також пояснює, чому Всесвіт досі не перетворилася в чорну діру.
Коли Великий вибух тільки стався, світ був занадто малий, щоб в ньому щось могло коллапсировать. Тепер же, коли Всесвіт розширилася, на окремих її ділянках з`явилися локальні чорні діри. Їх гравітаційне поле поглинає все навколишнє. З нього не може вибратися навіть світло. Власне через це подібні діри стають чорними.
розширення Всесвіту
Навіть незважаючи на теоретичне обгрунтування інфляційної теорії, до сих пір незрозуміло, як виглядав Всесвіт до Великого вибуху. Людська уява не може уявити собі цієї картини. Справа в тому, що інфляційний поле є нематеріальним. Воно не піддається поясненню звичними законами фізики.
Коли стався Великий вибух, інфляційний поле початок розширюватися в темпі, який перевищив швидкість світла. Згідно фізичними показниками, у Всесвіті немає нічого матеріального, що могло б рухатися швидше цього показника. Світло поширюється по існуючому світу з позамежними цифрами. Інфляційний поле ж поширилося з ще більшою швидкістю, як раз в силу своєї нематеріальної природи.
Розмір Всесвіту до Великого вибуху був мікроскопічним. Щоб виміряти її нинішній розмір, математикам доводиться зводити цифри в величезні ступеня. згідно загальної теорії відносності, спостерігач, що знаходиться всередині матеріального світу, не може побачити, що відбувається за його межами. Це правило поширюється і на те, що було до Великого вибуху у Всесвіті. Фото в підручниках з астрономії може зображати тільки вигадка художників.
Частинки і античастинки
Всесвіт розширилася настільки, що навіть світло не встигає дістатися до самих її далеких куточків. У той же час інфляційний поле за межами світу продовжує існувати, хоча воно і недоступно людині, яка живе в матеріальному світі. Подальше збільшення Всесвіт охолоджується в міру свого зростання. Температура випромінювання падає, через те що довжина хвилі стає більше, а значить, на неї потрібно витрачати більше енергії.
Стан Всесвіту до Великого вибуху було однорідним. Але коли вона почала розширюватися, в ній з`явилися нові елементи і частинки. Це кварки, нейтрони, протони, електрони і фотони. Існують і античастинки, число яких не може бути дорівнює числу звичайних частинок. Якби це тотожність мало місце, то весь Всесвіт сама собою б знищилася.
Природа зробила все необхідне для того, щоб кількість частинок було трохи більшим кількості античастинок. Завдяки цьому співвідношенню і існує матеріальний світ. Реліктове випромінювання, яке продовжує поширюватися по просторах Всесвіту, виникло саме в результаті взаємознищення деяких частинок і античастинок. У науковому лексиконі цей процес називається анігіляцією. Згодом енергія реліктового випромінювання падає. Зараз вона приблизно в десять тисяч разів менше, ніж аналогічний показник елементарних масивних частинок.
Виникнення фізичних законів
коли вік Всесвіту досяг однієї хвилини, нейтрони і протони почали об`єднуватися в гелій, тритій і дейтерій. Це були перші речовини, що виникли в матеріальному світі. Процес синтезу відбувався завдяки ядерним реакціям. У XX столітті фізики вивчили цей феномен і навіть навчилися його приручати. Так як при ядерної реакції виділяється колосальна кількість енергії, людство пристосувало цей процес для своїх економічних потреб. З`явилися атомні електростанції. Сьогодні вони живлять енергією тисячі міст.
Ядерна реакція також була використана в якості зброї. В кінці Другої світової війни американці вперше скинули атомні бомби на Японію. Смертоносність удару полягала якраз у величезному виділення енергії. Але показники, зафіксовані в Хіросімі, мізерно малі в порівнянні з тими процесами, які мали місце в перші хвилини існування матеріального світу.
Завдяки тому, що сучасні вчені вже багато знають про ядерної реакції, використаної в економіці і на війні, дослідники змогли відновити приблизну картину того, яка була Всесвіт до Великого вибуху. За допомогою математичних підрахунків було обчислено, скільки елементів і будь з`явилося в перші хвилини після початку реакції в інфляційному полі.
Дивний і інший факт. Всі розрахунки вчених, що спираються на сучасні показники природи, виявилися в точності застосовні до моделі появи Всесвіту. Це «збіг» говорить про те, що закони фізики почали діяти відразу після появи матеріального світу. З тих пір всі непорушні формули жодного разу не змінилися. Вони діють і зараз. Так, наприклад, можна сказати про теорію відносності Ейнштейна. Незаперечність законів полегшує працю вчених, які намагаються зрозуміти, що було до Великого вибуху у Всесвіті.
зародження галактик
За допомогою теорії Великого вибуху вченим вдалося пояснити виникнення галактик. Коли світ тільки з`явився, все відстані всередині нього стрімко ставали більше. Однак в деяких місцях цей процес набував особливі форми. Пов`язано це було з тим, що в різних просторових точках енергетична щільність мала відмінні показники.
Через це в деяких ділянках однієї великої Всесвіту накопичилося більше частинок. Даний процес був детально описаний американськими вченими XX століття. У науково-популярній формі теорія була пояснена в серії фільмів «Всесвіт до Великого вибуху. Слідами таємниці ».
У ділянках з більшою щільністю енергії помітно коливалася температура. Це явище було ознакою стиснення матерії гравітаційним полем. Інфляційний період породив області з більшою щільністю. Після виникнення Всесвіту гравітаційне поле впливало на дані ділянки із збільшеною інтенсивністю. Саме тут зародилися галактики - скупчення зірок, навколо яких утворилися планети. Наша Земля повністю вписується в дану систему. Вона обертається навколо своєї зірки (Сонця) і входить в галактику Чумацький шлях.
Сучасний стан Всесвіту
Поточний період еволюції Всесвіту як не можна краще підходить для існування життя. Вчені не можуть визначити, скільки буде тривати цей часовий відрізок. Але якщо хто і брався за такі розрахунки, то що виходили цифри були ніяк не менше сотень мільярдів років. Для одного людського життя подібний відрізок настільки великий, що навіть в математичному обчисленні його доводиться записувати за допомогою використання ступенів. Справжнє вивчено набагато краще, ніж передісторія Всесвіту. Що було до Великого вибуху, в будь-якому випадку залишиться тільки предметом теоретичних досліджень і сміливих розрахунків.
У матеріальному світі навіть час залишається величиною відносної. Наприклад, квазари (вид астрономічних об`єктів), що існують на відстані 14 мільярдів світлових років від Землі, відстають від нашого звичного «зараз» на ті самі 14 мільярдів світлових років. Цей часовий розрив колосальний. Його складно визначити навіть математично, не кажучи вже про те, що чітко уявити собі подібне за допомогою людської уяви (навіть самого палкого) просто неможливо.
Сучасна наука може теоретично пояснити собі все життя нашого матеріального світу, починаючи з перших часткою секунд його існування, коли тільки що стався Великий вибух. Повна історія Всесвіту доповнюється досі. Астрономи відкривають нові дивовижні факти з допомогою модернізованого і поліпшеного дослідного устаткування (телескопів, лабораторій і т. Д.).
Однак існують і так і не зрозумілі явища. Таким білою плямою, наприклад, є темна матерія і її темна енергія. Сутність цієї прихованої маси продовжує розбурхувати свідомість найосвіченіших і передових фізиків сучасності. Крім того, так і не виникло єдиної точки зору щодо причин того, чому у Всесвіті частинок все-таки більше, ніж античастинок. З цього приводу було сформульовано кілька фундаментальних теорій. Деякі з цих моделей користуються найбільшою популярністю, але жодна з них поки не прийнята міжнародній науковій спільноті як непорушної істини.
У масштабі загального знання і колосальних відкриттів XX століть ці прогалини здаються зовсім незначними. Але історія науки з завидною регулярністю показує, що пояснення таких «малих» фактів і явищ стає основою для усієї вистави людства про дисципліну в цілому (в даному випадку мова йде про астрономію). Тому майбутнім поколінням вчених, безумовно, буде чим зайнятися і що відкривати в області пізнання природи Всесвіту.
