Теорія Великого вибуху стала майже такою самою загальноприйнятою космологічною моделлю, як і обертання Землі навколо Сонця. Згідно з теорією, близько 14 млрд років тому спонтанні коливання в абсолютній порожнечі призвели до появи Всесвіту. Щось, порівнянне за розміром із субатомною частинкою, розширилося до неймовірних розмірів за частки секунди. Але в цій теорії існує багато проблем, над якими б'ються фізики, висуваючи нові і нові гіпотези.

Що не так з теорією Великого вибуху

З теорії випливає,що всі планети та зірки утворилися з пилу, розметаного по космосу внаслідок вибуху. Але що передувало йому, неясно: тут наша математична модель простору-часу перестає працювати. Всесвіт виник з початкового сингулярного стану, якого не застосувати сучасну фізику. Теорія також не розглядає причини виникнення сингулярності чи матерії та енергії для її виникнення. Вважається, що відповідь на питання про існування та походження початкової сингулярності дасть теорія квантової гравітації.

Більшість космологічних моделей передбачають,що повний Всесвіт має розмір набагато більший, ніж спостерігається - сферична область з діаметром приблизно 90 млрд світлових років. Ми бачимо тільки ту частину Всесвіту, світло від якого встигло досягти Землі за 13,8 млрд років. Але телескопи стають все кращими, ми виявляємо все більш далекі об'єкти, і поки немає підстав вважати, що цей процес зупиниться.

З моменту Великого вибуху Всесвіт розширюється із прискоренням.Найскладніша загадка сучасної фізики - питання, що викликає прискорення. Згідно з робочою гіпотезою, у Всесвіті міститься невидима складова, яка називається «темною енергією». Теорія Великого вибуху не пояснює, чи Всесвіт розширюватиметься нескінченно, і якщо так, то до чого це призведе - до її зникнення або чогось ще.

Хоча ньютонівську механіку потіснила релятивістська фізика,її не можна назвати помилковою. Проте сприйняття світу та моделі для опису Всесвіту повністю змінилися. Теорія Великого вибуху передбачила низку речей, які були відомі до того. Отже, якщо її місце прийде інша теорія, вона має бути схожою і розширити розуміння світу.

Ми зупинимося на найцікавіших теоріях, що описують альтернативні моделі Великого вибуху.

Всесвіт як міраж чорної діри

Всесвіт виник завдяки колапсу зірки у чотиривимірному Всесвіті, вважають вчені з Інституту теоретичної фізики «Периметр». Результати їх дослідження опублікував журнал Scientific American. Ніайеш Афшорді, Роберт Манн і Разі Пурхасан кажуть, що наш тривимірний Всесвіт став подібністю до «голографічного міражу» при схлопуванні чотиривимірної зірки. На відміну від теорії Великого вибуху, згідно з якою Всесвіт виник з надзвичайно гарячого і щільного простору-часу, де не застосовуються стандартні закони фізики, нова гіпотеза про чотиривимірний всесвіт пояснює як причини зародження, так і його стрімкого розширення

Згідно зі сценарієм, сформульованим Афшорді та його колегами, наш тривимірний Всесвіт - це своєрідна мембрана, яка пливе крізь ще більш об'ємний всесвіт, що існує вже в чотирьох вимірах. Якби в цьому чотиривимірному космосі існували свої чотиривимірні зірки, вони б теж вибухали, як і тривимірні у нашому Всесвіті. Внутрішній шар ставав би чорною діроюа зовнішній викидався б у простір.

У нашому Всесвіті чорні дірки оточені сферою, яка називається горизонтом подій. І якщо в тривимірному просторі цей кордон двомірний (як мембрана), то в чотиривимірному всесвіті обрій подій буде обмежений сферою, що існує в трьох вимірах. Комп'ютерне моделювання колапсу чотиривимірної зірки показало, що її тривимірний обрій подій поступово розширюватиметься. Саме це ми і спостерігаємо, називаючи зростання 3D-мембрани розширенням Всесвіту, вважають астрофізики.

Велика заморозка

Альтернативою Великому вибуху може бути велике заморожування. Команда фізиків з Мельбурнського університету на чолі з Джеймсом Кватчем представила модель народження Всесвіту, який більше нагадує поступовий процес заморозки аморфної енергії, ніж її виплеск та розширення у трьох напрямках простору.

Безформна енергія, на думку вчених, подібно до води охолодилася до кристалізації, створивши звичні три просторових і один тимчасовий вимір.

Теорія Великого заморожування ставить під сумнів прийняте нині твердження Альберта Ейнштейна про безперервність і плавність простору та часу. Не виключено, що простір має складові - неподільні стандартні блоки на кшталт крихітних атомів або пікселів у комп'ютерній графіці. Ці блоки настільки малі, що їх неможливо спостерігати, проте, за новою теорією, можна виявити дефекти, які повинні заломлювати потоки інших частинок. Вчені вирахували такі ефекти за допомогою математичного апарату, а тепер спробують виявити їх експериментально.

Всесвіт без початку та кінця

Ахмед Фараг Алі з Університету Бенха в Єгипті та Саурія Дас з Університету Летбріджа в Канаді запропонували нове рішення проблему сингулярності, відмовившись від Великого вибуху. Вони привнесли до рівняння Фрідмана, що описує розширення Всесвіту та Великий вибух, ідеї відомого фізика Девіда Бома. «Дивно, що невеликі поправки потенційно можуть вирішити багато питань», - говорить Дас.

Отримана модель об'єднала у собі загальну теорію відносності та квантову теорію. Вона не лише заперечує сингулярність, що передувала Великому вибуху, а й не допускає того, що Всесвіт згодом стиснеться назад до початкового стану. Згідно з отриманими даними, Всесвіт має кінцевий розмір та нескінченний час життя. У фізичному вираженні модель описує Всесвіт, наповнений гіпотетичною квантовою рідиною, що складається з гравітонів - частинок, що забезпечують гравітаційну взаємодію.

Вчені також стверджують, що їхні висновки співвідносяться з останніми результатами вимірювання густини Всесвіту.

Нескінченна хаотична інфляція

Термін «інфляція» означає стрімке розширення Всесвіту, що відбувалося за експонентом у перші миті після Великого вибуху. Сама собою теорія інфляції не спростовує теорію Великого вибуху, лише по-іншому інтерпретує її. Ця теорія вирішує кілька фундаментальних проблем фізики.

Згідно з інфляційною моделлю, незабаром після зародження Всесвіт дуже короткий часрозширювалася за експонентом: її розмір багаторазово подвоювався. Вчені вважають, що за 10 -36 ступеня секунд Всесвіт збільшився в розмірах як мінімум в 10 - 30-50 ступеня разів, а можливо, і більше. Наприкінці інфляційної фази Всесвіт заповнився надгарячою плазмою із вільних кварків, глюонів, лептонів та високоенергетичних квантів.

Концепція має на увазі, що у світі існує безліч ізольованих один від одного всесвітівз різним пристроєм

Фізики дійшли висновку, що логіка інфляційної моделі не суперечить ідеї постійного множинного народження нових всесвітів. Квантові флуктуації – такі ж, як ті, через які з'явився наш світ – можуть виникати у будь-якій кількості, якщо для цього є відповідні умови. Цілком можливо, що наша світобудова вийшла з флуктуаційної зони, що сформувалася у світі-попереднику. Можна також припустити, що колись і десь у нашому Всесвіті утворюється флуктуація, яка «видує» юний всесвіт зовсім іншого роду. За такою моделлю дочірні всесвіти можуть відпочковуватися безперервно. При цьому зовсім не обов'язково, що в нових світах встановлюються ті самі фізичні закони. Концепція має на увазі, що у світі існує безліч ізольованих один від одного всесвітів з різним пристроєм.

Циклічна теорія

Пол Стейнхардт, один із фізиків, які заклали основи інфляційної космології, вирішив розвинути цю теорію і надалі. Вчений, який очолює Центр теоретичної фізики в Прінстоні, спільно з Нейлом Тьюроком з Інституту теоретичної фізики «Периметр» виклав альтернативну теорію у книзі Endless Universe: Beyond the Big Bang («Нескінченний Всесвіт: За межею Великого вибуху»).Їхня модель заснована на узагальненні теорії квантових суперструн, відомої як М-теорія. Відповідно до неї, фізичний світ має 11 вимірів - десять просторових та один тимчасовий. У ньому «плавають» простори менших розмірностей, так звані брани (Скорочення від «мембрани»).Наш Всесвіт - просто одна з таких лайок.

Модель Стейнхардта і Тьюрока стверджує, що Великий вибух стався внаслідок зіткнення нашої лайки з іншою браною - невідомої нам всесвіту. За цим сценарієм зіткнення відбуваються нескінченно. Згідно з гіпотезою Стейнхардта і Тьюрока, поруч із нашою браною «плаває» ще одна тривимірна брана, відокремлена крихітною відстанню. Вона також розширюється, сплощується і пустіє, але через трильйон років лайки почнуть зближуватися і зрештою зіткнуться. При цьому виділиться величезна кількість енергії, частинок та випромінювання. Цей катаклізм запустить черговий цикл розширення та охолодження Всесвіту. З моделі Стейнхардта і Тьюрока випливає, що ці цикли були і в минулому і обов'язково повторяться у майбутньому. З чого ці цикли почалися, теорія замовчує.

Всесвіт
як комп'ютер

Ще одна гіпотеза про пристрій всесвіту говорить, що весь наш світ - це не більше ніж матриця або комп'ютерна програма. Ідею про те, що Всесвіт є цифровим комп'ютером, вперше висунув німецький інженер і піонер комп'ютеробудування Конрад Цузе в книзі Calculating Space. («Обчислювальний простір»).Серед тих, хто також розглядав Всесвіт як гігантський комп'ютер, значаться фізики Стівен Вольфрам і Герард "т Хоофт".

Теоретики цифрової фізики припускають, що Всесвіт - по суті інформація, і, отже, вона обчислювана. З цих припущень випливає, що Всесвіт можна розглядати як результат роботи комп'ютерної програми або цифрового обчислювального пристрою. Цей комп'ютер може бути, наприклад, гігантським клітинним автоматом або універсальною машиною Тьюринга.

Непрямим доказом віртуальної природи Всесвітуназивають принцип невизначеності у квантовій механіці

Відповідно до теорії, будь-який предмет і подія фізичного світу походить із постановки питань та реєстрації відповідей «так» чи «ні». Тобто за всім, що нас оточує, ховається код, аналогічний бінарному коду комп'ютерної програми. А ми – свого роду інтерфейс, за допомогою якого з'являється доступ до даних «всесвітнього інтернету». Непрямим доказом віртуальної природи Всесвіту називають принцип невизначеності в квантовій механіці: частинки матерії можуть існувати у нестійкій формі, а «закріплюються» у конкретному стані лише при спостереженні за ними.

Послідовник цифрової фізики Джон Арчібальд Вілер писав: «Не було б нерозумним уявити, що інформація знаходиться в ядрі фізики так само, як у ядрі комп'ютера. Усі з біта. Іншими словами, все суще - кожна частка, кожне силове поле, навіть сам просторово-часовий континуум - отримує свою функцію, свій сенс і, зрештою, саме своє існування».

Великий вибух. Так називається теорія, вірніше одна з теорій, виникнення або, якщо завгодно, створення Всесвіту. Назва, мабуть, надто несерйозна для такої жахливої ​​події, що викликає побожний трепет. Особливо жахливого, якщо колись ви задавали собі дуже важкі питання про світобудову.

Наприклад, якщо Всесвіт це все те, що є, то яким чином це почалося? І що було раніше? Якщо простір не нескінченний, то що за його межами? І в чому власне має бути це щось? Як можна зрозуміти слово "нескінченно"?

Ці речі складні для розуміння. Більше того, коли про це починаєш замислюватися, охоплює жахливе відчуття чогось велично – жахливого. Але питання про світобудову - це одні з найголовніших питань, які ставить собі людство протягом своєї історії.

Матеріали на тему:

Цікаві факти про зірок

Що стало початком існування Всесвіту?

Більшість вчених переконана, що початок існування Всесвіту покладено грандіозним великим вибухом речовини, що стався близько 15 мільярдів років тому. Багато років більшість вчених поділяли гіпотезу про те, що початок Всесвіту було покладено грандіозним вибухом, який вчені жартівливо охрестили «Великий Вибух». На їхню думку, вся матерія і весь простір, який зараз представлений мільярдами і мільйонами галактик і зірок, 15 мільярдів років тому містився в мізерному просторі розміром, що не перевищує кількох слів у цій пропозиції.

Як утворювалася Всесвіт?

Вчені вважають, що 15 мільярдів років тому цей маленький обсяг вибухнув найдрібнішими, меншими за атоми, частинками, започаткувавши існування Всесвіту. Спочатку вона була туманністю з дрібних частинок. Пізніше при поєднанні цих частинок утворилися атоми. З атомів сформувалися зіркові галактики. З часу цього Великого Вибуху Всесвіт продовжує розширюватися, як повітряна куля, що роздмухується.

Матеріали на тему:

Найбільші планети Всесвіту

Сумніви у теорії Великого Вибуху

Але за останні кілька років вчені, які займаються вивченням структури Всесвіту, здійснили кілька несподіваних відкриттів. Деякі з них ставлять під сумнів теорію Великого Вибуху. Що вдієш, наш світ не завжди відповідає нашим зручним уявленням про нього.

Розподіл речовини під час вибуху

Одна проблема полягає в тому способі, яким матерія розподілена по Всесвіту. Коли вибухає якийсь предмет, його вміст розлітається рівномірно у всіх напрямах. Іншими словами, якщо матерія на початку була спресована в малому обсязі, а потім вибухнула, то речовина мала рівномірно розподілитися по простору Всесвіту.

Реальність, однак, дуже відрізняється від очікуваних уявлень. Ми живемо в вельми нерівномірно заповненому Всесвіті. При погляді у космос погляду з'являються окремі віддалені друг від друга згустки матерії. Величезні галактики розкидані там і там по космічному простору. між

Теорія Великого вибуху зараз вважається такою ж безперечною, як і система Коперника. Однак аж до другої половини 1960-х вона аж ніяк не користувалася загальним визнанням, і не тільки тому, що багато вчених з порога заперечували саму ідею розширення Всесвіту. Просто ця модель мала серйозного конкурента.

Через 11 років космологія як наука зможе відзначати свій сторічний ювілей. У 1917 році Альберт Ейнштейн усвідомив, що рівняння загальної теорії відносності дозволяють обчислювати фізично розумні моделі світобудови. Класична механіка і теорія гравітації такої можливості не дають: Ньютон намагався побудувати загальну картину Всесвіту, проте при всіх розкладах вона неминуче плескалася під дією сили тяжіння.

Ейнштейн рішуче не вірив у початок і кінець світобудови і тому вигадав вічно існуючий статичну Всесвіт. Для цього йому знадобилося ввести у свої рівняння особливу компоненту, яка створювала "антитяжіння" і цим формально забезпечувала стабільність світоустрою. Це доповнення (так званий космологічний член) Ейнштейн вважав неелегантним, потворним, але все ж таки необхідним (автор ОТО даремно не повірив своєму естетичному чуття - пізніше було доведено, що статична модель нестійка і тому фізично безглузда).

У моделі Ейнштейна швидко з'явилися конкуренти - модель світу без матерії Віллема де Сіттера (1917), замкнуті та відкриті нестаціонарні моделі Олександра Фрідмана (1922 та 1924). Але ці красиві конструкціїдо певного часу залишалися суто математичними вправами. Щоб міркувати про Всесвіт загалом не умоглядно, треба хоча б знати, що існують світи, розташовані за межами зоряного скупчення, в якому знаходиться Сонячна система і ми разом з нею. А космологія отримала можливість шукати опору в астрономічних спостереженнях лише після того, як в 1926 Едвін Хаббл опублікував роботу "Позагалактичні туманності", де вперше було дано опис галактик як самостійних зіркових систем, що не входять до складу Чумацького шляху.

Створення Всесвіту зайняло не шість днів – основна частка роботи було завершено набагато раніше. Ось його приблизна хронологія.

0. Великий вибух.

Планківська ера: 10-43 с. Планківський момент. Відбувається відділення гравітаційної взаємодії. Розмір Всесвіту в цей момент дорівнює 10-35 м (т.зв. Планківська довжина). 10-37 с. Інфляційне розширення Всесвіту.

Епоха великого об'єднання: 10-35 с. Поділ сильної та електрослабкої взаємодій. 10-12 с. Відділення слабкої взаємодії та остаточне поділ взаємодій.

Адронна ера: 10-6 с. Анігіляція протон-антипротонних пар. Кварки та антикварки перестають існувати, як вільні частки.

Лептонна ера: 1 с. Формуються ядра водню. Починається ядерний синтез гелію.

Епоха нуклеосинтезу: 3 хвилини. Всесвіт складається на 75% водню і на 25% гелію, а також слідових кількостей важких елементів.

Радіаційна епоха: 1 тиждень. На той час випромінювання термалізується.

Епоха речовини: 10 тис. років. Речовина починає домінувати у Всесвіті. 380 тис. Років. Ядра водню та електрони рекомбінують, Всесвіт стає прозорим для випромінювання.

Зоряна епоха: 1 млрд. років. Формування перших галактик. 1 млрд. Років. Освіта перших зірок. 9 млрд. Років. Освіта Сонячна система. 13,5 млрд. Років. Поточний момент

Розбігання галактик

Цей шанс було швидко реалізовано. До бельгійця Жоржа Анрі Леметра, який вивчав астрофізику в Массачусетському технологічному інституті, дійшли чутки, що Хаббл впритул підійшов до революційного відкриття - доказу розбігу галактик. У 1927 році, повернувшись на батьківщину, Леметр опублікував (а в наступні роки уточнив і розвинув) модель Всесвіту, що утворився в результаті вибуху надщільної матерії, що розширюється відповідно до рівнянь ОТО. Він математично довів, що їхня радіальна швидкість має бути пропорційна відстані від Сонячної системи. Роком пізніше цього ж висновку незалежно дійшов принстонський математик Хауард Робертсон.

А в 1929 році Хаббл отримав ту ж саму залежність експериментально, обробивши дані по віддаленості двадцяти чотирьох галактик і величині червоного зміщення світла, що приходить від них. П'ятьма роками пізніше Хаббл і його помічник Мілтон Хьюмасон навели нові докази справедливості цього висновку, здійснивши моніторинг дуже тьмяних галактик, що лежать на крайній периферії космосу, що спостерігається. Пророцтва Леметра і Робертсона повністю виправдалися, і космологія нестаціонарного Всесвіту, начебто, здобула рішучу перемогу.

Невизнана модель

Але все ж таки астрономи не поспішали кричати ура. Модель Леметра дозволяла оцінити тривалість існування Всесвіту - цього потрібно було лише з'ясувати чисельну величину константи, що входить у рівняння Хаббла. Спроби визначити цю константу призводили до висновку, що наш світ виник лише близько двох мільярдів років тому. Однак геологи стверджували, що Земля набагато старша, та й астрономи не сумнівалися, що в космосі повно-повно зірок більш поважного віку. Астрофізики теж мали власні підстави для недовіри: відсотковий склад розподілу хімічних елементів у Всесвіті на основі леметрівської моделі (вперше цю роботу в 1942 році зробив Чандрасекар) явно суперечив реальності.

Скепсис фахівців пояснювався і філософськими причинами. Астрономічне співтовариство тільки-но звикло з думкою, що перед ним розкрився нескінченний світ, населений безліччю галактик. Здавалося природним, що у своїх основах він не змінюється та існує вічно. А тепер вченим пропонувалося визнати, що Космос закінчений не лише у просторі, а й у часі (до того ж ця ідея наводила на думку про божественне творіння). Тому леметрівська теорія довго залишалася без справ. Втім, ще гірша доля спіткала модель вічно осцилюючого Всесвіту, запропоновану в 1934 Річардом Толманом. Вона взагалі не отримала серйозного визнання, а наприкінці 1960-х була відкинута як математично некоректна.

Акції "світу, що роздмухується" не надто підвищилися і після того, як на початку 1948 року Джордж Гамов і його аспірант Ральф Алфер побудували нову, більш реалістичну версію цієї моделі. Всесвіт Леметра народився з вибуху гіпотетичного "первинного атома", який явно виходив за рамки уявлень фізиків про природу мікросвіту.

Гамовську теорію довгий час називали цілком академічно - "динамічна еволюціонуюча модель". А словосполучення "Великий вибух", як не дивно, ввів в обіг не автор цієї теорії і навіть не її прихильник. У 1949 році продюсер наукових програм ВВС Пітер Ласлетт запропонував Фреду Хойлу підготувати серію з п'яти лекцій. Хойл виблискував перед мікрофоном і миттєво придбав безліч шанувальників серед радіослухачів. В останньому виступі він заговорив про космологію, розповів про свою модель і під кінець вирішив звести рахунки з конкурентами. Їхня теорія, сказав Хойл, "заснована на припущенні, що Всесвіт виник у процесі одного-єдиного потужного вибуху і тому існує лише кінцевий час... Ця ідея Великого вибуху здається мені зовсім незадовільною". Ось так уперше і з'явився цей вислів. На російську його можна перекласти і як "Велика бавовна", що, ймовірно, точніше відповідає принизливому змісту, який вклав у нього Хойл. Через рік його лекції були опубліковані, і новий термін пішов гуляти світом

Джордж Гамов та Ральф Алфер припустили, що Всесвіт незабаром після народження складався з добре відомих частинок – електронів, фотонів, протонів та нейтронів. У їхній моделі ця суміш була нагріта до високих температур і щільно упакована в крихітному (порівняно з нинішнім) об'ємі. Гамов з Алфер показали, що в цьому супергарячому супі відбувається термоядерний синтез, в результаті якого утворюється основний ізотоп гелію, гелій-4. Вони навіть вирахували, що вже за кілька хвилин матерія перетворюється на рівноважний стан, у якому кожне ядро ​​гелію припадає приблизно десяток ядер водню.

Така пропорція цілком відповідала астрономічним даним про розподіл легких елементів у Всесвіті. Ці висновки незабаром підтвердили Енріко Фермі та Ентоні Туркевич. Вони також встановили, що процеси термоядерного синтезу повинні породжувати трохи легкого ізотопу гелію-3 і важкі ізотопи водню - дейтерій і тритій. Зроблені ними оцінки концентрації цих трьох ізотопів у космічному просторі також збігалися зі спостереженнями астрономів.

Проблемна теорія

Але астрономи-практики продовжували сумніватися. По-перше, залишалася проблема віку Всесвіту, яку теорія Гамова вирішити не могла. Збільшити тривалість існування світу можна було, лише довівши, що галактики розлітаються набагато повільніше, ніж прийнято вважати (зрештою так і сталося, причому чималою мірою за допомогою спостережень, виконаних у Паломарській обсерваторії, але вже у 1960-ті роки).

По-друге, гамівська теорія забуксувала на нуклеосинтезі. Пояснивши виникнення гелію, дейтерію та тритію, вона не змогла просунутися до більш важких ядрам. Ядро гелію-4 складається з двох протонів та двох нейтронів. Все було б добре, якби воно могло приєднати протон і перетворитися на ядро ​​літію. Однак ядра з трьох протонів та двох нейтронів або двох протонів та трьох нейтронів (літій-5 та гелій-5) вкрай нестійкі та миттєво розпадаються. Тому в природі існує лише стабільний літій-6 (три протони та три нейтрони). Для його утворення шляхом прямого синтезу необхідно, щоби з ядром гелію одночасно злилися і протон, і нейтрон, а ймовірність цієї події вкрай мала. Правда, в умовах високої щільності матерії в перші хвилини існування Всесвіту подібні реакції все ж таки зрідка відбуваються, що і пояснює дуже малу концентрацію найдавніших атомів літію.

Природа приготувала Гамову ще один неприємний сюрприз. Шлях до важких елементів міг би лежати і через злиття двох ядер гелію, але це комбінація теж нежиттєздатна. Пояснити походження елементів важче літію ніяк не вдавалося, і наприкінці 1940-х років ця перешкода здавалася непереборною (зараз ми знаємо, що вони народжуються тільки в стабільних зірках, що вибухають, і в космічних променях, але Гамову це було відомо).

Втім, у моделі "гарячого" народження Всесвіту залишалася в запасі ще одна карта, яка згодом стала козирною. У 1948 році Алфер та інший асистент Гамова, Роберт Герман, дійшли висновку, що космос пронизаний мікрохвильовим випромінюванням, що виник через 300 тисяч років після первинного катаклізму. Однак радіоастрономи не виявили інтересу до цього прогнозу і він так і залишився на папері.

Поява конкурента

Гамов та Алфер винайшли свою "гарячу" модель у столиці США, де з 1934 року Гамов викладав в університеті імені Джорджа Вашингтона. Багато продуктивних ідей виникли у них під помірну випивку в барі "Маленький Відень" на Пенсільванія-авеню неподалік Білого дому. А якщо цей шлях до побудови космологічної теорії декому здається екзотичним, що можна сказати про альтернативу, що з'явилася на світ під впливом фільму жахів?

Фред Хойл: Розширення Всесвіту відбувається вічно! Речовина народжується в порожнечі мимоволі з такою швидкістю, що середня щільність Всесвіту залишається постійною

У добрій старій Англії, в університетському Кембриджі, після війни влаштувалися троє чудових учених - Фред Хойл, Герман Бонді та Томас Голд. Перед цим вони працювали у радіолокаційній лабораторії британських ВМФ, де й потоваришували. Хойлу, англійцю з Йоркшира, до моменту капітуляції Німеччини ще не виповнилося і 30, а його приятелям, уродженцям Відня, стукнуло по 25. Хойл та його друзі у свою "радарну еру" відводили душу в розмовах про проблеми світобудови та космології. Всі троє не злюбили модель Леметра, але закон Хаббла прийняли всерйоз, а відкинули і концепцію статичного Всесвіту. Після війни вони збиралися у Бонді та обговорювали ті самі проблеми. Осяяння зійшло після перегляду кінострашилки "Мертві вночі". Її головний герой Волтер Крейг потрапив у замкнуту подійну петлю, яка наприкінці картини повернула його в ту саму ситуацію, з якою все й почалося. Фільм з такою фабулою може тривати нескінченно (як віршик про попу та його собаку). Тут-то Голд і зрозумів, що Всесвіт може виявитися аналогом цього сюжету - одночасно змінюється і незмінною!

Друзі визнали ідею божевільною, але потім вирішили, що в ній щось є. Об'єднаними зусиллями вони перетворили гіпотезу на зв'язну теорію. Бонді з Голдом дали її загальний виклад, а Хойл в окремій публікації "Нова модель Всесвіту, що розширюється" - математичні розрахунки. За основу він взяв рівняння ОТО, але доповнив їх гіпотетичним "полем творіння" (Creation field, С-поле), що має негативний тиск. Щось у цьому роді через 30 років з'явилося в інфляційних космологічних теоріях, що Хойл підкреслював із чималим задоволенням.

Космологія стабільного стану

Нова модель увійшла до історії науки як Космологія стабільного стану (Steady State Cosmology). Вона проголосила повну рівноправність не тільки всіх точок простору (це було у Ейнштейна), але й усіх моментів часу: Всесвіт розширюється, але початку не має, оскільки завжди залишається подібним до себе самого. Голд назвав це твердження досконалим космологічним принципом. Геометрія простору в цій моделі залишається плоскою, як у Ньютона. Галактики розбігаються, проте в космосі "з нічого" (точніше, з поля витвору) з'являється нова речовина, причому з такою інтенсивністю, що середня щільність матерії залишається незмінною. Відповідно до відомого тоді значення постійної Хаббла Хойл обчислив, що в кожному кубометрі простору протягом 300 тисяч років народжується всього одна частка. Відразу знімалося питання, чому прилади не реєструють ці процеси, - вони надто повільні за людськими мірками. Нова космологія не зазнавала жодних труднощів, пов'язаних із віком Всесвіту, цієї проблеми для неї просто не існувало.

Для підтвердження своєї моделі Хойл запропонував скористатися даними про просторовий розподіл молодих галактик. Якщо С-поле рівномірно творить матерію всюди, то середня щільність таких галактик має бути приблизно однаковою. Навпаки, модель катаклізмічного народження Всесвіту передбачає, що на дальньому кордоні космосу, що спостерігається, ця щільність максимальна - звідти до нас приходить світло ще не встиглих зістаритися зоряних скупчень. Хойловський критерій був цілком розумним, проте на той час перевірити його було неможливо через відсутність досить потужних телескопів.

Тріумф та поразка

Більше 15 років конкуруючі теорії билися майже на рівних. Щоправда, 1955 року англійський радіоастроном і майбутній Нобелівський лауреатМартін Райл виявив, що щільність слабких радіоджерел на космічній периферії більша, ніж біля нашої галактики. Він заявив, що ці результати несумісні із Космологією стабільного стану. Однак через кілька років його колеги дійшли висновку, що Райл перебільшив відмінності густин, так що питання залишилося відкритим.

Але на двадцятому році життя хойлівська космологія почала швидко в'янути. На той час астрономи довели, що постійна Хаббла значно менше колишніх оцінок, що дозволило підняти гаданий вік Всесвіту до 10-20 млрд. років (сучасна оцінка - 13,7 млрд. років ± 200 млн.). А в 1965 році Арно Пензіас і Роберт Вільсон зареєстрували передбачене Алфером і Германом випромінювання і тим самим відразу залучили до теорії Великого вибуху безліч прихильників.

Ось уже сорок років ця теорія вважається стандартною та загальновизнаною космологічною моделлю. Має і конкурентів різного вікуАле ось теорію Хойла всерйоз ніхто більше не приймає. Їй не допомогло навіть відкриття (1999 року) прискорення розльоту галактик, про можливість якого писали і Хойл, і Бонді з Голдом. Її час безповоротно минув.

Походження Всесвіту – теорія «Великого вибуху»

Сам Всесвіт виник приблизно 20 млрд. років тому з якоїсь щільної і гарячої протовисловини. Сьогодні можна тільки припускати, якою була ця речовина, що породила Всесвіт, як вона утворилася, яким законам підпорядковувалося і що за процеси призвели до розширення. Існує думка, що від початку протовещество з величезною швидкістю почало розширюватися.

На початковій стадії ця щільна речовина розліталася у всіх напрямках і являла собою однорідну вируючу суміш нестійких часток, що постійно розпадаються при зіткненнях. Охолоджуючи та взаємодіючи протягом мільйонів років, вся ця маса розсіяної у просторі речовини концентрувалася у великі та малі газові утворення, які протягом сотень мільйонів років, зближуючись та зливаючись, перетворювалися на величезні комплекси. Вони своєю чергою виникали щільніші ділянки -- там згодом і утворилися зірки і навіть цілі галактики.

Кінцева чи нескінченна Всесвіт, яка в неї геометрія - ці та багато інших питань пов'язані з еволюцією Всесвіту, зокрема з розширенням, що спостерігається. Якщо, як це вважають в даний час, швидкість "розльоту" галактик збільшиться на 75 км/с на кожен мільйон парсек, то екстраполяція до минулого призводить до дивовижного результату: приблизно 10-20 млрд. років тому весь Всесвіт був зосереджений в дуже маленькій області. Багато вчених вважають, що в той час щільність Всесвіту була така ж, як у атомного ядра: Всесвіт являв собою одну гігантську «ядерну краплю» З якихось причин ця «крапля» прийшла в нестійкий стан і вибухнула. Наслідки цього вибуху ми зараз спостерігаємо як системи галактик. Модель гарячого вибухового Всесвіту була розроблена учнем Фрідмана Дж. Гамовим наприкінці 40-х років, започаткувавши так звану теорію «Великого вибуху», але широкого поширення ця теорія набула лише в середині 1960-х років.

Запитувати про те, що було до «Великого вибуху», і що знаходиться за межами цього світу, що розширюється, безглуздо. Всесвіт, згідно з теорією «Великого вибуху» обмежений у просторі та часі, принаймні з боку минулого. Така, складна розуміння, картина випливала з формул Фрідмана. Незабаром, однак, американський астроном Е. Хаббл підтвердив факт простору, що розширюється навколо нас, вимірявши швидкість цього явища. Завдяки цьому стало можливим виміряти час існування Всесвіту – приблизно 15-20 млрд. років.

До вибуху не існувало ні речовини, ні часу, ні простору. Події першу секунду протікали стрімко. Спочатку утворилися випромінювання (фотони), потім частинки та речовини (кварки та антикварки). Протягом тієї ж секунди з них утворилися протони, антипротони та нейтрони. При зіткненні протона та антипротону, які, як відомо, відрізняються один від одного протилежними зарядами, відбувається реакція анігіляції, під час чого обидві частинки зникають, залишаючи випромінювання (фотони). Ці реакції стали досить частими, тому що речовина «новонародженого» Всесвіту була досить щільною - частки постійно між собою стикалися. У Всесвіті переважало випромінювання.

До кінця першої секунди, коли температура впала до 10 млрд. градусів, утворилися й нові частки, у тому числі електрон та його античастка – позитрон. На той час більшість частинок вже анігілювала. Так вийшло, що кількість частинок була на мізерну частку відсотка більше числаантичастинок (цей факт досі не пояснений), внаслідок чого наш всесвіт складається з речовини, а не з антиречовини.

На третю хвилину з чверті всіх протонів і нейтронів утворилися ядра гелію. Через кілька сотень років Всесвіт, що постійно розширюється, охолонув настільки, що протони і ядра гелію змогли утримувати біля себе електрони. Так утворилися атоми гелію та водню. Випромінювання, не стримуване вільнішими електронами, змогло тепер поширитися на величезні відстані. У значно «остиглій» (за 15 млрд. років) Всесвіту, в наш час ми можемо чути «відлуння» того випромінювання - воно є мікрохвильовим, і, що рівномірно приходить з усіх боків, відповідає випромінюванню тіла, нагрітого всього до 3 К. Його прийнято називати реліктовим випромінюванням. Його виявлення та існування підтверджують теорію «Великого вибуху».

При розширенні у Всесвіті стали утворюватися області скупчення речовини, і навіть області, де його майже був. під впливом гравітації ці ущільнення росли і їх місці стали утворюватися галактики, скупчення і надскоплення галактик.

Доповнена теорією ядерних реакцій в речовині, що остигає в міру свого розширення, теорія «Великого вибуху» дозволила розрахувати відносні концентрації водню, дейтерію більш важких хімічних елементів у природі.

Наприкінці XX ст. Ця теорія стала майже загальноприйнятою у космології.

Історія розвитку антропології в Україні

На Землі існують не менше 2 млн. видів тварин, до 0,5 млн. видів рослин, сотні тисяч видів грибів та мікроорганізмів.

Наукові теорії природознавства

Відповідно до даних космології, Всесвіт виник у результаті вибухового процесу, який отримав назву Великий вибух, що стався близько 14 млрд. років тому. Теорія Великого вибуху добре узгоджується з фактами, що спостерігаються (наприклад...

Нові космологічні теорії

Нові космологічні теорії

Після Другої світової війни у ​​багатьох сферах технології відбулися революційні зрушення. То була епоха напівпровідників, лазера та електронно-обчислювальних машин. Наукова апаратура також зазнала радикального вдосконалення...

Нові космологічні теорії

Згідно з новою космологічною теорією, Всесвіт не результат Великого вибуху. Час і простір вічні, а те, що ми вважали початком, - не більше, ніж запуск чергового циклу «Спочатку був Великий вибух. До нього нічого не було...

Проблеми походження та розвитку Землі

Теорія, якої дотримується більшість сучасних учених, стверджує, що Всесвіт утворився внаслідок так званого Великого Вибуху. Неймовірно гаряча вогненна куля, температура якої досягала мільярдів градусів...

На питання про те, що ж було до Великого Вибуху, вчені намагаються знайти відповідь останні кілька десятків років, так само як і зрозуміти, а як, власне, з'явився той світ, який ми вважаємо таким звичайним. І всеж...

Походження Всесвіту та момент Великого Вибуху

Світ перебував у Золотому яйці. Бог Рід розірвав зсередини Золоте яйце і почав творити видимий світ. Все, народжене Родом, досі несе у собі його ім'я: природа, батьківщина, батьки, родичі. (Слов'янська міфологія...

Походження Всесвіту та момент Великого Вибуху

В одну мить бачити вічність… (Вільям Блейк) Згідно з теорією Великого вибуху, Всесвіт у момент утворення був у надзвичайно щільному і гарячому стані, який називався космологічною сингулярністю.

Самоорганізація у природі та суспільстві

Вважається, що після того, як 15 млрд років тому стався Великий вибух, почалося поступове охолодження та розширення Всесвіту.

Теорії виникнення Всесвіту

Уявлення про розвиток Всесвіту призвело до постановки питання про початок еволюції (народженні) Всесвіту та його кінець (смерті). В даний час існує кілька космологічних моделей.

Теорія "великого вибуху" і Всесвіту, що розширюється.

Великий вплив в розвитку еволюційної космології надав американський фізик і космолог російського походження Г.А. Гамов (1904-1968), саме з його теорії в науку увійшло поняття гарячого Всесвіту.

Універсальний еволюціонізм як основа сучасної наукової картини світу

Визначальне значення утвердженні універсального еволюціонізму як принципу побудови сучасної загальнонаукової картини світу зіграли три найважливіші концептуальні напрями: по-перше, теорія нестаціонарного Всесвіту; по-друге...

Елементи еволюції Всесвіту. Космологічні моделі Всесвіту

Гамов та його аспірант Ральф Алфер побудували нову, більш реалістичну версію цієї моделі. Всесвіт Леметра народився із вибуху гіпотетичного «первинного атома», який явно виходив за рамки уявлень фізиків про природу мікросвіту.

Ентропія та її зв'язок з тепловою енергією

Найбільш драматичне формулювання другого початку належить Р.Ю.Е. Клаузіусу: 1) енергія світу постійна; 2) ентропія Світу прагне максимуму. З цього формулювання випливає...

У науковому світіприйнято вважати, що Всесвіт стався внаслідок Великого вибуху. Будується ця теорія у тому, що енергія і матерія (основи всього сущого) раніше перебували у стані сингулярності. Воно, у свою чергу, характеризується нескінченністю температури, щільності та тиску. Стан сингулярності сам собою відкидає всі відомі сучасному світузакони фізики. Вчені вважають, що Всесвіт виник з мікроскопічної частинки, яка через невідомі поки що причини прийшла в далекому минулому в нестабільний стан і вибухнула.

Термін «Великий вибух» став застосовуватися з 1949 після публікації в науково-популярних виданнях робіт вченого Ф.Хойла. Сьогодні теорія «динамічної еволюціональної моделі» розроблена настільки добре, що фізики можуть описати процеси, що відбуваються у Всесвіті вже через 10 секунд після вибуху мікроскопічної частки, що започаткувала все суще.

Доказів теорії є кілька. Одним з головних є реліктове випромінювання, яке пронизує весь Всесвіт. Воно могло виникнути, на думку сучасних учених, лише внаслідок Великого вибуху завдяки взаємодії мікроскопічних частинок. Саме реліктове випромінювання дозволяє дізнатися про ті часи, коли Всесвіт був схожий на палаюче простір, а зірок, планет і самої галактики не було і близько. Другим доказом народження всього сущого з Великого вибуху вважається космологічне червоне усунення, що полягає у зменшенні частоти випромінювання. Це підтверджує видалення зірок, галактик від Чумацького шляху зокрема і один від одного загалом. Тобто свідчить про те, що Всесвіт розширювався раніше і продовжує це робити досі.

Коротка історія Всесвіту

• 10 -45 - 10 -37 сек- інфляційне розширення


• 10 -6 сек- виникнення кварків та електронів


• 10 -5 сек- утворення протонів та нейтронів


• 10 -4 сек - 3 хв- виникнення ядер дейтерію, гелію та літію


• 400 тис. років- утворення атомів


• 15 млн. років- продовження розширення газової хмари


• 1 млрд. років- зародження перших зірок та галактик


• 10 – 15 млрд. років- поява планет і розумного життя


• 10 14 млрд. років- припинення процесу народження зірок


• 10 37 млрд. років- виснаження енергії всіх зірок


• 10 40 млрд. років- випаровування чорних дірок та народження елементарних частинок


• 10 100 млрд. років- завершення випаровування всіх чорних дірок

Теорія Великого вибуху стала справжнім проривом у науці. Вона дозволила вченим відповісти на безліч запитань щодо народження Всесвіту. Але водночас ця теорія породила нові загадки. Головна з них полягає у причині найбільшого вибуху. Друге питання, на яке немає відповіді у сучасної науки- Як з'явився простір, час. На думку деяких дослідників, вони народилися разом із матерією, енергією. Тобто є результатом Великого вибуху. Але тоді виходить, що й у часу, простору має бути якийсь початок. Тобто, якась сутність, що постійно існує і не залежить від їх показників, цілком могла започаткувати процеси нестабільності в мікроскопічній частинці, що породила Всесвіт.

Чим більше досліджень проводиться у цьому напрямі, тим більше питань виникає у астрофізиків. Відповіді на них чекають на людство в майбутньому.