Теорії виникнення Всесвіту. Скільки існує теорій виникнення Всесвіту? Теорія Великого вибуху: поява Всесвіту. Релігійна теорія виникнення Всесвіту. Теорія великого вибуху: історія еволюції нашого всесвіту

Великий вибух та походження всесвіту

Є й інша теорія походження Всесвіту. Відповідно до неї, походження Всесвіту, всього світобудови, життя і людини є розумний творчий акт, здійснений Богом, творцем і вседержителем, природа якого незбагненна людським розумом. "Переконані" матеріалісти зазвичай схильні осміювати цю теорію, але оскільки в неї в тій чи іншій формі вірить половина людства, ми не маємо права обійти її мовчанням.

Пояснюючи походження Всесвітута людини з механістичної позицій, трактуючи Всесвіт як продукт матерії, чий розвиток підпорядковується об'єктивним законам природи, прихильники раціоналізму, як правило, заперечують нефізичні фактори, особливо тоді, коли мова йдепро існування якогось Всесвітнього чи Космічного розуму, оскільки це "ненауково". Науковим слід вважати те, що можна описати за допомогою математичних формул.

Оскільки цей бар'єр досі не подоланий, то у науково-популярних виданнях для широкої публіки тема "феномена" зазвичай опускається взагалі, а спеціалізованих наукових публікаціяхта виданнях, автори яких намагаються якось впоратися з цією математичною проблемою, про "феномен" говорять як про річ, неприпустиму з наукової точкизору. Стівен Хоукінг, професор математики з Кембриджського університету та Дж.Ф.Р. Елліс, професор математики університету в Кейптауні, у своїй книзі Довга шкаластруктури простір-час" вказують: "Досягнуті нами результати підтверджують концепцію, що Всесвіт виник кінцеве числороків назад. Проте відправний пункт теорії виникнення Всесвіту - так званий "феномен" - знаходиться за межею відомих законів фізики". Тоді доводиться визнати, що в ім'я обґрунтування "феномена", цього наріжного каменю теорії великого вибуху, необхідно допустити можливість використання методів досліджень, що виходять за рамки сучасної фізики.

"Феномен", як і будь-який інший відправний пункт "початку Всесвіту", що включає в себе щось, що неможливо описати науковими, категоріями, залишається відкритим питанням. Однак виникає таке запитання: звідки виник сам "феномен", як він утворився? Адже проблема "феномена" - це лише частина набагато більшої проблеми, проблеми самого джерела початкового стану Всесвіту Іншими словами - якщо спочатку Всесвіт був стиснутий у крапку, то що привело його в цей стан? І якщо ми навіть відмовимося від "феномена", що викликає теоретичні труднощі, то все одно залишиться питання: як утворився Всесвіт?

У спробах обійти цю труднощі, деякі вчені пропонують так звану теорію "пульсуючого Всесвіту". На їхню думку, Всесвіт нескінченно, раз-по-раз, то стискається в точку, то розширюється до якихось меж. Такий Всесвіт не має ні початку, ні кінця, існують лише цикл розширення та цикл стиснення. При цьому автори гіпотези стверджують, що Всесвіт існував завжди, тим самим ніби повністю знімаючи питання про "початок світу". Але річ у тому, що ніхто досі не надав задовільного пояснення механізму пульсації. Чому відбувається пульсація Всесвіту? Якими причинами вона спричинена? Фізик Стівен Вайнберг у своїй книзі "Перші три хвилини" вказує, що за кожної чергової пульсації у Всесвіті неминуче має зростати величина співвідношення кількості фотонів до кількості нуклеонів, що веде до згасання нових пульсацій. Вайнберг робить висновок, що так кількість циклів пульсації Всесвіту звичайно, а значить, в якийсь момент вони повинні припинитися. Отже, "пульсуючий Всесвіт" має кінець, а значить, має і початок...

І знову ми упираємося в проблему початку. Додатковий клопіт створює загальна теорія відносності Ейнштейна. Головною проблемоюцієї теорії є те, що вона не розглядає час таким, яким ми його знаємо. В ейнштейнівській теорії час і простір об'єднані в чотиривимірний просторовочасовий континуум. Для нього неможливо описати предмет, який займає певне місцев визначений час. Релятивістський опис предмета визначає його просторове і тимчасове становище як єдине ціле, розтягнуте від початку остаточно існування предмета. Наприклад, людина виявилася б зображеною як єдине ціле на всьому шляху свого розвитку від ембріона до трупа. Такі конструкції звуться "просторово-часових черв'яків".

Але якщо ми "просторово-часові черв'яки", значить, ми є лише пересічною формою матерії. Те, що людина розумна істота, у своїй не враховується. Визначаючи людину як "хробака", теорія відносності не бере до уваги наше індивідуальне сприйняття минулого, сьогодення та майбутнього, а розглядає ряд окремих випадків, об'єднаних просторово-тимчасовим існуванням. Насправді ми знаємо, що ми існуємо лише в сьогоднішньому дні, тоді як минуле існує тільки в нашій пам'яті, а майбутнє - у нашій уяві. А це означає, що всі концепції "початку Всесвіту", побудовані на теорії відносності, не враховують сприйняття часу людською свідомістю. Втім, час ще мало вивчений.

Аналізуючи альтернативні, немеханістичні концепції виникнення Всесвіту, Джон Гриббін у книзі "Білі боги" підкреслює, що в Останніми рокамимає місце "серія зльотів творчої уявимислителів, яких сьогодні ми вже не називаємо ні пророками, ні ясновидцями". Одним з таких творчих злетів стала концепція "білих дірок", або квазарів, які в потоці первинної речовини "випльовують" із себе цілі галактики. Інша гіпотеза, що обговорюється в космології, - ідея Так званих просторово-часових тунелів, так званих "космічних каналів", ця думка вперше була висловлена ​​в 1962 році фізиком Джоном Вілером у книзі "Геометродинаміка", в якій дослідник сформулював можливість надпросторових, надзвичайно швидких міжгалактичних подорожей. б мільйони років Деякі версії концепції "надпросторових каналів" розглядають можливість переміщення з їх допомогою в минуле та майбутнє, а також в інші всесвіти та виміри.

Бог і великий вибух

Не можна сперечатися, пише у своїх "Зошитах" О. В. Тупіцин, що життя, в тому числі розумне, - це завжди суворо впорядкований процес. У основі життя лежить порядок, система законів, якими рухається матерія. Смерть - це, навпаки, безлад, хаос і, як наслідок, руйнація матерії. Без впливу ззовні, причому впливу розумного та цілеспрямованого, ніякий порядок неможливий - відразу починається процес руйнування, що означає смерть. Без розуміння цього, а значить, без визнання ідеї Бога науці ніколи не судилося відкрити першопричину Всесвіту, що виник з праматерії в результаті строго впорядкованих процесів або, як називає їхня фізика, фундаментальних законів. Фундаментальних - це означає основних та незмінних, без яких існування світу було б взагалі неможливим.

Однак сучасній людині, особливо вихованому на атеїзмі, дуже важко включити Бога в систему свого світогляду - через нерозвинену інтуїцію та повну відсутність поняття про Бога. Що ж, тоді доводиться вірити в великий вибух...

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 модельпростору-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 загадкаСучасна фізика - питання про те, 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 самих цікавих 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 та Разі Пурхасан кажуть, що наша тривимірний Всесвітстала подібністю до «голографічного міражу» при схлопывании чотиривимірної зірки. На відміну від теорії Великого вибуху, згідно з якою Всесвіт виник з надзвичайно гарячого та щільного простору-часу, де не застосовуються стандартні закони фізики, нова гіпотезапро 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 шарставав би чорною діроюа зовнішній викидався б у простір.

У нашому Всесвіті чорні дірки оточені сферою, яка називається горизонтом подій. І якщо в тривимірному просторіця межа двомірна (як мембрана), то в чотиривимірному всесвіті обрій подій буде обмежений сферою, що існує в трьох вимірах. Комп'ютерне моделюванняколапсу 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, яка більше нагадує поступовий процес заморозки аморфної енергії, ніж її виплеск і розширення трьох напрямкахпростору.

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 в комп'ютерної графіки. Ці блоки настільки малі, що їх неможливо спостерігати, проте, слідуючи нової теорії, можна виявити дефекти, які мають заломлювати потоки інших частинок. Вчені вирахували такі ефекти за допомогою математичного апаратуа 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 фізикаДевіда 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 результатамивимірювання 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 інфляційної моделі, 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. 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 відгалужуватися 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 суперструнвідомою 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 велика кількістьенергії, 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 програмиабо цифрового обчислювального пристрою. Цей комп'ютер може бути, наприклад, гігантським клітинним автоматом або універсальною машиною Тьюринга.

Непрямим доказом віртуальної природи Всесвітуназивають принцип невизначеності в квантової механіки

Відповідно до теорії, всякий предмет та подія фізичного світупоходить 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».

Теорія Великого Вибуху завжди була цікавою та загадковою темоюдля розмов вчених усього світу. ТБВ в основному була спробою, зробленою астрономами, щоб пояснити, як наш Всесвіт з'явився на світ.

То що насправді означає слово Всесвіт?

Отже, спробуємо описати Теорію Великого вибуху простою мовою.

Всесвіт включає все, що ми називаємо матерією. До її «складу» можна віднести сонце, місяць, зірки, галактики, атоми, молекули.

В результаті досліджень вчені з'ясували, що у Всесвіті близько 100 мільярдів галактик. Але що дивно, Всесвіт складається лише на 10% із матерії та на 90% із темного простору.

«Темний простір відноситься до маси, що не випромінює і не поглинає електромагнітні випромінювання»

Отже, як з'явився всесвіт і існує до сьогодні?

Згідно з Теорією Великого Вибуху, все це почалося близько 14 мільярдів років тому. Всесвіт існував у вигляді невеликого матеріального об'єкта діаметром кілька міліметрів, що складається з дуже маленьких частинок (як атом). Науковою мовоютакий стан називається космологічна сингулярність. Вона мала дуже високу температуру і була дуже щільною – мала нескінченну масу, і що з цього випливає – нескінченну силу гравітації.

Вчені стверджують, що цей об'єкт був таким гарячим, що в певний момент часу він вибухнув, створивши простір для створення Всесвіту, інші вважають, що був не «вибух», а відбулося «розширення» від крихітного розміру до розміру Всесвіту, де ми живемо сьогодні. Причому розширення до розмірів сонячної системисталося з неймовірною швидкістю – порівнянною зі швидкістю світла (300 000 м/с). Стверджують, що це розширення відбувається зараз. Спробуємо знайти підтвердження цьому.

Зірки були народжені за кілька сотень мільйонів років після Великого Вибуху. Найдрібніші частинки, утворені внаслідок вибуху під впливом сил гравітації стали стискатися, скручуватися, утворюючи різні речовини, галактики та зірки. Гігантська колекція зірок, газу та пилу складає на сьогоднішній день будь-яку галактику. Саме тому існують мільярди галактик у Всесвіті.

За теорією Великого Вибуху в центрі кожної галактики знаходиться величезна чорна діра. До речі,

Наша земля знаходиться в галактиці під назвою Чумацький Шлях та рух інших галактик від нашого Чумацького шляхуна значній швидкості доводить, що розширення продовжується. Крім цього, розширення всесвіту в результаті Великого Вибуху пояснюється дією вибухової хвилі. Щогодини Всесвіт збільшується на мільярд миль у всіх напрямках.

У 1963 році два американські вчені Арно Пензіас і Роберт Вілсон виявили, що мікрохвильові випромінювання падають на землю з космосу. Ці випромінювання підтверджують теорію великого вибуху. Припустимо, випромінювання приходить з кінцевою швидкістюіз космосу до Землі. Насправді його джерело було активним далеко в минулому. Наприклад, було виявлено, що реліктове випромінювання випромінювали 13,7 мільярдів років тому. Таким чином, вивчаючи докладні Фізичні властивостівипромінювання, ми можемо дізнатися про умови у Всесвіті в дуже ранні часи, тому що випромінювання, яке ми бачимо сьогодні, насправді пройшло величезна відстаньта його джерело, можливо, вже й не існує.

А тепер найцікавіше. На думку вчених, рано чи пізно розширення всесвіту під впливом вибухової хвилі закінчиться. У цей момент весь Всесвіт зазнає стану певної рівноваги. Але річ у тому, що сила тяжіння чорних дірок, що у центрах галактик не припинить свою дію. Тобто чорні діри будуть з силою, що збільшується, затягувати в себе оточуючі частинки. За рахунок цього всесвіт почне стискатися назад, поки рано чи пізно не перетвориться на невеликий об'єкт з критичною масоюі силою гравітації (все як на самому початку). Ці два параметри також будуть продовжувати зростати, що безсумнівно призведе до нового великого вибуху. великої кількостітаких об'єктів, що стискаються та розширюються нескінченно багато. Скільки разів таке може продовжуватись – загадка для всіх.

Ось так, двома словами, коротко, ми з вами спробували описати Теорію великого вибуху простими словами. Сподіваюся, стаття Вам сподобалася, пишіть свої питання та поправки у коментарі. Ну і насамкінець, відео «Теорія великого вибуху простими словами».

Як з'явився наш Всесвіт? Як вона перетворилася на здавалося б на перший погляд нескінченний простір? І чим вона стане через багато мільйонів і мільярдів років? Ці питання мучили (і продовжують мукати) уми філософів і вчених, здається, ще з початку часів, породивши при цьому безліч цікавих і часом навіть божевільних теорій. Сьогодні більшість астрономів і космологів прийшли до спільної згоди щодо того, що Всесвіт, який ми знаємо, з'явився в результаті гігантського вибуху, що породив не тільки основну частину матерії, але джерелом основних. фізичних законів, згідно з якими існує той космос, який нас оточує. Усе це називається теорією Великого вибуху.

Основи теорії Великого вибуху щодо прості. Якщо коротко, згідно з нею вся існуюча і існуюча зараз у Всесвіті матерія з'явилася в той самий час - близько 13,8 мільярда років тому. У той момент часу вся матерія існувала у вигляді дуже компактної абстрактної кулі (або крапки) з нескінченною щільністю та температурою. Цей стан називався сингулярності. Несподівано сингулярність почала розширюватися і породила той Всесвіт, який ми знаємо.

Варто зазначити, що теорія Великого Вибуху є лише однією з багатьох запропонованих гіпотез виникнення Всесвіту (наприклад, є ще теорія стаціонарного Всесвіту), проте вона отримала найширше визнання та популярність. Вона не тільки пояснює джерело всієї відомої матерії, законів фізики та велику структуруВсесвіту, вона також описує причини розширення Всесвіту та багато інших аспектів і феноменів.

Хронологія подій у теорії Великого Вибуху

Грунтуючись на знаннях про нинішньому станіВсесвіту, вчені припускають, що все мало розпочатися з єдиної точки з нескінченною щільністю і кінцевим часом, які почали розширюватися. Після початкового розширення, як говорить теорія, Всесвіт пройшов фазу охолодження, яка дозволила з'явитися субатомним частинкам і пізніше простим атомам. Гігантські хмари цих древніх елементів пізніше завдяки гравітації почали утворювати зірки та галактики.

Все це, за припущеннями вчених, почалося близько 13,8 мільярда років тому, і тому ця відправна точка вважається віком Всесвіту. Шляхом дослідження різних теоретичних принципів, проведення експериментів із залученням прискорювачів частинок та високоенергетичних станів, а також шляхом проведення астрономічних досліджень далеких куточків Всесвіту вчені вивели та запропонували хронологію подій, які розпочалися з Великого вибуху та привели Всесвіт зрештою до того стану космічної еволюції, який має місце зараз.

Вчені вважають, що самі ранні періодизародження Всесвіту - тривалі від 10-43 до 10-11 секунди після Великого вибуху, - як і раніше є предметом суперечок та обговорень. Якщо врахувати, що ті закони фізики, які нам зараз відомі, не могли існувати в цей час, то дуже складно зрозуміти, яким чином регулювалися процеси в цій раннього Всесвіту. Крім того, експериментів з використанням тих можливих видівенергій, які могли бути присутніми на той час, досі не проводилося. Як би там не було, багато теорій про виникнення Всесвіту зрештою згодні з тим, що в якийсь період часу була відправна точка, з якої все почалося.

Епоха сингулярності

Також відома як планківська епоха (або планківська ера) приймається за ранній з відомих періодів еволюції Всесвіту. У цей час вся матерія містилася в єдиній точці нескінченної щільності та температури. Під час цього періоду, як вважають вчені, квантові ефектигравітаційної взаємодії домінували над фізичною, і жодна з фізичних силне була рівна за силою гравітації.

Планківська ера імовірно тривала від 0 до 10-43 секунди і названа так тому, що виміряти її тривалість можна тільки планковським часом. З огляду екстремальних температурі нескінченної щільності матерії стан Всесвіту в цей період був вкрай нестабільним. Після цього відбулися періоди розширення та охолодження, що призвели до виникнення фундаментальних сил фізики.

Приблизно в період з 10-43 до 10-36 секунд у Всесвіті відбувався процес зіткнення станів перехідних температур. Вважається, що саме в цей момент фундаментальні сили, які керують нинішнім Всесвітом, почали відокремлюватись одна від одної. Першим кроком цього відділення стала поява гравітаційних сил, сильних і слабких ядерних взаємодій та електромагнетизму.

У період приблизно з 10-36 до 10-32 секунд після Величезного вибуху температура Всесвіту стала досить низькою (1028 К), що призвело до поділу електромагнітних сил(сильна взаємодія) та слабкої ядерної взаємодії (слабкої взаємодії).

Епоха інфляції

З появою перших фундаментальних сил у Всесвіті почалася епоха інфляції, яка тривала з 10-32 секунди за планковським часом до невідомої точки часу. Більшість космологічних моделей припускають, що Всесвіт у цей період був рівномірно заповнений енергією високої щільності, а неймовірно висока температураі тиск призвели до її швидкого розширення та охолодження.

Це почалося на 10-37 секунді, коли за фазою переходу, що викликала відділення сил, відбулося розширення Всесвіту геометричній прогресії. У цей же період Всесвіт перебував у стані баріогенези, коли температура була настільки високою, що безладний рух частинок у просторі відбувався з навколосвітньою швидкістю.

У цей час утворюються і відразу ж стикаючись руйнуються пари з частинок - античастинок, що, як вважається, призвело до домінування матерії над антиматерією в сучасного Всесвіту. Після припинення інфляції Всесвіт складався з кварк-глюонової плазми та інших елементарних частинок. З цього моменту Всесвіт почав остигати, почала утворюватися і з'єднуватися матерія.

Епоха охолодження

Зі зниженням щільності і температури всередині Всесвіту почалося і зниження енергії в кожній частинці. Цей перехідний стан тривав до тих пір, поки фундаментальні сили та елементарні часткине дійшли своєї нинішньої форми. Так як енергія частинок опустилася до значень, які можна сьогодні досягти в рамках експериментів, дійсна можлива наявність цього часового періоду викликає у вчених значно менше суперечок.

Наприклад, вчені вважають, що на 10-11 секундах після Великого вибуху енергія часток значно зменшилася. Приблизно на 10-6 секунді кварки та глюони почали утворювати баріони – протони та нейтрони. Кварки стали переважати антикварки, що у свою чергу призвело до переважання баріонів над антибаріонами.

Так як температура була вже недостатньо високою для створення нових протонно-антипротонних пар (або нейтронно-антинейтронних пар), було масове руйнування цих частинок, що призвело до залишку тільки 1/1010 кількості початкових протонів і нейтронів і повного зникнення їх античастинок. Аналогічний процес стався близько 1 секунди після Великого вибуху. Тільки «жертвами» цього разу стали електрони та позитрони. Після масового знищенняпротони, нейтрони і електрони, що залишилися, припинили свій безладний рух, а енергетична щільністьВсесвіт був заповнений фотонами і меншою мірою нейтрино.

Протягом перших хвилин розширення Всесвіту розпочався період нуклеосинтезу (синтез хімічних елементів). Завдяки падінню температури до 1 мільярда кельвінів та зниження щільності енергії приблизно до значень, еквівалентних щільності повітря, нейтрони та протони почали змішуватися та утворювати перший стабільний ізотоп водню (дейтерій), а також атоми гелію. Проте більшість протонів у Всесвіті залишилися як незв'язні ядер атомів водню.

Через близько 379 000 років електрони об'єдналися з цими ядрами водню і утворили атоми (знов-таки переважно водню), тоді як радіація відокремилася від матерії і продовжила практично безперешкодно розширюватися через простір. Цю радіацію прийнято називати реліктовим випромінюванням, і вона є найдавнішим джереломсвітла у Всесвіті.

З розширенням реліктове випромінювання поступово втрачало свою щільність та енергію та в теперішній моментйого температура становить 2,7260 ± 0,0013 К (-270,424 °C), а енергетична щільність 0,25 еВ (або 4,005×10-14 Дж/м³; 400–500 фотонів/см³). Реліктове випромінювання простягається у всіх напрямках і на відстань близько 13,8 мільярда світлових років, проте оцінка його фактичного поширення говорить приблизно про 46 мільярдів світлових років від центру Всесвіту.

Епоха структури (ієрархічна епоха)

У наступні кілька мільярдів років щільніші регіони майже рівномірно розподіленої у Всесвіті матерії почали притягуватися один до одного. Внаслідок цього вони стали ще щільнішими, почали утворювати хмари газу, зірки, галактики та інші астрономічні структури, за якими ми можемо спостерігати нині. Цей період зветься ієрархічної епохи. У цей час той Всесвіт, який ми бачимо зараз, почав набувати своєї форми. Матерія почала об'єднуватися в структури різних розмірів - зірки, планети, галактики, галактичні скупчення, а також галактичні надскоплення, розділені міжгалактичними перемичками, що містять лише кілька галактик.

Деталі цього процесу можуть бути описані згідно з уявленням про кількість і тип матерії, розподіленої у Всесвіті, яка представлена ​​у вигляді холодної, теплої, гарячої темної матерії та баріонної речовини. Однак сучасною стандартною космологічною моделлю Великого вибуху є модель Лямбда-CDM, згідно з якою частинки темної матерії рухаються повільніше за швидкість світла. Обрано її було тому, що вирішує всі протиріччя, які виникали в інших космологічних моделях.

Відповідно до цієї моделі на холодну темну матеріюприпадає близько 23 відсотків всієї матерії/енергії у Всесвіті. Частка баріонної речовини становить близько 4,6 відсотка. Лямбда-CDM посилається на так звану постійну космологічну: теорію, запропоновану Альбертом Ейнштейном, яка характеризує властивості вакууму і показує співвідношення балансу між масою і енергією як постійну статичну величину. У цьому випадку вона пов'язана з темною енергією, яка служить акселератором розширення Всесвіту і підтримує гігантські космологічні структури значною мірою однорідними.

Відповіді на ці питання були основною метою космологів із самого початку суперечок про те, яка ж космологічна модель Всесвіту є вірною. З прийняттям теорії Великого вибуху, але здебільшого завдяки спостереженню за темною енергією в 1990-х роках, вчені дійшли згоди щодо двох найбільш ймовірних сценаріїв еволюції Всесвіту.

Згідно з першим, що отримав назву «великий стиск», Всесвіт досягне свого максимального розміру і почне руйнуватися. Такий варіант розвитку подій буде можливим, якщо тільки щільність маси Всесвіту стане більшою, ніж сама критична щільність. Іншими словами, якщо щільність матерії досягне певного значенняабо стане вище цього значення (1-3×10-26 кг матерії на м³), Всесвіт почне стискатися.

Альтернативою служить інший сценарій, який говорить, що якщо щільність у Всесвіті дорівнюватиме або нижче значення критичної щільності, то її розширення сповільниться, проте ніколи не зупиниться повністю. Відповідно до цієї гіпотези, що отримала назву « теплова смертьВсесвіту», розширення продовжиться доти, доки зіркоутворення не перестануть споживати міжзоряний газвсередині кожної з навколишніх галактик. Тобто повністю припиниться передача енергії та матерії від одного об'єкта до іншого. Всі існуючі зірки в цьому випадку вигорять і перетворяться на білих карликів, нейтронні зіркита чорні дірки.

Поступово чорні діри стикатимуться з іншими чорними дірками, що привіт до утворення все більших і більших. Середня температураВсесвіту наблизиться до абсолютному нулю. Чорні дірки зрештою «випаруються», випустивши своє останнє випромінювання Хокінга. В кінці кінців термодинамічна ентропіяу Всесвіті стане максимальним. Настане теплова смерть.

Сучасні спостереження, які враховують наявність темної енергіїта її вплив на розширення космосу, наштовхнули вчених на висновок, згідно з яким з часом все більше і більше простору Всесвіту проходитиме за межами нашого горизонту подій і стане невидимим для нас. Кінцевий та логічний результат цього вченим поки що не відомий, проте «теплова смерть» цілком може виявитися кінцевою точкоюподібних подій.

Є й інші гіпотези щодо розподілу темної енергії, а точніше її можливих видів (наприклад фантомної енергії). Відповідно до них галактичні скупчення, зірки, планети, атоми, ядра атомів і матерія сама по собі будуть розірвані на частини в результаті її нескінченного розширення. Такий сценарій еволюції зветься «великого розриву». Причиною загибелі Всесвіту за цим сценарієм є саме розширення.

Історія теорії Великого вибуху

Найбільш рання згадка Великого вибуху відноситься до початку 20-го століття і пов'язана зі спостереженнями за космосом. У 1912 році американський астроном Весто Слайфер провів серію спостережень за спіральними галактиками (які спочатку представлялися туманностями) та виміряв їх доплерівське червоне усунення. Майже завжди спостереження показали, що спіральні галактикивіддаляються від нашого Чумацького Шляху.

У 1922 році видатний російський математикі космолог Олександр Фрідман вивів із рівнянь Ейнштейна для загальної теоріївідносності так звані рівняння Фрідмана. Незважаючи на просування Ейнштейном теорії на користь наявності космологічної постійної, робота Фрідмана показала, що Всесвіт швидше перебуває в стані розширення.

У 1924 році виміри Едвіна Хаббла дистанції до найближчої спіральної туманності показали, що ці системи насправді є дійсно іншими галактиками. У той же час Хаббл розпочав розробку низки показників для відрахування відстані, використовуючи 2,5-метровий телескоп Хукера в обсерваторії Маунт Вілсон. До 1929 Хаббл виявив взаємозв'язок між відстанню і швидкістю видалення галактик, що згодом стало законом Хаббла.

У 1927 році бельгійський математик, фізик і католицький священик Жорж Леметр незалежно прийшов до тих же результатів, які показували рівняння Фрідмана, і першим сформулював залежність між відстанню та швидкістю галактик, запропонувавши першу оцінку коефіцієнта цієї залежності. Леметр вважав, що в якийсь період часу в минулому вся маса Всесвіту була зосереджена в одній точці (атомі).

Ці відкриття та припущення викликали багато суперечок між фізиками у 20-х та 30-х роках, більшість з яких вважала, що Всесвіт знаходиться у стаціонарному стані. Відповідно до усталеної тоді моделі, нова матерія створюється поруч із нескінченним розширенням Всесвіту, рівномірно і рівнозначно по щільності розподіляючись по всій її протяжності. Серед вчених, які її підтримували, ідея Великого вибуху здавалася більш теологічною, ніж науковою. На адресу Леметра звучала критика про упередженість на основі релігійних упереджень.

Слід зазначити, що у той час існували й інші теорії. Наприклад, модель Всесвіту Мілна та циклічна модель. Обидві ґрунтувалися на постулатах загальної теорії відносності Ейнштейна та згодом отримали підтримку самого вченого. Згідно з цими моделями Всесвіт існує в нескінченному потоціциклів розширень і колапсів, що повторюються.

Після Другої світової війни між прихильниками стаціонарної моделі Всесвіту (яка фактично була описана астрономом і фізиком Фредом Хойлом) і прихильниками теорії Великого вибуху, що швидко набирала популярності серед наукової спільноти, розгорілися спекотні дебати За іронією долі, саме Хойл вивів фразу «великий вибух», яка згодом стала назвою нової теорії. Сталося це у березні 1949 року на британському радіо BBC.

Зрештою подальші наукові дослідженняі спостереження дедалі більше говорили на користь теорії Великого вибуху і дедалі частіше ставили під сумнів модель стаціонарного Всесвіту. Виявлення та підтвердження реліктового випромінювання 1965 року остаточно зміцнили Великий вибух як найкращої теоріїпоходження та еволюції Всесвіту. З кінця 60-х років і аж до 1990-х астрономи та космологи провели ще більше дослідженьпитання Великого вибуху і знайшли рішення для багатьох теоретичних проблем, що стоять на шляху у цієї теорії.

Серед цих рішень, наприклад, робота Стівена Хокінга та інших фізиків, які довели, що сингулярність була незаперечним початковим станом загальної відносностіі космологічної моделіВеликого вибуху. У 1981 році фізик Алан Гут вивів теорію, що описує період швидкого космічного розширення (епохи інфляції), яка вирішила безліч раніше невирішених теоретичних питаньта проблем.

У 1990-х спостерігався підвищений інтерес до темної енергії, яку розглядали як ключ до вирішення багатьох невирішених питанькосмології. Окрім бажання знайти відповідь на питання про те, чому Всесвіт втрачає свою масу поряд з темною матір'ю (гіпотеза була запропонована ще в 1932 році Яном Оортом), також було необхідно знайти пояснення тому, чому Всесвіт, як і раніше, прискорюється.

Подальший прогрес вивчення зобов'язаний створенню більш розвинених телескопів, супутників і комп'ютерних моделей, які дозволили астрономам і космологам заглянути далі у Всесвіті і краще зрозуміти її справжній вік. Розвиток космічних телескопів та поява таких, як, наприклад, Cosmic Background Explorer (або COBE), космічний телескопХаббла, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) та космічна обсерваторіяПланка теж внесла безцінний внесок у дослідження питання.

Сьогодні космологи можуть з досить високою точністю проводити вимірювання різних параметрів і характеристик моделі теорії Великого вибуху, не кажучи вже про більш точні обчислення віку навколишнього космосу. Адже все почалося зі звичайного спостереження за масивними космічними об'єктами, розташованими в багатьох світлових роках від нас і тих, що повільно продовжують від нас віддалятися. І незважаючи на те, що ми поняття не маємо, чим це все закінчиться, щоб з'ясувати це, за космологічними мірками на це потрібно не так багато часу.