Когда произошел большой взрыв: Когда произошел Большой Взрыв?

Содержание

Что происходило во Вселенной до Большого взрыва?

Большой взрыв обычно считают началом всего того, что есть сегодня: около 13,8 миллиарда лет назад наблюдаемая вселенная начала расти и развиваться. Но каким было все это до Большого взрыва? Что было и было ли вообще? На этот счет существует масса теорий, каждая из которых имеет свое научное обоснование.

Саша Эпштейн

Теги:

Космос

Вселенная

Первое, что нужно понять, что же такое на самом деле Большой взрыв. «Это момент во времени, а не точка в пространстве», — говорит Шон Кэрролл, физик-теоретик из Калифорнийского технологического института. Вполне возможно, что Вселенная в момент Большого взрыва была крошечной, продолжает Кэрролл. Ну, серьезно, нет же способа оглянуться назад во времени на вещи, которые мы даже сегодня не в состоянии разглядеть. Все, что мы действительно знаем, точнее, хочется верить, что знаем, — это то, что Вселенная в этот момент была очень плотной, размером с персик или меньше и температурой более четырех миллиардов градусов Цельсия. Затем она очень быстро стала терять плотность. Как следствие этой теории, за пределами Вселенной действительно нет ничего, потому что Вселенная, по определению ученых, — всё.

Считается, что до первой секунды после Большого взрыва, когда Вселенная достаточно остыла, чтобы протоны и нейтроны могли сталкиваться и слипаться должным образом, прошел процесс экспоненциального расширения, увеличения, называемого инфляцией — так же стремительно, как сейчас, растут цены, когда-то росла наша Вселенная. Этот процесс сгладил материю пространства-времени, поэтому та самая материя сегодня так равномерно распределена во Вселенной.

Есть теория, что до Большого взрыва Вселенная была бесконечной полосой ультратонкого плотного материала, сохраняющегося в устойчивом состоянии до тех пор, пока по какой-то причине не произошел Большой взрыв. Эта сверхплотная вселенная, возможно, управлялась квантовой механикой, физикой чрезвычайно малого масштаба. Для Стивена Хокинга этот момент был всем, что имело значение: до Большого взрыва, по его словам, события неизмеримы и, следовательно, не определены. Время и пространство, по словам Хокинга, конечны, но у них нет границ, начальных или конечных точек, так же как планета Земля конечна, но не имеет границ.

По другой, еще более запутанной теории, Большой взрыв — это не начало времени, а скорее момент симметрии. В этой идее до взрыва была другая вселенная, идентичная нашей, но с энтропией, растущей к прошлому, а не к будущему. Своего рода зеркальное отражение. Сторонники этой теории также предполагают, что другие свойства были бы также перевернуты в этой зеркальной Вселенной. Физик Дэвид Слоун из университета Оксфорда опубликовал научную работу, в которой утверждает, что асимметрии в молекулах и ионах (так называемые хиральности) в зеркальной Вселенной противоположны тем, что есть в нашей Вселенной.

Понятие «Большой отскок» предполагает, что могут быть бесконечные Большие взрывы, поскольку Вселенная расширяется, сжимается и расширяется снова. Проблема с этими идеями заключается в том, что нет никакого объяснения того, почему или как расширяющаяся вселенная будет сокращаться и возвращаться в состояние с низкой энтропией.

В 2004 году физики предположили, что, возможно, Вселенная, какой мы ее знаем, является порождением родительской Вселенной, из которой вырвалось немного пространства-времени. Это похоже на распад радиоактивного ядра: когда ядро распадается, оно выплевывает альфа- или бета-частицу. Родительская Вселенная может делать то же самое, за исключением того, что вместо частиц она выплевывает детские Вселенные бесконечно.

Если все это звучит довольно странно, то это потому, что у ученых пока нет возможности взглянуть назад даже на момент Большого взрыва, и тем более на то, что было до него. Но как бы порой надумано не выглядели те или иные теории, без них никак. «Мы даже не знаем, что ищем, — сказал Шон Кэрролл, — пока у нас нет теории».

Где произошел Большой взрыв?

Однако теория, которая описывает это эпохальное событие, ничего подобного не подразумевает. Она говорит о том, что 14 миллиардов лет назад космос начал расширяться во всех направлениях одновременно. Затем часть имевшейся в нем энергии превратилась в материю, которая со временем приобрела форму звезд, планет, людей и бурундуков. Чем подтверждается это представление? Например, реликтовым излучением, являющимся одним из тех столпов, на которых держится теория Большого взрыва. Последняя предполагает, что энергия, хлынувшая невесть откуда в момент рождения Вселенной, до конца времен должна быть видна на самом краю космоса как световое излучение. Расширение пространственно-временного континуума растягивает эти волны за пределы видимого диапазона, но засечь их все равно можно. Данный постулат нашел свое подтверждение в 1965 году, когда астрономы впервые воочию «увидели» реликтовое излучение.

Оно представляло собой что-то вроде радиопомех, которые были повсюду и не поддавались фильтрации. Считается, что этот «след» образовался через 380 тысяч лет после судьбоносной «детонации», так как ранее Вселенная была невероятно горяча и непрозрачна. Реликтовое излучение прямо свидетельствует о том, что Большой взрыв произошел «везде», а не в какой-то одной точке космоса. На его карте видны более теплые и холодные районы, но в целом, в большом масштабе, оно изотропно и однородно, то есть одну его область отличить от другой невозможно. Оно выглядит одинаково из Млечного Пути, из галактики Андромеды, из любой иной точки Вселенной. Если бы Большой взрыв произошел в некоем «эпицентре» и каким-то образом распространился в уже существовавшем пространстве, реликтовое излучение не отличалось бы подобной универсальностью. Более того, эту локацию можно бы было вычислить, так как она явно выделялась бы на «карте».

Однако реликтовое излучение – не единственная улика, указывающая на верность теории Большого взрыва. Изотропия во Вселенной отслеживается и в гораздо более молодых структурах, например, галактиках. В самом крупном масштабе эти объекты распределены на удивление одинаково. При этом почти все они удаляются от нас. Это либо какое-то невероятное совпадение, либо указание на то, что то же самое происходит в любой точке Вселенной. Классической аналогией для иллюстрации этого феномена является надувающийся воздушный шарик. Если нарисовать на нем множество точек, все они будут удаляться друг от друга. То же самое верно и для всего пространства внутри этой сферы. Никакого центра у него нет, оно просто расширяется.

Естественно, во Вселенной есть и исключения, когда гравитационное притяжение преодолевает расширение. Достаточно упомянуть галактику Андромеды, которая движется в сторону Млечного пути и, как кажется, неизбежно столкнется с ним. Стоит также отметить, что научная дискуссия по затронутому сегодня поводу ограничена тем фактом, что мы можем видеть космос лишь из одной точки. У землян пока нет технологий, которые позволили бы отправиться в другую галактику и убедиться, что оттуда Вселенная тоже выглядит изотропной и однородной.

Разделы

Космос

Теги
вселенная
большой взрыв
реликтовое излучение
космос
пространство
расширение
млечный путь
андромеда
энергия
материя

Вас также может заинтересовать

Почему вспыхивают новые?

Что даст изучение самого мощного гамма-всплеска за всю историю наблюдений?

Как учёные изучают ранние эпохи жизни Вселенной?

Учёные увидели, как формируются тяжелые элементы в космосе

Обнаружен близнец Млечного Пути

Другие записи из раздела Космос

Планета, кольца которой в 200 раз больше, чем у Сатурна

Пострадал ли хоть один человек от падения космического мусора?

Можно ли надуть мыльные пузыри в космосе?

Сколько лет потребуется, чтобы долететь до Нептуна?

Жизнь черной дыры

Зонд «Паркер» прикоснулся к Солнцу

Какова дальнейшая судьба МКС?

Ученые нашли частицу «X». Что дальше?

Как найти пригодную для жизни планету?

Капля – это капля, даже если она металлическая

Что удалось узнать ученым о межзвездной комете 2I/Борисова?

Обнаружена первая сверхновая третьего типа

Могут ли бактерии поглотить Солнечную систему?

Космос наполнен призрачными звездами?

Китай начал строить собственную космическую станцию

Путешествие к центру нейтронной звезды

Миссия «Магеллан» — первый пристальный взгляд на злобного близнеца Земли

Астросейсмология — искусство изучать звезды с помощью звука

Япония и США построят новый планетоход

Космическая технология, подсмотренная у каракатиц

Откуда мы знаем, что Большой взрыв действительно произошел?

ОТКУДА МЫ УЗНАЕМ, ЧТО НА САМОМ ДЕЛЕ ПРОИЗОШЕЛ БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ?

Знакомство с Мэгги Адерин-Покок

Люди говорят о том, что Вселенная началась с Большого Взрыва, но как мы можем знать что-либо о событии, которое произошло миллиарды лет назад, еще до образования нашей планеты?

Даже если рождение Вселенной произошло в результате самого сильного расширения, возможно ли, что доказательства Большого Взрыва все еще звучат сегодня?

Сила этого расширения была настолько велика, что, возможно, есть свидетельства той огромной энергии, которую мы все еще можем обнаружить.

Поскольку свету требуются миллионы лет, чтобы преодолеть огромные расстояния во вселенной, взгляд в космос немного напоминает взгляд назад во времени. Может ли это сказать нам, какой была Вселенная сразу после Большого Взрыва?

Наблюдая за тем, как галактики удаляются от нас, мы могли бы понять, откуда они взялись. Может ли это сказать нам, что все началось с одной точки? Так можно ли узнать, действительно ли произошел Большой взрыв?

Это самый старый вопрос в истории человечества. Его задавали все, от философов и поэтов до математиков и физиков.

Большинство ученых считают, что все, что мы знаем и переживаем вокруг себя, началось в момент, известный как Большой взрыв, 14 миллиардов лет назад. Но как мы можем иметь какое-либо представление о том, что предположительно произошло так давно?

xqhonrtg6y.3.$blocks-article-row-2.1:$zfkrpg8-2=10.1.1.$3″> От мчащихся галактик до древних газовых облаков — доказательства, которые мы можем обнаружить сегодня, — остатки Большого Взрыва, рассказывающие ясную историю о происхождении нашей Вселенной.

Когда мы смотрим на ночное небо, звезды, которые мы видим, находятся в пределах нашей галактики. Но есть и нечеткие пятна. Это другие галактики, подобные нашей, но они намного, намного дальше, чем звезды.

Почти все эти галактики удаляются от нас — некоторые со скоростью сотни тысяч километров каждую секунду.

Если большинство галактик удаляются от нас, это означает, что Вселенная расширяется. Если Вселенная расширяется, то в прошлом она должна была быть намного меньше. Вернитесь достаточно далеко назад, и был момент, когда вся материя во Вселенной была упакована в точку и расширена наружу. Этот момент был Большим Взрывом.

Мы даже можем определить, когда это произошло, исходя из скорости галактик: около 14 миллиардов лет назад. На самом деле мы не можем видеть, как движутся галактики, но ключ к разгадке кроется в исходящем от них свете — он краснее, чем должен быть.

Мы видим, что почти все галактики удаляются от нас.

Контрольная сигнатура галактики, удаляющейся от нас, может быть обнаружена так же, как мы можем определить, когда нас проезжает полицейская машина с включенной сиреной. Когда это происходит, сирена звучит для нас тише, потому что волны растягиваются.

Свет тоже состоит из волн, то же самое верно и для очень быстро движущихся объектов, таких как галактики. Если галактика удаляется от нас, световые волны растягиваются. От этого свет кажется более красным. Чем быстрее движется галактика, тем краснее свет.

Мы не можем увидеть его невооруженным глазом, но некоторые из наших телескопов могут.

Наши глаза на самом деле видят только часть света во Вселенной. Наряду с видимым светом существуют и другие виды света, такие как рентгеновские лучи, инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение, радиоволны и микроволны. Они имеют более короткие или более длинные волны, чем видимый свет.

После Большого взрыва вся Вселенная была залита невероятно ярким светом. Когда Вселенная расширилась, этот свет превратился в микроволны.

Микроволновый телескоп может увидеть этот древний свет с самого начала Вселенной. На самом деле, вид через микроволновый телескоп показывает все небо, залитое свечением днем и ночью. Это свечение называется Космическим Микроволновым Фоном.

Мэгги Адерин-Покок объясняет, что рябь на Космическом Микроволновом Фоне намекает на начальные условия, в которых засеялись звезды и галактики. Изображение: ESA/Planck.

Съемка послесвечения Большого Взрыва

МЭГГИ АДЕРИН-ПОКОК:

Это один из самых подробных снимков всего ночного неба, когда-либо сделанных. Вы можете видеть полосу Млечного Пути, проходящую через него.

В центре есть яркое пятно, которое является серединой нашей галактики. Поскольку свету требуется время, чтобы преодолеть огромные расстояния в космосе, мы смотрим на нашу галактику такой, какой она была 27 тысяч лет назад. Но что, если бы мы могли заглянуть еще дальше в прошлое? Как тогда выглядела бы Вселенная?

В 1964 году Арно Пензиас и Роберт Уилсон сделали именно это. И сделали это случайно. Пензиас и Уилсон пытались изучать космос, рассматривая микроволны, а не видимый свет. При тестировании своего оборудования они заметили постоянный сигнал, одинаковый в
куда бы они ни смотрели. Откуда может исходить этот сигнал?

Если бы он исходил из нашей галактики, он был бы сильнее в одних направлениях, чем в других. За пределами нашей собственной галактики Вселенная сгруппирована в галактики с пустым пространством между ними. Таким образом, сигнал, исходящий откуда-то конкретно, будет различаться по силе в зависимости от того, куда направлены датчики.

Пензиас и Уилсон думали, что сигнал мог исходить из того времени, когда вся материя во Вселенной была равномерно распределена в пространстве.

Это указывало на то, что вселенная когда-то выглядела совсем иначе, чем сегодня: первое убедительное доказательство того, что вселенная началась с Большого взрыва. Но история на этом не заканчивается. Астрономы поняли, что, чтобы узнать больше об этом фоновом микроволновом излучении, им придется отправиться в космос.

В 1992 году космический исследователь фона показал, что сигнал Пензиаса и Уилсона не был таким однородным, как мы думали.

Собранные им данные были такими же удивительными, как и первоначальный сигнал. Они показали, что ранняя Вселенная не была полностью однородной. И хотя эта рябь крошечная, она может указывать на причины, по которым материя слипается так, как сегодня. Они намекают на начальные условия, которые породили звезды и галактики, которые мы все теперь так хорошо знаем.

В 2013 году телескоп Plank Telescope ЕКА составил самую точную карту Вселенной. И это выявило странную асимметрию фонового излучения. Астрономы до сих пор не знают, чем это вызвано. И хотя новые изображения не бросают вызов теории Большого взрыва, они означают, что еще многое предстоит объяснить о том, как Вселенная стала такой, какая она есть сегодня.

Изображения (в порядке появления):

Изображение глубокого неба. Фото: Аксель Меллингер
Изображение Арно Пензиаса и Роберта Уилсона. Предоставлено: Emilio Segre Visual Archives/American Institute of Physics/Science Photo Library
Изображение рупорной антенны ECHO. Авторы и права: NASA/Science Photo Library
Изображение Мессье 81. Предоставлено: Адриан Джонс, любезно предоставлено группой BBC The Sky At Night Flickr: http://www.flickr.com/groups/bbcskyatnight
Изображение лошадиной головы и Огненные туманности. Фото: Терри Хэнкок, предоставлено группой BBC The Sky At Night Flickr: http://www.flickr.com/groups/bbcskyatnight
Схема и изображения Космического Исследователя Фона НАСА
Первая «детская фотография» Вселенной. Предоставлено: NASA
Художественное представление космического корабля «Планк». Предоставлено: ESA — C. Carreau
Изображение аномалий, усиленных Планком. Предоставлено: ESA и Planck Collaboration
Изображение ночного неба. Фото: DC, любезно предоставлено группой BBC The Sky At Night Flickr: http://www.flickr.com/groups/bbcskyatnight

В отличие от света, исходящего от звезды, космический микроволновый фон одинаков, куда бы вы ни посмотрели. и где бы вы ни находились в космосе.

Глядя в космос, вы словно оглядываетесь назад во времени. Это потому, что свет от объектов, которые находятся далеко, достигает нас дольше, чем свет от объектов поблизости. Если объект находится на расстоянии миллиона световых лет, мы видим его таким, каким он выглядел миллион лет назад.

Современные телескопы настолько мощны, что могут видеть объекты, удаленные на многие миллиарды световых лет, близкие ко времени Большого Взрыва. Если бы Большой взрыв действительно произошел, то мы ожидали бы, что на этих далеких изображениях будут видны облака газа, которые еще не превратились в звезды и галактики.

Недавно астрономы обнаружили подобные газовые облака в далекой Вселенной. Некоторым из них около 12 или 13 миллиардов лет. Даже на таком невероятном расстоянии мы можем сказать, из чего они сделаны, используя технику, называемую спектроскопией, для анализа света, проходящего через них.

Как и предсказывает теория Большого Взрыва, эти древние газовые облака состоят из совсем другого материала, чем современная Вселенная. Большинство химических элементов в современной Вселенной производится внутри звезд. Поскольку газовые облака появились еще до появления звезд, они почти полностью состоят из самых основных элементов — водорода и гелия.

В 2012 году рядом с квазаром на расстоянии 13 миллиардов световых лет от нас было обнаружено древнее газовое облако, которое здесь видно как тусклая красная точка в центре.

Узнайте больше по этой теме:

Все началось с Большого Взрыва — а что потом?

Наша вселенная началась с взрыва. Большой взрыв! Энергия, масса и пространство возникли в мгновение ока. Но что именно произошло во время этого события, остается одной из самых сложных загадок, стоящих перед наукой.

Этот вопрос возник почти сто лет назад в связи с открытием, сделанным астрономом Эдвином Хабблом. В 1929 году Хаббл обнаружил, что далекие галактики удаляются от Земли. Важно отметить, что далекие галактики удалялись быстрее. Это было правдой независимо от того, в каком направлении он смотрел.

Эта закономерность стала известна как закон Хаббла. С тех пор снимки, сделанные телескопами, изучающими космос, подтвердили это. И это, кажется, указывает на один ошеломляющий вывод: Вселенная расширяется.

Это расширение является основным доказательством Большого Взрыва. В конце концов, если все во Вселенной расширяется от всего остального, легко представить себе «перемотку назад» этого движения. Это видео перемотки может показать, как все сближается все ближе и ближе по мере того, как время течет назад к началу — пока весь космос не сжимается в одну точку.

Термин Большой Взрыв — это прозвище космологов, обозначающее почти невообразимый процесс расширения всей Вселенной из одной точки. Он знаменует собой начало всего, что мы сейчас видим, чувствуем и знаем. Он описывает, как была создана вся материя и как развивались наши самые фундаментальные законы природы. Это может даже означать начало самого времени. И считается, что это началось, когда ранняя Вселенная была бесконечно плотной.

Для многих ученых, пытающихся понять Большой взрыв, первым намеком на проблему является фраза: «бесконечно плотный».

«Каждый раз, когда вы получаете в качестве ответа бесконечность, вы понимаете, что что-то не так», — говорит Марк Камионковски. Он физик из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд. Уйти в бесконечность «означает, что мы либо сделали что-то не так, либо недостаточно хорошо что-то понимаем», — говорит он. — Или наша теория неверна.

Научные теории могут с невероятной точностью описать эволюцию Вселенной после Большого Взрыва. Телескопические наблюдения подтвердили эти теории. Но каждая из этих теорий разваливается в определенный момент. Эта точка находится в пределах крошечной доли первой секунды после Большого взрыва.

Большинство ученых считают, что наши законы физики ведут нас в правильном направлении, чтобы понять первые мгновения Вселенной. Мы просто еще не там. Космологи все еще пытаются понять раннее детство — и, возможно, концепцию — нашей Вселенной и всего в ней.

Астрофизик Эмбер Строун описывает миссию космического телескопа Джеймса Уэбба как поиск первого видимого света после Большого взрыва.

Она говорит, что это ознаменовало бы конец так называемых космических «темных веков».

Доказательства Большого Взрыва

Одно из самых убедительных доказательств Большого Взрыва также представляет одну из его самых больших проблем: космическое фоновое излучение. Это слабое свечение заполняет космос. Это остаточное тепло после Большого Взрыва.

Куда бы ни посмотрели астрономы, они могут измерить температуру фонового излучения. И везде почти одно и то же. Это состояние известно как однородность (Hoh-moh-jeh-NAY-ih-tee). Вселенная, конечно, имеет большие различия в температуре здесь и там. Это места, где существуют звезды, планеты и другие небесные объекты. Но между ними фоновая температура во всех направлениях кажется одинаковой: очень холодные 2,7 кельвина (-455 градусов по Фаренгейту).

До образования звезд, планет, галактик и жизни должны были существовать молекулы.

Ученые обсерватории SOFIA обнаружили первый тип космической молекулы. Гидрид гелия состоит из водорода и гелия. Считается, что это первое химическое вещество, образовавшееся после Большого взрыва.

Большой вопрос, почему, говорит Ева Сильверстайн. Этот физик работает в Стэнфордском институте теоретической физики в Калифорнии. Там она исследует, как, по-видимому, сформировались определенные структуры после Большого взрыва. Резюмируя чувство таинственности, которое она видит в современных теориях, она говорит: «Никто не обещал нам, что мы все поймем».

По-видимому, равномерное распространение фонового космического тепла предполагает, что все, что вырвалось из Большого взрыва, должно было остыть таким же образом. Но когда мы сейчас смотрим на Вселенную, говорит Сильверштейн, мы повсюду видим отдельные структуры. Мы видим звезды, планеты и галактики. Как они начали формироваться, если все изначально начиналось как одно целое?

«Подумайте о смешивании жидкостей и о том, как они достигают одинаковой температуры», — говорит Сильверстайн. «Если вы нальете холодную воду в горячую воду, она станет просто теплой водой». Он не превратится в капли холодной воды, оставшиеся в кастрюле с горячей водой. Точно так же можно было бы ожидать, что сегодняшняя Вселенная выглядит как довольно равномерное распределение материи и энергии. Но вместо этого есть холодные участки космоса, усеянные горячими звездами и галактиками.

За последние несколько десятилетий астрономы считают, что нашли ответ на этот вопрос. Они измерили крошечные различия в температуре космического фона. Эти различия находятся в масштабе одной стотысячной градуса Кельвина (0,00001 К). Но если бы такие крошечные вариации существовали сразу после Большого взрыва, они могли бы со временем вырасти в то, что мы сейчас видим как структуры.

Это как надуть воздушный шарик. Нарисуйте крошечную точку на пустом шарике. Теперь надуйте его. Эта точка в конечном итоге будет выглядеть намного больше, когда воздушный шар наполнится.

Ученые назвали этот период в честь Большого Взрыва инфляцией . Это когда новорожденная Вселенная расширилась настолько сильно, что это действительно трудно понять.

Педагоги и родители, подпишитесь на шпаргалку

Еженедельные обновления, которые помогут вам использовать Science News Explores в учебной среде

Спасибо за регистрацию!

При регистрации возникла проблема.

Взрывоопасная инфляция

Похоже, что инфляция была быстрой — намного быстрее, чем любое расширение до или после. Это также произошло в течение такого крошечного промежутка времени, что его трудно представить. Идея инфляции хорошо подтверждается наблюдениями в телескоп. Однако полностью ученые этого не доказали. Инфляцию также чрезвычайно трудно физически описать.

На этом снимке объединены изображение массивного скопления галактик, полученное космическим телескопом Хаббл (желтый/оранжевый), и данные радиотелескопа (синий/фиолетовый). Они показывают рябь в космическом микроволновом фоновом излучении. Эта рябь — космические шрамы, оставленные Большим взрывом, которые становятся больше по мере расширения Вселенной. ESA/Hubble & NASA, Т. Китаяма (Университет Тохо, Япония)

«Большой взрыв не был взрывом материи в пространстве. Это взрыв 90 122 из 90 123 пространства», — объясняет астроном Адриенн Эрикчек. Ее работа в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл посвящена расширению Вселенной в течение первых нескольких секунд и минут после Большого взрыва.

Многие астрономы используют идею хлеба с изюмом, чтобы проиллюстрировать это. Если вы оставите на столе шарик свежего теста для хлеба с изюмом, оно поднимется. Изюм будет расходиться друг от друга по мере расширения теста. В этой аналогии изюм представляет собой звезды, галактики и все остальное в космосе. Тесто представляет само пространство.

Эрикчек предлагает более математический подход к расширению Вселенной. «Это похоже на наложение изображения сетки по всему пространству с галактиками во всех точках, где линии встречаются». Теперь представьте, что расширение космоса похоже на расширение самих линий сетки. «Все остается на своих местах в сети», — говорит она. «Но расстояние между линиями сетки увеличивается».

Эта часть теории Большого Взрыва чрезвычайно хорошо доказана. Но когда мы представляем сетку, трудно не задаться вопросом о краях этой сетки.

«Нет никакого преимущества», — отмечает Эрикчек. «Сетка идет бесконечно во всех направлениях. Таким образом, каждая точка кажется центром расширения».

Она подчеркивает это, потому что люди так часто спрашивают, есть ли у Вселенной преимущество. Или центр. На самом деле, говорит она, нет ни того, ни другого. На этой воображаемой сетке «каждая точка отдаляется от всех остальных», отмечает она. «И чем дальше две точки, тем быстрее они кажутся удаляющимися друг от друга».

Это может быть трудно уложить в голове, признает она. Но это то, что мы видим в данных. Само пространство расширяется. «Эта сетка, — напоминает она нам, — бесконечна. Это ничего не расширяет в . У нас нет пустого пространства, в которое мы расширяемся».

Так где же произошел Большой Взрыв? «Везде, — говорит Эрикчек. «По определению, Большой взрыв — это момент, когда бесконечное количество линий сетки было бесконечно близко друг к другу. Большой взрыв был плотным и горячим. Но края по-прежнему не было. И везде был центр».

Эрикчек работает над объединением теорий с наблюдениями. Есть много доказательств, подтверждающих инфляцию Вселенной. Но что вызвало эту инфляцию? (Возвращаясь к аналогии с хлебом с изюмом, что такое дрожжи Вселенной?) Чтобы ответить на этот вопрос, может потребоваться новый источник данных.

Узнайте больше о гравитационных волнах, пульсациях пространства-времени, вызванных массивными объектами, такими как черные дыры.

Намеки на Большой взрыв в темной материи и гравитационных волнах

Чтобы узнать, что вызвало инфляцию, нам, возможно, придется заглянуть в неожиданные места. Например, невидимое неопознанное вещество, известное как темная материя. Или рябь в пространстве-времени, называемая гравитационными волнами. Или странная новая физика элементарных частиц. Любая из этих научных диковинок может содержать секреты инфляции.

Начнем с темной материи. В конце 1970-х астроном Вера Рубин обнаружила, что галактики вращаются намного быстрее, чем должна позволять их масса. Она предположила существование невидимой материи — темной материи — как недостающей массы. С тех пор темная материя стала важной частью космологии.

По оценкам физиков, более четверти Вселенной состоит из темной материи. (Только 4–5 процентов составляет «обычная» материя, наполняющая нашу повседневную жизнь, а также включающая в себя все звезды, планеты и галактики. Остальная часть Вселенной — почти две трети — состоит из темной энергии.) Увы, мы до сих пор не знаю, что такое темная материя.

Исторически сложилось так, что ученые искали ключи к разгадке Большого Взрыва среди обычной материи, которую мы можем видеть. Но темная материя — огромное слепое пятно во Вселенной. Если бы ученые понимали это лучше, возможно, они бы выяснили, как она — и обычная материя — возникла.

Пока мы точно не знаем, как устроена Вселенная, полезно задавать много вопросов и выдвигать новые идеи, — говорит Кейтлин Шутц. Этот астроном работает в Университете Макгилла в Монреале, Канада. Там она изучает темную материю и гравитационные волны. Ее специальность — изучение того, как эти вещи могли взаимодействовать в ранней Вселенной, образуя звезды и другие структуры, которые мы видим сегодня.

«Сейчас мы думаем о темной материи, как будто это всего лишь один вид частиц, — говорит Шутц. На самом деле темная материя может быть такой же сложной, как и видимая материя.

«Было бы странно, если бы на нашей стороне была только сложность — с обычной материей, которая позволяет нам иметь людей, мороженое и планеты», — говорит Шутц. Но «возможно, темная материя похожа на нее в том смысле, что она состоит из множества частиц». Выяснение этих деталей может помочь понять, как Большой взрыв создал обычную и темную материю.

Другое направление исследований Шутца, гравитационные волны, также может дать ключ к пониманию последствий Большого взрыва. По мере того, как более чувствительные телескопы смотрят все дальше в космос и, следовательно, дальше во времени, ученые надеются обнаружить гравитационные волны, возникшие вскоре после Большого взрыва.

Такие морщины в пространстве-времени могли образоваться, когда эволюционирующая Вселенная быстро менялась, подобно скачку роста, — как это произошло бы во время инфляции. Гравитационные волны не являются формой света, поэтому они могут дать ученым нефильтрованное представление о Большом взрыве. Эти гравитационные волны могут предложить «действительно интересное окно в то время, когда у нас не так много других данных», — отмечает Шутц.

Узнайте, как НАСА ищет невидимое: темную материю и антиматерию.

Темная материя должна составлять подавляющее большинство массы во Вселенной, хотя никто еще не может наблюдать ее непосредственно. Но специальный космический прибор измеряет космические лучи, что может свидетельствовать о «пропавшей» материи.

Разбираемся с неопределенностью нашего происхождения

Так как же возникли звезды, галактики и другие космические структуры? У космологов есть некоторое представление, но точные процессы остаются размытыми.

«Честно говоря, мы можем никогда не узнать», — говорит Шутц. — И меня это устраивает. Она по-прежнему в восторге от обширных границ вопросов, которые она может исследовать. «Моя любимая теория — та, которую я знаю, как проверить». И невозможно проверить идеи о Большом взрыве в лаборатории, не запустив другую вселенную.

«Для меня удивительно, насколько успешной оказалась физика», — говорит Адриенн Эрикчек из Университета Северной Каролины с таким огромным пробелом в знаниях о начале времен. Новые теории и наблюдения помогают сократить этот разрыв. Но вопросов без ответов по-прежнему предостаточно. И это нормально. В поисках ответов на фундаментальные вопросы многие космологи, такие как Шютц, спокойно заключают: «Я не знаю — по крайней мере, пока».

Силовые слова

Подробнее о сильных словах

массив : Широкая и организованная группа объектов. Иногда они представляют собой инструменты, систематически расположенные для сбора информации скоординированным образом.

астроном : Ученый, занимающийся исследованиями небесных объектов, космоса и физической вселенной.

Большой взрыв : Быстрое расширение плотной материи и пространства-времени, которое, согласно современной теории, ознаменовало возникновение Вселенной. Это подтверждается текущим пониманием астрономами состава и структуры Вселенной.

черная дыра : область пространства с настолько интенсивным гравитационным полем, что никакая материя или излучение (включая свет) не могут выйти наружу.

небесный объект : Любой естественный объект значительного размера в космосе. Примеры включают кометы, астероиды, планеты, луны, звезды и галактики.

зачатие : Момент, когда какая-то идея, процесс или проект впервые задуманы или запущены.

космология : Наука о происхождении и развитии космоса или вселенной. Люди, которые работают в этой области, известны как космологи .

космос : (прил. космический ) Термин, относящийся ко вселенной и всему, что в ней есть.

темная материя : Физические объекты или частицы, которые не излучают собственного излучения. Считается, что они существуют из-за необъяснимых гравитационных сил, которые они, по-видимому, воздействуют на другие видимые астрономические объекты.

электрон : Отрицательно заряженная частица, обычно вращающаяся вокруг внешних областей атома; также носитель электричества внутри твердых тел.

эволюция : (v. эволюционировать) Процесс, посредством которого виды претерпевают изменения с течением времени, обычно посредством генетической изменчивости и естественного отбора. Или этот термин может относиться к изменениям, которые происходят как некое естественное развитие в неживом мире (например, компьютерные чипы превращаются в устройства меньшего размера, которые работают с еще более высокой скоростью).

focus : пристально смотреть или концентрироваться на какой-то конкретной точке или предмете.

сила : Некоторое внешнее воздействие, которое может изменить движение тела, удерживать тела близко друг к другу или вызывать движение или напряжение в неподвижном теле.

галактика : Группа звезд — и обычно невидимая таинственная темная материя — удерживаются вместе гравитацией. Гигантские галактики, такие как Млечный Путь, часто имеют более 100 миллиардов звезд. У самых тусклых галактик может быть всего несколько тысяч. В некоторых галактиках также есть газ и пыль, из которых образуются новые звезды.

гравитация : Сила, которая притягивает что-либо с массой или объемом к любому другому объекту с массой. Чем больше масса чего-либо, тем больше его гравитация.

сетка : (в математике или картографировании) Сеть линий, которые пересекают друг друга через равные промежутки, образуя коробки или прямоугольники, или упорядоченное поле точек, которые отмечают, где каждая пара линий пересекается или пересекается друг с другом.

однородность : Термин для последовательного, казалось бы, неизменного сходства в субстанции, наборе условий или группе вещей.

бесконечность : Абстрактное понятие, в котором что-то не имеет конца.

инфляция : Процесс расширения чего-либо (например, воздушного шара или шины) путем заполнения его жидкостью или газом) или состояние чего-либо, что, по-видимому, подверглось такому расширению.

кельвин : Температурная шкала с единицами измерения, размер которых соответствует шкале Цельсия. Разница, 0 кельвинов — это абсолютный ноль. Таким образом, 0 кельвинов равно -273,15 по Цельсию. Это означает, что 0 градусов Цельсия равняется 273,15 градусам Кельвина. ПРИМЕЧАНИЕ. В отличие от шкал Цельсия и Фаренгейта, здесь не используется термин «градусы» для чисел на шкале Кельвина.

масса : число, показывающее, насколько объект сопротивляется ускорению и замедлению — в основном мера того, из какого количества материи состоит этот объект.

материя : Что-то, что занимает пространство и имеет массу. Все на Земле, имеющее материю, будет иметь свойство, описываемое как «вес».

механика : Изучение движения предметов.

Млечный Путь : Галактика, в которой находится Солнечная система Земли.

модель : Симуляция реального события (обычно с использованием компьютера), разработанная для предсказания одного или нескольких вероятных исходов. Или человек, который должен показать, как что-то будет работать или выглядеть на других.

мюон : Тип нестабильной субатомной частицы. Большинство на Земле образовалось при взаимодействии космических лучей с атомами в атмосфере. Как и лептоны, мюоны принадлежат к тому же классу частиц, что и электрон. Однако их масса примерно в 200 раз больше. Мюоны, как правило, недолговечны. Он имеет тенденцию выживать всего 2,2 микросекунды, прежде чем он распадется (превратится) в электрон и два типа нейтрино.

нейтрино : субатомная частица с массой, близкой к нулю. Нейтрино редко реагируют с обычным веществом. Известны три вида нейтрино.

нейтрон : субатомная частица, не несущая электрического заряда, которая является одной из основных частей материи. Нейтроны принадлежат к семейству частиц, известных как адроны.

частица : Небольшое количество чего-то.

физика : Научное изучение природы и свойств материи и энергии. Классическая физика — это объяснение природы и свойств материи и энергии, основанное на таких описаниях, как законы движения Ньютона. Квантовая физика, область исследований, возникшая позже, является более точным способом объяснения движения и поведения материи. Ученый, который работает в таких областях, известен как физик .

планета : Большой небесный объект, который вращается вокруг звезды, но в отличие от звезды не излучает видимого света.

точка : (в математике) Точная точка в пространстве, которая настолько мала, что не имеет размера. У него просто есть адрес.

первичный : Прилагательное, означающее главный, первый или самый важный.

протон : Субатомная частица, которая является одним из основных строительных блоков атомов, составляющих материю. Протоны принадлежат к семейству частиц, известных как адроны.

квантовая механика : Раздел физики, изучающий поведение материи в масштабе атомов или субатомных частиц.

сценарий : Возможная (или вероятная) последовательность событий и их развитие.

раствор : Жидкость, в которой одно химическое вещество растворено в другом.

звезда : Основной строительный блок, из которого состоят галактики. Звезды развиваются, когда гравитация сжимает облака газа. Когда они станут достаточно горячими, звезды будут излучать свет, а иногда и другие формы электромагнитного излучения. Солнце — наша ближайшая звезда.

телескоп : обычно светособирающий инструмент, который заставляет отдаленные объекты казаться ближе за счет использования линз или комбинации изогнутых зеркал и линз. Некоторые, однако, собирают радиоизлучение (энергию из другой части электромагнитного спектра) через сеть антенн.

теория : (в науке) Описание некоторых аспектов мира природы, основанное на обширных наблюдениях, тестах и рассуждениях. Теория также может быть способом организации обширной совокупности знаний, применимых в широком диапазоне обстоятельств для объяснения того, что произойдет.