Теория большого взрыва астрономия: Большой взрыв • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»

Краткое изложение теории Большого взрыва: происхождение и характеристики

Как образовалась Вселенная, что привело к образованию звезд, планет и галактик? Это некоторые из вопросов, которые задавали миллионы людей на протяжении всей истории. В частности, ученые хотят найти объяснение всем существующим явлениям. Отсюда родился теория большого взрыва. Для тех, кто еще не знает, это теория, объясняющая происхождение нашей Вселенной. В нем также собраны объяснения существования планет и галактик.

Если вам любопытно и вы хотите узнать, как образовалась наша Вселенная, в этом посте мы расскажем вам все. Хотели бы вы глубже узнать теорию Большого взрыва?

Индекс

  • 1 Характеристики теории большого взрыва
  • 2 Формирование звезд и галактик
  • 3 Свидетельства расширяющейся Вселенной и взрыва
  • 4 Первооткрыватели и другие теории

Характеристики теории большого взрыва

Это также известно как Теория большого взрыва. Это тот, который утверждает, что наша Вселенная в том виде, в каком мы ее знаем, зародилась миллиарды лет назад в результате сильного взрыва. Вся материя, существующая сегодня во Вселенной, была сосредоточена всего в одной точке.

С момента взрыва материя начала расширяться и продолжает расширяться до сих пор. Ученые не устают повторять, что Вселенная постоянно расширяется. По этой причине теория Большого взрыва включает теорию расширяющейся Вселенной. Материя, хранящаяся в одной точке, не только начала расширяться, но и начала образовывать более сложные структуры. Мы имеем в виду атомы и молекулы, которые постепенно образовывали живые организмы.

Дату начала Большого взрыва оценили ученые. Он возник примерно 13.810 XNUMX миллионов лет назад. Эта стадия, на которой только что была создана вселенная, называется первозданной вселенной. Предполагается, что в нем частицы обладают огромным количеством энергии.

В результате этого взрыва образовались первые протоны, нейтроны и электроны. Протоны и нейтроны были организованы в ядра атомов. Однако электроны, учитывая их электрический заряд, были организованы вокруг них. Так возникло дело.

Формирование звезд и галактик

наш солнечная система внутри галактика, известная как Млечный Путь. Все звезды, которые мы знаем сегодня, начали формироваться спустя много времени после Большого взрыва.

Считается, что первые звезды начали формироваться 13.250 миллиарда лет назад. Примерно через 550 миллионов лет после взрыва они начали появляться. Самые старые галактики возникли 13.200 миллиарда лет назад, что тоже делает их старше. Наша Солнечная система, Солнце и планеты образовались 4.600 миллиарда лет назад.

Свидетельства расширяющейся Вселенной и взрыва

Чтобы доказать, что теория Большого взрыва имеет смысл, необходимо сообщить доказательства того, что Вселенная расширяется. Вот свидетельства на этот счет:

  • Парадокс Ольберса: Темнота ночного неба.
  • Закон Хаббла: Это можно проверить, наблюдая, как галактики удаляются друг от друга.
  • Однородность распределения вещества.
  • Эффект Толмана (изменение блеска поверхности).
  • Далекие сверхновые: На его кривых блеска наблюдается временное расширение.

После момента взрыва каждая частица расширялась и удалялась друг от друга. Здесь произошло нечто похожее на то, что происходит, когда мы надуваем воздушный шар. По мере того, как мы вводим больше воздуха, частицы воздуха расширяются все больше и больше, пока не достигнут стенок.

Физикам-теоретикам удалось восстановить эту хронологию событий, начиная с 1/100 секунды после Большого взрыва. Все высвободившееся вещество состояло из известных элементарных частиц. Среди них мы находим электроны, позитроны, мезоны, барионы, нейтрино и фотоны.

Некоторые более поздние расчеты показывают, что водород и гелий были первичными продуктами взрыва. Позже внутри звезд образовались более тяжелые элементы. По мере расширения Вселенной остаточное излучение от Большого взрыва продолжает охлаждаться, пока не достигнет температуры 3 К (-270 ° C). Эти следы сильного микроволнового фонового излучения были обнаружены радиоастрономами в 1965 году. Это то, что показывает расширение Вселенной.

Одно из самых больших сомнений ученых — решить, будет ли Вселенная расширяться бесконечно или снова сжиматься. Темная материя имеет в этом большое значение.

Первооткрыватели и другие теории

Теория о расширении Вселенной был сформулирован в 1922 году Александром Фридманом. Он был основан на общей теории относительности Альберта Эйнштейна (1915). Позже, в 1927 году, бельгийский священник Жорж Лемэтр, опираясь на работы ученых Эйнштейна и де Ситтера, пришел к тем же выводам, что и Фридман.

Поэтому ученые не приходят к другому выводу, только к тому, что Вселенная расширяется.

Есть и другие теории о сотворении Вселенной, не столь важные, как эта. Однако в мире есть люди, которые верят и считают их правдой. Перечислим их ниже.

  • Теория большого сжатия: В основе этой теории лежит тот факт, что расширение Вселенной будет медленно замедляться, пока не начнет сокращаться. Речь идет о сжатии Вселенной. Это сжатие закончится большим взрывом, известным как Большое сжатие. В поддержку этой теории не так много доказательств.
  • Колеблющаяся вселенная: Речь идет о нашей Вселенной, колеблющейся в постоянном Большом взрыве и Большом сжатии.
  • Устойчивое состояние и непрерывное создание: Он утверждает, что вселенная расширяется и что ее плотность остается постоянной, потому что материя находится в непрерывном творении.
  • Теория инфляции: Он основан на тех же характеристиках, что и Большой взрыв, но говорит о том, что это был начальный процесс. Этот процесс называется инфляцией, и Вселенная расширяется быстрее.

Наконец, есть люди, которые думают, что вселенная была создана Богом или какой-то божественной сущностью.

Из этой статьи вы узнаете больше о формировании и расширении нашей Вселенной. Вы думаете, что однажды Вселенная перестанет расширяться?

Теме статьи:

Антивещество

5 неожиданных фактов о теории Большого взрыва » BigPicture.ru

В начале XX века астрономы Эдвин Хаббл и Милтон Хьюмасон обнаружили, что галактики постепенно удаляются от Млечного Пути. А точнее, все галактики удаляются друг от друга — а это значит, что Вселенная расширяется. Стало быть, когда-то в далеком прошлом вся наша Вселенная была намного меньше, жарче и плотнее.

Это описание — известное сегодня как теория Большого взрыва — вынесло испытание временем, справляясь с новыми открытиями и альтернативными объяснениями на протяжении всего прошлого века. Так что же такое этот Большой взрыв?

Большой взрыв произошел везде сразу

Вселенная не имеет ни центра, ни края. Каждая часть космоса постоянно расширяется, а это значит, что если мы отмотаем часы назад, то сможем выяснить, когда именно все было собрано вместе — 13,8 миллиарда лет назад. Поскольку каждое место, которое мы отобразим на карте Вселенной сегодня, занимало ту же самую точку и тогда, а наша Вселенная целиком вышла из Большого взрыва, то и у самого взрыва не было «точки на карте» — он произошел везде одновременно.

Большой взрыв не объясняет начало всего

Большой взрыв, как правило, отсылает к теории расширения космоса и ранней горячей стадии возникновения Вселенной. Однако, несмотря на это, даже ученые зачастую злоупотребляют этим термином, описывая вероятный момент времени, когда все было «упаковано» в одну точку. Проблема в том, что не существует ни наблюдений, ни даже складной научной теории о том, что представляет собой этот отрезок времени, который принято называть космологической сингулярностью.

Вот что говорил по этому поводу Стивен Хокинг, теоретически доказавший в 1967 году возможность возникновения такой сингулярности при пересчете назад во времени расширения Вселенной:

«Результаты наших наблюдений подтверждают предположение о том, что Вселенная возникла в определенный момент времени. Однако сам момент начала творения — сингулярность — не подчиняется ни одному из известных законов физики».

Таким образом, космологическая сингулярность является отправной точкой для Вселенной, которую мы наблюдаем, но могло быть что-то, что было и до нее.

Сложность здесь состоит в том, что сильно перегретая Вселенная и ее невероятно быстрое расширение, последовавшие за сингулярностью, стерли все следы того, что могло происходить до Большого взрыва. Ученые сегодня пытаются найти способ обнаружения признаков более ранней Вселенной — и, хотя пока ни одного найти не удалось, исключать это неразумно.

Схема эволюции Вселенной

Большой взрыв — это прежде всего водород и гелий

Что именно решает научная теория Большого взрыва? В основе теории, в первую очередь, лежит объяснение химического состава нашей Вселенной — это же и остается ее самым успешным и точным предсказанием. Все началось в 40-х годах прошлого века, когда Ральф Альфер и Джордж Гамов провели подсчеты, подтвердившие, что ранняя Вселенная была достаточно горячая и плотная, чтобы в точности произвести весь объем гелия, лития и дейтерия, наблюдаемого в космосе; поздние наблюдения подтвердили происхождение водорода. Это открытие стало известно как нуклеосинтез Большого взрыва.

Ральф Альфер и Джордж Гамов

Одним из людей, стоявших у истоков теории, был католический священник

Как это ни странно, одним из первых, кто подводил основу под теорию Большого взрыва — научное объяснение мирообразования, был католический священник. Помимо своей религиозной подготовки, Жорж Леметр был физиком, изучавшим теорию относительности и высчитавшим некоторые из условий образования раннего космоса в 30-е годы. Правда, его варианты обозначения теории не прижились, иначе бы вы сейчас читали статью о теории «космического яйца» или «первобытного атома».

Жорж Леметр — священник и ученый

Альберт Эйнштейн и Жорж Леметр

Никому на самом деле не нравится название «Большой взрыв»

Вплоть до 60-х годов прошлого века идея о Вселенной, имеющей начало во времени, являлась весьма спорной среди физиков. «Большой взрыв» — изначально шуточное обозначение для теории — было предложено астрономом Фредом Хойлом, который был ведущим сторонником альтернативной теории о бесконечно существовавшей Вселенной.

Астроном пытался подчеркнуть кажущуюся простоту идеи о возникновении Вселенной в результате взрыва — иронично, но похоже, что шутка прижилась, и сегодня «теория Большого взрыва» уже никому не кажется странным или неуместным названием.

Физик Фред Хойл на радио BBC в 1950 году

Смотрите также:
15 любопытных фактов, которые заставят вас непечатно удивиться вслух,
Как выглядит рассвет на других планетах,
10 странных объектов Солнечной системы, о которых нам мало что известно,
«Звездолет» на троих: история сверхсекретного марсианского эксперимента СССР

А вы знали, что у нас есть Telegram и Instagram?

Подписывайтесь, если вы ценитель красивых фото и интересных историй!

Как возникла инфляция и почему нас это волнует?

На этом графике показана временная шкала Вселенной, основанная на теории Большого взрыва и моделях инфляции.
(Изображение предоставлено НАСА/WMAP)

Пол Саттер — астрофизик из Университета штата Огайо и главный научный сотрудник научного центра COSI. Саттер также ведет программы «Спроси космонавта» и «Космическое радио» и ведет AstroTours по всему миру. Саттер написал эту статью в журнале Expert Voices: Op-Ed & Insights на Space.com.

9-32 секунды — целая жизнь по сравнению с тогдашним возрастом Вселенной, но для наших более зрелых глаз это крохотный отрезок мгновения.

Это преобразующее событие, известное как космическая инфляция, легко объясняет некоторые запутанные особенности, обнаруженные в астрономических наблюдениях. К ним относятся своеобразная геометрическая плоскость Вселенной в больших масштабах, очевидная связь между отдаленными уголками Вселенной и абсолютное отсутствие экзотических монополей — частиц с одним магнитным полюсом вместо обычных двух, — которые должны были образоваться в изобилии еще раньше. в космический день. [Как инфляция дала Вселенной толчок к развитию (инфографика)]

В течение десятилетий, прошедших после первоначального, предварительного предложения Гута, концепция инфляции оставалась удручающе загадочной, но она по-прежнему остается нашей ведущей теорией того, что произошло, когда наша Вселенная была молодой и экзотической.

Просто сделайте его больше

В нашей современной концепции космической инфляции этот период быстрого, ускоренного расширения вызывается новым персонажем, который присоединится к космологическому составу: чем-то, называемым инфлатоном. Возьми? Инфлатон надувается. Не самое креативное имя, но вот.

На этом рисунке инфлатон представляет собой квантовое поле, пронизывающее все пространство и время. Это то же самое, что и любое другое квантовое поле — электромагнитное поле, отвечающее за фотоны, поле Дирака, отвечающее за электроны, и так далее. Квантовые поля — это наша теория, объясняющая основную структуру всей материи и излучения, и они имеют большое значение.

Итак, не так уж нелепо предлагать новый тип квантового поля, которое сильно повлияло на раннюю Вселенную, но не очень заметно сегодня…

Еще одна особенность квантовых полей заключается в том, что с ними связано определенное количество энергии, даже в вакууме. Если вы возьмете коробку и эвакуируете из нее все частицы и излучение, в результате чего получится абсолютно чистый вакуум, в коробке все равно останется некоторая энергия. Эту энергию можно рассматривать как фундаментальную вибрацию в квантовых полях, составляющих реальность.

Эта часть важна, потому что энергия вакуума обладает любопытным свойством ускорять расширение Вселенной. Мы не знаем заранее, какой может быть вакуумная энергия любого из отдельных квантовых полей. Если он равен нулю, то мы не увидим ускоренного расширения в космических масштабах. Если это большое значение, то Вселенная может просто раздуться.

Универсальный воздушный шар

В инфляционной модели инфлатон представляет собой квантовое поле, которое начинается с большого количества энергии вакуума. Вселенная сходит с ума, и инфляция делает свое дело. Но затем инфлатон (каким-то образом) изменяется и уменьшает свою вакуумную энергию, закрывая инфляционную эпоху. Я здесь немного расплывчат, потому что физика, ну, довольно расплывчата.

В конце инфляции у инфлатона есть последний трюк в рукаве. Прежде чем уйти в небытие, он разлагается, превращаясь в поток обычной материи и излучения. Опять же, это не так безумно, как кажется, потому что квантовые поля вполне способны трансформироваться друг в друга по прихоти (это современная картина сложных взаимодействий частиц).

Это событие, произошедшее в последнюю минуту, известное как повторное нагревание, засеяло большую, холодную и пустую вселенную фундаментальными фрагментами. В конечном итоге они вырастут до протонов, атомов, газовых облаков, звезд и галактик.

Это хорошая история, но откуда мы знаем, что она верна?

Удары и покачивания

Для инфляции дьявол кроется в космологических деталях. Модель инфляции предсказывает, что только что отложившаяся материя и радиация не были просто рассеяны без заботы. Нет, в этом была закономерность. Механизм инфляции не просто быстро расширил Вселенную; он также быстро расширил все во Вселенной, включая фундаментальные вибрации, встроенные в само квантовое поле инфлатона.

Эти вибрации расширялись одна за другой, создавая вселенную, полную крошечных бугорков и шевелений — мельчайшие колебания плотности от места к месту. И инфляция учит нас тому, что эти неровности и колебания имели определенную закономерность. В частности, должно быть столько же мелких выпуклостей и покачиваний, сколько и больших выпуклостей и покачиваний. Кроме того, по мере развития этих выпуклостей и покачиваний в новой расширенной Вселенной они не должны быть связаны друг с другом.

Говоря космологическим жаргоном, эти неровности и колебания должны быть почти масштабно-инвариантными (как оркестр, в котором низкие и высокие инструменты имеют одинаковую громкость) и гауссовыми (каждый член оркестра играет от другой набор музыки, и ничто их не координирует).

Эти крошечные различия в плотности увеличивались по мере развития Вселенной, при этом карманы с несколько более высокой плотностью накапливали все больше и больше материи. Это, в свою очередь, давало им более сильное гравитационное влияние на окружающую среду, что заставляло их становиться все больше и так далее.

Небольшие различия в плотности превратились в большие различия в плотности, отпечатавшись в температурном паттерне, обнаруженном в космическом микроволновом фоне, оставшемся свете, когда Вселенной было всего 270 000 лет. Оттуда различия продолжали расти, накапливая материю, чтобы стать семенами всей структуры во Вселенной, от одиночных звезд до самой космической паутины.

Детальное изучение этих паттернов показало, что они действительно почти масштабно-инвариантны и гауссовы, как и предсказывает инфляция. Несмотря на то, что физика процесса совершенно непонятна и, по общему признанию, довольно схематична, инфляция успешно прошла все экспериментальные испытания, которые ей подвергались. Возможно, когда-нибудь лучшее понимание этой необычной эпохи в истории нашей Вселенной нарисует совершенно другую картину, но пока что история инфляции — какой бы тонкой она ни была — является нашим лучшим выбором.

Узнайте больше, прослушав эпизод «Зачем нам нужна космическая инфляция? (Часть 2)» в подкасте «Спросите космонавта», доступном в iTunes (открывается в новой вкладке) и в Интернете по адресу http:// www.askaspaceman.com. Спасибо Массимилиано С., Лоренцо Б., @ZachCoty, Питу Э., Кристиану В. , @up_raw, Вики К., Томасу, Банде С., Стиву С., Эвану В., Эндрю П., @MarkRiepe, @ Luft08, @kazoukis, Gordon M., Jim W., Cosmic Wakes, Floren H., Gabi P., Amanda Z. и @scaredjackel за вопросы, которые привели к написанию этой статьи! Задайте свой вопрос в Твиттере, используя хэштег #AskASpaceman или подписавшись на Пола @PaulMattSutter и facebook.com/PaulMattSutter. Следите за нами в Твиттере @Spacedotcom и на Facebook. Оригинальная статья на Space.com.

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Пол М. Саттер — астрофизик из SUNY Stony Brook и Института Флэтайрон в Нью-Йорке. Пол получил докторскую степень по физике в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн в 2011 году и провел три года в Парижском институте астрофизики, после чего получил стажировку в Триесте, Италия. регионов Вселенной до самых ранних моментов Большого Взрыва до охоты за первыми звездами. В качестве «звездного агента» Пол уже несколько лет страстно вовлекает общественность в популяризацию науки. Он ведущий популярной программы «Спроси космонавта!» подкаста, автор книг «Твое место во Вселенной» и «Как умереть в космосе», часто появляется на телевидении, в том числе на канале «Погода», где он является официальным специалистом по космосу.

Что такое Теория большого взрыва?

История Вселенной начинается с Большого Взрыва. Через миллиард лет после Большого взрыва атомы водорода таинственным образом разделились на ионы. Кредит: grandunificationtheory.com

Как была создана наша Вселенная? Как получилось, что это, казалось бы, бесконечное место, о котором мы знаем сегодня? И что с ним будет через века? Это вопросы, которые с незапамятных времен озадачивали философов и ученых и привели к довольно диким и интересным теориям. Сегодня ученые, астрономы и космологи сходятся во мнении, что Вселенная, какой мы ее знаем, была создана в результате мощного взрыва, который создал не только большую часть материи, но и физические законы, управляющие нашим постоянно расширяющимся космосом.

Это известно как Теория большого взрыва. В течение почти столетия этот термин использовался как учеными, так и не учеными. Это не должно вызывать удивления, учитывая, что это наиболее общепринятая теория нашего происхождения. Но что именно это означает? Как была зачата наша Вселенная в результате мощного взрыва, какие есть доказательства этого и что теория говорит о долгосрочных проекциях для нашей Вселенной?

Основы теории довольно просты. Короче говоря, гипотеза Большого взрыва утверждает, что вся нынешняя и прошлая материя во Вселенной возникла в одно и то же время, примерно 13,8 миллиарда лет назад. В это время вся материя была сжата в очень маленький шар с бесконечной плотностью и сильным нагревом, называемый Сингулярностью. Внезапно Сингулярность начала расширяться, и началась вселенная, какой мы ее знаем.

Хотя это не единственная современная теория возникновения Вселенной — например, существует Теория стационарного состояния или Теория колеблющейся Вселенной — она является наиболее широко принятой и популярной. Эта модель не только объясняет происхождение всей известной материи, законы физики и крупномасштабную структуру Вселенной, но также объясняет расширение Вселенной и широкий спектр других явлений.

Хронология:

Опираясь на текущее состояние Вселенной, ученые предположили, что она должна была возникнуть в одной точке бесконечной плотности и конечного времени, которая начала расширяться. Теория утверждает, что после первоначального расширения Вселенная достаточно остыла, чтобы стало возможным образование субатомных частиц, а затем и простых атомов. Гигантские облака этих первичных элементов позже объединились под действием силы тяжести, чтобы сформировать звезды и галактики.

Все это началось примерно 13,8 миллиардов лет назад и считается возрастом Вселенной. Благодаря проверке теоретических принципов, экспериментам с использованием ускорителей частиц и высокоэнергетических состояний, а также астрономическим исследованиям глубокой Вселенной ученые построили временную шкалу событий, начавшихся с Большого взрыва и приведших к нынешнему состоянию космической эволюции. .

Тем не менее, самые ранние времена Вселенной – примерно с 10 -43 до 10 -11 секунд после Большого Взрыва — предмет обширных спекуляций. Учитывая, что законы физики, какими мы их знаем, не могли существовать в то время, трудно понять, как могла управляться Вселенная. Более того, еще не проводились эксперименты, которые могли бы создать соответствующие виды энергии. Тем не менее, преобладает множество теорий относительно того, что произошло в этот начальный момент времени, многие из которых совместимы.

Необычность:

Также известный как Эпоха Планка (или Эра Планка), это был самый ранний известный период Вселенной. В это время вся материя была сконденсирована в одной точке бесконечной плотности и чрезвычайно высокой температуры. Считается, что в этот период квантовые эффекты гравитации доминировали над физическими взаимодействиями и что никакие другие физические силы не были равны по силе гравитации.

Этот планковский период времени простирается от точки 0 примерно до 10 -43 секунд и назван так потому, что его можно измерить только в планковском времени. Из-за чрезвычайно высокой температуры и плотности материи состояние Вселенной было крайне нестабильным. Таким образом, он начал расширяться и охлаждаться, что привело к проявлению фундаментальных сил физики.

Примерно с 10 -43 секунды и 10 -36 Вселенная начала пересекать переходные температуры. Считается, что именно здесь фундаментальные силы, управляющие Вселенной, начали отделяться друг от друга. Первым шагом в этом было отделение силы гравитации от калибровочных сил, которые объясняют сильные и слабые ядерные взаимодействия и электромагнетизм.

Затем, с 10 -36 до 10 -32 секунд после Большого Взрыва, температура Вселенной была достаточно низкой (10 28 K), что силы электромагнетизма (сильное взаимодействие) и слабые ядерные силы (слабое взаимодействие) также могут разделиться, образуя две разные силы.

Эпоха Инфляции:

С созданием первых фундаментальных сил Вселенной началась Эпоха Инфляции, продолжавшаяся от 10 -32 секунд по планковскому времени до неизвестной точки. Большинство космологических моделей предполагает, что Вселенная в этот момент была однородно заполнена высокой плотностью энергии и что невероятно высокие температуры и давление привели к быстрому расширению и охлаждению.

Это началось в 10 -37 секунд, когда фазовый переход, вызвавший разделение сил, также привел к периоду экспоненциального роста Вселенной. Также в этот момент времени произошел бариогенез, который относится к гипотетическому событию, когда температуры были настолько высоки, что случайные движения частиц происходили с релятивистскими скоростями.

В результате этого постоянно создавались и разрушались в столкновениях пары частица-античастица всех видов, что, как считается, привело к преобладанию материи над антиматерией в нынешней Вселенной. После прекращения инфляции Вселенная состояла из кварк-глюонной плазмы, как и все остальные элементарные частицы. С этого момента Вселенная начала остывать, а материя сливалась и формировалась.

Эпоха охлаждения:

Поскольку плотность и температура Вселенной продолжали уменьшаться, энергия каждой частицы начала уменьшаться, и фазовые переходы продолжались до тех пор, пока фундаментальные физические силы и элементарные частицы не изменились в их нынешнюю форму. Поскольку энергии частиц упали бы до значений, которые можно получить в экспериментах по физике элементарных частиц, этот период и далее является предметом меньшего количества предположений.

Например, ученые считают, что около 10 -11 секунд после Большого взрыва энергия частиц значительно упала. Примерно через 10-6 секунд кварки и глюоны объединились, чтобы сформировать барионы, такие как протоны и нейтроны, и небольшое превышение кварков над антикварками привело к небольшому превышению барионов над антибарионами.

Поскольку температура была недостаточно высока для создания новых пар протон-антипротон (или пар нейтрон-анитнейтрон), сразу же последовала массовая аннигиляция, в результате которой остался только один из 10 10 первоначальных протонов и нейтронов и ни одной из их античастиц. Аналогичный процесс произошел примерно через 1 секунду после Большого взрыва для электронов и позитронов. После этих аннигиляций оставшиеся протоны, нейтроны и электроны больше не двигались релятивистски, и в плотности энергии Вселенной преобладали фотоны и, в меньшей степени, нейтрино.

Через несколько минут после расширения начался период, известный как нуклеосинтез Большого взрыва. Благодаря падению температуры до 1 миллиарда кельвинов и плотности энергии примерно до эквивалента воздуха, нейтроны и протоны начали объединяться, образуя первые во Вселенной атомы дейтерия (стабильного изотопа водорода) и гелия. Однако большая часть протонов Вселенной осталась несвязанной в виде ядер водорода.

Примерно через 379 000 лет электроны объединились с этими ядрами, чтобы сформировать атомы (опять же, в основном водород), в то время как излучение отделилось от материи и продолжило распространяться в космосе, практически беспрепятственно. Теперь известно, что это излучение составляет космический микроволновый фон (CMB), который на сегодняшний день является самым старым светом во Вселенной.

По мере того, как реликтовое излучение расширялось, оно постепенно теряло плотность и энергию, и в настоящее время его температура оценивается в 2,7260 ± 0,0013 К (-270,424 °C/-454,763 °F) и плотность энергии 0,25 эВ/см 3 (или 4,005×10 -14 Дж/м 3 ; 400–500 фотонов/см 3 ). Реликтовое излучение можно увидеть во всех направлениях на расстоянии примерно 13,8 миллиардов световых лет, но оценки его фактического расстояния помещают его примерно в 46 миллиардов световых лет от центра Вселенной.

Структура Эпоха:

В течение последующих нескольких миллиардов лет чуть более плотные области почти равномерно распределенного вещества Вселенной начали гравитационно притягиваться друг к другу. Поэтому они становились еще плотнее, образуя газовые облака, звезды, галактики и другие астрономические структуры, которые мы регулярно наблюдаем сегодня.

Это то, что известно как Эпоха Структуры, поскольку именно в это время начала формироваться современная Вселенная. Он состоит из видимой материи, распределенной в структуры различных размеров, от звезд и планет до галактик, галактических скоплений и сверхскоплений, где материя сконцентрирована, которые разделены огромными пропастями, содержащими несколько галактик.

Детали этого процесса зависят от количества и типа материи во Вселенной: четыре предлагаемых типа — холодная темная материя, теплая темная материя, горячая темная материя и барионная материя. Однако модель лямбда-холодной темной материи (лямбда-CDM), в которой частицы темной материи двигались медленно по сравнению со скоростью света, считается стандартной моделью космологии Большого взрыва, поскольку она лучше всего соответствует имеющимся данным. .

В этой модели предполагается, что холодная темная материя составляет около 23% материи/энергии Вселенной, а барионная материя составляет около 4,6%. Лямбда относится к космологической постоянной, теории, первоначально предложенной Альбертом Эйнштейном, который пытался показать, что баланс массы и энергии во Вселенной был статичным. В данном случае она связана с Темной Энергией, которая служила для ускорения расширения Вселенной и сохранения ее крупномасштабной структуры в значительной степени однородной.

Долгосрочные предсказания:

Гипотеза о том, что у Вселенной была начальная точка, естественным образом вызывает вопросы о возможной конечной точке. Если Вселенная началась как крошечная точка бесконечной плотности, которая начала расширяться, означает ли это, что она будет продолжать расширяться бесконечно? Или однажды его расширяющая сила иссякнет, и он начнет отступать внутрь, пока вся материя не сожмется обратно в крошечный шарик?

Ответ на этот вопрос был в центре внимания космологов с тех пор, как начались споры о том, какая модель Вселенной является правильной. С принятием Теории Большого Взрыва, но до наблюдения Темной Энергии в 19 векеВ 90-х годах космологи пришли к соглашению о двух сценариях как о наиболее вероятных исходах для нашей Вселенной.

В первом сценарии, широко известном как «Большое сжатие», вселенная достигает максимального размера, а затем начинает сжиматься сама в себя. Это будет возможно только в том случае, если плотность массы Вселенной больше критической плотности. Другими словами, пока плотность материи остается на уровне или выше определенного значения (1-3 × 10 -26 кг материи на м 3 ), Вселенная в конечном итоге будет сжиматься.

В качестве альтернативы, если бы плотность во Вселенной была равна или ниже критической плотности, расширение замедлилось бы, но никогда не остановилось бы. В этом сценарии, известном как «Большое замораживание», Вселенная будет продолжаться до тех пор, пока звездообразование в конечном итоге не прекратится с потреблением всего межзвездного газа в каждой галактике. Тем временем все существующие звезды сгорят и станут белыми карликами, нейтронными звездами и черными дырами.

Очень постепенно столкновения между этими черными дырами приведут к накоплению массы в все более и более крупные черные дыры. Средняя температура Вселенной приблизилась бы к абсолютному нулю, а черные дыры испарились бы после испускания последнего излучения Хокинга. Наконец, энтропия Вселенной увеличилась бы до такой степени, что из нее нельзя было бы извлечь никакую организованную форму энергии (сценарий, известный как «тепловая смерть»).

Современные наблюдения, которые включают существование Темной Энергии и ее влияние на космическое расширение, привели к выводу, что все большая и большая часть видимой в настоящее время Вселенной будет проходить за наш горизонт событий (то есть реликтовое излучение, край того, что мы можем видеть). ) и становятся невидимыми для нас. Конечный результат этого в настоящее время неизвестен, но «тепловая смерть» также считается вероятной конечной точкой в ​​​​этом сценарии.

Другие объяснения темной энергии, называемые теориями фантомной энергии, предполагают, что в конечном итоге скопления галактик, звезды, планеты, атомы, ядра и сама материя будут разорваны на части постоянно увеличивающимся расширением. Этот сценарий известен как «Большой разрыв», в котором расширение самой Вселенной в конечном итоге приведет к ее гибели.

История Теории Большого Взрыва:

Самые ранние признаки Большого Взрыва появились в результате наблюдений в дальнем космосе, проведенных в начале 20-го века. В 1912 году американский астроном Весто Слайфер провел серию наблюдений за спиральными галактиками (которые считались туманностями) и измерил их красное доплеровское смещение. Почти во всех случаях спиральные галактики удалялись от нас.

В 1922 году русский космолог Александр Фридман разработал так называемые уравнения Фридмана, которые были получены из уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Вопреки тому, что в то время Эйнштейн отстаивал свою космологическую постоянную, работа Фридмана показала, что Вселенная, вероятно, находится в состоянии расширения.

В 1924 году Эдвин Хаббл измерил большое расстояние до ближайшей спиральной туманности и показал, что эти системы действительно являются другими галактиками. В то же время Хаббл начал разработку серии индикаторов расстояния, используя 100-дюймовый (2,5 м) телескоп Хукера в обсерватории Маунт-Вилсон. А к 1929 году Хаббл обнаружил корреляцию между расстоянием и скоростью удаления, которая теперь известна как закон Хаббла.

А затем, в 1927 году, Жорж Леметр, бельгийский физик и римско-католический священник, независимо получил те же результаты, что и уравнения Фридмана, и предположил, что предполагаемое удаление галактик связано с расширением Вселенной. В 1931, он пошел дальше, предполагая, что нынешнее расширение Вселенной означает, что чем раньше отец ушел в прошлое, тем меньше будет Вселенная. Он утверждал, что в какой-то момент в прошлом вся масса Вселенной должна была быть сосредоточена в одной точке, из которой возникла сама ткань пространства и времени.

Эти открытия вызвали споры между физиками на протяжении 1920-х и 30-х годов, причем большинство из них выступало за то, чтобы Вселенная находилась в устойчивом состоянии. В этой модели по мере расширения Вселенной постоянно создается новая материя, что позволяет сохранять однородность и плотность материи с течением времени. Среди этих ученых идея Большого взрыва казалась скорее теологической, чем научной, и против Леметра выдвигались обвинения в предвзятости на основании его религиозного происхождения.

История Вселенной от Большого Взрыва до наших дней. Кредит: bicepkeck.orgЭто

В это время также отстаивались и другие теории, такие как модель Милна и модель Осцилляционной Вселенной. Обе эти теории были основаны на общей теории относительности Эйнштейна (последняя была одобрена самим Эйнштейном) и утверждали, что Вселенная следует бесконечным или неопределенным самоподдерживающимся циклам.

После Второй мировой войны споры достигли апогея между сторонниками модели стационарного состояния (которая была формализована астрономом Фредом Хойлом) и сторонниками теории большого взрыва, популярность которой росла. По иронии судьбы именно Хойл придумал фразу «Большой взрыв» во время радиопередачи BBC 19 марта. 49, что некоторые считали уничижительным увольнением (что отрицал Хойл).

В конце концов, данные наблюдений стали отдавать предпочтение Большому взрыву, а не устойчивому состоянию. Открытие и подтверждение космического микроволнового фонового излучения в 1965 году закрепило за Большим взрывом статус лучшей теории происхождения и эволюции Вселенной. С конца 60-х до 1990-х астрономы и космологи представили еще более убедительные аргументы в пользу Большого взрыва, решив поднятые им теоретические проблемы.

К ним относятся документы, представленные Стивеном Хокингом и другими физиками, которые показали, что сингулярности были неизбежным начальным условием общей теории относительности и космологической модели Большого взрыва. В 1981 году физик Алан Гут выдвинул теорию о периоде быстрого космического расширения (также известном как «Эпоха инфляции»), который решил другие теоретические проблемы.

Диаграмма, показывающая вселенную Lambda-CBR от Большого взрыва до наших дней. Авторы и права: Алекс Миттельманн/Coldcreation

В 1990-е годы также наблюдался рост темной энергии как попытки решить нерешенные проблемы космологии. В дополнение к объяснению недостающей массы Вселенной (наряду с темной материей, первоначально предложенной в 1932 году Яном Оортом), он также дал объяснение того, почему Вселенная все еще ускоряется, а также предложил решение космологической теории Эйнштейна. Постоянный.

Значительный прогресс был достигнут благодаря достижениям в области телескопов, спутников и компьютерного моделирования, которые позволили астрономам и космологам увидеть больше Вселенной и лучше понять ее истинный возраст. Внедрение космических телескопов, таких как Cosmic Background Explorer (COBE), космический телескоп Хаббла, микроволновый зонд анизотропии Уилкинсона (WMAP) и обсерватория Планка, также имело неизмеримое значение.

Сегодня у космологов есть достаточно точные и точные измерения многих параметров модели Большого Взрыва, не говоря уже о возрасте самой Вселенной.