Произход и еволюция на Вселената: теорията за Големия взрив. Теории за произхода на Вселената

Изглеждаше малко вероятно ехото от събитията, случили се в първите милисекунди от раждането на Вселената, да може да достигне до нас. Това обаче се оказа възможно.

Космологията, структурата на Вселената, миналото, настоящето и бъдещето на нашия свят - тези въпроси винаги са занимавали най-добрите умове на човечеството. За развитието на космологията и науката като цяло разбирането на Вселената като единно цяло е изключително важно. Специална роля играят експерименталната проверка на абстрактните конструкции, потвърждаването на данните от техните наблюдения, разбирането и сравнението на резултатите от изследванията и адекватната оценка на определени теории. Сега сме по средата на пътя, който води от решаването на уравненията на Айнщайн до разбирането на тайните на раждането и живота на Вселената.

Следващата стъпка по този път е направена от създателя на теорията за хаотичната инфлация, завършил Московския държавен университет, сега професор в Станфордския университет, Андрей Дмитриевич Линде, който има значителен принос за разбирането на най-ранния етап на развитие на Вселената. Дълги години той работи в един от водещите академични руски институти - Физическия институт на името на. Академията на науките на Лебедев (FIAN), изучава последиците от съвременните теории за елементарните частици, работейки заедно с професор Дейвид Абрамович Киржниц.

През 1972 г. Киржниц и Линде стигнаха до извода, че в ранната Вселена са се случили особени фазови преходи, когато разликите между различните видове взаимодействия внезапно изчезнаха: силните и електрослабите взаимодействия се сляха в една единствена сила. (Обединена теория за слаби и електромагнитни взаимодействия, извършвани от кварки и лептони чрез обмен на безмасови фотони (електромагнитно взаимодействие) и тежки междинни векторни бозони (слабо взаимодействие), е създадена в края на 60-те години от Стивън Уайнбърг, Шелдън Глашоу и Абдус Salam.) В бъдеще Линде се фокусира върху изучаването на процеси на още по-ранни етапи от развитието на Вселената, през първите 10–30 s след нейното раждане. Преди това изглеждаше малко вероятно ехото от събития, настъпили през първите милисекунди от раждането на Вселената, да може да достигне до нас. През последните години обаче съвременните методи за астрономически наблюдения позволиха да се надникне в далечното минало.

Проблеми на космологията

Като се има предвид теорията за Големия взрив, изследователите са се сблъскали с проблеми, които преди са били възприемани като метафизични. Въпреки това неизменно възникваха въпроси и изискваха отговори.

Какво стана тогава, когато нямаше нищо? Ако Вселената е родена от сингулярност, тогава тя някога не е съществувала. В „Теоретичната физика” на Ландау и Лифшиц се казва, че решението на уравненията на Айнщайн не може да бъде продължено в областта на отрицателното време и следователно в рамките на общата теория на относителността въпросът „Какво се случи преди раждането на Вселената?" няма смисъл. Този въпрос обаче продължава да вълнува всички ни.

Пресичат ли се успоредните прави? В училище ни казаха не. Когато обаче става дума за космология, отговорът не е толкова еднозначен. Например в затворена вселена, като повърхността на сфера, линиите, които са били успоредни на екватора, се пресичат на северния и южния полюс. Евклид прав ли е? Защо Вселената изглежда плоска? Такава ли беше от самото начало? За да се отговори на тези въпроси, е необходимо да се установи каква е била Вселената в най-ранния си етап на развитие.

Защо Вселената е хомогенна? Всъщност това не е вярно. Има галактики, звезди и други нередности. Ако погледнете тази част от Вселената, която е във видимостта на съвременните телескопи, и анализирате средната плътност на разпространение на материята в космически мащаб, се оказва, че тя е еднаква във всички посоки с точност до 10–5. Защо Вселената е хомогенна? Защо едни и същи закони на физиката важат в различни части на Вселената? Защо Вселената е толкова голяма? Откъде идва енергията, необходима за създаването му?

Винаги възникваха съмнения и колкото повече учените научаваха за структурата и историята на нашия свят, толкова повече въпроси оставаха без отговор. Хората обаче се опитваха да не мислят за тях, възприемайки голямата хомогенна Вселена и непресичащите се успоредни линии като даденост, неподлежаща на обсъждане. Последната капка, която принуди физиците да преразгледат отношението си към теорията за ранната Вселена, беше проблемът с реликтовите монополи.

Съществуването на магнитни монополи е предложено през 1931 г. от английския теоретичен физик Пол Дирак. Ако такива частици наистина съществуват, тогава техният магнитен заряд трябва да е кратен на дадена стойност, която от своя страна се определя от фундаменталната стойност на електрическия заряд. Тази тема беше практически забравена почти половин век, но през 1975 г. беше направено сензационно изявление, че в космическите лъчи е открит магнитен монопол. Информацията не беше потвърдена, но съобщението събуди отново интереса към проблема и допринесе за разработването на нова концепция.

Според нов клас теории за елементарни частици, възникнали през 70-те години, монополите биха могли да се появят в ранната Вселена в резултат на фазови преходи, предсказани от Киржниц и Линде. Масата на всеки монопол е милион милиард пъти по-голяма от масата на протон. През 1978–1979г Зелдович, Хлопов и Прескил откриха, че се раждат доста такива монополи, така че сега ще има монопол за всеки протон, което означава, че Вселената ще бъде много тежка и трябва бързо да се срине под собствената си тежест. Фактът, че все още съществуваме, опровергава тази възможност.

Преразглеждане на теорията за ранната вселена

Отговорът на повечето от тези въпроси беше получен едва след появата на теорията за инфлацията.

Инфлационната теория има дълга история. Първата теория от този тип е предложена през 1979 г. от член-кореспондент на Руската академия на науките Алексей Александрович Старобински. Неговата теория беше доста сложна. За разлика от последващата работа, тя не се опитва да обясни защо Вселената е голяма, плоска, хомогенна и изотропна. Той обаче имаше много важни характеристики на инфлационната космология.

През 1980 г. служителят на MIT Алън Гуз ( Алън Гут) в статията „Раздуващата се Вселена: възможно решение на проблема с хоризонта и плоскостта“ очерта интересен сценарий за раздуваща се Вселена. Основната му разлика от традиционната теория за Големия взрив беше описанието на раждането на Вселената в периода от 10–35 до 10–32 s. Хус предполага, че по това време Вселената е била в състояние на така наречения „фалшив“ вакуум, в който нейната енергийна плътност е била изключително висока. Следователно разширяването е станало по-бързо, отколкото според теорията за Големия взрив. Този етап на експоненциално бързо разширяване се нарича инфлация (раздухване) на Вселената. Тогава фалшивият вакуум се разпадна и енергията му се превърна в енергията на обикновената материя.

Теорията на Хус се основава на теорията за фазовите преходи в ранната Вселена, разработена от Киржниц и Линде. За разлика от Старобински, Хус се зае да обясни, използвайки един прост принцип, защо Вселената е голяма, плоска, хомогенна, изотропна и също защо няма монополи. Етапът на инфлация може да реши тези проблеми.

За съжаление, след колапса на фалшивия вакуум в модела на Хус, Вселената се оказва или много нехомогенна, или празна. Факт е, че разпадането на фалшивия вакуум, подобно на вряща вода в чайник, е настъпило поради образуването на мехурчета от нова фаза. За да може освободената в този случай енергия да се трансформира в топлинната енергия на Вселената, беше необходимо да се сблъскат стените на огромни мехурчета, което би довело до нарушаване на хомогенността и изотропността на Вселената след надуване, което противоречи на задачата.

Въпреки че моделът на Хус не работи, той стимулира разработването на нови сценарии за една раздуваща се вселена.

Нова инфлационна теория

В средата на 1981 г. Линде предложи първата версия на нов сценарий за раздуваща се Вселена, базиран на по-подробен анализ на фазовите преходи в модела на Grand Unified. Той стигна до извода, че в някои теории експоненциалното разширение не завършва веднага след образуването на мехурчета, така че инфлацията може да се случи не само преди фазовия преход с образуването на мехурчета, но и след това, вече вътре в тях. В този сценарий се счита, че наблюдаваната част от Вселената се съдържа в един балон.

В новия сценарий Линде показа, че нагряването след надуване възниква поради създаването на частици по време на трептения на скаларното поле (виж по-долу). По този начин сблъсъците на стени на мехурчета, които генерират нехомогенности, станаха ненужни и по този начин проблемът с широкомащабната хомогенност и изотропност на Вселената беше решен.

Новият сценарий съдържа две ключови точки: първо, свойствата на физическото състояние вътре в мехурчетата трябва да се променят бавно, за да позволят инфлация вътре в балона; второ, на по-късни етапи трябва да възникнат процеси, които осигуряват нагряване на Вселената след фазовия преход. Година по-късно изследователят преразгледа подхода си, предложен в новата инфлационна теория, и стигна до извода, че фазовите преходи изобщо не са необходими, както и преохлаждането и фалшивия вакуум, с които започна Алън Гус. Това беше емоционален шок, защото беше необходимо да се изоставят идеите за горещата Вселена, фазовите преходи и свръхохлаждането, които се смятаха за верни. Беше необходимо да се намери нов начин за решаване на проблема. Тогава беше представена теорията за хаотичната инфлация.

Хаотична инфлация

Идеята зад теорията на Линде за хаотичната инфлация е много проста, но за да я обясним, трябва да въведем концепцията за скаларно поле. Има насочени полета - електромагнитно, електрическо, магнитно, гравитационно, но може да има поне още едно - скаларно, което не е насочено никъде, а е просто функция от координати.

Най-близкият (макар и не точен) аналог на скаларното поле е електростатичният потенциал. Напрежението в електрическите мрежи в САЩ е 110 V, а в Русия - 220 V. Ако човек се хване с едната ръка за американския проводник, а с другата за руския, ще бъде убит от потенциалната разлика. Ако напрежението беше еднакво навсякъде, нямаше да има потенциална разлика и нямаше да тече ток. Така че в постоянно скаларно поле няма потенциална разлика. Следователно не можем да видим постоянно скаларно поле: то изглежда като вакуум, който в някои случаи може да има висока енергийна плътност.

Смята се, че без полета от този тип е много трудно да се създаде реалистична теория на елементарните частици. През последните години бяха открити почти всички частици, предвидени от теорията за електрослабите взаимодействия, с изключение на скаларните. Търсенето на такива частици е една от основните цели на огромния ускорител, който в момента се изгражда в ЦЕРН, Швейцария.

Скаларното поле присъства в почти всички инфлационни сценарии. Гюс предложи използването на потенциала с няколко дълбоки спадове. Новата инфлационна теория на Линде изисква потенциал с почти плосък връх, но по-късно, в сценарий на хаотична инфлация, се оказа, че просто вземането на обикновена парабола ще работи.

Нека разгледаме най-простото скаларно поле, чиято плътност на потенциалната енергия е пропорционална на квадрата на неговата величина, точно както енергията на махалото е пропорционална на квадрата на неговото отклонение от равновесното положение:

Едно малко поле няма да знае нищо за Вселената и ще се колебае близо до своя минимум. Въпреки това, ако полето е достатъчно голямо, то ще се търкаля надолу много бавно, ускорявайки Вселената поради своята енергия. На свой ред скоростта на Вселената (а не на частиците) ще забави падането на скаларното поле.

По този начин голямото скаларно поле води до висока скорост на разширяване на Вселената. Високата скорост на разширяване на Вселената предотвратява разпадането на полето и по този начин предотвратява намаляването на потенциалната плътност на енергията. А високата енергийна плътност продължава да ускорява Вселената с все по-голяма скорост. Този самоподдържащ се режим води до инфлация, експоненциално бързото раздуване на Вселената.

За да се обясни този удивителен ефект, е необходимо съвместно да се реши уравнението на Айнщайн за мащабния фактор на Вселената:

и уравнението на движение за скаларното поле:

Тук H е така наречената константа на Хъбъл, пропорционална на енергийната плътност на скаларното поле с маса m (тази константа всъщност зависи от времето); G е гравитационната константа.

Изследователите вече са разгледали как ще се държи скаларното поле в близост до черна дупка и по време на колапса на Вселената. Но по някаква причина режимът на експоненциално разширение не беше намерен. Всичко, което трябваше да направите, беше да напишете пълно уравнение за скаларното поле, което в стандартната версия (тоест без да се отчита разширяването на Вселената) изглеждаше като уравнението за махало:

Но се намеси някакъв допълнителен термин - силата на триене, която беше свързана с геометрията; Никой не го взе предвид в началото. Това е произведение на константата на Хъбъл и скоростта на полето:

Когато константата на Хъбъл беше голяма, триенето също беше голямо и скаларното поле намаляваше много бавно. Следователно константата на Хъбъл, която е функция на скаларното поле, остава почти непроменена за дълго време. Решението на уравнението на Айнщайн с бавно променяща се константа на Хъбъл описва експоненциално бързо разширяваща се Вселена.

Този етап на експоненциално бързо разширяване на Вселената се нарича инфлация.

Как този режим се различава от обичайното разширяване на Вселената, изпълнена с обикновена материя? Да приемем, че Вселената, пълна с прах, се е разширила 2 пъти. Тогава обемът му се увеличи 8 пъти. Това означава, че в 1 cm3 има 8 пъти по-малко прах. Ако решим уравнението на Айнщайн за такава Вселена, ще се окаже, че след Големия взрив плътността на материята е намаляла бързо и скоростта на разширяване на Вселената бързо е намаляла.

Същото би се случило със скаларно поле. Но въпреки че полето оставаше много голямо, то се поддържаше, като барон Мюнхаузен, който се измъква от блатото за своята косичка. Това беше възможно благодарение на силата на триене, която беше значителна при високи стойности на полето. В съответствие с новия тип теории, Вселената се разширява бързо, но полето остава почти непроменено; Съответно енергийната плътност не се променя. Това означава, че разширяването е експоненциално.

Постепенно полето намалява, константата на Хъбъл също намалява, триенето става малко и полето започва да осцилира, генерирайки елементарни частици. Тези частици се сблъскват, обменят енергия и постепенно достигат до състояние на термодинамично равновесие. В резултат на това Вселената стана гореща.

Преди това се смяташе, че Вселената е била гореща от самото начало. До този извод се стигна при изследване на микровълновото лъчение, което се тълкува като следствие от Големия взрив и последвалото охлаждане. Тогава те започнаха да смятат, че първоначално Вселената е била гореща, след това е настъпила инфлация и след това Вселената отново е станала гореща. В теорията на хаотичната инфлация обаче първият горещ етап се оказа ненужен. Но защо се нуждаехме от етапа на инфлация, ако в края на този етап Вселената все още ставаше гореща, както в старата теория за Големия взрив?

Експоненциално разширение

Има три най-прости модела на Вселената: плосък, отворен и затворен. Плоската вселена е като повърхността на плоска маса; успоредните линии в такава Вселена винаги остават успоредни. Отворената Вселена е подобна на повърхността на хиперболоид, а затворената Вселена е подобна на повърхността на сфера. Паралелните линии в такава Вселена се пресичат на нейния северен и южен полюс.

Да приемем, че живеем в затворена Вселена, която първоначално е била малка като топка. Според теорията за Големия взрив той е нараснал до приличен размер, но все още е останал относително малък. И според инфлационната теория една малка топка става огромна в резултат на експоненциална експлозия за много кратко време. Застанал върху него, наблюдателят би видял равна повърхност.

Нека си представим Хималаите, където има много различни издатини, пукнатини, бездни, котловини, камъни, т.е. хетерогенности. Но изведнъж някой или нещо по напълно невероятен начин увеличи планините до гигантски размери или ние се свихме, като Алиса в страната на чудесата. Тогава, намирайки се на върха на Еверест, ще видим, че той е напълно плосък - сякаш е разпънат и разнородностите са престанали да имат значение. Планините остават, но за да се издигнете дори един метър, трябва да отидете невероятно далеч. По този начин може да се реши проблемът с хомогенността. Това също обяснява защо Вселената е плоска, защо успоредните линии не се пресичат и защо не съществуват монополи. Паралелните линии могат да се пресичат и монополите могат да съществуват, но само толкова далеч от нас, че не можем да го видим.

Появата на галактиките

Малката Вселена стана колосална и всичко стана хомогенно. Но какво да кажем за галактиките? Оказа се, че по време на експоненциалното разширяване на Вселената малките квантови флуктуации, които винаги съществуват, дори в празното пространство, поради принципа на квантово-механичната несигурност, се разтягат до колосални размери и се превръщат в галактики. Според инфлационната теория галактиките са резултат от усилване на квантови флуктуации, т.е. усилен и замразен квантов шум.

Тази невероятна възможност беше посочена за първи път от служителите на ФИАН Вячеслав Федорович Муханов и Генадий Василиевич Чибисов в работа, базирана на модел, предложен през 1979 г. от Старобински. Скоро след това подобен механизъм беше открит в новия инфлационен сценарий и в теорията за хаотичната инфлация.

Пъстро небе

Квантовите флуктуации доведоха не само до раждането на галактики, но и до появата на анизотропия на космическото микровълново фоново лъчение с температура около 2,7 K, идващо към нас от далечни региони на Вселената.

Съвременните изкуствени спътници на Земята помагат на учените да изследват космическото микровълново фоново лъчение. Най-ценните данни бяха получени с помощта на космическата сонда WMAP ( Сонда за микровълнова анизотропия Wilkinson), кръстен на астрофизика Дейвид Уилкинсън ( Дейвид Уилкинсън). Разделителната способност на оборудването му е 30 пъти по-голяма от тази на предшественика му, космическия кораб COBE.

По-рано се смяташе, че температурата на небето навсякъде е 2,7 K, но WMAP успя да я измери с точност от 10 –5 K с висока ъглова разделителна способност. Според данните, получени през първите 3 години от наблюденията, небето се оказа разнородно: някъде горещо, а някъде по-студено. Най-простите модели на теорията на инфлацията предсказваха вълни в небето. Но докато телескопите не открият петната му, се наблюдава само триградусова радиация, което служи като най-мощното потвърждение на теорията за гореща Вселена. Сега стана ясно, че теорията за гореща Вселена не е достатъчна.

Възможно е да се получат снимки на раздути квантови флуктуации, които се появяват 10–30 s след раждането на Вселената и са оцелели до днес. Изследователите не само откриха зацапването на небето, но също така проучиха спектъра на петната, тоест интензитета на сигнала в различни ъглови посоки.

Резултатите от високоточни измервания на поляризацията на радиацията, извършени с помощта на WMAP, потвърдиха теорията за разширяването на Вселената и позволиха да се установи кога е настъпила йонизацията на междугалактическия газ, причинена от първите звезди. Информацията, получена от спътника, потвърди позицията на инфлационната теория, че живеем в голяма плоска Вселена.

На фигурата червената линия показва прогнозата на теорията за инфлацията, а черните точки съответстват на експерименталните данни на WMAP. Ако Вселената не беше плоска, тогава върхът на графиката щеше да е отдясно или отляво.

Вечен и безкраен

Нека погледнем отново фигурата, показваща най-простия потенциал на скаларно поле (виж по-горе). В областта, където скаларното поле е малко, то осцилира и Вселената не се разширява експоненциално. В областта, където полето е достатъчно голямо, то бавно намалява и в него се появяват малки колебания. По това време настъпва експоненциално разширяване и протича процесът на инфлация. Ако скаларното поле беше още по-голямо (отбелязано в синьо на графиката), тогава поради огромното триене то едва ли би намаляло, квантовите флуктуации биха били огромни и Вселената може да стане фрактална.

Нека си представим, че Вселената се разширява бързо и на някое място скаларното поле, вместо да се търкаля към минималната енергия, скача нагоре поради квантови флуктуации (вижте по-горе). На мястото, където полето е скочило, Вселената се разширява експоненциално по-бързо. Ниско разположено поле е малко вероятно да скочи, но колкото по-високо е, толкова по-голяма е вероятността за такова развитие на събитията и следователно експоненциално по-голям обем на новата област. Във всяка от тези плоски области полето също може да скочи нагоре, което води до създаването на нови експоненциално нарастващи части от Вселената. В резултат на това, вместо да бъде като една огромна растяща топка, нашият свят става като непрекъснато растящо дърво, състоящо се от много такива топки.

Инфлационната теория ни дава единственото известно в момента обяснение за хомогенността на наблюдаваната част от Вселената. Парадоксално, същата теория предвижда, че в изключително големи мащаби нашата Вселена е абсолютно нехомогенна и изглежда като огромен фрактал.

Фигурата схематично показва как една нарастваща област на Вселената поражда все повече и повече нови части от нея. В този смисъл тя става вечна и самовъзстановяваща се.

Свойствата на пространство-времето и законите на взаимодействие на елементарните частици помежду си в различните региони на Вселената могат да бъдат различни, както и размерите на пространството и видовете вакуум.

Този факт заслужава по-подробно обяснение. Според най-простата теория с един минимум потенциална енергия, скаларното поле се спуска до този минимум. По-реалистичните версии обаче допускат множество минимуми с различна физика, което напомня на вода, която може да съществува в различни състояния: течно, газообразно и твърдо. Различните части на Вселената също могат да бъдат в различни фазови състояния; това е възможно в инфлационната теория дори без да се вземат предвид квантовите флуктуации.

Следващата стъпка, базирана на изследването на квантовите флуктуации, е теорията за самолекуващата се Вселена. Тази теория взема предвид процеса на постоянно пресъздаване на раздуващи се региони и квантови скокове от едно вакуумно състояние в друго, изброявайки различни възможности и измерения.

Така Вселената става вечна, безкрайна и разнообразна. Цялата Вселена никога няма да се разпадне. Това обаче не означава, че няма особености. Напротив, значителна част от физическия обем на Вселената винаги е в състояние, близко до единично. Но тъй като различни обеми преминават през него по различно време, няма единен край на пространство-времето, след което всички области изчезват. И тогава въпросът за множеството светове във времето и пространството придобива съвсем различен смисъл: Вселената може да се възпроизвежда безкрайно във всичките си възможни състояния.

Това твърдение, което се основава на работата на Линде през 1986 г., придоби нов смисъл преди няколко години, когато струнните теоретици (водещият кандидат за теорията на всички фундаментални взаимодействия) стигнаха до заключението, че в тази теория 10 100 -10 1000 са възможни различни вакуумни състояния. Тези състояния се различават поради изключителното разнообразие на възможната структура на света на ултракъси разстояния.

Взето заедно с теорията за самовъзстановяващата се инфлационна Вселена, това означава, че по време на инфлация Вселената се разпада на безкраен брой части с невероятно голям брой различни свойства. Космолозите наричат ​​този сценарий теорията за вечната инфлационна мултивселена ( мултивселена), а струнните теоретици го наричат ​​струнен пейзаж.

Преди 25 години инфлационната космология изглеждаше като нещо средно между физическа теория и научна фантастика. С течение на времето много от предсказанията на тази теория бяха проверени и тя постепенно придоби чертите на стандартна космологична парадигма. Но е рано да се успокоявате. Тази теория продължава да се развива и променя бързо днес. Основният проблем е разработването на модели на инфлационната космология, базирани на реалистични версии на теорията на елементарните частици и теорията на струните. Този въпрос може да бъде тема на отделен доклад.

Как се превърна в привидно безкрайно пространство? И какво ще стане след много милиони и милиарди години? Тези въпроси са измъчвали (и продължават да измъчват) умовете на философи и учени, изглежда, от началото на времето, пораждайки много интересни и понякога дори луди теории

Днес повечето астрономи и космолози са стигнали до общо съгласие, че Вселената, каквато я познаваме, е резултат от гигантска експлозия, която не само е създала по-голямата част от материята, но е била източникът на основните физически закони, според които космосът, който заобикаля ни съществува. Всичко това се нарича теория за големия взрив.

Основите на теорията за големия взрив са относително прости. Така, накратко, според него цялата материя, която е съществувала и съществува във Вселената, се е появила по едно и също време – преди около 13,8 милиарда години. В този момент цялата материя е съществувала под формата на много компактна абстрактна топка (или точка) с безкрайна плътност и температура. Това състояние беше наречено сингулярност. Изведнъж сингулярността започна да се разширява и роди вселената, която познаваме.

Заслужава да се отбележи, че теорията за големия взрив е само една от многото предложени хипотези за произхода на Вселената (например, има и теория за стационарна Вселена), но тя получи най-широко признание и популярност. Той не само обяснява източника на цялата позната материя, законите на физиката и по-голямата структура на Вселената, но също така описва причините за разширяването на Вселената и много други аспекти и явления.

Хронология на събитията в теорията за големия взрив.

Въз основа на знанията за текущото състояние на Вселената учените теоретизират, че всичко трябва да е започнало от една точка с безкрайна плътност и крайно време, която е започнала да се разширява. След първоначалното разширяване, според теорията, Вселената премина през фаза на охлаждане, която позволи появата на субатомни частици и по-късно прости атоми. Гигантски облаци от тези древни елементи по-късно, благодарение на гравитацията, започнаха да образуват звезди и галактики.

Всичко това, според учените, е започнало преди около 13,8 милиарда години и затова тази начална точка се счита за възрастта на Вселената. Чрез изследване на различни теоретични принципи, провеждане на експерименти, включващи ускорители на частици и високоенергийни състояния, и провеждане на астрономически изследвания на далечните краища на Вселената, учените са извели и предложили хронология на събитията, които са започнали с Големия взрив и са довели Вселената в крайна сметка до това състояние на космическата еволюция, което се извършва сега.

Учените смятат, че най-ранните периоди от произхода на Вселената - с продължителност от 10-43 до 10-11 секунди след големия взрив - все още са въпрос на дебат и дебат. внимание! Само ако вземем предвид, че законите на физиката, които сега познаваме, не биха могли да съществуват по това време, тогава е много трудно да разберем как са били регулирани процесите в тази ранна вселена. Освен това все още не са проведени експерименти, използващи възможните типове енергии, които биха могли да присъстват по това време. Както и да е, много теории за произхода на Вселената в крайна сметка са съгласни, че в някакъв момент е имало начална точка, от която всичко е започнало.

Ерата на сингулярността.

Известна още като епохата на Планк (или епохата на Планк), тя се приема за най-ранния известен период в еволюцията на Вселената. По това време цялата материя се съдържаше в една точка с безкрайна плътност и температура. През този период учените смятат, че квантовите ефекти на гравитационните взаимодействия доминират над физическите и никоя физическа сила не е равна по сила на гравитацията.

Предполага се, че ерата на Планк е продължила от 0 до 10-43 секунди и е наречена така, защото нейната продължителност може да бъде измерена само с времето на Планк. Поради екстремните температури и безкрайната плътност на материята, състоянието на Вселената през този период от време е изключително нестабилно. Това беше последвано от периоди на разширяване и охлаждане, които пораждат фундаменталните сили на физиката.

Приблизително в периода от 10-43 до 10-36 секунди във Вселената е настъпил процес на сблъсък на преходни температурни състояния. Смята се, че в този момент фундаменталните сили, които управляват настоящата вселена, са започнали да се отделят една от друга. Първата стъпка от това разделяне беше появата на гравитационни сили, силни и слаби ядрени взаимодействия и електромагнетизъм.

В периода от около 10-36 до 10-32 секунди след големия взрив, температурата на Вселената стана достатъчно ниска (1028 К), което доведе до разделянето на електромагнитните сили (силната сила) и слабата ядрена сила ( слабата сила).

Ерата на инфлацията.

С появата на първите фундаментални сили във Вселената започва ерата на инфлацията, която продължава от 10-32 секунди по време на Планк до неизвестен момент във времето. Повечето космологични модели предполагат, че Вселената през този период е била равномерно изпълнена с енергия с висока плътност и невероятно високи температури и налягания са я накарали бързо да се разширява и охлажда.

Това започна на 10-37 секунди, когато преходната фаза, която предизвика разделянето на силите, беше последвана от разширяването на Вселената в геометрична прогресия. През същия период от време Вселената е била в състояние на бариогенеза, когато температурата е била толкова висока, че произволното движение на частиците в пространството е ставало със скорост, близка до светлинната.

По това време двойки частици - античастици се образуват и веднага се сблъскват и унищожават, което се смята, че е довело до доминирането на материята над антиматерията в съвременната Вселена. След като инфлацията спря, Вселената се състоеше от кварк-глуонна плазма и други елементарни частици. От този момент нататък Вселената започна да изстива, материята започна да се образува и комбинира.

Ерата на охлаждане.

Тъй като плътността и температурата във Вселената намаляват, енергията във всяка частица започва да намалява. Това преходно състояние продължи, докато фундаменталните сили и елементарните частици достигнаха сегашната си форма. Тъй като енергията на частиците е спаднала до стойности, които могат да бъдат постигнати днес в експерименти, действителното възможно съществуване на този период от време е много по-малко противоречиво сред учените.

Например учените смятат, че 10-11 секунди след големия взрив енергията на частиците е намаляла значително. На около 10-6 секунди кварките и глуоните започнаха да образуват бариони - протони и неутрони. Кварките започват да преобладават над антикварките, което от своя страна води до преобладаването на барионите над антибарионите.

Тъй като температурата вече не беше достатъчно висока, за да създаде нови двойки протон-антипротон (или двойки неутрон-антинеутрон), последва масово унищожаване на тези частици, което доведе до остатъка от само 1/1010 от броя на първоначалните протони и неутрони и пълното изчезване на техните античастици. Подобен процес се е случил около 1 секунда след големия взрив. Само „Жертвите” този път бяха електрони и позитрони. След масовото унищожение останалите протони, неутрони и електрони престанаха да се движат случайно и енергийната плътност на Вселената беше изпълнена с фотони и в по-малка степен с неутрино.

През първите минути от разширяването на Вселената започва период на нуклеосинтеза (синтез на химични елементи), като температурата пада до 1 милиард келвина и енергийната плътност намалява до стойности, приблизително еквивалентни на тази на въздуха, неутроните и протоните започнаха да се смесват и да образуват първия стабилен изотоп на водород (деутерий) и хелиеви атоми Въпреки това повечето от протоните във Вселената останаха като несвързани ядра на водородни атоми.

След около 379 000 години електроните се комбинират с тези водородни ядра, за да образуват атоми (отново предимно водород), докато радиацията се отделя от материята и продължава да се разширява почти безпрепятствено в пространството. Това лъчение се нарича космическо микровълново фоново лъчение и е най-старият източник на светлина във Вселената.

С разширяването CMB постепенно губи своята плътност и енергия и в момента температурата му е 2,7260 0,0013 K (- 270,424 C), а енергийната плътност е 0,25 eV (или 4,005x10-14 J/m? ; 400-500 фотона /cm CMB се простира във всички посоки и на разстояние от около 13,8 милиарда светлинни години, но оценката на действителното му разпространение е около 46 милиарда светлинни години от центъра на Вселената.

Ерата на структурата (йерархична ера).

През следващите няколко милиарда години по-плътните области от материя, които са почти равномерно разпределени във Вселената, започнаха да се привличат взаимно. В резултат на това те станаха още по-плътни и започнаха да образуват облаци от газ, звезди, галактики и други астрономически структури, които можем да наблюдаваме днес. Този период се нарича йерархична ера. По това време Вселената, която виждаме сега, започна да приема своята форма. Материята започва да се обединява в структури с различни размери - звезди, планети, галактики, галактически купове, както и галактически суперкупове, разделени от междугалактически мостове, съдържащи само няколко галактики.

Детайлите на този процес могат да бъдат описани според идеята за количеството и вида на материята, разпределена във Вселената, която е представена като студена, топла, гореща тъмна материя и барионна материя. Настоящият стандартен космологичен модел на големия взрив обаче е ламбда-CDM моделът, според който частиците на тъмната материя се движат по-бавно от скоростта на светлината. Той е избран, защото разрешава всички противоречия, които се появяват в други космологични модели.

Според този модел студената тъмна материя съставлява около 23 процента от цялата материя/енергия във Вселената. Делът на барионната материя е около 4,6 процента. Ламбда - CDM се отнася до така наречената космологична константа: теория, предложена от Алберт Айнщайн, която характеризира свойствата на вакуума и показва балансовата връзка между масата и енергията като постоянна статична величина. В този случай тя се свързва с тъмната енергия, която служи като ускорител на разширяването на Вселената и поддържа гигантските космологични структури до голяма степен хомогенни.

Дългосрочни прогнози за бъдещето на Вселената.

Хипотезите, че еволюцията на Вселената има начална точка, естествено водят учените до въпроси относно възможната крайна точка на този процес. Само ако вселената е започнала своята история от малка точка с безкрайна плътност, която внезапно е започнала да се разширява, това не означава, че и тя ще се разширява безкрайно или един ден ще й свърши силата на разширяване и ще започне обратният процес на компресия , крайният резултат от което все още ще бъде същата безкрайно плътна точка?

Отговорът на тези въпроси е основната цел на космолозите от самото начало на дебата за това кой космологичен модел на Вселената е правилен. С приемането на теорията за големия взрив, но до голяма степен благодарение на наблюдението на тъмната енергия през 90-те години, учените стигнаха до консенсус относно двата най-вероятни сценария за еволюцията на Вселената.

Според първия, наречен Big Crunch, Вселената ще достигне максималния си размер и ще започне да се разпада. Този сценарий ще бъде възможен само ако плътността на масата на Вселената стане по-голяма от самата критична плътност. С други думи, ако плътността на материята достигне или се повиши над определена стойност (1-3x10-26 kg материя на m), Вселената ще започне да се свива.

Алтернатива е друг сценарий, който гласи, че ако плътността във Вселената е равна или под критичната стойност на плътност, тогава нейното разширяване ще се забави, но никога няма да спре напълно. Според тази хипотеза, наречена „топлинна смърт на Вселената“, разширяването ще продължи, докато образуването на звезди спре да консумира междузвездния газ във всяка от околните галактики. Тоест преносът на енергия и материя от един обект към друг напълно ще спре. Всички съществуващи звезди в този случай ще изгорят и ще се превърнат в бели джуджета, неутронни звезди и черни дупки.

Постепенно черните дупки ще се сблъскат с други черни дупки, което ще доведе до образуването на все по-големи и по-големи. Средната температура на Вселената ще се доближи до абсолютната нула. Черните дупки в крайна сметка ще се "изпарят", освобождавайки последното си хокингово лъчение. В крайна сметка термодинамичната ентропия във Вселената ще достигне своя максимум. Ще настъпи топлинна смърт.

Съвременните наблюдения, които отчитат наличието на тъмна енергия и нейното влияние върху разширяването на пространството, доведоха учените до заключението, че с времето все по-голяма част от Вселената ще премине отвъд нашия хоризонт на събитията и ще стане невидима за нас. Крайният и логичен резултат от това все още не е известен на учените, но „топлинната смърт“ може да е крайната точка на подобни събития.

Съществуват и други хипотези относно разпространението на тъмната енергия или по-точно възможните й видове (например фантомна енергия. Според тях в резултат на това ще бъдат разкъсани галактически купове, звезди, планети, атоми, атомни ядра и самата материя). на безкрайното й разширяване.Такъв сценарий на еволюция се нарича „Голямото разкъсване.“ Според този сценарий причината за смъртта на Вселената е самото разширяване.

История на теорията за Големия взрив.

Най-ранното споменаване на големия взрив датира от началото на 20 век и е свързано с наблюдения на космоса. През 1912 г. американският астроном Весто Слайфър прави серия от наблюдения на спирални галактики (които първоначално се смятат за мъглявини) и измерва тяхното доплерово червено отместване. В почти всички случаи наблюденията показват, че спиралните галактики се отдалечават от нашия Млечен път.

През 1922 г. изключителният руски математик и космолог Александър Фридман извежда така наречените уравнения на Фридман от уравненията на Айнщайн за общата теория на относителността. Въпреки популяризирането на теория от Айнщайн в полза на космологичната константа, работата на Фридман показва, че Вселената е по-скоро в състояние на разширяване.

През 1924 г. измерванията на Едуин Хъбъл на разстоянието до близка спирална мъглявина показаха, че тези системи всъщност са наистина различни галактики. По същото време Хъбъл започна да разработва серия от показатели за изваждане на разстояние, използвайки 2,5-метровия телескоп Хукър в обсерваторията Маунт Уилсън. До 1929 г. Хъбъл открива връзка между разстоянието и скоростта, с която се отдалечават галактиките, което по-късно се превръща в закон на Хъбъл.

През 1927 г. белгийският математик, физик и католически свещеник Жорж Леметр независимо един от друг достига до същите резултати като уравненията на Фридман и е първият, който формулира връзката между разстоянието и скоростта на галактиките, като предлага първата оценка на коефициента на тази връзка. Льометр вярва, че в някакъв момент в миналото цялата маса на Вселената е била концентрирана в една точка (атом.

Тези открития и предположения предизвикаха много дебати сред физиците през 20-те и 30-те години, повечето от които вярваха, че Вселената е в стационарно състояние. Според установения по това време модел, новата материя е създадена заедно с безкрайното разширяване на Вселената, разпределена равномерно и еднакво по плътност в целия й обхват. Сред учените, които я подкрепиха, идеята за големия взрив изглеждаше повече теологична, отколкото научна. Lemaitre беше критикуван, че е пристрастен въз основа на религиозни предразсъдъци.

Трябва да се отбележи, че по същото време съществуват и други теории. Например моделът на Милн на Вселената и цикличният модел. И двете се основават на постулатите на общата теория на относителността на Айнщайн и впоследствие получават подкрепата на самия учен. Според тези модели Вселената съществува в безкраен поток от повтарящи се цикли на разширяване и свиване.

1. Ерата на сингулярността (Планков). Смята се за първичен, като ранен еволюционен период на Вселената. Материята беше концентрирана в една точка, която имаше собствена температура и безкрайна плътност. Учените твърдят, че тази епоха се характеризира с доминирането на квантовите ефекти, принадлежащи на гравитационното взаимодействие над физическите, и нито една физическа сила, съществувала в онези далечни времена, не е била идентична по сила с гравитацията, тоест не е била равна на нея. Продължителността на ерата на Планк е концентрирана в диапазона от 0 до 10-43 секунди. Той получи това име, защото само времето на Планк можеше да измери напълно неговия обхват. Този интервал от време се счита за много нестабилен, което от своя страна е тясно свързано с екстремната температура и неограничената плътност на материята. След ерата на сингулярността настъпи период на разширяване и с него охлаждане, което доведе до формирането на основни физически сили.

Как се роди Вселената. Студено раждане

Какво се е случило преди Вселената? Модел на "Спящата" Вселена

„Може би преди Големия взрив Вселената е била много компактно, бавно развиващо се статично пространство“, теоретизират физици като Кърт Хинтербихлер, Остин Джойс и Джъстин Хури.

Тази „предексплозивна“ Вселена трябваше да има метастабилно състояние, тоест да бъде стабилна, докато не се появи още по-стабилно състояние. По аналогия си представете скала, на ръба на която има камък в състояние на вибрация. Всеки контакт с камъка ще доведе до падането му в бездната или - което е по-близо до нашия случай - ще настъпи Голям взрив. Според някои теории "предексплозивната" Вселена може да съществува в различна форма, например под формата на сплескано и много плътно пространство. В резултат на това този метастабилен период приключи: той рязко се разшири и придоби формата и състоянието на това, което виждаме сега.

„Моделът на спящата вселена обаче също има своите проблеми“, казва Карол.

„Това също така предполага, че нашата Вселена има ниско ниво на ентропия, но не обяснява защо това е така.“

Въпреки това Хинтербихлер, теоретичен физик от университета Case Western Reserve, не вижда появата на ниска ентропия като проблем.

„Ние просто търсим обяснение на динамиката, настъпила преди Големия взрив, което обяснява защо виждаме това, което виждаме сега. Засега това е единственото, което ни остава“, казва Хинтербихлер.

Карол обаче вярва, че има друга теория за Вселената преди експлозията, която може да обясни ниското ниво на ентропия в нашата Вселена.

Как Вселената се появи от нищото. Как работи Вселената

Нека поговорим как всъщност работи физиката според нашите концепции. От времето на Нютон парадигмата на фундаменталната физика не се е променила; включва три части. Първото е „пространство на състоянието“: по същество списък на всички възможни конфигурации, в които Вселената може да съществува. Второто е определено състояние, което представлява Вселената в даден момент от времето, обикновено текущия. Третото е определено правило, според което Вселената се развива във времето. Дайте ми Вселената днес и законите на физиката ще ви кажат какво ще се случи с нея в бъдеще. Този начин на мислене е не по-малко верен за квантовата механика или общата теория на относителността или квантовата теория на полето, отколкото за Нютоновата механика или електродинамиката на Максуел.

Квантовата механика, по-специално, е специална, но много гъвкава реализация на тази схема. (Квантовата теория на полето е само конкретен пример за квантовата механика, а не нов начин на мислене). Състоянията са „вълнови функции“, а наборът от всички възможни вълнови функции на определена система се нарича „хилбертово пространство“. Предимството му е, че силно ограничава набора от възможности (защото е векторно пространство: бележка за специалисти). След като ми кажете неговия размер (брой измерения), вие напълно ще дефинирате своето Хилбертово пространство. Това е коренно различно от класическата механика, в която пространството на състоянията може да стане изключително сложно. Освен това има и машина – „Хамилтонианът“ – която показва точно как да се развие от едно състояние в друго във времето. Повтарям, че няма много разновидности на Хамилтонианците; достатъчно е да запишете определен списък от количества (собствени стойности на енергията - пояснение за вас, досадни експерти).

Как се появи животът на Земята. Живот в Земята

Живот, използващ химия, различна от нашата, може да възникне на Земята повече от веднъж. Може би. И ако открием доказателства за такъв процес, това означава, че има голяма вероятност животът да възникне на много места във Вселената независимо едно от друго, точно както животът е възникнал на Земята. Но от друга страна, представете си как бихме се почувствали, ако в крайна сметка открием живот на друга планета, може би обикаляща около далечна звезда, и се окаже, че има идентична химия и може би дори идентична структура на ДНК като нашата.

Шансовете животът на Земята да е възникнал напълно спонтанно и случайно изглеждат много малки. Шансовете точно същия живот да възникне на друго място са невероятно малки и на практика равни на нула. Но има възможни отговори на тези въпроси, които английските астрономи Фред Хойл и Чандра Викрамасингхе очертаха в необичайната си книга, написана през 1979 г., Life cloud.

Като се има предвид изключително малко вероятната възможност животът на Земята да се появи от само себе си, авторите предлагат друго обяснение. Това се крие във факта, че възникването на живота се е случило някъде в космоса и след това се е разпространило във Вселената чрез панспермия. Микроскопичен живот, уловен в отломки от космически сблъсъци, може да пътува, докато е в латентно състояние за много дълги периоди от време. След което, когато пристигне на местоназначението си, където ще започне да се развива отново. По този начин целият живот във Вселената, включително животът на Земята, всъщност е един и същ живот.

Видео как се появи Вселената

Как Вселената се появи от нищото. Студено раждане

Но пътят към такова обединение може да бъде обмислен на качествено ниво и тук възникват много интересни перспективи. Един от тях е разгледан от известния космолог, професор в Университета на Аризона Лорънс Краус в наскоро публикуваната му книга „Вселена от нищото“. Неговата хипотеза изглежда фантастична, но изобщо не противоречи на установените закони на физиката.

Смята се, че нашата Вселена е възникнала от много горещо първоначално състояние с температура от около 1032 Келвина. Но също така е възможно да си представим студеното раждане на вселени от чист вакуум - по-точно от неговите квантови флуктуации. Добре известно е, че такива флуктуации пораждат много виртуални частици, които буквално са възникнали от нищото и впоследствие са изчезнали безследно. Според Краус вакуумните флуктуации по принцип са способни да породят също толкова ефимерни протовселени, които при определени условия преминават от виртуално състояние в реално.

Въпросът как е възникнала Вселената винаги е вълнувал хората. Това не е изненадващо, защото всеки иска да знае произхода си. Учени, свещеници и писатели се борят с този въпрос от няколко хилядолетия. Този въпрос вълнува умовете не само на специалисти, но и на всеки обикновен човек. Въпреки това си струва да кажем веднага, че няма 100% отговор на въпроса как е възникнала Вселената. Има само една теория, която се подкрепя от повечето учени.

• Тук ще го анализираме.

Тъй като всичко, което заобикаля човека, има свое начало, не е изненадващо, че от древни времена човекът се опитва да намери началото на Вселената. За човек от Средновековието отговорът на този въпрос беше съвсем прост - Бог създаде Вселената. С развитието на науката обаче учените започнаха да поставят под въпрос не само въпроса за Бог, но и идеята, че Вселената има начало.

През 1929 г., благодарение на американския астроном Хъбъл, учените се връщат към въпроса за корените на Вселената. Факт е, че Хъбъл доказа, че галактиките, които изграждат Вселената, се движат постоянно. В допълнение към движението, те също могат да се увеличават, което означава, че Вселената се увеличава. И ако расте, се оказва, че някога е имало етап, в който е започнал този растеж. Това означава, че Вселената има начало.

Малко по-късно британският астроном Хойл изложи сензационна хипотеза: Вселената е възникнала в момента на Големия взрив. Неговата теория влезе в историята под това име. Същността на идеята на Хойл е проста и сложна едновременно. Той вярваше, че някога е съществувал етап, наречен състояние на космическа сингулярност, тоест времето е било нула, а плътността и температурата са били равни на безкрайност. И в един момент имаше експлозия, в резултат на което сингулярността беше нарушена и следователно се промениха плътността и температурата, започна растежът на материята, което означава, че времето започна да се брои. По-късно самият Хойл нарече своята теория неубедителна, но това не й попречи да се превърне в най-популярната хипотеза за произхода на Вселената.

Кога се случи това, което Хойл нарече Големия взрив? Учените извършиха много изчисления, в резултат на което повечето се съгласиха на цифрата от 13,5 милиарда години. Тогава Вселената започва да се появява от нищото.Само за част от секундата Вселената придобива размери по-малки от атом и започва процесът на разширяване. Гравитацията изигра ключова роля. Най-интересното е, че ако беше малко по-силен, тогава нищо нямаше да възникне, най-много черна дупка. И ако гравитацията беше малко по-слаба, тогава изобщо нямаше да възникне нищо.
Няколко секунди след експлозията температурата във Вселената леко се понижи, което даде тласък на създаването на материя и антиматерия. В резултат на това започнаха да се появяват атоми. Така че Вселената престана да бъде монохроматична. Някъде имаше повече атоми, някъде по-малко. В някои части беше по-горещо, в други температурата беше по-ниска. Атомите започнаха да се сблъскват един с друг, образувайки съединения, след това нови вещества и по-късно тела. Някои обекти имаха голяма вътрешна енергия. Това бяха звездите. Те започнаха да събират около себе си (благодарение на силата на гравитацията) други тела, които наричаме планети. Така възникват системите, една от които е нашата Слънчева система.

Голям взрив. Моделни проблеми и тяхното разрешаване

1. Проблемът с големия мащаб и изотропността на Вселената може да бъде решен поради факта, че по време на етапа на инфлация разширението се е случило с необичайно висока скорост. От това следва, че цялото пространство на наблюдаемата Вселена е резултат от една причинно свързана област от епохата, предхождаща инфлационната.
2. Решаване на проблема за плоската Вселена. Това е възможно, защото на етапа на инфлация радиусът на кривината на пространството се увеличава. Тази стойност е такава, че позволява съвременните параметри на плътност да имат стойност, близка до критичната.
3. Инфлационната експанзия води до появата на флуктуации на плътността с определена амплитуда и форма на спектъра. Това прави възможно тези трептения (флуктуации) да се развият в текущата структура на Вселената, като същевременно се поддържа широкомащабна хомогенност и изотропност. Това е решение на проблема с мащабното устройство на Вселената.

Основният недостатък на инфлационния модел може да се счита за неговата зависимост от теории, които все още не са доказани и не са напълно развити.

Например, моделът се основава на единната теория на полето, която все още е само хипотеза. Не може да се тества експериментално в лабораторни условия. Друг недостатък на модела е неразбираемостта откъде идва прегрятата и разширяваща се материя. Тук се разглеждат три възможности:

1. Стандартната теория за Големия взрив предполага началото на инфлацията на много ранен етап от еволюцията на Вселената. Но тогава проблемът със сингулярността не е разрешен.
2. Втората възможност е възникването на Вселената от хаоса. Различните части от него имаха различни температури, така че на някои места се получи компресия, а на други - разширение. Инфлация би възникнала в регион на Вселената, който е прегрял и се разширява. Но не е ясно откъде идва първичният хаос.
3. Третият вариант е квантово-механичният път, през който възниква бучка от прегрята и разширяваща се материя. Всъщност Вселената е възникнала от нищото.

Един от основните въпроси, които не напускат човешкото съзнание, винаги е бил и е въпросът: „Как се е появила Вселената? Разбира се, категоричен отговор на този въпрос няма и едва ли ще бъде получен скоро, но науката работи в тази посока и формира определен теоретичен модел за произхода на нашата Вселена. На първо място, трябва да разгледаме основните свойства на Вселената, които трябва да бъдат описани в рамките на космологичния модел:

• Моделът трябва да отчита наблюдаваните разстояния между обектите, както и скоростта и посоката на тяхното движение. Такива изчисления се основават на закона на Хъбъл: cz =H 0д, Където z– червено отместване на обекта, д– разстояние до този обект, ° С- скоростта на светлината.
• Възрастта на Вселената в модела трябва да надвишава възрастта на най-старите обекти в света.
• Моделът трябва да отчита първоначалното изобилие от елементи.
• Моделът трябва да отчита наблюдаемото.
• Моделът трябва да отчита наблюдавания реликтен фон.

Нека разгледаме накратко общоприетата теория за произхода и ранната еволюция на Вселената, която се поддържа от повечето учени. Днес теорията за Големия взрив се отнася до комбинация от модела на горещата Вселена с Големия взрив. И въпреки че първоначално тези концепции съществуват независимо една от друга, в резултат на тяхното обединяване беше възможно да се обясни първоначалният химичен състав на Вселената, както и наличието на космическо микровълново фоново излъчване.

Според тази теория Вселената е възникнала преди около 13,77 милиарда години от някакъв плътен нагрят обект – труден за описание в рамките на съвременната физика. Проблемът с космологичната сингулярност, наред с други неща, е, че когато се описва, повечето физически величини, като плътност и температура, клонят към безкрайност. В същото време е известно, че при безкрайна плътност (мярката за хаоса) трябва да клони към нула, което по никакъв начин не е съвместимо с безкрайната температура.

• • Първите 10-43 секунди след Големия взрив се наричат ​​етап на квантов хаос. Природата на Вселената на този етап от съществуването не може да бъде описана в рамките на познатата ни физика. Непрекъснатото единно пространство-време се разпада на кванти.

• Моментът на Планк е моментът на края на квантовия хаос, който пада на 10 -43 секунди. В този момент параметрите на Вселената бяха равни на температурата на Планк (около 10 32 K). В момента на ерата на Планк всичките четири фундаментални взаимодействия (слабо, силно, електромагнитно и гравитационно) бяха комбинирани в едно взаимодействие. Не е възможно моментът на Планк да се разглежда като някакъв дълъг период, тъй като съвременната физика не работи с параметри, по-малки от момента на Планк.
• Сцена. Следващият етап в историята на Вселената беше инфлационният етап. В първия момент на инфлация гравитационното взаимодействие е отделено от единичното суперсиметрично поле (преди това включващо полетата на фундаменталните взаимодействия). През този период материята има отрицателно налягане, което предизвиква експоненциално нарастване на кинетичната енергия на Вселената. Просто казано, през този период Вселената започва да се раздува много бързо и към края енергията на физическите полета се превръща в енергия на обикновените частици. В края на този етап температурата на веществото и радиацията се повишава значително. Заедно с края на етапа на инфлация се появява и силно взаимодействие. Също така в този момент възниква.
• Етап на доминиране на радиацията. Следващият етап от развитието на Вселената, който включва няколко етапа. На този етап температурата на Вселената започва да намалява, образуват се кварки, след това адрони и лептони. В ерата на нуклеосинтезата се образуват първични химични елементи и се синтезира хелий. Въпреки това радиацията все още доминира над материята.
• Ерата на доминиране на субстанцията. След 10 000 години енергията на веществото постепенно надвишава енергията на радиацията и настъпва тяхното разделяне. Материята започва да доминира в радиацията и се появява реликтов фон. Също така, разделянето на материята с радиация значително засили първоначалните нехомогенности в разпределението на материята, в резултат на което започнаха да се образуват галактики и супергалактики. Законите на Вселената са достигнали до вида, в който ги наблюдаваме днес.

Горната картина е съставена от няколко фундаментални теории и дава обща представа за формирането на Вселената в ранните етапи на нейното съществуване.

Откъде се е появила Вселената?

Ако Вселената е възникнала от космологична сингулярност, тогава откъде е дошла самата сингулярност? В момента е невъзможно да се даде точен отговор на този въпрос. Нека разгледаме някои космологични модели, засягащи „раждането на Вселената“.

Циклични модели

Тези модели се основават на твърдението, че Вселената винаги е съществувала и с течение на времето нейното състояние само се променя, преминавайки от разширяване към компресия - и обратно.

• Модел на Steinhardt-Turok. Този модел се основава на теорията на струните (М-теория), тъй като използва обект като „брана“. Според този модел видимата Вселена се намира вътре в 3-брана, която периодично, веднъж на няколко трилиона години, се сблъсква с друга 3-брана, което предизвиква нещо като Големия взрив. След това нашата 3-брана започва да се отдалечава от другата и да се разширява. В даден момент делът на тъмната енергия взема превес и скоростта на разширяване на 3-браната се увеличава. Колосалното разширение разпръсква материята и радиацията толкова много, че светът става почти хомогенен и празен. В крайна сметка 3-браните се сблъскват отново, карайки нашата да се върне към началната фаза на своя цикъл, отново раждайки нашата „Вселена“.

• Теорията на Лорис Баум и Пол Фрамптън също твърди, че Вселената е циклична. Според тяхната теория последният след Големия взрив ще се разшири поради тъмната енергия, докато се приближи до момента на „разпадане“ на самото пространство-време - Големия разрив. Както е известно, в „затворена система ентропията не намалява“ (вторият закон на термодинамиката). От това твърдение следва, че Вселената не може да се върне в първоначалното си състояние, тъй като по време на такъв процес ентропията трябва да намалее. Този проблем обаче се решава в рамките на тази теория. Според теорията на Баум и Фрамптън, миг преди Големия разрив, Вселената се разпада на много „парчета“, всеки от които има доста малка стойност на ентропията. Преживявайки серия от фазови преходи, тези „клапи“ на бившата Вселена генерират материя и се развиват подобно на оригиналната Вселена. Тези нови светове не взаимодействат един с друг, тъй като се разлитат със скорости, по-големи от скоростта на светлината. Така учените избягват и космологичната сингулярност, с която започва раждането на Вселената, според повечето космологични теории. Тоест, в момента на края на своя цикъл, Вселената се разпада на много други невзаимодействащи си светове, които ще се превърнат в нови вселени.
• Конформна циклична космология – цикличен модел на Роджър Пенроуз и Ваагн Гурзадян. Според този модел Вселената е в състояние да влезе в нов цикъл, без да нарушава втория закон на термодинамиката. Тази теория се основава на предположението, че черните дупки унищожават абсорбираната информация, което по някакъв начин „законно“ намалява ентропията на Вселената. Тогава всеки такъв цикъл от съществуването на Вселената започва с нещо подобно на Големия взрив и завършва със сингулярност.

Други модели за произхода на Вселената

Сред другите хипотези, обясняващи появата на видимата Вселена, следните две са най-популярни:

• Хаотичната теория на инфлацията - теорията на Андрей Линде. Според тази теория съществува определено скаларно поле, което е нехомогенно в целия си обем. Тоест в различните области на Вселената скаларното поле има различни значения. След това в областите, където полето е слабо, нищо не се случва, докато областите със силно поле започват да се разширяват (инфлация) поради неговата енергия, образувайки нови вселени. Този сценарий предполага съществуването на много светове, които са възникнали неедновременно и имат свой собствен набор от елементарни частици и, следователно, закони на природата.
• Теорията на Лий Смолин предполага, че Големият взрив не е началото на съществуването на Вселената, а е само фазов преход между двете й състояния. Тъй като преди Големия взрив Вселената е съществувала под формата на космологична сингулярност, близка по природа до сингулярността на черна дупка, Смолин предполага, че Вселената може да е възникнала от черна дупка.

Резултати

Въпреки факта, че цикличните и други модели отговарят на редица въпроси, на които не може да се отговори от теорията за Големия взрив, включително проблема с космологичната сингулярност. И все пак, когато се комбинира с инфлационната теория, Големият взрив обяснява по-пълно произхода на Вселената и също така е в съгласие с много наблюдения.

Днес изследователите продължават интензивно да изучават възможните сценарии за произхода на Вселената, но е невъзможно да се даде неопровержим отговор на въпроса „Как се е появила Вселената?“ — едва ли ще успее в близко бъдеще. Има две причини за това: прякото доказателство на космологичните теории е практически невъзможно, само косвено; Дори теоретично не е възможно да се получи точна информация за света преди Големия взрив. Поради тези две причини учените могат само да представят хипотези и да изграждат космологични модели, които най-точно ще опишат природата на Вселената, която наблюдаваме.

Величието и разнообразието на околния свят могат да удивят всяко въображение. Всички предмети и предмети около хората, други хора, различни видове растения и животни, частици, които могат да се видят само с микроскоп, както и неразбираеми звездни купове: всички те са обединени от понятието „Вселената“.

Теориите за произхода на Вселената са разработени от човека от дълго време. Въпреки липсата дори на основно понятие за религия или наука, в любознателните умове на древните хора възникват въпроси за принципите на световния ред и за позицията на човека в пространството, което го заобикаля. Трудно е да се преброят колко теории за произхода на Вселената съществуват днес, някои от тях се изучават от водещи световноизвестни учени, други са направо фантастични.

Космологията и нейният предмет

Съвременната космология - науката за устройството и развитието на Вселената - разглежда въпроса за нейния произход като една от най-интересните и все още недостатъчно проучени загадки. Естеството на процесите, допринесли за появата на звезди, галактики, слънчеви системи и планети, тяхното развитие, източникът на появата на Вселената, както и нейният размер и граници: всичко това е само кратък списък от изследвани въпроси от съвременни учени.

Търсенето на отговори на основната загадка за формирането на света доведе до факта, че днес съществуват различни теории за произхода, съществуването и развитието на Вселената. Вълнението на специалистите, които търсят отговори, изграждат и проверяват хипотези, е оправдано, защото надеждна теория за раждането на Вселената ще разкрие на цялото човечество вероятността за съществуване на живот в други системи и планети.

Теориите за произхода на Вселената имат характер на научни концепции, отделни хипотези, религиозни учения, философски идеи и митове. Всички те са условно разделени на две основни категории:

1. Теории, според които Вселената е създадена от създател. С други думи, тяхната същност е, че процесът на създаване на Вселената е съзнателно и духовно действие, проява на воля
2. Теории за произхода на Вселената, изградени на базата на научни фактори. Техните постулати категорично отхвърлят както съществуването на творец, така и възможността за съзнателно създаване на света. Такива хипотези често се основават на така наречения принцип на посредствеността. Те предполагат възможността за живот не само на нашата планета, но и на други.

Креационизъм - теорията за създаването на света от Създателя

Както подсказва името, креационизмът (сътворението) е религиозна теория за произхода на Вселената. Този светоглед се основава на концепцията за създаването на Вселената, планетата и човека от Бог или Създателя.

Идеята е доминираща дълго време, до края на 19 век, когато процесът на натрупване на знания в различни области на науката (биология, астрономия, физика) се ускорява и еволюционната теория получава широко разпространение. Креационизмът се превърна в своеобразна реакция на християните, които поддържат консервативни възгледи за направените открития. Доминиращата идея по това време само засили противоречията, които съществуваха между религиозните и други теории.

Каква е разликата между научните и религиозните теории?

Основните разлики между теориите от различни категории се състоят предимно в термините, използвани от техните привърженици. Така в научните хипотези вместо създател има природа, а вместо творение – произход. Наред с това има въпроси, които са обхванати по сходен начин от различни теории или дори напълно дублирани.

Теориите за произхода на Вселената, принадлежащи към противоположни категории, датират самата й поява по различен начин. Например, според най-разпространената хипотеза (теорията за големия взрив), Вселената се е формирала преди около 13 милиарда години.

За разлика от тях религиозната теория за произхода на Вселената дава съвсем различни цифри:

• Според християнските източници възрастта на Вселената, създадена от Бог по време на раждането на Исус Христос, е 3483-6984 години.
• Индуизмът предполага, че нашият свят е приблизително на 155 трилиона години.

Кант и неговият космологичен модел

До 20 век повечето учени бяха на мнение, че Вселената е безкрайна. Те характеризираха времето и пространството с това качество. Освен това, според тях, Вселената е била статична и хомогенна.

Идеята за безграничността на Вселената в космоса е изложена от Исак Нютон. Това предположение е разработено от някой, който е разработил теория за липсата на времеви граници. Продължавайки своите теоретични предположения, Кант разширява безкрайността на Вселената до броя на възможните биологични продукти. Този постулат означаваше, че в условията на древен и огромен свят без край и начало може да има безброй възможни варианти, в резултат на които действително може да се случи появата на всеки биологичен вид.

Въз основа на възможната поява на форми на живот по-късно е развита теорията на Дарвин. Наблюденията на звездното небе и резултатите от изчисленията на астрономите потвърдиха космологичния модел на Кант.

Разсъжденията на Айнщайн

В началото на 20 век Алберт Айнщайн публикува свой модел на Вселената. Според неговата теория на относителността във Вселената протичат едновременно два противоположни процеса: разширяване и свиване. Той обаче се съгласи с мнението на повечето учени за стационарния характер на Вселената, така че той въведе понятието космическа отблъскваща сила. Неговият ефект е предназначен да балансира привличането на звездите и да спре процеса на движение на всички небесни тела, за да поддържа статичната природа на Вселената.

Моделът на Вселената - според Айнщайн - има определен размер, но няма граници. Тази комбинация е осъществима само когато пространството е извито по същия начин, както се случва в сфера.

Характеристиките на пространството на такъв модел са:

• Триизмерност.
• Затваряйки се.
• Хомогенност (липса на център и ръб), при която галактиките са равномерно разпределени.

А. А. Фридман: Вселената се разширява

Създателят на революционния разширяващ се модел на Вселената А. А. Фридман (СССР) изгражда своята теория на базата на уравнения, характеризиращи общата теория на относителността. Вярно е, че общоприетото мнение в научния свят от онова време е, че нашият свят е статичен, така че не се обръща нужното внимание на работата му.

Няколко години по-късно астрономът Едуин Хъбъл прави откритие, което потвърждава идеите на Фридман. Беше открито разстоянието на галактиките от близкия Млечен път. В същото време фактът, че скоростта на тяхното движение остава пропорционална на разстоянието между тях и нашата галактика, стана неопровержим.

Това откритие обяснява постоянното „разпръскване“ на звездите и галактиките една спрямо друга, което води до заключението за разширяването на Вселената.

В крайна сметка изводите на Фридман са признати от Айнщайн, който впоследствие споменава заслугите на съветския учен като основател на хипотезата за разширяването на Вселената.

Не може да се каже, че има противоречия между тази теория и общата теория на относителността, но по време на разширяването на Вселената трябва да е имало първоначален импулс, който е провокирал отдръпването на звездите. По аналогия с експлозията идеята е наречена „Големият взрив“.

Стивън Хокинг и антропният принцип

Резултатът от изчисленията и откритията на Стивън Хокинг е антропоцентричната теория за произхода на Вселената. Създателят му твърди, че съществуването на толкова добре подготвена за човешки живот планета не може да е случайно.

Теорията на Стивън Хокинг за произхода на Вселената също така предвижда постепенното изпаряване на черните дупки, загубата на енергия от тях и излъчването на радиация на Хокинг.

В резултат на търсенето на доказателства бяха идентифицирани и тествани повече от 40 характеристики, чието спазване е необходимо за развитието на цивилизацията. Американският астрофизик Хю Рос оцени вероятността от подобно неволно съвпадение. Резултатът беше числото 10 -53.

Нашата Вселена съдържа трилион галактики, всяка със 100 милиарда звезди. Според изчисленията на учените общият брой на планетите трябва да бъде 10 20. Тази цифра е с 33 порядъка по-малка от предварително изчислената. Следователно нито една планета във всички галактики не може да комбинира условия, които биха били подходящи за спонтанното възникване на живот.

Теория за Големия взрив: Произходът на Вселената от малка частица

Учените, които подкрепят теорията за големия взрив, споделят хипотезата, че Вселената е следствие от грандиозна експлозия. Основният постулат на теорията е твърдението, че преди това събитие всички елементи на настоящата Вселена са се съдържали в частица с микроскопични размери. Намирайки се вътре в него, елементите се характеризират с уникално състояние, в което не могат да бъдат измерени показатели като температура, плътност и налягане. Те са безкрайни. Материята и енергията в това състояние не се влияят от законите на физиката.

Случилото се преди 15 милиарда години се нарича нестабилност, възникнала вътре в частицата. Разпръснатите малки елементи поставиха основата на света, който познаваме днес.

В началото Вселената е била мъглявина, образувана от малки частици (по-малки от атом). След това, комбинирайки се, те образуваха атоми, които послужиха за основа на звездни галактики. Отговорите на въпросите какво се е случило преди експлозията, както и какво я е причинило, са най-важните задачи на тази теория за произхода на Вселената.

Таблицата изобразява схематично етапите на формиране на Вселената след големия взрив.

Както следва от горните данни, Вселената продължава да се разширява и охлажда.

Постоянното увеличаване на разстоянието между галактиките е основният постулат: какво прави теорията за големия взрив различна. Възникването на Вселената по този начин може да бъде потвърдено от намерените доказателства. Има и причини да го опровергаем.

Проблеми на теорията

Като се има предвид, че теорията за големия взрив не е доказана на практика, не е изненадващо, че има няколко въпроса, на които тя не може да отговори:

1. Сингулярност. Тази дума обозначава състоянието на Вселената, компресирана до една точка. Проблемът с теорията за големия взрив е невъзможността да се опишат процесите, протичащи в материята и пространството в такова състояние. Общият закон на относителността не важи тук, така че е невъзможно да се създаде математическо описание и уравнения за моделиране.
   Фундаменталната невъзможност да се получи отговор на въпроса за първоначалното състояние на Вселената дискредитира теорията от самото начало. Научнопопулярните му изложения предпочитат да премълчават или да споменават само мимоходом тази сложност. Въпреки това, за учените, които работят за осигуряване на математическа основа за теорията за Големия взрив, тази трудност се признава като основна пречка.
2. Астрономия. В тази област теорията за големия взрив е изправена пред факта, че не може да опише процеса на възникване на галактиките. Въз основа на настоящите версии на теориите е възможно да се предвиди как се появява хомогенен облак от газ. Освен това неговата плътност вече трябва да бъде около един атом на кубичен метър. За да получите нещо повече, не можете да направите, без да коригирате първоначалното състояние на Вселената. Липсата на информация и практически опит в тази област се превръщат в сериозни пречки пред по-нататъшното моделиране.

Има и несъответствие между изчислената маса на нашата галактика и данните, получени чрез изучаване на скоростта на привличането й. Очевидно теглото на нашата галактика е десет пъти по-голямо, отколкото се смяташе досега.

Космология и квантова физика

Днес няма космологични теории, които да не се основават на квантовата механика. В края на краищата тя се занимава с описанието на поведението на атомните и разликите между квантовата физика и класическата (обяснена от Нютон) е, че втората наблюдава и описва материални обекти, а първата предполага изключително математическо описание на самото наблюдение и измерване. . За квантовата физика материалните ценности не са обект на изследване, тук самият наблюдател е част от изследваната ситуация.

Въз основа на тези характеристики, квантовата механика среща трудности при описването на Вселената, тъй като наблюдателят е част от Вселената. Въпреки това, говорейки за появата на Вселената, е невъзможно да си представим външни наблюдатели. Опитите да се разработи модел без участието на външен наблюдател бяха увенчани с квантовата теория за произхода на Вселената от Дж. Уилър.

Нейната същност е, че във всеки един момент Вселената се разцепва и се формират безкраен брой копия. В резултат на това всяка от паралелните вселени може да бъде наблюдавана и наблюдателите могат да видят всички квантови алтернативи. Освен това оригиналният и новият свят са реални.

Инфлационен модел

Основната задача, която теорията за инфлацията е предназначена да реши, е търсенето на отговори на въпроси, оставени без отговор от теорията за големия взрив и теорията за разширяването. а именно:

1. По каква причина Вселената се разширява?
2. Какво е голям взрив?

За тази цел инфлационната теория за произхода на Вселената включва екстраполиране на разширението до време нула, ограничаване на цялата маса на Вселената в една точка и формиране на космологична сингулярност, която често се нарича Големият взрив.

Става очевидна неуместността на общата теория на относителността, която в момента не може да бъде приложена. В резултат на това само теоретични методи, изчисления и дедукции могат да бъдат приложени за разработване на по-обща теория (или "нова физика") и решаване на проблема с космологичната сингулярност.

Нови алтернативни теории

Въпреки успеха на модела на космическата инфлация, има учени, които му се противопоставят, определяйки го като несъстоятелен. Техният основен аргумент е критиката на решенията, предлагани от теорията. Противниците твърдят, че получените решения оставят липсващи някои детайли, тоест вместо да реши проблема с началните стойности, теорията само умело ги прикрива.

Алтернатива са няколко екзотични теории, чиято идея се основава на формирането на първоначалните стойности преди големия взрив. Новите теории за произхода на Вселената могат да бъдат описани накратко, както следва:

• Теория на струните. Неговите привърженици предлагат, освен обичайните четири измерения на пространството и времето, да се въведат и допълнителни измерения. Те биха могли да играят роля в ранните етапи на Вселената и в момента да са в компактно състояние. Отговаряйки на въпроса за причината за тяхната компактификация, учените предлагат отговор, който казва, че свойството на суперструните е T-дуалност. Следователно струните се „навиват“ в допълнителни измерения и техният размер е ограничен.
• Бранова теория. Нарича се още М-теория. В съответствие с нейните постулати в началото на процеса на формиране на Вселената стои студено, статично петизмерно пространство-време. Четири от тях (пространствени) имат ограничения, или стени - трибрани. Нашето пространство действа като една от стените, а втората е скрита. Третата трибрана е разположена в четиримерното пространство и е ограничена от две гранични брани. Теорията предвижда трета брана да се сблъска с нашата и да освободи големи количества енергия. Именно тези условия стават благоприятни за появата на голям взрив.

1. Цикличните теории отричат ​​уникалността на големия взрив, като твърдят, че Вселената преминава от едно състояние в друго. Проблемът с подобни теории е увеличаването на ентропията, според втория закон на термодинамиката. Следователно продължителността на предишните цикли е по-кратка, а температурата на веществото е значително по-висока, отколкото по време на голямата експлозия. Вероятността това да се случи е изключително ниска.

Колкото и теории да има за произхода на Вселената, само две са издържали проверката на времето и са преодолели проблема с непрекъснато нарастващата ентропия. Те са разработени от учените Steinhardt-Turok и Baum-Frampton.

Тези сравнително нови теории за произхода на Вселената са представени през 80-те години на миналия век. Те имат много последователи, които разработват модели въз основа на него, търсят доказателства за надеждност и работят за премахване на противоречията.

Теория на струните

Една от най-популярните сред теориите за произхода на Вселената - Преди да преминете към описание на нейната идея, е необходимо да разберете концепциите на един от най-близките й конкуренти, стандартния модел. Предполага се, че материята и взаимодействията могат да бъдат описани като определен набор от частици, разделени на няколко групи:

• Кварки.
• лептони.
• Бозони.

Тези частици всъщност са градивните елементи на Вселената, тъй като са толкова малки, че не могат да бъдат разделени на компоненти.

Отличителна черта на теорията на струните е твърдението, че такива тухли не са частици, а ултрамикроскопични струни, които вибрират. В същото време, осцилирайки на различни честоти, струните стават аналози на различни частици, описани в стандартния модел.

За да разберете теорията, трябва да осъзнаете, че струните не са материя, те са енергия. Следователно теорията на струните заключава, че всички елементи на Вселената са направени от енергия.

Добра аналогия би била огънят. При гледането му се създава впечатление за неговата материалност, но не може да бъде докоснат.

Космология за ученици

Теориите за произхода на Вселената се изучават накратко в училищата по време на часовете по астрономия. На учениците се описват основните теории за това как се е формирал нашият свят, какво се случва с него сега и как ще се развива в бъдеще.

Целта на уроците е да запознаят децата с естеството на образуването на елементарните частици, химичните елементи и небесните тела. Теориите за произхода на Вселената за деца се свеждат до представяне на теорията за Големия взрив. Учителите използват нагледни материали: слайдове, таблици, плакати, илюстрации. Тяхната основна задача е да събудят интереса на децата към света, който ги заобикаля.

Все още няма яснота по въпроса за произхода на Вселената, въпреки огромните знания, натрупани от човечеството. Най-разпространената версия днес е така наречената теория за Големия взрив.

Всичко ли произлезе от една малка точка?

Преди 70 години американският астроном Едуин Хъбъл открива, че галактиките се намират в червената част на цветовия спектър. Това, според „ефекта на Доплер“, означава, че те се отдалечават един от друг. Освен това светлината от по-далечните галактики е „по-червена“ от светлината от по-близките, което показва по-ниска скорост на далечните. Картината на разпръскването на огромни маси материя поразително напомняше картината на експлозия. Тогава беше предложена теорията за Големия взрив.

Според изчисленията това се е случило преди приблизително 13,7 милиарда години. По време на експлозията Вселената е била „точка“ с размери 10-33 сантиметра. Обхватът на сегашната Вселена се оценява от астрономите на 156 милиарда светлинни години (за сравнение: „точка“ е толкова пъти по-малка от протон - ядрото на водороден атом, тъй като самият протон е по-малък от Луната).

Веществото в „точката“ беше изключително горещо, което означава, че по време на експлозията се появиха много светлинни кванти. Разбира се, с течение на времето всичко се охлажда и квантите се разпръскват из нововъзникващото пространство, но ехото от Големия взрив трябваше да оцелее и до днес.

Първото потвърждение за експлозията идва през 1964 г., когато американските радиоастрономи Р. Уилсън и А. Пензиас откриват реликтно електромагнитно излъчване с температура около 3° по скалата на Келвин (–270° C). Това неочаквано за учените откритие се смяташе в полза на Големия взрив.

И така, от свръхгорещ облак от субатомни частици, постепенно разширяващи се във всички посоки, атоми, вещества, планети, звезди, галактики постепенно започнаха да се образуват и накрая се появи живот. Вселената все още се разширява и не е известно колко дълго ще продължи това. Може би някой ден тя ще достигне своя предел.

Нищо не може да се докаже

Има и друга теория за произхода на Вселената. Според него цялата вселена, животът и човекът са резултат от разумен творчески акт, извършен от определен Създател и Всевишен, чиято природа е непонятна за човешкия ум. Материалистите са склонни да се присмиват на тази теория, но тъй като половината човечество вярва в нея под една или друга форма, ние нямаме право да я подминем с мълчание.

Обяснявайки произхода на Вселената и човека от механистична позиция, разглеждайки Вселената като продукт на материята, чието развитие е подчинено на обективните закони на природата, привържениците на рационализма като правило отричат ​​нефизическите фактори. Особено когато става дума за съществуването на някакъв вид Универсален или Космически разум, тъй като това е „ненаучно“. Това, което може да се опише с помощта на формули, трябва да се счита за научно. Но проблемът е именно в това, че нито един от сценариите за произхода на Вселената, предложен от привържениците на теорията за Големия взрив, не може да бъде описан математически или физически.

Първоначалното състояние на Вселената - "точка" с безкрайно малки размери с безкрайно висока плътност и безкрайно висока температура - излиза отвъд границите на математическата логика и не може да бъде формално описано. Така че нищо определено не може да се каже за това и изчисленията тук се провалят. Ето защо това състояние на Вселената е получило името „феномен“ сред учените.

"Феномен" - основната мистерия

Теорията за Големия взрив направи възможно да се отговори на много въпроси, пред които е изправена космологията, но, за съжаление, а може би и за щастие, тя повдигна и редица нови. По-специално: какво се е случило преди Големия взрив? Какво доведе до първоначалното нагряване на Вселената до невъобразима температура от повече от 1032 градуса K? Защо Вселената е изненадващо хомогенна, докато по време на всяка експлозия материята се разпръсква в различни посоки изключително неравномерно?

Но основната мистерия е, разбира се, „феноменът“. Не е известно откъде идва и как се е образувал. В научнопопулярните издания темата за „феномена“ обикновено се пропуска напълно, а в специализирани научни издания те пишат за него като за нещо неприемливо от научна гледна точка. Стивън Хокинг, световноизвестен учен и професор в университета в Кеймбридж, и Дж. Ф. Р. Елис, професор по математика в университета в Кейптаун, казват това директно в книгата си „The Long Scale of Space-Time Structure“: „Нашата резултатите потвърждават концепцията, че Вселената е възникнала преди краен брой години. Отправната точка на теорията за произхода на Вселената в резултат на Големия взрив обаче - така нареченият "феномен" - е отвъд известните закони на физиката."

Трябва да се има предвид, че проблемът с „феномена” е само част от много по-голям проблем, проблемът за самия източник на първоначалното състояние на Вселената. С други думи: ако Вселената първоначално е била компресирана в точка, тогава какво я е довело до това състояние?

Вселената „пулсира“ ли е?

Едуин Хъбъл открива, че галактиките са разположени в червената част на цветовия спектър

В опит да заобиколят проблема с „феномена“, някои учени предлагат други хипотези. Една от тях е теорията за „пулсиращата Вселена“. Според него Вселената безкрайно, отново и отново, или се свива до точка, или се разширява до някакви граници. Такава Вселена няма нито начало, нито край, има само цикли на разширяване и свиване. В същото време авторите на хипотезата твърдят, че Вселената винаги е съществувала, като по този начин изглежда елиминират въпроса за „началото на света“.

Но факт е, че никой все още не е дал задоволително обяснение за механизма на пулсация. Защо се случва това? Какви са причините? Нобеловият лауреат, физикът Стивън Уайнбърг, в книгата си "Първите три минути" посочва, че с всяка регулярна пулсация във Вселената съотношението на броя на фотоните към броя на нуклоните неизбежно трябва да се увеличи, което води до изчезване на нови пулсации. Вайнберг заключава, че следователно броят на пулсационните цикли на Вселената е краен, което означава, че в даден момент те трябва да спрат. Следователно „пулсиращата Вселена” има край и следователно има и начало.

Друга теория за произхода на Вселената е теорията за „белите дупки“ или квазарите, които „изплюват“ цели галактики от себе си.

Интересна е и теорията за „пространствено-времевите тунели“ или „космическите канали“. Идеята за тях е изразена за първи път през 1962 г. от американския теоретичен физик Джон Уилър в книгата му „Геометродинамика“, в която изследователят формулира възможността за трансдименсионално, необичайно бързо междугалактическо пътуване. Някои версии на концепцията за "космическите канали" разглеждат възможността за използването им за пътуване в миналото и бъдещето, както и до други вселени и измерения.

Неразбираемият план на Създателя

Джон Уилър формулира възможността за бързо междугалактическо пътуване

В същото време в научните публикации все по-често може да се срещне косвено или пряко признаване на съществуването на свръхестествени сили извън контрола на науката. Увеличава се броят на учените, включително видни математици и физици-теоретици, които са склонни да признаят съществуването на някакъв Демиург, или Върховен разум.

Известният съветски учен, доктор на науките, физик и математик О.В. Тупицин математически доказва, че Вселената, а с нея и човекът, са създадени от разум, неизмеримо по-мощен от човешкия. „Безспорно е, че животът, включително интелигентният живот, винаги е строго подреден процес“, пише О. В. Тупицин. – Животът се основава на ред, система от закони, според които се движи материята. Смъртта, напротив, е безредие, хаос и, като следствие, унищожаване на материята. Без външно влияние, разумно и целенасочено въздействие, не е възможен никакъв ред – веднага започва процесът на разрушение, тоест смърт. Без да разбере това и следователно без да разпознае идеята за Създателя, науката никога няма да бъде предопределена да открие първопричината за Вселената, възникнала от първичната материя в резултат на строго подредени процеси или, както ги нарича физиката, фундаментални закони. Фундаментален означава основен и непроменим, без който съществуването на света би било напълно невъзможно.”

Според научните възгледи в първоначалната „точка” не трябва да има нито пространство, нито време. Те са се появили едва в момента на Големия взрив. Преди него имаше само малка „точка“, разположена, строго погледнато, на неизвестно място. В тази „точка“, която не беше известна каква е, целият ни свят с всичките му фундаментални закони и константи, бъдещи звезди и планети, живот и човек вече беше основан.

Може би „точката“ е била в ръцете на Създателя някъде в друг, паралелен свят. И този Създател задейства механизма за създаване на нова Вселена. Може би пространството и времето изобщо не съществуват за Създателя. Той е в състояние едновременно да наблюдава всички събития от началото до края на света. Той знае всичко, което е било и ще бъде в нашата Вселена, която е създал с непонятна за нас цел.

Но за един съвременен човек, особено възпитан на атеизъм, е много трудно да включи Създателя в системата на своя мироглед. Така че трябва да вярваме в „пулсацията“, „космическите канали“ и „белите дупки“.