Теория большого взрыва Вселенной
Теория Большого взрыва Вселенной
Теория Большого взрыва Вселенной
Теория Большого взрыва Вселенной рассказывает, что первоначально материя
Всего находилось в состоянии сингулярного
типа, после чего начало интенсивно расширятся,
что делало этот процесс похожим на взрыв.
Современная наука проводит
взаимосвязь между теорией
По последним научным наблюдениям, Вселенная,
в которой мы существуем, образовалась
примерно 14 миллиардов земных лет назад.
Все эти миллиарды лет она находится в
процессе непрерывного охлаждения и расширения.
Считается, что на раннем этапе (Планковская эпоха), температура материи была примерно 1032 градуса по шкале Кельвина, и ее плотность около одного килограмма на кубический сантиметр. Среда была изотропной, однородной с очень высоким уровнем давления, температуры и энергонасыщенности. В процессе расширения произошли некоторые фазовые переходы элементарных частиц, из которых состояло вещество. Данные переходы, чем-то похожи на конденсацию жидкости.
Теория Большого взрыва Вселенной утверждает, что примерно через пол-минуты после Планковского периода гравитационное поле было отделено от других взаимодействий фундаментального типа. Расширение Вселенной приобрело экспоненциальных характер. Этот период стал называться Космической инфляцией. По завершению этого периода, материя являла собой плазму в кварк-глюонном виде. Позднее температура начала падать, и элементы (кварки и глюоны) стали образовывать нейтроны и протоны. Это сопровождалось образованием большого количества материи и немного антиматерии, которые аннигилировали при взаимодействии, испуская сильное излучение.
Позже снижения уровня температуры создало условия для следующего перехода фазового типа, в результате которого образовались современные элементарные частицы и основные физические взаимодействия. Потом начался процесс образования атомов, водород стал существовать лишь через примерно 380 000 лет после взрыва Вселенной. После чего материя стала пропускать излучение, которое распространяется по космосу и современные ученые регистрируют его как излучение, называемое реликтовым.
По результатам анализа
интенсивности реликтового излучения
именно так сегодня выглядит крупномасштабная
структура Вселенной. Модель электромагнитной
Вселенной предполагает существование
тороидальной системы («бублик»), в которой
галактики объединены общим магнитным
полем Вселенной (Фвс). Оно охватывается
токами галактик (Iг). Группы галактик разделены
областями черных дыр.
Фото НАСА и рисунки авторов
Сегодня большинство ученых считают, что Вселенная возникла в результате так называемого Большого Взрыва (Big Bang). Согласно этой концепции, галактики вместе со всеми звездами и планетами произошли из так называемой точки сингулярности. В ней было сконцентрировано все протовещество Вселенной. Существуют и оценки физических параметров, существовавших в сингулярности: температура – 1032 К, а плотность потенциальной энергии – 1098 эрг/см3. (Для сравнения: самые высокие температуры в недрах звезд имеют порядок 108 К, а плотность вещества нейтронных звезд – 1015 г/см3.)
Трудно даже помыслить, что из себя представляла Вселенная в точке сингулярности, не говоря уже – описать это состояние математически! Например, самая популярная на сегодня космологическая теория суперструн предполагает существование миниатюрных черных дыр, образовавшихся вскоре после Большого Взрыва и рассеянных по всей Вселенной. Размеры этих черных дыр не должны превышать размера атомного ядра при массе, равной небольшому астероиду. Недавно поступило сообщение, что в 2007 г. Американское космическое агентство планирует запустить в космос мощный рентгеновский телескоп GLAST (Gamma-ray Large Space Telescope). По расчетам астрофизиков, его чувствительности должно быть достаточно для обнаружения пульсации миниатюрных черных дыр. Так что не за горами то время, когда теория суперструн получит серьезное экспериментальное подтверждение. Или появятся новые свидетельства ее ошибочности.
Но главный недостаток теории Большого Взрыва в том, что она не отвечает на вопрос: откуда взялась эта сингулярность, содержащая всю массу Вселенной? Теория Большого Взрыва существует уже более ста лет. И самое удивительное, что ее развитие приводит к представлениям начала и конца света и не исключает божественного происхождения Вселенной. Не случайно Папа Иоанн Павел II в специальном послании отмечал, что современная космология согласуется с библейскими истинами.
Разработанная нами в последние годы гипотеза электромагнитной Вселенной отвечает на эти и многие другие вопросы. В основе гипотезы электромагнитной Вселенной лежат три постулата. 1. Вселенная существует вечно. 2. Между всеми объектами Вселенной происходит обмен энергией во всем диапазоне частот – от ультранизких до сверхвысоких. 3. Все события имеют цикличность (галактики рождаются из черных дыр, а затем опять коллапсируют в черную дыру) и подчиняются законам сохранения (энергии, заряда, массы).
В основе модели электромагнитной Вселенной лежит тороидальная система («бублик»), в которой множество галактик объединены общим магнитным полем Вселенной (Фвс). Спиральное тороидальное магнитное поле Вселенной охватывается токами галактик (Iг). Группы галактик разделены областями черных дыр, где схлопываются и рождаются галактики. (У астрономов есть даже понятия для этих зон – «родильные дома».)
Согласно гипотезе электромагнитной Вселенной, черные дыры дают жизнь двум типам галактик. В одном из них мир устроен из отрицательных электронов и положительных протонов, а в другом (антимир) – из положительных электронов (позитронов) и отрицательных протонов (антипротонов). Разность потенциалов между огромными массами и зарядами и есть та энергия, дающая жизнь и развитие Вселенной.
Рождение и жизнь галактик происходят
в присутствии магнитного поля Вселенной,
поэтому положительные и
По теории электромагнитной Вселенной, Большие Взрывы связаны с рождением галактик. А так как галактик во Вселенной множество, то логично предположить, что в мегавселенной большие взрывы происходят непрерывно. То есть рождение и смерть галактик во Вселенной происходят ежесекундно. Возможно, экспериментальное подтверждение этому было получено в разгар холодной войны.
Тогда для обнаружения испытаний атомных бомб в атмосфере американцы разработали чувствительный прибор, разместив его на орбитальном спутнике. Атомные взрывы всегда сопровождаются излучением нейтронов. К удивлению ученых, прибор фиксировал непрерывные всплески нейтронного излучения, а не единичные, как это должно было бы быть при одиночных атомных взрывах. Вначале астрономы предположили, что источник глобальных мощнейших энергетических событий находится в нашей галактике. Но дальнейшие исследования показали, что сигналы о мощных взрывах идут из всех участков Вселенной.
Логично было бы соотнести обнаруженный эффект с процессом рождения галактик в результате постоянно следующих друг за другом Больших Взрывов. Таким образом, в концепции электромагнитной Вселенной не находится места для Большого Взрыва, с которого начинается отсчет времени, если не считать, что взрывы при схлопывании и рождении галактик и есть большие взрывы, когда соединяются мир и антимир. Таким образом, энергия и масса непрерывно преобразуются, и отсчет времени от одного события до другого вечен, и в этом круговороте жизни нет ни начала, ни конца.
Развиваясь по замкнутой спирали, эволюция достигает вершин и снова начинает новый виток, сохраняя массу и энергию и связанные с ними пространство и время.
Происхождение Вселенной - теория «Большого взрыва»
Сама Вселенная возникла примерно 20 млрд. лет назад из некоего плотного и горячего протовещества. Сегодня можно только предполагать, каким было это вещество, породившее Вселенную, как оно образовалось, каким законам подчинялось и что за процессы привели его к расширению. Существует точка зрения, что с самого начала протовещество с гигантской скоростью начало расширяться.
На начальной стадии это плотное вещество разлеталось во всех направлениях и представляло собой однородную бурлящую смесь неустойчивых, постоянно распадающихся при столкновениях частиц. Остывая и взаимодействуя на протяжении миллионов лет, вся эта масса рассеянного в пространстве вещества концентрировалась в большие и малые газовые образования, которые в течение сотен миллионов лет, сближаясь и сливаясь, превращались в громадные комплексы. В них в свою очередь возникали более плотные участки — там впоследствии и образовались звезды и даже целые галактики.
Конечна или бесконечна Вселенная, какая у нее геометрия — эти и многие другие вопросы связаны с эволюцией Вселенной, в частности с наблюдаемым расширением. Если, как это считают в настоящее время, скорость "разлета " галактик увеличится на 75 км/с на каждый миллион парсек, то экстраполяция к прошлому приводит к удивительному результату: примерно 10— 20 млрд. лет назад вся Вселенная была сосредоточена в очень маленькой области. Многие ученые считают, что в то время плотность Вселенной была такая же, как у атомного ядра: Вселенная представляла собой одну гигантскую «ядерную каплю». По каким-то причинам эта «капля» пришла в неустойчивое состояние и взорвалась. Последствия этого взрыва мы наблюдаем сейчас как системы галактик. Модель горячей взрывающейся Вселенной была разработана учеником Фридмана Дж. Гамовым в конце 40-х годов, положив начало так называемой теории «Большого взрыва», но широкое распространение эта теория получила лишь в середине 1960-х годов.
Спрашивать о том, что было до «Большого взрыва», и что находится за пределами этого расширяющегося мира, бессмысленно. Вселенная, согласно теории «Большого взрыва» ограничена в пространстве и времени, по крайней мере, со стороны прошлого. Такая, сложная для понимания, картина следовала из формул Фридмана. Вскоре, однако, американский астроном Э. Хаббл подтвердил факт расширяющегося вокруг нас пространства, измерив скорость этого явления. Благодаря этому стало возможным измерить время существования Вселенной – примерно, 15-20 млрд. лет.
До самого взрыва не существовало ни вещества, ни времени, ни пространства. События в первую секунду протекали стремительно. Вначале образовались излучения (фотоны), затем частицы и вещества (кварки и антикварки). В течение той же секунды из них образовались протоны, антипротоны и нейтроны. При столкновении протона и антипротона, которые, как известно, отличаются друг от друга противоположными зарядами, происходит реакция аннигиляции, в ходе чего обе частицы исчезают, оставляя излучение (фотоны). Эти реакции стали довольно частыми, т. к. вещество «новорождённой» Вселенной было весьма плотным – частицы постоянно между собой сталкивались. Во Вселенной преобладало излучение.
К концу первой секунды, когда температура упала до 10 млрд. градусов, образовались и новые частицы, в том числе электрон и его античастица – позитрон. К этому же времени большая часть частиц уже аннигилировала. Так получилось, что число частиц было на ничтожную долю процента больше числа античастиц (этот факт до сих пор не объяснён), вследствие чего наша вселенная состоит из вещества, а не из антивещества.
К третьей минуте из четверти всех протонов и нейтронов образовались ядра гелия. Через несколько сотен лет постоянно расширяющаяся Вселенная остыла настолько, что протоны и ядра гелия смогли удерживать возле себя электроны. Так образовались атомы гелия и водорода. Излучение, не сдерживаемое более свободными электронами, смогло теперь распространиться на огромные расстояния. В значительно «остывшей» (за 15 млрд. лет) Вселенной, в наше время мы можем слышать «отголоски» того излучения – оно является микроволновым, и, равномерно приходящее со всех сторон, соответствует излучению тела, нагретого всего до 3 К. Его принято называть реликтовым излучением. Его обнаружение и существование подтверждают теорию «Большого взрыва».
При расширении во Вселенной стали образовываться области скопления вещества, а также и области, где его почти не было. под воздействием гравитации эти уплотнения росли и на их месте стали образовываться галактики, скопления и сверхскопления галактик.
Дополненная теорией ядерных реакций в остывающем по мере своего расширения веществе, теория «Большого взрыва» позволила рассчитать относительные концентрации водорода, дейтерия более тяжёлых химических элементов в природе.
В конце XX в. данная теория стала практически общепринятой в космологии.
Сегодня общепринятой является теория возникновения Вселенной, которая объясняет происхождение всей материи из некой первичной материальной точки. Эта концепция носит название теория большого взрыва. В соответствии с ней, изначально материя была сжата в точку, с невероятно высокой температурой и плотностью. В какой-то момент времени произошел Большой взрыв и эта точка стала расширятся с огромной скоростью. При этом образовалось облако, из которого затем возникли атомы, молекулы, планеты, звезды и все остальные объекты.
Происхождение Вселенной рассматривается иначе с позиции теологии. Возникновение Вселенной богословы объясняют актом творения некоего высшего существа, который в течение короткого промежутка времени из ничего создал все. Механистическая теория возникновения Вселенной рассматривает процесс создания материи, как результат действия объективных законов природы. При этом сторонники этой модели возникновения Вселенной категорически отрицают наличие высших сил или вселенского разума.
Официальная теория Большого взрыва имеет один существенный недостаток. На сегодняшнем этапе развития науки невозможно провести эксперимента, который подтвердил или опроверг бы эту гипотезу. Модель Большого взрыва невозможно описать с помощью существующего математического аппарата. В соответствии с теорией возникновения Вселенной, вся материя изначально представляла собой точку. Такое положение вещей невозможно рассчитать с помощью формул. Приверженцы теории Большого взрыва назвали эту ситуацию феноменом.
Теория Большого взрыва рассматривает также вопрос появления самой материальной точки. Некоторые ученые считают, что Вселенная пульсирует. Если сейчас она расширяется, то через какое-то время она начнет сжиматься. В соответствии с моделью Большого взрыва, через миллиарды лет Вселенная сожмется в точку с нулевым размером и бесконечной массой и температурой. Затем произойдет Большой взрыв и все повторится снова.
Так ли это на самом деле, мы точно не узнаем, поскольку эти процессы занимают миллиарды лет. Но с уверенностью можно утверждать, возникновение Вселенной – это удивительная тайна природы, которую еще предстоит раскрыть.
Но постепенно накапливались доказательства в пользу ее справедливости, и в 1964 году ученые обнаружили, что космос пронизан радиоволнами, - это отголосок грандиозных событий, породивших Вселенную.
С тех пор теория Большого взрыва стала для астрономов идеей, определяющей и направляющей все их изыскания.
В 1980 году Алан Гат (сейчас он работает в Массачусетском технологическом институте) развил идею Большого взрыва, добавив к эйнштейновскому пониманию гибкого пространства-времени новые данные физики элементарных частиц. Он обнаружил, что в первые микродоли секунды своего существования новорожденная Вселенная, вероятно, переживала момент «инфляции», то есть сверхбыстрого раздувания, который затем сменился периодом более сдержанного роста.
Инфляция, возможно, помогла сгладить материю и энергию во Вселенной и выровнять общую кривизну пространства-времени, что показывают исследования космических микроволн, проведенные с помощью спутников. Но сегодня некоторые ученые уверены, что инфляция не была единичным событием. В непрерывном процессе творения пространство-время могло постоянно порождать новые вселенные, устраивая бесконечное количество Больших взрывов.
Выяснить, насколько быстро расширяется Вселенная, каков ее возраст, - вот главные задачи, стоявшие перед учеными. «Найти ответ на эти вопросы, - говорит Венди Фридман, директор Обсерватории Карнеги, - оказалось гораздо сложнее, чем можно было предположить».
Только в начале XXI века с помощью космического телескопа «Хаббл» исследователи смогли с уверенностью определить сегодняшнюю скорость расширения Вселенной и ее возраст. Если бы мы решили преподнести ей на день рождения торт, в него пришлось бы воткнуть примерно четырнадцать миллиардов свечей. Астрономы обнаружили в этой расширяющейся Вселенной некоторые довольно странные объекты - и тоже благодаря Эйнштейну.
В 1930-е годы индийский физик Субрахманьян Чандрасекар применил специальную теорию относительности и новую теорию квантовой механики в исследовании звезд и объявил, что если масса звезды превышает определенный уровень, то в конце своей жизни она не превратится в белого карлика (как произойдет с нашим Солнцем), а будет сжиматься под действием сил гравитации и в конце концов, вероятно, свернется в точку.
После Чандрасекара другие ученые стали
рассматривать возможность
Сам Эйнштейн пытался доказать невозможность существования объектов, которые позже назвали черными дырами. Ему претила идея, что в их центре должна находиться точка с нулевым объемом и бесконечной плотностью, в которой перестают работать законы физики. Открытия, которые могли бы заставить Эйнштейна знать правомерность этих странных выводов из его теории, были сделаны после его смерти.
http://www.ng.ru/science/2006-
http://www.milkywaygalaxy.ru/
http://100big.ru/?p=503
http://astronomy2009.com.ua/
