Вялікі выбух і паходжанне Сусвету. Загадкі Сусвету: што было ў Сусвеце да Вялікага выбуху?

Нават сучасныя навукоўцы не могуць з дакладнасцю сказаць, што было ў Сусвеце да Вялікага выбуху. Існуе некалькі гіпотэз, прыадчыняе заслону таямніцы над адным з самых складаных пытанняў светабудовы.

Паходжанне матэрыяльнага свету

Да XX стагоддзя існавала толькі дзве тэорыі паходжання Сусвету. Прыхільнікі рэлігійнай пункту гледжання лічылі, што свет быў створаны богам. Навукоўцы, наадварот, адмаўляліся прызнаваць Рукотворный Сусвету. Фізікі і астраномы былі прыхільнікамі ідэі аб тым, што космас існаваў заўсёды, свет быў статычны і ўсё застанецца такім жа, як мільярды гадоў таму.

Аднак які паскорыўся навуковы прагрэс на мяжы стагоддзяў прывёў да таго, што ў даследчыкаў з'явіліся магчымасці для вывучэння пазаземных абшараў. Некаторыя з іх першымі паспрабавалі адказаць на пытанне, што было ў Сусвеце да Вялікага выбуху.

даследаванні Хабла

XX стагоддзе разбурыла многія тэорыі мінулых эпох. На вызваленым месцы з'явіліся новыя гіпотэзы, патлумачыўшы дагэтуль незразумелыя таямніцы. Усё пачалося з таго, што навукоўцы ўсталявалі факт пашырэння Сусвету. Зроблена гэта было Эдвінам Хаблам. Ён выявіў, што далёкія галактыкі адрозніваюцца па сваім святла ад тых касмічных навал, якія знаходзіліся бліжэй да Зямлі. Адкрыццё гэтай заканамернасці легла ў аснову закона пашырэння Эдвіна Хабла.

Вялікі выбух і паходжанне Сусвету былі вывучаны, калі стала ясна, што ўсе галактыкі "уцякаюць" ад назіральніка, у якой бы кропцы ён ні быў. Як гэта можна было растлумачыць? Раз галактыкі рухаюцца, значыць, іх штурхае наперад нейкая энергія. Акрамя таго, фізікі вылічылі, што ўсе сьветы некалі знаходзіліся ў адной кропцы. З-за нейкага штуршка яны пачалі рухацца ва ўсе бакі з няўяўнай хуткасцю.

Гэта з'ява і атрымала назву «Вялікі выбух». І паходжанне Сусвету было растлумачана менавіта з дапамогай тэорыі пра гэта даўнім падзеі. Калі яно здарылася? Фізікі вызначылі хуткасць руху галактык і вывелі формулу, па якой яны вылічылі, калі адбыўся першапачатковы «штуршок». Дакладных лічбаў ніхто назваць не возьмецца, але прыблізна гэта з'ява мела месца каля 15 мільярдаў гадоў таму.

З'яўленне тэорыі Вялікага выбуху

Той факт, што ўсе галактыкі з'яўляюцца крыніцамі святла, азначае, што пры Вялікім выбуху выдзелілася велізарная колькасць энергіі. Менавіта яна спарадзіла тую самую яркасць, якую светы губляюць па ходзе свайго аддалення ад эпіцэнтра таго, што адбылося. Тэорыя Вялікага выбуху ўпершыню была даказаная амерыканскімі астраномамі Робертам Вільсанам і Арно Пензиасом. Яны выявілі электрамагнітнае рэліктавага выпраменьвання, тэмпература якога была роўная тром градусам па кельвиновской шкале (гэта значыць -270 па Цэльсіі). Гэтая знаходка пацвердзіла ідэю аб тым, што спачатку Сусвет была вельмі гарачай.

Тэорыя Вялікага выбуху адказала на шматлікія пытанні, сфармуляваныя ў XIX стагоддзі. Аднак цяпер з'явіліся новыя. Напрыклад, што было ў Сусвеце да Вялікага выбуху? Чаму яна так аднастайная, у той час як пры такім велізарным выкідзе энергіі рэчыва павінна разляцецца ва ўсе бакі нераўнамерна? Адкрыцця Вільсана і Арно паставілі пад сумнеў класічную эўклідавай геаметрыі, так як было даказана, што прастора мае нулявую крывулю.

інфляцыйная тэорыя

Новыя пастаўленыя пытанні паказвалі, што сучасная тэорыя ўзнікнення свету ўрыўкавага і няпоўная. Аднак доўгі час здавалася, што прасунуцца далей адкрытага ў 60-я гады будзе немагчыма. І толькі зусім нядаўнія даследаванні навукоўцаў дазволілі сфармуляваць новы важны прынцып для тэарэтычнай фізікі. Гэта было з'ява звышхуткага інфляцыйнага пашырэння Сусвету. Яно было вывучана і апісана з дапамогай квантавай тэорыі поля і агульнай тэорыі адноснасці Эйнштэйна.

Так што было ў Сусвеце да Вялікага выбуху? Сучасная навука называе гэты перыяд «інфляцыяй». Спачатку было толькі поле, якое запаўняла ўсё ўяўнае прастору. Яго можна параўнаць са сняжком, пушчаным ўніз па схіле снежнай горы. Ком будзе каціцца ўніз і павялічвацца ў памерах. Сапраўды гэтак жа поле з-за выпадковых ваганняў на працягу няўяўнага часу змяняла сваю структуру.

Калі ўтварылася аднастайная канфігурацыя, адбылася рэакцыя. У ёй і заключаюцца самыя вялікія загадкі Сусвету. Што было да Вялікага выбуху? Інфляцыйны поле, якое зусім не быў падобны на цяперашнюю матэрыю. Пасля рэакцыі пачаўся рост Сусвету. Калі працягнуць аналогію са снежным камяком, то ўслед за першым з іх ўніз пакаціліся іншыя снежкі, таксама павялічваюцца ў памерах. Момант Вялікага выбуху ў гэтай сістэме можна параўнаць з той секундай, калі велізарная глыба абрынулася ў прорву і, нарэшце, сутыкнулася з зямлёй. У гэты момант выдзелілася каласальная колькасць энергіі. Яна не можа скончыцца да гэтага часу. Менавіта за кошт працягу рэакцыі ад выбуху наша Сусвет расце і сёння.

Матэрыя і поле

Зараз Сусвет складаецца з няўяўнага колькасці зорак і іншых касмічных тэл. Гэтая сукупнасць матэрыі струменіць велізарную энергію, што супярэчыць фізічнаму закону захавання энергіі. Пра што ён абвяшчае? Сутнасць гэтага прынцыпу зводзіцца да таго, што на працягу бясконцага часу сума энергіі ў сістэме застаецца нязменнай. Але як гэта можа спалучацца з нашай Сусвету, якая працягвае пашырацца?

Інфляцыйная тэорыя змагла адказаць на гэтае пытанне. Вельмі рэдка разгадваць падобныя загадкі Сусвету. Што было да Вялікага выбуху? Інфляцыйны полі. Пасля ўзнікнення свету на яго месца прыйшла звыклая нам матэрыя. Аднак акрамя яе ў Сусвеце таксама існуе гравітацыйнае поле, якое валодае адмоўнай энергіяй. Ўласцівасці гэтых двух сутнасцяў процілеглыя. Так кампенсуецца энергія, якая зыходзіць ад часціц, зорак, планет і іншай матэрыі. Гэтая ўзаемасувязь таксама тлумачыць, чаму Сусвет да гэтага часу не ператварылася ў чорную дзірку.

Калі Вялікі выбух толькі адбыўся, свет быў занадта малы, каб у ім нешта магло калапсаваць. Цяпер жа, калі Сусвет пашырылася, на асобных яе участках з'явіліся лакальныя чорныя дзіркі. Іх гравітацыйнае поле паглынае ўсё навакольнае. З яго не можа выбрацца нават святло. Уласна з-за гэтага падобныя дзіркі становяцца чорнымі.

пашырэнне Сусвету

Нават нягледзячы на тэарэтычнае абгрунтаванне інфляцыйнай тэорыі, да гэтага часу не зразумела, як выглядала Сусвет да Вялікага выбуху. Чалавечае ўяўленне не можа ўявіць сабе гэтай карціны. Справа ў тым, што інфляцыйны поле з'яўляецца нематэрыяльнай. Яно не паддаецца тлумачэнню звыклымі законамі фізікі.

Калі адбыўся Вялікі выбух, інфляцыйны поле пачатак пашырацца ў тэмпе, які перавысіў хуткасць святла. Згодна з фізічных паказчыках, у Сусвеце няма нічога матэрыяльнага, што магло б рухацца хутчэй гэтага паказчыка. Святло распаўсюджваецца па існуючага свеце з вельмі высокімі лічбамі. Інфляцыйны поле жа распаўсюдзілася з яшчэ большай хуткасцю, як раз у сілу сваёй нематэрыяльнай прыроды.

Памер Сусвету да Вялікага выбуху быў мікраскапічным. Каб вымераць яе цяперашні памер, матэматыкам прыходзіцца ўзводзіць лічбы ў велізарныя ступені. Згодна з агульнай тэорыі адноснасці, назіральнік, які знаходзіцца ўнутры матэрыяльнага свету, не можа ўбачыць, што адбываецца за яго межамі. Гэтае правіла распаўсюджваецца і на тое, што было да Вялікага выбуху ў Сусвеце. Фота ў падручніках па астраноміі можа адлюстроўваць толькі выдумка мастакоў.

Часціцы і антычасцінка

Сусвет пашырылася настолькі, што нават святло не паспявае дабрацца да самых яе далёкіх куткоў. У той жа час інфляцыйны поле за межамі свету працягвае існаваць, хоць яно і недаступна чалавеку, які жыве ў матэрыяльным свеце. Павялічваецца Сусвет астуджаецца па меры свайго росту. Тэмпература выпраменьвання падае, з-за таго што даўжыня хвалі становіцца больш, а значыць, на яе трэба марнаваць больш энергіі.

Стан Сусвету да Вялікага выбуху было аднародным. Але калі яна пачала пашырацца, у ёй з'явіліся новыя элементы і часціцы. Гэта кварк, нейтроны, пратоны, электроны і фатоны. Існуюць і антычасцінка, колькасць якіх не можа быць роўна ліку звычайных часціц. Калі б гэта тоеснасць мела месца, то ўся Сусвет сама сабой б знішчыць.

Прырода зрабіла ўсё неабходнае для таго, каб колькасць часціц было ледзь вялікім колькасці антычасцінка. Дзякуючы гэтаму суадносінах і існуе матэрыяльны свет. Рэліктавага выпраменьвання, якое працягвае распаўсюджвацца па прасторах Сусвету, паўстала як раз у выніку ўзаемазнішчэння некаторых часціц і антычасцінка. У навуковым лексіконе гэты працэс называецца анігіляцыі. З часам энергія рэліктавага выпраменьвання падае. Зараз яна прыкладна ў дзесяць тысяч разоў менш, чым аналагічны паказчык элементарных масіўных часціц.

Ўзнікненне фізічных законаў

Калі ўзрост Сусвету дасягнуў адной хвіліны, нейтроны і пратоны пачалі аб'ядноўвацца ў гелій, трыцій і дэйтэрый. Гэта былі першыя рэчывы, якія ўзніклі ў матэрыяльным свеце. Працэс сінтэзу адбываўся дзякуючы ядзернай рэакцый. У XX стагоддзі фізікі вывучылі гэты феномен і нават навучыліся яго прыручаць. Бо пры ядзернай рэакцыі вылучаецца каласальная колькасць энергіі, чалавецтва прыстасавалі гэты працэс для сваіх эканамічных патрэб. З'явіліся атамныя электрастанцыі. Сёння яны сілкуюць энергіяй тысячы гарадоў.

Ядзерная рэакцыя таксама была выкарыстаная ў якасці зброі. У канцы Другой сусветнай вайны амерыканцы ўпершыню скінулі атамныя бомбы на Японію. Смяротны ўдар заключалася якраз у велізарным выдзяленні энергіі. Але паказчыкі, зафіксаваныя ў Хірасіме, нікчэмна малыя ў параўнанні з тымі працэсамі, якія мелі месца ў першыя хвіліны існавання матэрыяльнага свету.

Дзякуючы таму, што сучасныя навукоўцы ўжо шмат ведаюць аб ядзернай рэакцыі, выкарыстанай у эканоміцы і на вайне, даследчыкі змаглі аднавіць прыблізную карціну таго, якая была Сусвет да Вялікага выбуху. З дапамогай матэматычных падлікаў было вылічана, колькі элементаў і якіх з'явілася ў першыя хвіліны пасля пачатку рэакцыі ў інфляцыйнай полі.

Дзіўны і іншы факт. Усе разлікі навукоўцаў, якія абапіраюцца на сучасныя паказчыкі прыроды, апынуліся ў дакладнасці дастасавальныя да мадэлі з'яўлення Сусвету. Гэта «супадзенне» кажа пра тое, што законы фізікі пачалі дзейнічаць адразу пасля з'яўлення матэрыяльнага свету. З тых часоў усё няўхільныя формулы ні разу не змяніліся. Яны дзейнічаюць і цяпер. Так, напрыклад, можна сказаць аб тэорыі адноснасці Эйнштэйна. Бясспрэчны законаў палягчае праца вучоных, якія спрабуюць зразумець, што было да Вялікага выбуху ў Сусвеце.

зараджэнне галактык

З дапамогай тэорыі Вялікага выбуху навукоўцам атрымалася растлумачыць узнікненне галактык. Калі свет толькі з'явіўся, усё адлегласці ўнутры яго імкліва станавіліся больш. Аднак у некаторых месцах гэты працэс набываў асаблівыя формы. Звязана гэта было з тым, што ў розных прасторавых кропках энергетычная шчыльнасць мела выдатныя паказчыкі.

З-за гэтага ў некаторых участках адной вялікай Сусвету сабралася больш часціц. Дадзены працэс быў падрабязна апісаны амерыканскімі навукоўцамі XX стагоддзя. У навукова-папулярнай форме тэорыя была растлумачаная ў серыі фільмаў «Сусвет да Вялікага выбуху. Па слядах таямніцы ».

У участках з большай шчыльнасцю энергіі прыкметна вагалася тэмпература. Гэта з'ява было прыкметай сціску матэрыі гравітацыйным полем. Інфляцыйны перыяд спарадзіў вобласці з большай шчыльнасцю. Пасля ўзнікнення Сусвету гравітацыйнае поле паўплывала на гэтыя ўчасткі з узрослай інтэнсіўнасцю. Менавіта тут зарадзіліся галактыкі - навалы зорак, вакол якіх утварыліся планеты. Наша Зямля цалкам ўпісваецца ў гэтую сістэму. Яна круціцца вакол уласнай зоркі (Сонца) і ўваходзіць у галактыку Млечны шлях.

Сучасны стан Сусвету

Бягучы перыяд эвалюцыі Сусвету як нельга лепш падыходзіць для існавання жыцця. Навукоўцы не могуць вызначыць, колькі будзе працягвацца гэты часовай адрэзак. Але калі хто і браўся за такія разлікі, то атрымліваецца лічбы былі ніяк не менш сотняў мільярдаў гадоў. Для аднаго чалавечага жыцця падобны адрэзак настолькі вялікі, што нават у матэматычным вылічэнні яго прыходзіцца запісваць з дапамогай выкарыстання ступеняў. Цяперашні вывучана значна лепш, чым перадгісторыя Сусвету. Што было да Вялікага выбуху, у любым выпадку застанецца толькі прадметам тэарэтычных пошукаў і смелых разлікаў.

У матэрыяльным свеце нават час застаецца велічынёй адноснай. Напрыклад, квазары (выгляд астранамічных аб'ектаў), якія існуюць на адлегласці 14 мільярдаў светлавых гадоў ад Зямлі, адстаюць ад нашага звыклага «цяпер» на тыя самыя 14 мільярдаў светлавых гадоў. Гэты часовай разрыў каласальны. Яго складана вызначыць нават матэматычна, не кажучы ўжо пра тое, што выразна ўявіць сабе падобнае з дапамогай чалавечага ўяўлення (нават самага палкага) проста немагчыма.

Сучасная навука можа тэарэтычна растлумачыць сабе ўсё жыццё нашага матэрыяльнага свету, пачынаючы з першых доляй секунд яго існавання, калі толькі што адбыўся Вялікі выбух. Поўная гісторыя Сусвету дапаўняецца да гэтага часу. Астраномы адкрываюць новыя дзіўныя факты з дапамогай мадэрнізаванага і палепшанага даследчага абсталявання (тэлескопаў, лабараторый і т. Д.).

Аднак існуюць і так і не панятыя з'явы. Такім белай плямай, напрыклад, з'яўляецца цёмная матэрыя і яе цёмная энергія. Сутнасць гэтай схаванай масы працягвае бударажыць прытомнасць самых адукаваных і перадавых фізікаў сучаснасці. Акрамя таго, так і не ўзнікла адзінага пункту гледжання аб прычынах таго, чаму ў Сусвеце часціц ўсё ж такі больш, чым антычасцінка. З гэтай нагоды было сфармулявана некалькі фундаментальных тэорый. Некаторыя з гэтых мадэляў карыстаюцца найбольшай папулярнасцю, але ні адна з іх пакуль не прынята міжнароднай навуковай супольнасцю ў якасці няўхільнай ісціны.

У маштабе ўсеагульнага веды і каласальных адкрыццяў XX стагоддзяў гэтыя прабелы здаюцца зусім нязначнымі. Але гісторыя навукі на зайздрасць рэгулярна паказвае, што тлумачэнне такіх "малых" фактаў і з'яў становіцца асновай для ўсяго прадстаўлення чалавецтва аб дысцыпліне ў цэлым (у дадзеным выпадку гаворка ідзе аб астраноміі). Таму будучым пакаленням навукоўцаў, безумоўна, будзе чым заняцца і што адкрываць у галіне пазнання прыроды Сусвету.