Гипотеза большого взрыва

Что такое гипотеза Большого взрыва?

В течение многих столетий учёных волновал вопрос, каким образом возникла наша Вселенная. Опираясь на данные, известные современной науке, физики и астрономы предложили ряд различных гипотез, описывающих состояние Вселенной на самой заре её существования.

После того как в 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная расширяется, возникла так называемая гипотеза “Большого взрыва. Она пока даёт ответы не на все вопросы о рождении Вселенной, но этой теории придерживается вся современная астрономия, потому что она, тем не менее, отвечает на большинство вопросов и большинство её положений подтверждается экспериментами и наблюдениями.

Согласно теории Большого взрыва, примерно 14 миллиардов лет назад всё вещество Вселенной было сосредоточено в очень маленькой области пространства – это была крошечная точка. Плотность, температура и давление этого скопления вещества были настолько велики, что в нём не могли существовать даже атомы, и оно целиком состояло из элементарных частиц. Затем по каким-то неизвестным пока причинам произошел Большой взрыв, и Вселенная начала очень быстро расширяться. Наука пока ещё не может полностью описать состояние вещества до и сразу после Большого взрыва (до сотой доли секунды от его начала), но дальнейшие события описывает достаточно полно. По современным представлениям, сразу после Большого взрыва температура вещества Вселенной начала быстро понижаться, и благодаря этому охлаждению стало возможным образование более крупных частиц – сначала кварков и глюонов, затем протонов и нейтронов. Первые атомы стали появляться спустя лишь 380 тысяч лет после Большого взрыва. Это были атомы водорода, составляющие примерно 90% всего вещества во Вселенной. Образование атомов водорода сопровождалось тепловым излучением, которое называют реликтовым. Оно до сих пор достигает Земли, и его можно наблюдать в электромагнитном спектре спустя 14 миллиардов лет после Большого взрыва.

Атомы водорода и других химических элементов образовали гигантские газовые облака. Они постепенно всё больше удалялись друг от друга. По мере остывания эти облака стали превращаться в звёздные скопления – галактики, подобные Млечному Пути, к которому принадлежит наша Солнечная система.

Сила Большого взрыва была столь велика, что галактики продолжают “разбегаться” в разные стороны с огромными скоростями и по сей день, что и наблюдают современные учёные.

Не следует сравнивать Большой взрыв с привычными для нашего сознания взрывами динамита или пороха, когда происходит быстрое расширение вещества в пространстве. Большой взрыв – это не расширение вещества в пространстве, это расширение самого пространства. И удаление галактик друг от друга – это результат расширения пространства Вселенной.

От Большого взрыва до наших дней. Анимация

Кликните на линейку в нижней части внизу для просмотра фазы эволюции Вселенной

Никто не знает, что было до Большого взрыва. И никто не может предсказать, будет ли этот процесс продолжаться бесконечно долго, или он когда-то остановится, и пространство Вселенной начнёт сжиматься. Однако теория Большого взрыва говорит, что узнать ответ на этот вопрос можно, если удастся точно измерить среднюю плотность вещества во Вселенной. Если эта плотность меньше некоторого критического значения, то расширение будет продолжаться вечно. Если же плотность Вселенной больше критического значения, то когда-то расширение остановится и сменится сжатием. По современным данным, плотность Вселенной равна критической.

ОТО – общая теория относительности А. Эйнштейна.

Big Bang – уничижительное английское название гипотезы о сотворении Вселенной во время взрыва. В русском языке название облагородили, назвав гипотезу Большим взрывом.

2. Кто автор гипотезы Большого взрыва

Гипотезу о Большом взрыве выдвинул в 1927 г . католический монах по имени Жорж Леметр. Монсиньор Жорж Анри Жозеф Эдуард Леметр (17.07.1894 – 20.06.1966) – бельгийский римо-католический священник, почетный прелат, профессор физики и астроном Католического университета Лувена. Леметр пошел дальше Фридмана, сделав вывод о том, что должно иметь место первоначальное “подобное творению” событие. Он считал, что у этого мира было начало и его ждет конец, и что это знание послужит обращению к вере в Создателя многих людей» [2] .
В 1927 году была опубликована статья Леметра «Однородная Вселенная постоянной массы и возрастающего радиуса, объясняющая радиальные скорости внегалактических туманностей».

Эйнштейн, узнавший об этой теории, сказал следующее: «Ваши вычисления правильны, но ваше знание физики – ужасно» [там же] .

Названием гипотеза обязана английскому астроному Альфреду Хойлу, который, веря в стабильность существования Вселенной, был её противником. Разработкой ГБВ на базе ОТО Эйнштейна занимались, в частности, А.А. Фридман и Д. Гамов в середине 60-х прошлого столетия.

3. Опровержение гипотезы Большого взрыва

Для опровержения любой гипотезы достаточно лишь одного противоречащего ей факта. Для ГБВ таких фактов существует множество, ниже приведены лишь некоторые хорошо известные и «неопровержимые».

3.1. Статистическая однородность характеристик галактик

При написании этого пункта использовались, главным образом, материалы монографии Игнатовича В.Н. [3]. «…Получены доказательства того, что удельная плотность наиболее мощных источников энергии во Вселенной – квазаров и радиоисточников – в прошлом была существенно (до тысячи раз!) больше современной; последние 9 млрд. лет квазары вымирают, рождение новых квазаров не компенсирует угасание старых» [4, с.15].

Спустя некоторое время было показано, что квазары распределены в пространстве достаточно равномерно, а тенденции в изменении их параметров с расстоянием обусловлены эффектом селекции [5, с.107-108; 6, с.98-99]. В. С. Троицкий [7] : «Статистическая однородность характеристик галактик в пространстве Вселенной свидетельствует о значительном ее возрасте, который по крайней мере, на порядок должен превышать возраст галактик, оцениваемый в 15-20 млрд. лет».

3.2. Возраст скоплений галактик

Ф. Цвикки, исследуя пространственное распределение галактик и скоростей галактик и скоплений, сделал вывод, что возраст скоплений в миллионы раз превышает возраст Вселенной в релятивистской космологии [8]. Было сообщение об обнаружении хорошо структурированного скопления галактик на расстоянии 8 млрд. световых лет и что непонятным является образование такого скопления так давно [9]. А недавно обнаружены молодые галактики на расстоянии 4 млрд. световых лет [10] и даже 45 млн. световых лет.

3.3. Возраст молекул в межзвёздной среде

В межзвездной среде [11] обнаружены следующие молекулы газов: Н₂, H₂O, СО, HCN, H₂CO, H₂CS, CH₂NH, НСООН, СН₃С₂Н. Для их образования несколько атомов должны были встретиться в сильно разреженной космической среде. Тройные соударения атомов при их концентрации 100 штук/см 3 случаются лишь раз в 10 20 лет, что в десять миллиардов раз больше принятого возраста Вселенной. Вероятность образования молекул из четырех, пяти и большего числа атомов ещё меньше, да и концентрация атомов в космосе при оценках завышена. В космическом пространстве обнаружены даже молекулы аминокислоты глицина H₂NCH₂COOH, на случайное образование которых 14 миллиардов лет явно недостаточно.

3.4. Пустоты между галактиками. Между галактиками существуют огромные пустоты, на образование которых, учитывая скорость разбегания галактик, должно было уйти не менее 70 млрд лет [12].

3.5. Откуда взялись на Земле тяжёлые элементы

Н аше Солнце (как и другие звезды) состоит в основном из водорода и гелия. Тяжелых элементов в нём порядка 1 %. Земля же содержит легких элементов всего около 1 %, а в основном состоит из тяжелых: кислорода (49 %), кремния (26 %), алюминия (7,45 %), железа (4,2 %) и других. Аналогично и некоторые другие планеты и астероиды. К этому добавим, что в солнечной системе имеются метеориты, состоящие из чистого железа или железа с никелем. Откуда же взялась материя Земли и железных метеоритов? Она не могла быть выброшена Солнцем 4,6 миллиарда лет назад, когда оно бьmо почти чисто водородным. Тяжелые элементы не могли образоваться и на самой Земле, где идут только ядерные реакции распада тяжелых элементов.

Для объяснения этого противоречия придумали очередную ad hoc : Солнце де не звезда первого поколения, родившаяся вместе со Вселенной 14 миллиардов лет назад, а второго с возрастом всего 6 миллиардов лет. Земля же образовалась 4,6 миллиардов лет назад из материи

существовавшей на месте солнечной системы звезды первого поколения. Эта протозвезда почти полностью переработала свой водород в тяжелые элементы, угасла и взорвалась на мелкие кусочки, которые до сих пор летают в космосе как метеориты и из которых в своё время образовалась наша Земля и другие планеты.

Согласно расчетам время «созревания » первичной звезды составляет 20 миллиардов лет и она должна была родиться минимум 26 миллиардов лет назад, т. е. до рождения Вселенной. К тому же, почему куски из тяжелых элементов не упали на Солнце и откуда на месте протозвезды взялось необходимое для Солнца количество уже переработаиного ей водорода? Откуда взялось на Земле такое большое количество радиоактивного урана, за счет распада которого она не остыла? ГБВ не может рапзумно ответить на эти вопросы.

4. Высказывания оппонентов «Большого взрыва»

• Циолковский [13]: « Теперь обратимся к нелепым предположениям о непрерывно расширяющейся вселенной, которые также хотят незаметно или заметно использовать для защиты библейских сказаний».

• Х. Альвен, шведский физик и астрофизик, лауреат Нобелевской премии [14] : «. Эта космологическая теория представляет собой верх абсурда – она утверждает, что вся Вселенная возникла в некий определенный момент подобно взорвавшейся атомной бомбе, имеющей размеры (более или менее) с булавочную головку. Похоже на то, что в теперешней интеллектуальной атмосфере огромным преимуществом космологии «Большого взрыва» служит то, что она является оскорблением здравого смысла… Когда учёные сражаются против астрологических бессмыслиц вне стен «храмов науки», неплохо было бы припомнить, что в самих этих стенах подчас культивируется еще худшая бессмыслица».

• Эрик Лернер (Erik Lerner), автор книги «Большого взрыва не было», президент исследовательской компании Lawrenceville Plasma Physics , организатор конференции «Кризис космогонии» (Португалия, 2005 г .) [12] : шансы, что гипотеза Большого взрыва верна, составляют менее чем один на 100 триллионов.

5. Причина популярности «Большого взрыва»

Самой популярной космогонической гипотезой, является, вне всякого сомнения, гипотеза о Большом взрыве. Попытки критиковать гипотезу наталкиваются нередко на далеко не научное противодействие [14] . Об этом говорят многие западные авторы. Американский астроном Дж. Бербидж попытался проанализировать причины странной популярности ГБВ и был удивлён тем, что Западе конференции по этой модели проводятся в среднем раз в месяц. В учебниках релятивистская модель излагается как доказанная раз и навсегда и единственно возможная. Опубликовать в научном издании альтернативную статью практически невозможно из-за наличия жесточайшей цензуры. Сторонником альтернативных подходов чрезвычайно трудно получить финансовую поддержку, в то время как для релятивистов она идет широким потоком. Так, известному астроному Х. Арпу было отказано в наблюдениях крупнейшими американскими обсерваториями, поскольку целью его исследований были поиски фактов против релятивистской космологической модели.

ГБВ хорошо вписывается в библейскую теорию сотворения Мира. Поэтому, вероятнее всего, за этими силами, препятствующими поиску научной истины в космологии, стоят могущественные клерикалы

Гипотеза Большого взрыва – оскорбление здравого смысла, ложные СТО и ОТО Эйнштейна из той же оперы, но Российская Академия наук чтит их как высоконаучные. Поэтому я, как и многие оппненты ГБВ, считаю реформирование РАН давно назревшей необходимостью.

Самое разумное – это ликвидация этого реакционного органа и создание Общественной Академии наук – как в США. Там тоже приходится бороться с лженаукой, но им всё-таки легче – у них нет ничего подобного вроде нашей РАН.

1. Герман Пролл. Формула вселенной или новый взгляд на Вселенную.

3. Игнатович В. Н. Введение в диалектико-материалистическое естествознание.

– Киев: ЭКМО, 2007. – 468 с.

4. Пиблс П. Физическая космология. – М.: Мир, 1975. – 310 с.

5. Товмасян Г. М. Внегалактические источники радиоизлучения. – М.: Наука, 1986. – 240 с.

6. Кропоткин П. Н. Космологическое красное смещение в стационарной Вселенной // Физические аспекты современной астрономии. – Л.: АН СССР ВАГО ГАО, 1985. – С. 94-120.

7. Троицкий В. С. Экспериментальные свидетельства против космологии Большого взрыва. УФН, 1995. Т. 165, №6. – С. 703-707.

8. Кропоткин П.Н. Космологическое красное смещение в стационарной Вселенной. Физические аспекты современной астрономии. Л.: АН СССР, 1985. – С. 94-12 0.

9. Скопление галактик. Новости физики в сети Internet. УФН, 1998.Т.168, No9. – С.1036.

10. Вблизи Млечного Пути обнаружено множество молодых галактик.

11. Петров В.М. Мифы современной физики.

http :// www . vixri . ru / d /_ Petrov %20 V . M .%20_ Mify %20 sovremennoj %20 fiziki ,%202012,%20224 s . pdf

12. Кризис в космологии»: а был ли Большой взрыв? http :// elementy . ru / news /164591

13. К.Э. Циолковский. БИБЛИЯ И НАУЧНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ЗАПАДА ( 1935 г ., 7 февраля).

http :// ritz – btr . narod . ru / ciolkovsky . html

14. Большие проблемы Большого взрыва. http :// www . goldentime . ru / Big _ Bang /11. htm 4

Кто автор теории большого взрыва?

Как и у большинства современных физических теорий, какого-то одного автора тут нет.

Первым, то произнёс слово “взрыв”, был ленинградский математик А.А.Фридман. Он первым (в 1922 году) доказал существование нестационарных решений уравнений Общей теории относительности, и из этих решений получалось, что Всленная должна расширяться. Но экстрапояция этого утверждения в прошлое немедленно означала, что когда-то давно вся Всленная была весьма компактной, и то, что мы видим сейчас, есть фактически результат взрыва.

Затем важные наблюдательные результаты получил американский астроном Э.Хаббл, показавший, что чем дальше от нас находится объект, тем с большей скоростью он от нас удаляется (тем самым доказав расширение Вселенной). Это полностью соответствовало решениям Фридмана.

В 1948 году Г. Гамов (советский физик, к тому времени уже много лет работавший в США) на основе решений Фридмана пришёл к выводу, что в начале Всленная должна была быть не только сверхплотной, но и сверхгорячей (что легко понять каждому, кто накачивал велосипедную камеру насосом. ), и что на этих ранних этапах горячее вещество находилось в равновесии с излучением. Как следствие, вместе с раширением Вселенной и сопутствующем её охлаждением должно было остывать и это излучение.

И наконец в 1964 году предсказанное Гамовым излучение (его называют реликтовое или фоновое) было открыто экспериментально.

Из последнийх “новостей с переднего края”: оказывается, Всленная расширяется всё быстрее и быстрее, что объяснить только гравитацией, даже с учётом действия “тёмной материи”, невозможно. Поэтому сейчас физики убеждены в том, что помимо материи (как “светлой”, т. е. нормальной видимой материи, так и тёмной), во Вселенной действует и “тёмная энергия”. Природа этой энергии пока что не ясна (как не ясна вообще-то и природа тёмной материи), но что-то ведь создаёт отрицательное давление, вызывающее расширение Всленной? вот это “что-то” и назвали тёмной энергией.

Гипотеза большого взрыва

По современным представлениям, наблюдаемая нами сейчас Вселенная возникла 13,73 ± 0,12 млрд [1] лет назад из некоторого начального «сингулярного» состояния с температурой примерно 10 32 K (Планковская температура) и плотностью около 10 93 г/см 3 (Планковская плотность), и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается. Ранняя Вселенная представляла собой однородную и изотропную среду с необычайно высокой плотностью энергии, температурой и давлением. В результате расширения и охлаждения во Вселенной произошли фазовые переходы, аналогичные конденсации жидкости из газа, но применительно к элементарным частицам.

Приблизительно через 10 −35 секунд после наступления Планковской эпохи (Планковское время — 10 −43 секунд после Большого взрыва, в это время гравитационное взаимодействие отделилось от остальных фундаментальных взаимодействий) фазовый переход вызвал экспоненциальное расширение Вселенной. Данный период получил название Космической инфляции. После окончания этого периода строительный материал Вселенной представлял собой кварк-глюонную плазму. По прошествии времени температура упала до значений, при которых стал возможен следующий фазовый переход, называемый бариогенезисом. На этом этапе кварки и глюоны объединились в барионы, такие как протоны и нейтроны. При этом одновременно происходило асимметричное образование как материи, которая превалировала, так и антиматерии, которые взаимно аннигилировали, превращаясь в излучение.

Дальнейшее падение температуры привело к следующему фазовому переходу — образованию физических сил и элементарных частиц в их современной форме. После чего наступила эпоха нуклеосинтеза, при которой протоны, объединяясь с нейтронами, образовали ядра дейтерия, гелия-4 и ещё нескольких лёгких изотопов. После дальнейшего падения температуры и расширения Вселенной наступил следующий переходный момент, при котором гравитация стала доминирующей силой. Через 380 тысяч лет после Большого взрыва температура снизилась настолько, что стало возможным существование атомов водорода (до этого процессы ионизации и рекомбинации протонов с электронами находились в равновесии).

После эры рекомбинации материя стала прозрачной для излучения, которое, свободно распространяясь в пространстве, дошло до нас в виде реликтового излучения.

Начальное состояние Вселенной

Экстраполяция наблюдаемого расширения Вселенной назад во времени приводит при использовании общей теории относительности и некоторых других альтернативных теорий гравитации к бесконечной плотности и температуре в конечный момент времени в прошлом. Более того, теория не даёт никакой возможности говорить о чём-либо, что предшествовало этому моменту (лишь потому, что Большой взрыв радикально изменил законы Вселенной: при этом теория вовсе не отрицает возможность существования чего-либо до Большого взрыва), а размеры Вселенной тогда равнялись нулю — она была сжата в точку. Это состояние называется космологической сингулярностью и сигнализирует о недостаточности описания Вселенной классической общей теорией относительности. Насколько близко к сингулярности можно экстраполировать известную физику, является предметом научных дебатов, но практически общепринято, что допланковскую эпоху рассматривать известными методами нельзя. Многие учёные полушутя-полусерьёзно называют космологическую сингулярность «рождением» (или «сотворением») Вселенной. Невозможность избежать сингулярности в космологических моделях общей теории относительности была доказана в числе прочих теорем о сингулярностях Р. Пенроузом и С. Хокингом в конце 1960-ых годов. Её существование является одним из стимулов построения альтернативных теорий гравитации.

Дальнейшая эволюция Вселенной

Согласно теории Большого взрыва, дальнейшая эволюция зависит от измеримого экспериментально параметра — средней плотности вещества в современной Вселенной. Если плотность не превосходит некоторого (известного из теории) критического значения, Вселенная будет расширяться вечно, если же плотность больше критической, то процесс расширения когда-нибудь остановится и начнётся обратная фаза сжатия, возвращающая к исходному сингулярному состоянию. Современные экспериментальные данные относительно величины средней плотности ещё недостаточно надёжны, чтобы сделать однозначный выбор между двумя вариантами будущего Вселенной.

Есть ряд вопросов, на которые теория Большого взрыва ответить пока не может, однако основные её положения обоснованы надёжными экспериментальными данными, а современный уровень теоретической физики позволяет вполне достоверно описать эволюцию такой системы во времени, за исключением самого начального этапа — порядка сотой доли секунды от «начала мира». Для теории важно, что эта неопределённость на начальном этапе фактически оказывается несущественной, поскольку образующееся после прохождения данного этапа состояние Вселенной и его последующую эволюцию можно описать вполне достоверно.

История открытия Большого взрыва

История термина

Первоначально теория Большого взрыва называлась «динамической эволюционирующей моделью». Впервые термин «Большой взрыв» применил Фред Хойл в своей лекции в 1949 (сам Хойл придерживался гипотезы «непрерывного рождения» материи при расширении Вселенной). Он сказал:

«Эта теория основана на предположении, что Вселенная возникла в процессе одного-единственного мощного взрыва и потому существует лишь конечное время… Эта идея Большого взрыва кажется мне совершенно неудовлетворительной».

На русский язык Big Bang можно перевести и как «Большой хлопок», что, вероятно, точнее соответствует уничижительному смыслу, который вложил в него Хойл. Однако после того, как его лекции были опубликованы, термин стал широко употребляться.

Критика теории Большого взрыва

Некоторые противники теории Большого взрыва считают, что Вселенная стационарна, то есть не эволюционирует, и не имеет ни начала, ни конца во времени. Сторонники такой точки зрения отвергают расширение Вселенной, а красное смещение объясняют гипотезой о «старении» света. Однако, как выяснилось, эта гипотеза противоречит наблюдениям, например, наблюдаемой зависимости продолжительности вспышек сверхновых от расстояния до них.

Существует также точка зрения о том, что законы Большого Взрыва действуют лишь в наблюдаемой нами части Вселенной (Метагалактике).

Кроме того, ТБВ не дает удовлетворительного ответа на вопрос о причинах возникновения сингулярности, или материи/энергии для её возникновения, обычно просто постулируя её безначальность.

Гипотеза Большого взрыва

Гипотеза Большого взрыва – самая признанная на сегодня космологическая модель. Согласно ей, Вселенная возникла в результате так называемого Большого взрыва. До Большого взрыва не было пространства и времени. Лишь после Большого взрыва Вселенная начала расширяться, создавая то пространство и время в четырехмерном измерении, которое и называется «пространство — время».

Так как с научной точки зрения нет смысла задавать вопрос, что было до Вселенной, в этом же смысле не надо спрашивать, что было за ее пределами, потому что «пределов» не существовало. Вселенная расширяется не в пространстве, она расширяется вместе с пространством. Периодом Большого взрыва условна называют интервал времени от *нуля» до нескольких сотен секунд. Современные научные знания не позволяют проникнуть в то мгновение, когда начался Большой взрыв, и уловить ту долю секунды, которая была до «нуля». Так в чем же заключается гипотеза Большого взрыва?

Известные нам законы физики не в состоянии объяснить, что произошло в период между началом Большого взрыва и мгновением через 10

43 секунды после его начала (эту невообразимо малую часть секунды, выражаемую дробью с единицей в числителе и единицей с 43 нулями в знаменателе, называют временем Планка), как, впрочем, не в состоянии создать и теорию самого начала Большого взрыва.

В мгновение доли секунды Вселенная была бесконечно малой, горячей и плотной. В следующую ничтожно малую долю секунды она сильно изменилась — расширилась от бесконечно малых размеров до размеров грейпфрута с выделением энергии и элементарных частиц — кварков и антикварков. До того момента, когда Вселенная прожила десятитысячную часть секунды, из кварков образовались протоны и нейтроны.

Через секунду после начала Большого взрыва температура снизилась до 10 миллиардов градусов; во Вселенной преобладали излучение и такие легкие частицы, как электроны и их античастицы (позитроны). Чуть больше чем через минуту после начала Большого взрыва протоны и нейтроны начали соединяться между собой, образуя ядра гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Большая часть ядер гелия, существующих по сегодняшний день во Вселенной, образовалась в первую четверть часа после начала Большого взрыва.

И лишь спустя 300—500 тысяч лет, когда Вселенная, расширившись, остыла до температуры 3000 градусов Кельвина, электроны стали соединяться с ядрами водорода и гелия, образуя первые атомы, произошло «разрежение» космического облака и Вселенная впервые стала прозрачной для света. И лишь потом появились слои атмосферы Земли.

Списки6 альтернатив теории Большого взрыва

За что критикуют главную космологическую теорию

Теория Большого взрыва стала почти такой же общепринятой космологической моделью, как и вращение Земли вокруг Солнца. Согласно теории, около 14 млрд лет назад спонтанные колебания в абсолютной пустоте привели к появлению Вселенной. Нечто, сравнимое по размеру с субатомной частицей, расширилось до невообразимых размеров за доли секунды. Но в этой теории существует много проблем, над которыми бьются физики, выдвигая всё новые и новые гипотезы.

Что не так с теорией Большого взрыва

Из теории следует, что все планеты и звёзды образовались из пыли, размётанной по космосу в результате взрыва. Но что предшествовало ему, неясно: здесь наша математическая модель пространства-времени перестаёт работать. Вселенная возникла из начального сингулярного состояния, к которому не применить современную физику. Теория также не рассматривает причины возникновения сингулярности или материи и энергии для её возникновения. Считается, что ответ на вопрос о существовании и происхождении начальной сингулярности даст теория квантовой гравитации.

Большинство космологических моделей предсказывают, что полная Вселенная имеет размер намного больший, чем наблюдаемая часть — сферическая область с диаметром примерно 90 млрд световых лет. Мы видим только ту часть Вселенной, свет от которой успел достичь Земли за 13,8 млрд лет. Но телескопы становятся всё лучше, мы обнаруживаем всё более дальние объекты, и пока нет оснований считать, что этот процесс остановится.

С момента Большого взрыва Вселенная расширяется с ускорением. Сложнейшая загадка современной физики — вопрос о том, что вызывает ускорение. Согласно рабочей гипотезе, во Вселенной содержится невидимая составляющая, называемая «тёмной энергией». Теория Большого взрыва не объясняет, будет ли Вселенная расширяться бесконечно, и если да, то к чему это приведёт — к её исчезновению или чему-то ещё.

Хотя ньютоновскую механику потеснила релятивистская физика, её нельзя назвать ошибочной. Тем не менее восприятие мира и модели для описания Вселенной полностью изменились. Теория Большого взрыва предсказала ряд вещей, которые не были известны до того. Таким образом, если на её место придёт другая теория, то она должна быть похожей и расширить понимание мира.

Мы остановимся на самых интересных теориях, описывающих альтернативные модели Большого взрыва.

Вселенная как мираж чёрной дыры

Вселенная возникла благодаря коллапсу звезды в четырёхмерной Вселенной, считают учёные из Института теоретической физики «Периметр». Результаты их исследования опубликовал журнал Scientific American. Ниайеш Афшорди, Роберт Манн и Рази Пурхасан говорят, что наша трёхмерная Вселенная стала подобием «голографического миража» при схлопывании четырёхмерной звезды. В отличие от теории Большого взрыва, согласно которой Вселенная возникла из чрезвычайно горячего и плотного пространства-времени, где не применяются стандартные законы физики, новая гипотеза о четырёхмерной вселенной объясняет как причины зарождения, так и её стремительного расширения

Согласно сценарию, сформулированному Афшорди и его коллегами, наша трёхмерная Вселенная — это своеобразная мембрана, которая плывёт сквозь ещё более объёмную вселенную, существующую уже в четырёх измерениях. Если бы в этом четырёхмерном космосе существовали свои четырёхмерные звёзды, они бы тоже взрывались, как и трёхмерные в нашей Вселенной. Внутренний слой становился бы чёрной дырой, а внешний выбрасывался бы в пространство.

В нашей Вселенной чёрные дыры окружены сферой, называемой горизонтом событий. И если в трёхмерном пространстве эта граница двухмерная (как мембрана), то в четырёхмерной вселенной горизонт событий будет ограничен сферой, существующей в трёх измерениях. Компьютерное моделирование коллапса четырёхмерной звезды показало, что её трёхмерный горизонт событий будет постепенно расширяться. Именно это мы и наблюдаем, называя рост 3D-мембраны расширением Вселенной, полагают астрофизики.

Большая заморозка

Альтернативой Большому взрыву может быть Большая заморозка. Команда физиков из Мельбурнского университета во главе с Джеймсом Кватчем представила модель рождения Вселенной, которая больше напоминает постепенный процесс заморозки аморфной энергии, чем её выплеск и расширение в трёх направлениях пространства.

Бесформенная энергия, по мнению учёных, подобно воде охладилась до кристаллизации, создав привычные три пространственных и одно временное измерение.

Теория Большой заморозки ставит под сомнение принятое в настоящее время утверждение Альберта Эйнштейна о непрерывности и плавности пространства и времени. Не исключено, что пространство имеет составные части — неделимые стандартные блоки наподобие крошечных атомов или пикселей в компьютерной графике. Эти блоки настолько малы, что их невозможно наблюдать, однако, следуя новой теории, можно обнаружить дефекты, которые должны преломлять потоки других частиц. Учёные вычислили такие эффекты с помощью математического аппарата, а теперь попытаются обнаружить их экспериментально.

Вселенная без начала и конца

Ахмед Фараг Али из Университета Бенха в Египте и Саурия Дас из Университета Летбриджа в Канаде предложили новое решение проблему сингулярности, отказавшись от Большого взрыва. Они привнесли в уравнение Фридмана, описывающее расширение Вселенной и Большой взрыв, идеи известного физика Дэвида Бома. «Удивительно, что небольшие поправки потенциально могут решить так много вопросов», — говорит Дас.

Полученная модель объединила в себе общую теорию относительности и квантовую теорию. Она не только отрицает сингулярность, предшествовавшую Большому взрыву, но и не допускает того, что Вселенная со временем сожмётся обратно в первоначальное состояние. Согласно полученным данным, Вселенная имеет конечный размер и бесконечное время жизни. В физическом выражении модель описывает Вселенную, наполненную гипотетической квантовой жидкостью, которая состоит из гравитонов — частиц, обеспечивающих гравитационное взаимодействие.

Учёные также утверждают, что их выводы соотносятся с последними результатами измерения плотности Вселенной.

Бесконечная хаотическая инфляция

Термин «инфляция» обозначает стремительное расширение Вселенной, происходившее по экспоненте в первые мгновения после Большого взрыва. Сама по себе теория инфляции не опровергает теорию Большого взрыва, а лишь по-другому интерпретирует её. Эта теория решает несколько фундаментальных проблем физики.

Согласно инфляционной модели, вскоре после зарождения Вселенная очень короткое время расширялась по экспоненте: её размер многократно удваивался. Учёные полагают, что за 10 в -36 степени секунд Вселенная увеличилась в размерах как минимум в 10 в 30–50 степени раз, а возможно, и больше. В конце инфляционной фазы Вселенная заполнилась сверхгорячей плазмой из свободных кварков, глюонов, лептонов и высокоэнергетичных квантов.

Концепция подразумевает, что в мире существует множество изолированных друг от друга вселенных с разным устройством

Физики пришли к выводу, что логика инфляционной модели не противоречит идее постоянного множественного рождения новых вселенных. Квантовые флуктуации — такие же, как те, из-за которых появился наш мир — могут возникать в любом количестве, если для этого есть подходящие условия. Вполне возможно, что наше мироздание вышло из флуктуационной зоны, сформировавшейся в мире-предшественнике. Можно также допустить, что когда-нибудь и где-нибудь в нашей Вселенной образуется флуктуация, которая «выдует» юную вселенную совершенно другого рода. По такой модели дочерние вселенные могут отпочковываться непрерывно. При этом вовсе не обязательно, что в новых мирах устанавливаются одни и те же физические законы. Концепция подразумевает, что в мире существует множество изолированных друг от друга вселенных с разным устройством.

Циклическая теория

Пол Стейнхардт, один из физиков, заложивших основы инфляционной космологии, решил развить эту теорию и дальше. Учёный, который возглавляет Центр теоретической физики в Принстоне, совместно с Нэйлом Тьюроком из Института теоретической физики «Периметр» изложил альтернативную теорию в книге Endless Universe: Beyond the Big Bang («Бесконечная Вселенная: За гранью Большого взрыва»). Их модель основана на обобщении теории квантовых суперструн, известной как М-теория. Согласно ей, физический мир имеет 11 измерений — десять пространственных и одно временное. В нём «плавают» пространства меньших размерностей, так называемые браны (сокращение от «мембраны»). Наша Вселенная — просто одна из таких бран.

Модель Стейнхардта и Тьюрока утверждает, что Большой взрыв произошёл в результате столкновения нашей браны с другой браной — неизвестной нам вселенной. По этому сценарию столкновения происходят бесконечно. Согласно гипотезе Стейнхардта и Тьюрока, рядом с нашей браной «плавает» ещё одна трёхмерная брана, отделённая крошечным расстоянием. Она также расширяется, уплощается и пустеет, но через триллион лет браны начнут сближаться и в конце концов столкнутся. При этом выделится огромное количество энергии, частиц и излучения. Этот катаклизм запустит очередной цикл расширения и охлаждения Вселенной. Из модели Стейнхардта и Тьюрока следует, что эти циклы были и в прошлом и обязательно повторятся в будущем. С чего эти циклы начались, теория умалчивает.

Вселенная
как компьютер

Ещё одна гипотеза об устройстве мироздания гласит, что весь наш мир — это не более чем матрица или компьютерная программа. Идею о том, что Вселенная представляет собой цифровой компьютер, впервые выдвинул немецкий инженер и пионер компьютеростроения Конрад Цузе в книге Calculating Space («Вычислительное пространство»). Среди тех, кто также рассматривал Вселенную как гигантский компьютер, значатся физики Стивен Вольфрам и Герард ‘т Хоофт.

Теоретики цифровой физики предполагают, что Вселенная — по сути информация, и, следовательно, она вычислима. Из этих предположений следует, что Вселенную можно рассматривать как результат работы компьютерной программы или цифрового вычислительного устройства. Этот компьютер может быть, например, гигантским клеточным автоматом или универсальной машиной Тьюринга.

Косвенным доказательством виртуальной природы Вселенной называют принцип неопределённости в квантовой механике

Согласно теории, всякий предмет и событие физического мира происходит из постановки вопросов и регистрации ответов «да» или «нет». То есть за всем, что нас окружает, скрывается некий код, аналогичный бинарному коду компьютерной программы. А мы — своего рода интерфейс, с помощью которого появляется доступ к данным «вселенского интернета». Косвенным доказательством виртуальной природы Вселенной называют принцип неопределённости в квантовой механике: частицы материи могут существовать в неустойчивой форме, а «закрепляются» в конкретном состоянии только при наблюдении за ними.

Последователь цифровой физики Джон Арчибальд Уилер писал: «Не было бы неразумным представить, что информация находится в ядре физики так же, как в ядре компьютера. Всё из бита. Иными словами, всё сущее — каждая частица, каждое силовое поле, даже сам пространственно-временной континуум — получает свою функцию, свой смысл и, в конечном счёте, само своё существование».

8. Гипотеза Большого взрыва

Точно ответить на вопрос о происхождении Вселенной современная наука пока не может (и вряд ли будет в состоянии это сделать в ближайшее время – настолько он сложен). Однако у нее есть на этот счет более или менее обоснованные предположения. Одно из них является в настоящее время наиболее распространенным и достаточно убедительным. Это гипотеза Большого взрыва, идея о котором была предложена еще в 40-е гг. прошлого столетия, а утвердилась в естествознании в 70-е гг.

Другим косвенным подтверждением гипотезы Большого взрыва является открытое в 1965 году реликтовое излучение (лат. relictum – остаток) Вселенной. Это излучение, остатки которого доходят до нас из того далекого времени, когда ни звезд, ни планет еще не было, а вещество Вселенной было представлено однородной плазмой, которая имела колоссальную температуру. Таким образом, раньше Вселенная была намного более теплой, чем в настоящее время. Причиной столь высокой ее температуры в отдаленном прошлом мог быть Большой взрыв. Однако идея о нем продолжает оставаться гипотезой и ждет своего подтверждения или опровержения от будущих научных исследований.

Рождение Вселенной Гипотеза. Большого взрыва

Точно ответить на вопрос о происхождении Вселенной современная наука пока не может (и вряд ли будет в состоянии это сделать в ближайшее время – настолько он сложен). Однако у нее есть более или менее обоснованные предположения. Одно из них в настоящее время наиболее распространено, популярно и достаточно убедительно. Это гипотеза Большого взрыва, предложенная еще в 1940-е гг. и утвердившаяся в естествознании в 1970-е гг.

Согласно гипотезе Большого взрыва, очень давно (приблизительно 20 миллиардов лет назад) Вселенная была очень малых размеров. Ее радиус равнялся примерно 10 -12

см, что близко к радиусу электрона. Все бескрайнее невообразимое пространство нынешнего космоса, расстояния в котором измеряются миллионами световых лет, было спрессовано в предельно сжатом чрезвычайно малом объеме. Понятно, что плотность вещества в этом ничтожном объеме была колоссальной – приблизительно 10 91г/см 3. Также ясно, что все бесконечное многообразие Вселенной было заложено в этот первоначальный микрообъект, содержалось в нем потенциально, то есть неявно, незримо, представляло собой возможность, которая должна была превратиться в действительность. Точно так же, как и большое дерево с многообразием своих форм потенциально содержится в маленьком зернышке, 20 миллиардов лет назад эта спрессованная точка размером с электрон, обладавшая неописуемой плотностью и энергией, взорвалась со страшной силой, результатом чего были образование и дальнейшая эволюция всех объектов Вселенной.

Есть и другое предположение о Большом взрыве. 20 миллиардов лет назад Вселенная была не ничтожно малым объектом, а вакуумом . Однако вакуум – это не абсолютное ничто, не Небытие. Чтобы подчеркнуть это, часто употребляют понятие физического вакуума, который представляет собой особое состояние материи. Говоря просто, физический вакуум – это такое ничто, в котором потенциально, скрыто, неявно содержится все. Он способен внезапно и резко перестраивать свою структуру, то есть меняться, переходить из одного состояния в другое. Такие переходы в физике называют фазовыми (например, переход воды в пар и лед). В результате одного из фазовых переходов физического вакуума, который и был Большим взрывом, он из пустоты (ничего) превратился во Вселенную (все).

Гипотеза Большого взрыва не является только умозрительным предположением. В ее пользу говорят различные наблюдения. Так, в 1929 г. американский астроном Эдвин Хаббл заметил, что свет далеких галактик несколько краснее ожидаемого. Из этого наблюдения путем сложных физических расчетов он сделал вывод, что Вселенная расширяется, причем одинаково во всех направлениях, то есть взаимное расположение космических объектов не меняется, а изменяются только расстояния между ними. Точно так же, как не меняется расположение точек на поверхности воздушного шара, но меняются расстояния между ними, когда его надувают. В настоящее время галактики «разбегаются» с огромной скоростью. Но если Вселенная расширяется, то обязательно возникает вопрос: а какие же силы сообщают разбегающимся галактикам начальную скорость и дают необходимую энергию? Современная наука предполагает, что исходным моментом и причиной нынешнего расширения Вселенной был Большой взрыв. Однако это предположение остается гипотезой и ждет своего подтверждения или опровержения в результате будущих научных исследований.