Mokslo pasaulyje visuotinai pripažįstama, kad Visata atsirado dėl Didžiojo sprogimo. Ši teorija remiasi tuo, kad energija ir materija (visų dalykų pamatai) anksčiau buvo singuliarumo būsenoje. Jam, savo ruožtu, būdinga temperatūros, tankio ir slėgio begalybė. Pati singuliarumo būsena atmeta viską, kas žinoma modernus pasaulis fizikos dėsniai. Mokslininkai mano, kad Visata atsirado iš mikroskopinės dalelės, kuri dėl vis dar nežinomų priežasčių tolimoje praeityje pateko į nestabilią būseną ir sprogo.
Problemos, susijusios su multivisatų teorija, net jei jos yra seksualinės mokslinis taškas vizija verčia fizikus nustoti ieškoti atsakymų į pačius pagrindinius klausimus, pavyzdžiui, kodėl fizinės konstantos mūsų Visatos yra tie, kurie egzistuoja. Teoretikai turi idėją, kas galėtų būti begalinis skaičius Visata, ir galime įsivaizduoti modelius, kuriuose skaičiai „patinka pagrindinės savybės dalelės, kurias stebime“, yra skirtingos kiekvienoje dukterinėje visatoje. Voite nori, kad teoretikai nesakytų, jog mums tiesiog „pasisekė“ šioje visatoje, kur viskas vyksta taip, kaip vyksta, nes yra begalinės galimybės, todėl nustojame kurti teorijas.
Terminas " Didysis sprogimas„pradėtas naudoti nuo 1949 m., mokslininko F. Hoyle'o darbams paskelbus mokslo populiarinimo leidiniuose. Šiandien „dinaminio evoliucijos modelio“ teorija yra taip gerai išvystyta, kad fizikai gali apibūdinti Visatoje vykstančius procesus per 10 sekundžių po mikroskopinės dalelės, padėjusios pagrindą viskam, sprogimo.
Kita vertus, Carroll pirmenybę teikia daugialypei versijai, tačiau daugelis kitų renkasi „The Big Bounce“. Apibendrinant galima pasakyti, kad daugelis fizikų moka diskutuoti ir rašyti knygas apie Didįjį sprogimą ir ikiteisminius modelius, kurie gali apibūdinti tai, ką matome šiandien. Mes supaprastinome matematiką, bet faktas yra tas, kad dar reikia daug teorijų, kad suprastume, kaip visata tapo tokia, kokia ji yra.
Tuo pačiu metu svarbu, kad žmonės žinotų, kad mes nežinome, apie ką kalbame, sako Carroll. „Šios spekuliacinės idėjos yra tik pradžia kažko, į ką reikia žiūrėti rimtai, tačiau yra vilties, kad galime visa tai išspręsti, jei nepasiduosime“. Šviesa, sklindanti iš mikrobangų krosnelės dugno, sklinda per Visatą.
Yra keletas teorijos įrodymų. Vienas iš pagrindinių yra kosminė mikrobangų foninė spinduliuotė, kuris persmelkia visą Visatą. Jis, pasak šiuolaikinių mokslininkų, galėjo atsirasti tik dėl Didžiojo sprogimo, dėl mikroskopinių dalelių sąveikos. Būtent reliktinė spinduliuotė leidžia sužinoti apie tuos laikus, kai Visata buvo tarsi deganti erdvė, o žvaigždžių, planetų ir pačios galaktikos nebuvo. Antrasis visų dalykų gimimo iš Didžiojo sprogimo įrodymas laikomas kosmologiniu raudonuoju poslinkiu, kurį sudaro radiacijos dažnio sumažėjimas. Tai patvirtina žvaigždžių, galaktikų pašalinimą iš pieno kelias konkrečiai ir vienas nuo kito apskritai. Tai yra, tai rodo, kad Visata plėtėsi anksčiau ir tęsiasi iki šiol.
Negalime spėlioti, kas nutiko anksčiau. Tai yra siena fizinis parametras, kuri neleidžia mokslininkams kūrimo metu pažvelgti į kitą pusę. Norėdami įveikti šį etapą, mums reikės matematinė teorija, kuris suvienytų kvantinį ir bendrąjį reliatyvumą, tai yra Didžiąją vieningą teoriją, kuri yra Šventasis Gralis, kurio fizikai taip nuoširdžiai siekia. Stephenas Hawkingas net nuėjo taip toli, kad su įprasta šypsena pasakė, kad kai ateis laikas, mes pažinsime Dievo protą.
Tačiau kol kas jis toliau mažėja, nepaisant naujų įrodymų, patvirtinančių šį modelį. Begalinė energija amžinoje tuštumoje. Iššūkis skaitytojui, kuris bando tai įsivaizduoti. Mažytis begalinės energijos blyksnis amžinoje tuštumoje. Tai viskas, ką galime žinoti apie Didįjį sprogimą. Tai, kas įvyko prieš šią akimirką, nesuprato.
Trumpa Visatos istorija
- 10 -45 - 10 -37 sek - infliacinė plėtra
- 10-6 sek- kvarkų ir elektronų atsiradimas
- 10-5 sek- protonų ir neutronų susidarymas
- 10 -4 sek. - 3 min- deuterio, helio ir ličio branduolių atsiradimas
- 400 tūkstančių metų- atomų susidarymas
- 15 milijonų metų- nuolatinis dujų debesies plėtimasis
- 1 milijardas metų- pirmųjų žvaigždžių ir galaktikų gimimas
- 10-15 milijardų metų- planetų išvaizda ir protingas gyvenimas
- 10 14 milijardų metų- žvaigždžių gimimo proceso nutraukimas
- 10 37 milijardai metų- visų žvaigždžių energijos išeikvojimas
- 10 40 milijardų metų- juodųjų skylių išgaravimas ir elementariųjų dalelių gimimas
- 10 100 milijardų metų- visų juodųjų skylių išgarinimo užbaigimas
Didžiojo sprogimo teorija buvo tikras mokslo proveržis. Tai leido mokslininkams atsakyti į daugelį klausimų, susijusių su Visatos gimimu. Tačiau kartu ši teorija sukėlė naujų paslapčių. Pagrindinė iš jų yra pati Didžiojo sprogimo priežastis. Antras klausimas, į kurį atsakymo nėra šiuolaikinis mokslas- kaip atsirado erdvė ir laikas. Kai kurių tyrinėtojų teigimu, jie gimė kartu su medžiaga ir energija. Tai yra, jie yra Didžiojo sprogimo rezultatas. Bet tada paaiškėja, kad laikas ir erdvė turi turėti kažkokią pradžią. Tai yra, tam tikra esybė, nuolat egzistuojanti ir nepriklausoma nuo jų rodiklių, galėjo inicijuoti nestabilumo procesus mikroskopinėje dalelėje, kuri pagimdė Visatą.
Planko konstanta yra dalis formulės, kuri susieja kvanto energijos kiekį su atitinkamo dažnio elektromagnetinė banga. Ši figūra turi kitas matematines ribas, pvz., Planko ilgį, tai yra mažiausią galimas atstumas tarp judviejų, matyt atskiri objektai, o Planko masė – minimali materialios būties išraiška. Čia nustatome ribą, kiek galime žinoti apie visatos kilmę.
Neįtikėtina stulbinanti energija ir tankis. Mūsų protas yra beprotiškas, kai galvojame apie milijardinę sekundės dalį, kuri praeina tarp vieno veiksmo ir kito šiuo metu. Bet mes negalime galvoti apie tai kaip apie bendrą mūsų visatos laiką.
Kuo daugiau tyrimų atliekama šia kryptimi, tuo daugiau klausimų kyla astrofizikams. Atsakymai į juos žmonijos laukia ateityje.
Dauguma astronomų palaiko idėją, kad Visata atsirado iš „burbulo“, tūkstančius kartų mažesnio už smeigtuko galvutę, bet neįtikėtinai karšto ir tankaus. Beveik prieš 13,8 milijardo metų jis sprogo, ir šis įvykis vadinamas „Didžiuoju sprogimu“. Tą akimirką pradėjo egzistuoti erdvė, laikas, energija ir materija. Per labai trumpą laiką Visata išsiplėtė nuo subatominės dalelės dydžio iki apelsino dydžio, o po to toliau plėtėsi, palaipsniui įgydama moderni išvaizda. Būtent Didysis sprogimas paaiškina įvairius Visatos parametrus, kuriuos šiandien žinome, ir būtent Didysis sprogimas nulėmė, kaip jis vystysis ateityje ir galbūt mirs po milijardų ir milijardų metų. Didžiojo sprogimo tyrimas – tai atsakymo į klausimą, kas buvo „visko“ pradžia ir kokia bus pabaiga, paieška.
Vienas iš šių laiko pliūpsnių, tai yra mega-milijonoji sekundės dalis mums, būtų tolygus amžinybei tariamai būtybei, kuri egzistavo tuo kūrimo momentu. Panašumas gali būti tas, kad vienas iš jų yra atomo branduolio dydis oranžinės spalvos, dalis, kurios mes beveik neįsivaizduojame, didesnė už tą, kuri skiria šį apelsiną nuo mus supančios visatos. Šioje visatoje yra tik viena dalelė, kuri savo ruožtu sukels pirmąsias materijos daleles.
Didžiojo sprogimo pagreitis vis dar tęsiasi. Kai nuo pirminio didžiojo sprogimo praeis trys minutės, Visatoje nieko svarbiau nebus, viskas judės labai lėtai. Prireikia šimto milijonų metų, kol plazmos dujų sūkurinėse voniose ir viduje susiformuoja pirmosios žvaigždės branduolinės reakcijos, kurie atsiranda susiliejus vandenilio ir helio atomams, bus generuojami sunkūs elementai, pavyzdžiui, geležis, kuri atsiras tik po daugelio milijonų metų ir taptų svarbia mūsų egzistencijai šiandien.
Pirmosios akimirkos
Astrofizikai stebisi, kas buvo Visatos pradžioje ir kas buvo iki jos pradžios. Fizinių ir matematinių tyrimų dėka kai kurie atsakymai į tokius klausimus jau gauti. Tačiau atsakymai, kurie tenkina teorinius fizikus, ne visada yra suprantami plačiajai visuomenei ir perkeliami į mūsų kasdienę tikrovę. Kitaip tariant, nemažai sąvokų turėtų būti priimtos „pagal apibrėžimą“, nebandant jų rasti empiriniai pavyzdžiaišiandieninėje Visatoje, kuri leistų suprasti, kas įvyko pirmosiomis akimirkomis po Didžiojo sprogimo.
Nuo tada šio pirmojo sprogimo pagreitis tęsėsi, todėl galaktikos tolsta viena nuo kitos ir daro tokį patį poveikį, tarsi mes brinktume. balionas. Taigi šiomis dienomis plečiasi sudėtinga visata, nors ir turi pakankamai ekstravagantiškų dalykų, kad iškeltų visokias paslaptis.
Didžiojo sprogimo teorija ir visatos kilmė
Vadinamasis Didysis sprogimas, tiesiogine prasme puikus blyksnis, reiškia momentą, kai visa materija atsiranda iš „nieko“, tai yra, iš Visatos atsiradimo. Vienas iš neišspręstų problemų besiplečiančiame visatos modelyje yra tai, ar visata atvira, ar uždara. Priimtiniausios yra Didžiojo sprogimo teorija ir Infliacija, kurios viena kitą papildo.
Pradėti
Tikėtina, kad laiko ir erdvės pradžioje egzistavo „gravitacinis singuliarumas“, ty tai, ką galime apibrėžti kaip geometrinis taškas, kuriame gravitacinis laukas siekė be galo didelio dydžio. Gravitaciniai singuliarumai, kurių egzistavimą numato Alberto Einšteino bendroji reliatyvumo teorija, susidaro, kai materijos tankis yra toks didelis, kad sukelia erdvės-laiko griūtį. Singuliarumą labai sunku įsivaizduoti kaip kažką konkretaus; jį daugiausia galima apibūdinti terminais matematines sąvokas. Kai kurie tyrinėtojai, pasakę, kad visata gimė iš Didžiojo sprogimo, susimąstė, ar buvo kažkas prieš jį. Problemą apsunkina tai, kad Didžiojo sprogimo metu atsirado ne tik erdvė, bet ir pats laikas, todėl bendroji teorija reliatyvumo mes kalbame apie apie „erdvės laiką“ kaip vieną visumą. Tai veda prie minties, kad Didysis sprogimas neįvyko „tuščioje erdvėje“, kurią vėliau užpildė besiplečianti Visata, o pats sukūrė erdvę ir laiką.
Kosminė infliacija yra teorinės fizikos pasiūlymų rinkinys, paaiškinantis itin greitą Visatos plėtimąsi. pradines akimirkas ir vadinamosios horizonto problemos sprendimai. Šiuo metu infliacija laikoma standartinio karštojo Didžiojo sprogimo kosmologinio modelio dalimi. Elementarioji dalelė arba hipotetinis laukas, kuris, kaip manoma, yra atsakingas už infliaciją, vadinamas infliacija.
Bėgimo laiko triukas
Visatai plečiantis, Didžiojo sprogimo liekamoji spinduliuotė toliau vėso. Manęs paprašė parašyti apie visatos kilmę. Nieko sudėtingesnio ir negali prašyti, manęs ten nebuvo. Taigi nuo šiol. Visata plečiasi, dėl to lieka keletas abejonių. Taigi mintis, kuri visiems ateina į galvą, yra tokia.
Planko era
Tai, kas pasirodė iš karto po Didžiojo sprogimo, turėjo tokį slėgį ir temperatūrą, kad jo elgesio negalima apibūdinti remiantis galiojančiais dėsniais šiuolaikinė visata. Iš karto po Didžiojo sprogimo fazė vadinama „Planko era“ vokiečių mokslininko Maxo Plancko vardu. Jis apima laikotarpį nuo Didžiojo sprogimo iki 10 × -43 laipsnių s po jo (šis laikas vadinamas „Planko laiku“). Per šį labai trumpą laikotarpį Visata pasiekė 10 × – 33 laipsnių cm dydį, o temperatūra nukrito iki 10 × 32 laipsnių Celsijaus, tai yra, šimto tūkstančių milijardų milijardų milijardų laipsnių.
Jei Visata plečiasi ir visos galaktikos tolsta viena nuo kitos, praeityje jos turėjo būti daugiau kartu, o jei eisime iki ribos, viskas, ką matome, turėtų būti taške. Ir mes tai jau sujungėme, nes iš to daroma išvada, kad viskas buvo vienu metu ir kad kažkuriuo metu yra apie keturiolika milijardų metų, per metus, metais vėliau, Visatos kilmė sprogo.
Idėja neįgyvendinta, nors ir labai patraukli, bet neturi fizinę reikšmę. Taip, iš pradžių nieko nebuvo, viskas buvo tuščia. Bet, žinoma, mes esame fizikoje, gyvename fizinėje visatoje, todėl turėsime paaiškinti, ką turime omenyje sakydami fizikoje tuštuma.
Pati mažiausia erdvė
Norėdamas apibrėžti šią fazę, Planckas padarė gana paprastą išvadą. Jis paklausė savęs, ar yra minimalus bangos ilgis, žemiau kurio negalima gauti jokios informacijos, ty minimalią vertę, mažiau nei erdvės sąvoka praranda prasmę.
Kadangi gama spinduliai turi trumpiausią elektromagnetinės bangos ilgį (jis yra 10 × -33 laipsnių cm), Planckas spėjo, kad trumpesniuose bangos ilgiuose nėra galimybės gauti visos fizinės informacijos. Šviesos greičiu sklindantis gama spindulys sklinda per 10 × -43 laipsnių s. 10 × -33 laipsnių cm atstumas yra už matavimo ribų. Todėl tarp nulinis taškas Didysis sprogimas ir Planko eros pabaiga negali gauti jokios fizinės informacijos apie Visatą pirmajame vystymosi etape.
Per pastaruosius 120 metų daugiau ar mažiau išmokome žaisdami su fizika, kad tuštuma jokiu būdu nėra inertiška teorinė entelechija pagal apibrėžimą. Kai įsivaizduojame tuštumą, galvojame, kad viską sėmėmės iš tam tikro regiono. Nieko neliko, nei energijos, nei dalelių, nei nieko. Todėl mažai kas gali iš ten pabėgti.
Tačiau tuštuma yra kažkas nuostabaus. Vakuumas yra sistemų būsena, kuri gali sąveikauti su kitomis konfigūracijomis. Vakuumas nėra inertiškas; IN kvantinė teorija mes žinome, kad fiziniai laukai yra susiję su dalelių buvimu. Elektromagnetinis laukas atsiranda dėl fotonų buvimo geriausias pavyzdys.
Netrukus po Didžiojo sprogimo
Planko eros pabaigoje gravitacijos jėga atsiskyrė nuo visos Visatoje esančios energijos ir tapo nepriklausoma. Iškart po to atėjo stipriųjų eilė branduolinė sąveika(išlaikant stabilią būseną atomų branduoliai), kurios kartu su gravitacijos jėgomis, elektromagnetinė sąveika Ir silpna sąveika(pastarasis yra atsakingas už radioaktyvus skilimas) yra vienas iš keturių pamatines jėgas, esantis gamtoje. Jų pagalba dalelės keičiasi energija. Visa tai nuo Didžiojo sprogimo užtruko iki 10 × -36 laipsnių s.
Kada sakome, kad turime tuštumą? Na, šis klausimas gali pasirodyti nereikšmingas. Kai neturime su nagrinėjamu lauku susietos dalelės. Tačiau tai verčia pripažinti, kad tuštuma tinka kiekvienam fizinis laukas. Tai yra, aš galiu turėti skirtingus laukus, ir vienas ar keli iš jų yra tuščios būsenos, o likusieji ne.
Bet geriausia, kad lauko vakuumas yra priimtinas fizinę būklęšį lauką ir gali sąveikauti su kitomis būsenomis, išskyrus tuštumą, kitų fizinių laukų. Pavyzdžiui, jei pažvelgtume į lauką, atsakingą už stiprią jėgą, pamatytume, kad jis yra susijęs su dalelių, vadinamų gliuonais, buvimu. Nurodyto lauko vakuumas bus būsena, kurioje tokių gliuonų nėra.
Infliacija
Šiuo metu prasidėjo „infliacijos era“. Jis vadinamas taip, nes šiame etape Visata buvo labai paveikta greita plėtra- „infliacija“ (iš anglų kalbos į išpūsti - „išpūsti“). Per kelias milijardines sekundės dalis Visata padidino savo dydį 10 × 50 kartų. Infliacijos laikotarpiu, kuris truko nuo Didžiojo sprogimo iki 10 × -32 s. Buvo pastebėti „kvantiniai svyravimai“, kuriuos sukelia spontaniškas dalelių/antidalelių porų susidarymas, dėl kurių erdvėlaikis tampa gana netaisyklingas ir sudėtinga forma. Šie svyravimai sudarė pagrindą gravitaciniams vienalytiškumo trikdžiams, kurie, iš pradžių būdami nereikšmingi, ilgainiui augo ir galiausiai suformavo milžiniškus šiandien stebimus trikdžius. erdvės struktūros, pavyzdžiui, galaktikos ir galaktikų spiečiai. Susidūrusios medžiagos ir antimedžiagos dalelės buvo tarpusavyje sunaikintos ir sukėlė spinduliuotę. Nepaisant to, šiame naikinimo žaidime buvo išsaugotas materijos perteklius: ji sudarė šiuolaikinę Visatą.
Kokią energiją turi tuštumos laukas? Nes atrodo natūralu manyti, kad jei nėra su tuo susijusių dalelių, tai laukas turės mažiausiai energijos. Tada vakuumas bus minimalus energetinė būsena konkrečioje srityje. Jei laukas įgauna daugiau energijos, jis gali panaudoti tą energiją surištoms dalelėms kurti, todėl būsenos, kuriose yra dalelių, gali būti laikomos sužadintomis lauko būsenomis, atsižvelgiant į jo vakuumą.
Tačiau vakuumas negali visą laiką būti minimalios energijos, nes kvantinėje sistemoje draudžiama visada turėti tokią pačią energiją. Tai yra, mes negalime žinoti sistemos energijos bet kuriuo metu. Todėl tuštumose atsiranda vibracijos. Tuo atveju stipri sąveikašios jų tuštumos sąveikos interpretuojamos kaip gliuonai, kurie atsiranda ir išnyksta. Jie taip greitai atima ir sugrąžina energiją, kad šių pasirodymų ir dingimų negalima aptikti tiesiogiai. Tai ne filosofija ar mitologija, tai mokslinis įrodymas, kaip matote čia: Prof.
Kvarkai
Praėjus maždaug 10×-35 s po Didžiojo sprogimo, pradėjo formuotis pirmosios dalelės – kvarkai, antikvarkai, W dalelės, Z dalelės ir elektronai.
Kelių kvarkų derinys vėliau suformavo protonus, neutronus ir jų antidaleles. Protonai ir antiprotonai sunaikino vienas kitą, sukurdami elektromagnetinę spinduliuotę. Tik šiuo momentu atsiskyrė silpnoji branduolinė ir elektromagnetinė sąveika.
Yra labai gražių šių virpesių modeliavimų. Negalime žinoti, ar šie svyravimai egzistuoja, ar vakuumas yra fizinė būsena, kuri gali sąveikauti su kitomis sistemos būsenomis. Kam visa tai? Taip, tai geras atsakymas. Norėdami atsakyti, žiūrime į protoną arba neutroną, kurie yra dalelės, sudarančios atomų branduolius ir pirmiausia atsakingos už mūsų masę. Protoną arba neutroną sudaro trys kvarkai.
Iš kur atsiranda likusi protonų masė? Tikriausiai atspėjote. Reikėtų pažymėti, kad kvarkai jungiasi keisdamiesi gliuonais ir yra panardinami į stiprios sąveikos vakuumą, o tai keičia tokią sąveiką ir prisideda prie protono struktūros. Taigi kiekvieną kartą, kai pakylate skalę aukštyn, manote, kad tai, ką matuojate, yra labai susiję su tuštumos struktūra.
Šie reiškiniai įvyko nuo 10×-32 iki 10×-5 s po Didžiojo sprogimo, kai susiformavo pirmieji atomo branduoliai. Su jų gimimu materija pradėjo dominuoti prieš spinduliuotę, kuri dominavo anksčiau. Tačiau Visatos temperatūra pasiekė dar 10 milijardų laipsnių, todėl radiacija ir materija virto viena į kitą.
Tik maždaug 300 tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo, temperatūrai nukritus iki 3300°C, Visata, anksčiau buvusi beformis debesis, tapo skaidri elektromagnetinė spinduliuotė. Ir tada pradėjo formuotis pirmieji vandenilio, helio ir ličio atomai – lengviausi Visatos elementai.
Visa tai tam, kad jus informuotume. Tuštuma yra kažkas fizinio, su kuriuo galite žaisti. . Kaip sakėme, tuštuma turi atlikti du dalykus. Tai minimalios energijos būsena. Lauke nėra dalelių. Dauguma mums žinomų laukų patvirtina, kad vakuumas atitinka šias dvi charakteristikas. Juk būtent to ir galima tikėtis iš šio klausimo.
Tačiau kadangi gamta yra čia, kad mus nustebintų ir užgrūdintų mūsų gyvenimus dalykais, kurių žmogus tikisi, yra laukų, kurių dalis jau žinomi, kurie šios taisyklės nesilaiko. Jo minimali energijos būsena yra dalelių arba, kitaip tariant, jo būsena be dalelių nėra minimali energija. Viena sritis, kurioje elgiamasi taip, yra Higgsas.
Fono spinduliuotė
Praėjus maždaug 300 tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo, atsirado kosminė foninė spinduliuotė – artimiausia Didžiajam sprogimui spinduliuotė, kurią šiandien gauname. Tai pirmasis spinduliuotės tipas, kuris dabar retėjančioje Visatoje nėra iš karto užfiksuotas atominių ar subatominės dalelės, bet klaidžioja erdvėje fotonų pavidalu. Nuo šio momento pirminė medžiaga pradeda palaipsniui formuotis į žvaigždes, kvazarus ir galaktikas. Šiandien, padedant labiausiai galingi teleskopai bandome pažvelgti į šiuos objektus – seniausius ir tolimiausius mūsų Visatoje. Bet koks papildomos informacijos, gautas iš jų, gali leisti mums geriau suprasti paslaptingiausią mūsų istorijos momentą – Didįjį sprogimą.
Visatos modeliai
1920-aisiais tarp kosmologų buvo populiari Visatos, kurioje atstumiančios ir patrauklios jėgos, idėja. gravitacinių jėgų yra subtilioje pusiausvyroje, kurią įgalino „kosmologinė konstanta“, kurią Albertas Einšteinas spekuliatyviai įvedė savo bendrojoje reliatyvumo teorijoje. Jis įvedė šią konstantą, norėdamas paaiškinti materijos atstumiančios jėgos buvimą, kuri turėjo subalansuoti gravitacinis patrauklumas. Tai buvo būtina norint pasiekti pusiausvyrą kosmologinis modelis- savybė, kuri buvo laikoma pagrindine visuose mūsų Visatos modeliuose.
Pratęsimas
Tuo tarpu daugelis astronomų tai pastebėjo dauguma galaktikos aptiko linijų poslinkį savo šviesos spektre link raudonos spalvos, reiškinį, žinomą kaip „raudonasis poslinkis“. Šis faktas pasiteisina paprastas paaiškinimas, jei tai suvokiama kaip Doplerio efekto rezultatas – tas pats dėl ko besitraukiančios sirenos garsas girdimas žemesnis nei besiartinančios. Visa tai buvo prasminga, jei laikytume savaime suprantamu dalyku, kad galaktikos tolsta viena nuo kitos. Esminį indėlį į šiuos tyrimus įnešė vokiečių astronomas Karlas Wirtzas: išsamiai ištyręs apie keturiasdešimt galaktikų, jis atrado, kad kuo silpnesnė jų šviesa, kuo toliau nuo mūsų, tuo stipresnis raudonasis poslinkis jų spektruose. Tai reiškė, kad tolimesnės galaktikos tolsta greičiau nei netoliese esančios. Tačiau norėdami įsitikinti Wirtzo išvadų teisingumu, turėjome palaukti Edvino Hablo tyrimo.
Nestabili erdvė
Rusų matematikas Aleksandras Fridmanas ir belgų astronomas Georgesas-Henri Lemaitre'as padarė išvadą, kad, nepaisant kosmologinės konstantos įvedimo, Einšteino Visata yra nestabili ir pakaktų nedidelio svyravimo, kad ji neribotam laikui išsiplėstų arba susitrauktų. Hablo stebėjimai leido daryti išvadą, kad Visata plečiasi. Lemaitre'as taip pat sukūrė teoriją, kad Visata kyla iš „pirminio atomo“, kuris sukėlė viską. Nepaisant daugybės šią teoriją patvirtinančių duomenų, ji sulaukė griežtos kritikos. Tačiau idėja neapmirė; priešingai, jam pritarė fizikas George'as Gamow, teoriškai patvirtinęs Visatos gimimo galimybę dėl kolosalaus sprogimo.
Stacionari Visata
Tuo tarpu kitas astronomas Fredas Hoyle'as iškėlė mintį, kad Visata gali plėstis stacionari būsena“: galaktikos tolsta viena nuo kitos, tačiau erdvėje tarp jų nuolat gimsta nauja materija. Būtent Hoyle'as ironiškai pavadino savo kolegų hipotezę „Didžiuoju sprogimu“. Bet galų gale mokslo pasaulis palaikė Gamow iškeltą Didžiojo sprogimo hipotezę, o septintojo dešimtmečio pabaigoje ji buvo transformuota į specifinę teoriją, kurią 1990-ųjų pabaigoje patvirtino COBE ir WMAP palydovai.
Fono spinduliuotė
Praėjus keliems šimtams sekundžių po Didžiojo sprogimo, Visatos spindulys buvo vos kelios šviesos minutės, o materija jau buvo įtraukta pagrindiniai elementai atomai - elektronai, protonai, neutronai, sąveikaujantys tarpusavyje, taip pat neutrinai ir fotonai (dalelės, kurios perduoda energiją). Kai praėjus keliems šimtams tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo temperatūra nukrito iki maždaug 3300°C, fotonų ir kitų dalelių susidūrimų skaičius sumažėjo, o fotonai pradėjo laisvai plisti visoje Visatoje.
Darosi vis šalčiau
Dėl plėtimosi temperatūra toliau mažėjo ir galiausiai nukrito iki 3 K, tai yra tik trimis laipsniais aukštesnė absoliutus nulis(-273°C). Ši temperatūra buvo „įspausta“ klajojantiems fotonams, kurie, vis rečiau susidūrę su kitomis vis mažiau tankesnėje Visatoje esančiomis dalelėmis, išliko iki šių dienų. Šiandien jie laikomi svarbiausiais tų tolimų laikų liudininkais. Būtent klajojantys fotonai sudaro vadinamąjį „foną“ kosminė spinduliuotė“ Jį 1964 metais atrado radijo astronomai Arno Penzias ir Robertas Wilsonas, kurie buvo apdovanoti už tai. Nobelio premija fizikoje 1978 m.
Atsidarė atsitiktinai
Tiesą sakant, mokslininkai sukūrė naujo tipo anteną mikrobangų priėmimui. Darbo metu mokslininkai gavo nežinomą spinduliuotę ir iš pradžių nusprendė, kad ji turi žemiškos kilmės. Tačiau netrukus Penziasas ir Wilsonas suprato, kad jie „klauso“ kosminės spinduliuotės, kurios egzistavimą Gamovas ir jo kolegos manė dar 1948 m. – tai kažkas panašaus į Didžiojo sprogimo „aidą“. Atidarymas foninė spinduliuotė buvo labai svarbus, nes standartinis modelis Visata numatė, kad joje būtų vienalytis signalas, sklindantis maždaug milimetro bangos ilgiu ir prasiskverbiantis per visą erdvę. Būtent tai atrado mokslininkai.
Iš palydovų
Penziaso ir Wilsono atradimas daugelį metų buvo išbandytas kelis kartus, bet visada buvo patvirtintas. Bandymai buvo atliekami iš oro balionų (pavyzdžiui, Bumerango eksperimentas, kurį kartu atliko Italija ir JAV). Trys palydovai (COBE, WMAP ir Planck) buvo specialiai sukurti foninei spinduliuotei tirti ir davė puikių rezultatų, ypač du paskutiniai, kurie leido išmatuoti spinduliuotę ir gauti detales, kurios anksčiau buvo neprieinamos. Iš palydovų gautų duomenų analizės dėka foninės spinduliuotės temperatūros skirtumai buvo aptikti tik šimtatūkstantosiomis laipsnio dalimis. Šis mažas „raibulis“ panašus į genetinis kodas gyva būtybė: ji lemia Visatos evoliuciją.
Foninės spinduliuotės atradimas tapo svarbiausiu įrodymu, patvirtinančiu Didžiojo sprogimo modelį, palaidojantį Hoyle'o stacionarios Visatos teoriją.
Kylančios abejonės
Jei galėtume iš tikrųjų suprasti, kaip įvyko Didysis sprogimas, atsakytume į tūkstantį neatsakytų klausimų apie Visatos gimimą ir jos sandarą. Tačiau atsakymų į šiuos klausimus kol kas nėra, nepaisant pačių moderniausių astronomų turimų instrumentų. Pagrindinis ir dauguma sunkus klausimas– kaip ir kodėl įvyko Didysis sprogimas.
Mūsų galimybės tirti Visatos praeitį nusidriekia į laiko gelmes ir sustoja, kaip jau minėta, taške 10 × -43 s po Didžiojo sprogimo. Tik teorinė fizika, ir tik naujos hipotezės sugrąžins mus į laiką „prieš“ Didįjį sprogimą.
Tamsioji medžiaga ir tamsioji energija
Kita svarbi tema, kurią galima paaiškinti Didžiuoju sprogimu, yra jo kilmė tamsioji medžiaga Ir tamsioji energija. Visatą sudaro tik 5% materijos, kurią galime stebėti tradiciniais būdais, pavyzdžiui, per teleskopą, ir kuri mums atrodo žvaigždžių, ūkų ir galaktikų pavidalu. Likusią dalį sudaro 27% tamsiosios medžiagos ir 68% tamsiosios energijos. Kalbant apie tamsiąją materiją, šiandien iškeltos tam tikros hipotezės: ši materija yra nematoma, dėl savo gravitacinės jėgos aptinka jos buvimą galaktikose ir galaktikų spiečius, gali susidėti iš kelių dar nežinomų dalelių tipų, neutrinų (jei jų masė yra ne nulis) arba išskirtinai mažo ryškumo žvaigždės.
Kita vertus, tamsioji energija vis dar yra paslaptis. Apie ją žinoma tai, kad ji veikia kaip atstumiančioji jėga ir verčia Visatą plėstis greitėjančiu greičiu, o ne lėtėti, kaip būtų galima tikėtis, jei šios energijos nebūtų.
Raudonasis poslinkis
Kai kurie klausimai meta iššūkį tiems, kurie tyrinėja visatos kilmę, kiti – pačiai Didžiojo sprogimo teorijai. Pirmasis iš šių klausimų yra susijęs su šviesos raudonuoju poslinkiu iš galaktikų. Kai kurie astrofizikai, tarp jų ir amerikiečių astronomas Haltonas Arpas, mano, kad raudonąjį poslinkį sukelia ne tik galaktikų pašalinimas, bet ir reiškinys, susijęs su pačia stebimų objektų prigimtimi. Jei taip yra, tada dalis atramos, ant kurios remiasi Visatos plėtimosi teorija, subyrės. Tie, kurie vis dar palaiko Fredo Hoyle'o stacionarios visatos teoriją, savo polemiką grindžia būtent šia teze. Jei Arpas teisus, Didžiojo sprogimo teorija tiesiog nereikalinga Visatos gimimui paaiškinti. Tačiau tai, ką siūlo Arpas, paneigia Visatos plėtimosi teorijos šalininkai.
Ciklinė Visata
Didžiojo sprogimo ir stacionarios Visatos teorijos nėra vienintelės, paaiškinančios mūsų pasaulio egzistavimą. Yra dar bent viena teorija, kuri rodo ciklišką Visatos egzistavimą. Pagal šią teoriją, kai Visata baigiasi savo evoliucija, ji „prasideda“ nuo naujo Didžiojo sprogimo. Galbūt su kiekvienu atgimimu Visata „pamiršta“ savo praeities ypatybes ir formuoja naujas fiziniai dėsniai, gimę infliacijos stadijoje.
