Didysis sprogimas priklauso kategorijai teorijų, kurios bando iki galo atsekti Visatos gimimo istoriją, nustatyti pradinius, esamus ir galutinius jos gyvenimo procesus.

Ar buvo kažkas prieš atsirandant Visatai? Šį esminį, beveik metafizinį klausimą mokslininkai užduoda iki šiol. Visatos atsiradimas ir evoliucija visada buvo ir tebėra karštų diskusijų, neįtikėtinų hipotezių ir vienas kitą paneigiančių teorijų tema. Pagrindinės visko, kas mus supa, kilmės versijos, remiantis bažnytiniu aiškinimu, numanė dievišką įsikišimą ir mokslo pasaulis palaikė Aristotelio hipotezę apie statišką visatos prigimtį. Pastarojo modelio laikėsi Visatos beribiškumą ir pastovumą gynęs Niutonas ir šią teoriją savo darbuose plėtojęs Kantas. 1929 metais amerikiečių astronomas ir kosmologas Edwinas Hablas radikaliai pakeitė mokslininkų požiūrį į pasaulį.

Jis ne tik atrado daugybės galaktikų buvimą, bet ir Visatos plėtimąsi – nuolatinį izotropinį kosmoso dydžio didėjimą, prasidėjusį Didžiojo sprogimo momentu.

Kam esame skolingi už Didžiojo sprogimo atradimą?

Alberto Einšteino darbas apie reliatyvumo teoriją ir jo gravitacinės lygtys leido de Sitteriui sukurti kosmologinį Visatos modelį. Tolimesni tyrimai buvo susieti su šiuo modeliu. 1923 m. Weilas pasiūlė jį įtraukti kosminė erdvė medžiaga turi plėstis. Didžiulė vertė kuriant šią teoriją yra darbo puikus matematikas ir fizikas A. A. Friedmanas. Dar 1922 metais jis leido plėstis Visatai ir padarė pagrįstas išvadas, kad visos materijos pradžia buvo viename be galo tankiame taške, o visko vystymąsi davė Didysis sprogimas. 1929 m. Hablas paskelbė savo dokumentus, paaiškinančius radialinio greičio priklausomybę nuo atstumo, vėliau šis darbas tapo žinomas kaip „Hablo dėsnis“.

G. A. Gamow, remdamasis Friedmano Didžiojo sprogimo teorija, išplėtojo idėją apie aukštą pradinės medžiagos temperatūrą. Jis taip pat pasiūlė dalyvauti kosminė spinduliuotė, kuris neišnyko plečiantis ir vėsstant pasauliui. Mokslininkas baigė preliminarūs skaičiavimai galima liekamosios spinduliuotės temperatūra. Jo nustatyta vertė buvo 1-10 K. Iki 1950 m. Gamow atliko tikslesnius skaičiavimus ir paskelbė 3 K rezultatą. 1964 m. radijo astronomai iš Amerikos, tobulindami anteną, pašalindami visus įmanomus signalus, nustatė kosminės spinduliuotės parametrai. Jo temperatūra pasirodė lygi 3 K. Ši informacija tapo svarbiausiu Gamovo darbo ir egzistavimo patvirtinimu kosminė mikrobangų foninė spinduliuotė. Vėlesni matavimai erdvės fonas sulaikytas kosminė erdvė, pagaliau įrodė mokslininko skaičiavimų tikslumą. Su kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės žemėlapiu galite susipažinti adresu.

Šiuolaikinės idėjos apie Didžiojo sprogimo teoriją: kaip tai atsitiko?

Vienas iš mums žinomų Visatos atsiradimo ir vystymosi procesus visapusiškai paaiškinančių modelių yra Didžiojo sprogimo teorija. Pagal šiandien plačiai priimtą versiją, iš pradžių egzistavo kosmologinis singuliarumas – begalinio tankio ir temperatūros būsena. Jį sukūrė fizikai teorinis pagrindas Visatos gimimas iš taško, kuriame buvo itin didelis tankis ir temperatūra. Po to, kai įvyko Didysis sprogimas, Kosmoso erdvė ir materija pradėjo nuolatinį plėtimosi ir stabilaus aušinimo procesą. Pagal naujausius tyrimus Visatos pradžia buvo nustatyta mažiausiai prieš 13,7 milijardo metų.

Prasideda Visatos formavimosi laikotarpiai

Pirmas momentas, kurio rekonstrukcija leidžiama fizines teorijas, yra Planko epocha, kurios susidarymas tapo įmanomas praėjus 10-43 sekundėms po Didžiojo sprogimo. Medžiagos temperatūra siekė 10*32 K, o tankis 10*93 g/cm3. Per šį laikotarpį gravitacija įgijo nepriklausomybę, atsiskyrusi nuo esminių sąveikų. Dėl nuolatinio plėtimosi ir temperatūros mažėjimo fazių perėjimas elementariosios dalelės.

Kitas periodas, pasižymintis eksponenciniu Visatos plėtimu, atėjo dar po 10-35 sekundžių. Ji buvo vadinama „kosmine infliacija“. Įvyko staigus išsiplėtimas, daug kartų didesnis nei įprastai. Šis laikotarpis davė atsakymą į klausimą, kodėl temperatūra skirtinguose Visatos taškuose yra vienoda? Po Didžiojo sprogimo materija neišsisklaido po visą Visatą dar 10-35 sekundes, ji buvo gana kompaktiška ir joje įsitvirtino šiluminė pusiausvyra, netrikdoma infliacinės ekspansijos. Laikotarpis davė bazinė medžiaga– kvarko-gliuono plazma, naudojama protonams ir neutronams formuoti. Šis procesas vyko toliau nukritus temperatūrai ir vadinamas „bariogeneze“. Medžiagos atsiradimą lydėjo antimedžiagos atsiradimas vienu metu. Dvi antagonistinės medžiagos susinaikino, virto spinduliuote, tačiau vyravo įprastų dalelių skaičius, kuris leido sukurti Visatą.

Kitas fazės perėjimas, įvykęs nukritus temperatūrai, paskatino mums žinomų elementariųjų dalelių atsiradimą. Po to atėjusi „nukleosintezės“ era buvo pažymėta protonų susijungimu į šviesos izotopus. Pirmieji susiformavę branduoliai turėjo trumpalaikis egzistavimo, jie sunyko neišvengiamuose susidūrimuose su kitomis dalelėmis. Stabilesni elementai atsirado per tris minutes po pasaulio sukūrimo.

Kitas svarbus etapas buvo gravitacijos dominavimas prieš kitas turimas jėgas. Praėjus 380 tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo, atsirado vandenilio atomas. Gravitacijos įtakos padidėjimas buvo pabaiga pradinis laikotarpis Visatos formavimasis ir paskatino pirmųjų žvaigždžių sistemų atsiradimo procesą.

Net po beveik 14 milijardų metų kosminė mikrobangų foninė spinduliuotė vis dar išlieka erdvėje. Jo egzistavimas kartu su raudonuoju poslinkiu minimas kaip argumentas, patvirtinantis Didžiojo sprogimo teorijos pagrįstumą.

Kosmologinis singuliarumas

Jeigu pasitelkę bendrąją reliatyvumo teoriją ir nuolatinio Visatos plėtimosi faktą grįšime į laiko pradžią, tai visatos dydis bus lygus nuliui. Pradžios momentas arba mokslas negali pakankamai tiksliai aprašyti naudodamasis fizinėmis žiniomis. Naudojamos lygtys netinka tokiam mažam objektui. Reikalinga simbiozė, galinti sujungti kvantinę mechaniką ir bendrąją reliatyvumo teoriją, bet, deja, ji dar nesukurta.

Visatos evoliucija: kas jos laukia ateityje?

Mokslininkai svarsto du galimus scenarijus: Visatos plėtimasis niekada nesibaigs arba pasieks kritinis taškas ir prasidės atvirkštinis procesas – suspaudimas. Šis esminis pasirinkimas priklauso nuo dydžio vidutinio tankio jo sudėtyje esančios medžiagos. Jei apskaičiuota vertė yra mažesnė už kritinę vertę, prognozė yra palanki, jei ji yra didesnė, tada pasaulis grįš į vienetinę būseną. Mokslininkai šiuo metu nežino tikslios aprašomo parametro reikšmės, todėl Visatos ateities klausimas kyla ore.

Religijos santykis su Didžiojo sprogimo teorija

Pagrindinės žmonijos religijos: katalikybė, stačiatikybė, islamas savaip palaiko šį pasaulio kūrimo modelį. Liberalūs šių religinių konfesijų atstovai sutinka su visatos atsiradimo teorija dėl kažkokio nepaaiškinamo įsikišimo, apibrėžto kaip Didysis sprogimas.

Teorijos pavadinimą, žinomą visam pasauliui - „Didysis sprogimas“ - netyčia suteikė Hoyle'o Visatos plėtimosi versijos priešininkas. Jis laikė tokią idėją „visiškai nepatenkinama“. Po jo teminių paskaitų paskelbimo įdomų terminą iškart pamėgo visuomenė.

Priežastys, sukėlusios Didįjį sprogimą, nėra tiksliai žinomos. Pagal vieną iš daugelio versijų, priklausančių A. Glushko, suspaustas į tašką pradinė medžiaga buvo juodoji hiperskylė, o sprogimo priežastis buvo dviejų tokių objektų, susidedančių iš dalelių ir antidalelių, kontaktas. Naikinimo metu materija iš dalies išgyveno ir sukūrė mūsų Visatą.

Inžinieriai Penzias ir Wilsonas, atradę Visatos kosminę mikrobangų foninę spinduliuotę, gavo Nobelio premijos fizikoje.

Kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės temperatūra iš pradžių buvo labai aukšta. Po kelių milijonų metų šis parametras pasirodė esantis gyvybės kilmę užtikrinančiose ribose. Bet tik iki šio laikotarpio mažas kiekis planetos.

Astronominiai stebėjimai ir tyrimai padeda rasti atsakymus į svarbiausius žmonijai klausimus: „Kaip viskas atsirado ir kas mūsų laukia ateityje? Nepaisant to, kad ne visos problemos buvo išspręstos, o pagrindinė Visatos atsiradimo priežastis neturi griežto ir harmoningo paaiškinimo, Didžiojo sprogimo teorija įgijo pakankamas kiekis patvirtinimų, dėl kurių tai yra pagrindinis ir priimtinas visatos atsiradimo modelis.

Didžiojo sprogimo teorija visada buvo įdomi ir paslaptinga tema pokalbiams tarp mokslininkų visame pasaulyje. TBV iš esmės buvo astronomų bandymas paaiškinti, kaip atsirado mūsų Visata.

Taigi, ką iš tikrųjų reiškia žodis Visata?

Taigi, pabandykime apibūdinti Didžiojo sprogimo teoriją paprasta kalba.

Visata apima viską, ką vadiname materija. Jo „sudėtis“ apima saulę, mėnulį, žvaigždes, galaktikas, atomus, molekules.

Atlikę tyrimus, mokslininkai nustatė, kad Visatoje yra apie 100 milijardų galaktikų. Tačiau stebėtina, kad Visatą sudaro tik 10% materijos ir 90% tamsiosios erdvės.

„Tamsi erdvė reiškia masę, kuri nespinduliuoja ir nesugeria elektromagnetinės spinduliuotės“

Taigi, kaip visata atsirado ir tebeegzistuoja šiandien?

Remiantis Didžiojo sprogimo teorija, visa tai prasidėjo maždaug prieš 14 milijardų metų. Visata egzistavo kaip mažas kelių milimetrų skersmens materialus objektas, susidedantis iš labai mažų dalelių (kaip atomas). Mokslinė kalbaŠi būsena vadinama kosmologiniu singuliarumu. Jis turėjo labai aukštą temperatūrą ir buvo labai tankus – jis turėjo begalinę masę ir, kaip matyti iš to, begalinę gravitacijos jėgą.

Mokslininkai teigia, kad šis objektas buvo toks karštas, kad tam tikru momentu jis sprogo, sukurdamas erdvę Visatai sukurti, o kiti mano, kad nebuvo „sprogimo“, o „išsiplėtimas“ nuo mažo dydžio iki dydžio. Visatos, kurioje šiandien gyvename. Be to, Saulės sistemos išsiplėtimas įvyko neįtikėtinu greičiu – palyginamu su šviesos greičiu (300 000 m/s). Teigiama, kad ši plėtra vis dar vyksta. Pabandykime rasti tam įrodymų.

Žvaigždės gimė praėjus keliems šimtams milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Mažiausios dalelės, susidariusios dėl sprogimo veikiant gravitacijai, pradėjo spausti, suktis, formuojasi įvairių medžiagų, galaktikos ir žvaigždės. Gigantiška žvaigždžių, dujų ir dulkių kolekcija šiandien sudaro bet kurią galaktiką. Štai kodėl Visatoje yra milijardai galaktikų.

Remiantis Didžiojo sprogimo teorija, kiekvienos galaktikos centre yra didžiulė juodoji skylė. Beje,

Mūsų žemė yra galaktikoje, vadinamoje Paukščių Taku ir kitų galaktikų judėjime iš mūsų pieno kelias dideliu greičiu įrodo, kad plėtra tęsiasi. Be to, visatos plėtimasis dėl Didžiojo sprogimo paaiškinamas sprogimo bangos veikimu. Kas valandą Visata išsiplečia milijardą mylių visomis kryptimis.

1963 m. tai atrado du amerikiečių mokslininkai Arno Penzias ir Robertas Wilsonas mikrobangų spinduliuotė nukristi ant žemės iš kosmoso. Šios emisijos taip pat palaiko Didžiojo sprogimo teoriją. Tarkime, radiacija iš kosmoso į Žemę sklinda ribotu greičiu. Tiesą sakant, jo šaltinis buvo aktyvus toli praeityje. Pavyzdžiui, buvo atrasta, kad kosminė mikrobangų foninė spinduliuotė buvo išspinduliuota prieš 13,7 mlrd. Taigi, išstudijavę išsamią fizines savybes spinduliuotę, apie sąlygas Visatoje galime sužinoti labai ankstyvieji laikai, nes radiacija, kurią matome šiandien, iš tikrųjų praėjo didžiulis atstumas ir jo šaltinio gali nebebūti.

Dabar ateina linksmoji dalis. Pasak mokslininkų, anksčiau ar vėliau visatos plėtimasis sprogimo bangos įtakoje baigsis. Šiuo metu visa Visata patirs tam tikros pusiausvyros būseną. Tačiau faktas yra tas, kad juodųjų skylių, esančių galaktikų centruose, gravitacinė jėga nenustos veikti. Tai reiškia, kad juodosios skylės vis labiau trauks aplinkines daleles. Dėl šios priežasties visata pradės trauktis atgal, kol anksčiau ar vėliau pavirs mažu objektu, turinčiu kritinę masę ir gravitacinę jėgą (kaip ir pačioje pradžioje). Šie du parametrai taip pat toliau didės, o tai neabejotinai sukels naują Didįjį sprogimą Mokslininkai taip pat neneigia fakto, kad visa visata susideda iš didelis skaičius Tokių objektų, besitraukiančių ir besiplečiančių, yra be galo daug. Kiek kartų tai gali tęstis, visiems yra paslaptis.

Taigi, trumpai, trumpai pabandėme apibūdinti Didžiojo sprogimo teoriją paprastais žodžiais. Tikiuosi, kad straipsnis jums patiko, rašykite savo klausimus ir pataisymus komentaruose. Ir galiausiai vaizdo įrašas „Didžiojo sprogimo teorija paprastais žodžiais“.

Didžiojo sprogimo teorija: mūsų visatos evoliucijos istorija

Kaip atsirado mūsų Visata? Kaip ji virto tuo, kas atrodo iš pirmo žvilgsnio begalinė erdvė? O kuo ji taps po daugelio milijonų ir milijardų metų? Šie klausimai kankina (ir tebekankina) filosofų ir mokslininkų protus, regis, nuo amžių pradžios, sukeldami daugybę įdomių, o kartais net beprotiškų teorijų. Šiandien dauguma astronomų ir kosmologų sutaria, kad mums žinoma planeta atsirado po milžiniško sprogimo, kuris ne tik sukūrė didžiąją materijos dalį, bet ir buvo pagrindinės medžiagos šaltinis. fiziniai dėsniai, pagal kurią egzistuoja mus supantis kosmosas. Visa tai vadinama Didžiojo sprogimo teorija.

Didžiojo sprogimo teorijos pagrindai yra gana paprasti. Trumpai tariant, pagal ją visa materija, kuri egzistavo ir dabar egzistuoja Visatoje, atsirado tuo pačiu metu – maždaug prieš 13,8 mlrd. Tuo momentu visa materija egzistavo labai kompaktiško abstraktaus rutulio (arba taško) pavidalu su begaliniu tankiu ir temperatūra. Ši būsena buvo vadinama singuliarumu. Staiga singuliarumas pradėjo plėstis ir pagimdė mums žinomą Visatą.

Verta paminėti, kad Didžiojo sprogimo teorija yra tik viena iš daugelio siūlomų Visatos atsiradimo hipotezių (pavyzdžiui, yra ir stacionarios Visatos teorija), tačiau ji sulaukė didžiausio pripažinimo ir populiarumo. Tai ne tik paaiškina visko šaltinį žinomas dalykas, fizikos dėsniai ir didelė struktūra Visata, taip pat aprašomos Visatos plėtimosi priežastys ir daugelis kitų aspektų bei reiškinių.

Įvykių chronologija Didžiojo sprogimo teorijoje

Remiantis žiniomis apie dabartinė būklė Visata, mokslininkai teigia, kad viskas turėjo prasidėti iš vieno taško su begaliniu tankiu ir paskutinis laikas kuri pradėjo plėstis. Teorija teigia, kad po pradinio išsiplėtimo Visata išgyveno aušinimo fazę, kuri leido atsirasti subatominės dalelės ir vėliau paprasti atomai. Milžiniški šių senovės elementų debesys vėliau dėl gravitacijos pradėjo formuoti žvaigždes ir galaktikas.

Visa tai, pasak mokslininkų, prasidėjo maždaug prieš 13,8 milijardo metų, todėl šis atspirties taškas laikomas Visatos amžiumi. Tiriant įvairius teoriniai principai, atlikdami eksperimentus su dalelių greitintuvais ir didelės energijos būsenomis, taip pat atlikdami astronominius tolimųjų Visatos kampelių tyrimus, mokslininkai išvedė ir pasiūlė įvykių, prasidėjusių nuo Didžiojo sprogimo ir galiausiai atvedusių Visatą į tokią būseną, chronologiją. kosminė evoliucija, kuris vyksta dabar.

Mokslininkai mano, kad labiausiai ankstyvieji laikotarpiai Visatos gimimas, trukęs nuo 10–43 iki 10–11 sekundžių po Didžiojo sprogimo, vis dar yra ginčų ir diskusijų objektas. Jei manysime, kad fizikos dėsniai, kuriuos dabar žinome, tuo metu negalėjo egzistuoti, labai sunku suprasti, kaip vyksta procesai ankstyvoji visata. Be to, dar nebuvo atlikti eksperimentai, naudojant galimas energijos rūšis, kurios galėjo būti tuo metu. Kad ir kaip būtų, daugelis teorijų apie visatos kilmę galiausiai sutaria, kad tam tikru momentu buvo atspirties taškas, nuo kurio viskas prasidėjo.

Singuliarumo amžius

Taip pat žinomas kaip Planck epocha (arba Planck era), laikoma anksčiausiu žinomu Visatos evoliucijos laikotarpiu. Šiuo metu visa medžiaga buvo viename taške begalinis tankis ir temperatūra. Šiuo laikotarpiu, pasak mokslininkų, kvantiniai efektai gravitacinė sąveika dominavo fizinis, ir nė vienas iš jų fizinės jėgos stiprumu neprilygo gravitacijai.

Planko era tariamai truko nuo 0 iki 10-43 sekundžių ir taip pavadinta, nes jos trukmę galima išmatuoti tik laiku. Dėl ekstremalių temperatūrų ir begalinio medžiagos tankio Visatos būsena šiuo laikotarpiu buvo itin nestabili. Po to sekė plėtimosi ir atšalimo laikotarpiai, dėl kurių atsirado pagrindinės fizikos jėgos.

Maždaug nuo 10 -43 iki 10 -36 sekundžių Visatoje įvyko būsenų susidūrimo procesas pereinamosios temperatūros. Manoma, kad tai buvo šiuo metu pamatines jėgas, valdančios dabartinę Visatą, pradėjo atsiskirti viena nuo kitos. Pirmasis šios šakos žingsnis buvo atsiradimas gravitacinių jėgų, stiprios ir silpnosios branduolinės sąveikos bei elektromagnetizmo.

Laikotarpiu nuo maždaug 10 -36 iki 10 -32 sekundžių po Didžiojo sprogimo Visatos temperatūra tapo gana žema (1028 K), todėl atsiskyrė elektromagnetinės jėgos ( stipri sąveika) ir silpnas branduolinė sąveika(silpna sąveika).

Infliacijos amžius

Atsiradus pirmosioms pamatinėms jėgoms Visatoje, prasidėjo infliacijos era, kuri truko nuo 10–32 sekundžių Plancko laiku iki nežinomas taškas laiku. Dauguma kosmologinių modelių rodo, kad per šį laikotarpį Visata buvo vienodai užpildyta energija didelio tankio, bet neįtikėtina aukšta temperatūra ir spaudimas privedė prie jos greita plėtra ir aušinimas.

Tai prasidėjo 10–37 sek., kai po pereinamosios fazės, sukėlusios jėgų atsiskyrimą, prasidėjo Visatos plėtimasis m. geometrinė progresija. Per tą patį laikotarpį Visata buvo bariogenezės būsenoje, kai temperatūra buvo tokia aukšta, kad atsitiktinis dalelių judėjimas erdvėje įvyko beveik šviesos greičiu.

Šiuo metu susidaro dalelių poros – antidalelės, kurios iš karto susiduria ir sunaikinamos, todėl manoma, kad medžiaga dominuoja antimedžiagos atžvilgiu. šiuolaikinė visata. Sustojus infliacijai, Visata susidėjo iš kvarko-gliuono plazmos ir kitų elementariųjų dalelių. Nuo to momento Visata pradėjo vėsti, pradėjo formuotis ir jungtis materija.

Aušinimo era

Mažėjant tankiui ir temperatūrai Visatos viduje, kiekvienos dalelės energija pradėjo mažėti. Tai pereinamoji būsena truko iki pamatinių jėgų ir elementariosios dalelės nepasiekė dabartinės formos. Kadangi dalelių energija nukrito iki verčių, kurias šiandien galima pasiekti eksperimentiškai, faktinis galimas šio laikotarpio buvimas kelia susirūpinimą mokslininkai kur mažiau ginčų.

Pavyzdžiui, mokslininkai mano, kad praėjus 10–11 sekundžių po Didžiojo sprogimo, dalelių energija labai sumažėjo. Maždaug po 10–6 sekundžių kvarkai ir gliuonai pradėjo formuoti barionus – protonus ir neutronus. Kvarkai pradėjo vyrauti prieš antikvarkus, o tai savo ruožtu lėmė barionų persvarą prieš antibarionus.

Kadangi temperatūra nebebuvo pakankamai aukšta, kad susidarytų naujos protonų-antiprotonų poros (arba neutronų-antineutronų poros), įvyko didžiulis šių dalelių sunaikinimas, todėl liko tik 1/1010 pirminių protonų ir neutronų, o jų antidalelės visiškai išnyko. Panašus procesas įvyko praėjus maždaug 1 sekundei po Didžiojo sprogimo. Šį kartą „aukomis“ tapo tik elektronai ir pozitronai. Po to masinis naikinimas likę protonai, neutronai ir elektronai sustabdė savo atsitiktinį judėjimą ir energijos tankis Visata buvo pripildyta fotonų ir, kiek mažesniu mastu, neutrinų.

Pirmosiomis Visatos plėtimosi minutėmis prasidėjo nukleosintezės periodas (sintezė cheminiai elementai). Temperatūrai nukritus iki 1 milijardo kelvinų, o energijos tankiui mažėjant iki verčių, maždaug lygiaverčių oro tankiui, neutronai ir protonai pradėjo maišytis ir susidaryti pirmieji. stabilus izotopas vandenilio (deuterio), taip pat helio atomų. Tačiau dauguma protonų išliko kaip atskirti vandenilio atomų branduoliai.

Po maždaug 379 000 metų elektronai susijungė su šiais vandenilio branduoliais ir susidarė atomai (vėl daugiausia vandenilis), o spinduliuotė atsiskyrė nuo medžiagos ir toliau praktiškai netrukdomai plėtėsi erdvėje. Ši spinduliuotė vadinama kosmine mikrobangų fonine spinduliuote ir yra seniausias šviesos šaltinis Visatoje.

Plečiantis, kosminė mikrobangų foninė spinduliuotė palaipsniui prarado savo tankį ir energiją bei dabarties akimirka jo temperatūra yra 2,7260 ± 0,0013 K (-270,424 °C), o energijos tankis yra 0,25 eV (arba 4,005 × 10 -14 J/m³; 400–500 fotonų/cm³). CMB tęsiasi visomis kryptimis ir maždaug 13,8 milijardo šviesmečių atstumu, tačiau apytikslis jo išplitimas yra apie 46 milijardus šviesmečių nuo Visatos centro.

Struktūros amžius (hierarchinis amžius)

Per ateinančius kelis milijardus metų tankesni materijos regionai, beveik tolygiai pasiskirstę Visatoje, pradėjo traukti vienas kitą. Dėl to jie tapo dar tankesni ir pradėjo formuotis dujų, žvaigždžių, galaktikų ir kitų astronominių struktūrų debesys, kuriuos galime stebėti šiandien. Šis laikotarpis vadinamas hierarchine era. Šiuo metu Visata, kurią matome dabar, pradėjo įgauti savo formą. Materija pradėjo jungtis į struktūras įvairių dydžių- žvaigždės, planetos, galaktikos, galaktikų spiečiai, taip pat galaktikos superspiečiai, atskirti tarpgalaktiniais tiltais, kuriuose yra tik kelios galaktikos.

Šio proceso detales galima apibūdinti pagal idėją apie Visatoje paskirstytos materijos kiekį ir tipą, kuris vaizduojamas kaip šalta, šilta, karšta tamsioji medžiaga ir barioninė medžiaga. Tačiau dabartinis standartinis Didžiojo sprogimo kosmologinis modelis yra Lambda-CDM modelis, pagal kurį tamsiosios medžiagos dalelės juda lėčiau nei šviesos greitis. Jis pasirinktas todėl, kad išsprendžia visus prieštaravimus, atsiradusius kituose kosmologiniuose modeliuose.

Pagal šį modelį šalta tamsioji medžiaga sudaro apie 23 procentus visos materijos/energijos visatoje. Barioninės medžiagos dalis yra apie 4,6 proc. Lambda-CDM reiškia vadinamąją kosmologinę konstantą: Alberto Einšteino pasiūlytą teoriją, kuri apibūdina vakuumo savybes ir parodo masės ir energijos pusiausvyrą kaip pastovų statinį dydį. Šiuo atveju ji siejama su tamsiąja energija, kuri tarnauja kaip Visatos plėtimosi greitintuvas ir išlaiko milžiniškas kosmologines struktūras iš esmės vienalytes.

Ilgalaikės Visatos ateities prognozės

Hipotezės, kad Visatos evoliucija turi atspirties tašką, natūraliai priverčia mokslininkus į klausimus apie galimą šio proceso galutinį tašką. Jei Visata savo istoriją pradėjo nuo mažo begalinio tankio taško, kuris staiga pradėjo plėstis, ar tai nereiškia, kad ji taip pat plėsis be galo? O gal vieną dieną jo plėtimosi jėga baigsis ir prasidės atvirkštinis suspaudimo procesas, kurio galutinis rezultatas bus tas pats be galo tankus taškas?

Atsakyti į šiuos klausimus buvo pagrindinis kosmologų tikslas nuo pat diskusijų apie tai, kuris kosmologinis Visatos modelis yra teisingas, pradžios. Priėmus Didžiojo sprogimo teoriją, tačiau daugiausia dėl tamsiosios energijos stebėjimo 1990-aisiais, mokslininkai susitarė dėl dviejų labiausiai tikėtinų Visatos evoliucijos scenarijų.

Pagal pirmąjį, vadinamą „didžiuoju krize“, Visata pasieks maksimalų dydį ir pradės griūti. Šis scenarijus bus įmanomas tik tuo atveju, jei Visatos masės tankis taps didesnis už patį kritinį tankį. Kitaip tariant, jei medžiagos tankis pasiekia tam tikrą vertę arba tampa didesnis už šią vertę (1-3x10 -26 kg medžiagos vienam m³), ​​Visata pradės trauktis.

Alternatyva yra kitas scenarijus, kuriame teigiama, kad jei tankis Visatoje yra lygus arba mažesnis kritinis tankis, tada jo plėtimasis sulėtės, bet niekada visiškai nesustos. Remiantis šia hipoteze, vadinamas " karščio mirtis Visata“, plėtimasis tęsis tol, kol žvaigždžių formavimasis nustos vartoti tarpžvaigždines dujas kiekvienoje iš aplinkinių galaktikų. Tai yra, energijos ir materijos perkėlimas iš vieno objekto į kitą visiškai sustos. Šiuo atveju visos esamos žvaigždės sudegs ir pavirs baltais nykštukais, neutroninės žvaigždės ir juodosios skylės.

Palaipsniui juodosios skylės susidurs su kitomis juodosiomis skylėmis, todėl susidarys vis didesnės ir didesnės. Vidutinė temperatūra Visata priartės absoliutus nulis. Juodosios skylės ilgainiui „išgaruos“, išleisdamos paskutinę Hokingo spinduliuotę. Pabaigoje termodinaminė entropija Visatoje taps maksimaliu. Įvyks karščio mirtis.

Šiuolaikiniai stebėjimai, kuriuose atsižvelgiama į buvimą tamsioji energija ir jos poveikis erdvės plėtrai, paskatino mokslininkus daryti išvadą, kad laikui bėgant vis daugiau visatos išeis už mūsų įvykių horizonto ir taps mums nematoma. Galutinis ir logiškas to rezultatas mokslininkams dar nėra žinomas, tačiau „šilumos mirtis“ gali pasirodyti pabaigos taškas panašių įvykių.

Yra ir kitų hipotezių, susijusių su tamsiosios energijos pasiskirstymu, tiksliau, galimomis jos rūšimis (pavyzdžiui, fantominė energija). Anot jų, dėl begalinio plėtimosi galaktikų spiečiai, žvaigždės, planetos, atomai, atomų branduoliai ir pati materija bus suplėšyti. Šis evoliucinis scenarijus vadinamas „dideliu atotrūkiu“. Visatos mirties priežastis pagal šį scenarijų yra pati plėtimasis.

Tolesnę tyrimo pažangą lėmė pažangesnių teleskopų, palydovų ir kompiuterinių modelių sukūrimas, leidžiantis astronomams ir kosmologams pažvelgti toliau į Visatą ir geriau suprasti tikrąjį jos amžių. Kosminių teleskopų kūrimas ir tokių, kaip, pavyzdžiui, „Cosmic Background Explorer“ (arba COBE), atsiradimas, kosminis teleskopas Hablas, Wilkinson mikrobangų anizotropijos zondas (WMAP) ir Planck kosminė observatorija taip pat neįkainojamą indėlį į tyrimą.

Aplinkinio pasaulio didybė ir įvairovė gali nustebinti bet kokią vaizduotę. Visi daiktai ir daiktai, supantys žmogų, kitus žmones, įvairių tipų augalai ir gyvūnai, dalelės, kurias galima pamatyti tik mikroskopu, taip pat nesuprantamos žvaigždžių spiečius: juos visus vienija „Visatos“ sąvoka.

Visatos atsiradimo teorijas žmogus kūrė jau seniai. Nepaisant to, kad nėra net pradinė koncepcija apie religiją ar mokslą, smalsiuose senovės žmonių galvose kilo klausimai apie pasaulio tvarkos principus ir apie žmogaus padėtį jį supančioje erdvėje. Sunku suskaičiuoti, kiek Visatos atsiradimo teorijų egzistuoja šiandien, kai kurias iš jų tiria žymūs pasaulio mokslininkai, kitos yra tiesiog fantastiškos.

Kosmologija ir jos dalykas

Šiuolaikinė kosmologija – mokslas apie Visatos sandarą ir raidą – jos kilmės klausimą laiko viena įdomiausių ir vis dar nepakankamai ištirtų paslapčių. Procesų, prisidėjusių prie žvaigždžių, galaktikų atsiradimo, pobūdis, saulės sistemos ir planetos, jų raida, Visatos atsiradimo šaltinis, taip pat jos matmenys ir ribos: visa tai tik trumpas sąrašasšiuolaikinių mokslininkų nagrinėtais klausimais.

Atsakymų į esminę mįslę apie pasaulio formavimąsi paieška atvedė prie to, kad šiandien tokių yra įvairių teorijų Visatos kilmė, egzistavimas, vystymasis. Specialistų, ieškančių atsakymų, statančių ir tikrinančių hipotezes, azartas pasiteisina, nes patikima Visatos gimimo teorija visai žmonijai atskleis gyvybės egzistavimo kitose sistemose ir planetose tikimybę.

Visatos atsiradimo teorijos turi charakterį mokslinės sąvokos, individualios hipotezės, religiniai mokymai, filosofinės idėjos ir mitai. Visi jie sąlygiškai suskirstyti į dvi pagrindines kategorijas:

1. Teorijos, pagal kurias Visatą sukūrė kūrėjas. Kitaip tariant, jų esmė ta, kad Visatos kūrimo procesas buvo sąmoningas ir dvasinis veiksmas, aukštesniojo proto valios pasireiškimas.
2. Visatos atsiradimo teorijos, sukurtos remiantis moksliniais veiksniais. Jų postulatai kategoriškai atmeta ir kūrėjo egzistavimą, ir galimybę sąmoningai kurti pasaulį. Tokios hipotezės dažnai grindžiamos vadinamuoju vidutinybės principu. Jie rodo gyvybės galimybę ne tik mūsų planetoje, bet ir kitose.

Kreacionizmas – Kūrėjo sukurto pasaulio teorija

Kaip rodo pavadinimas, kreacionizmas (kūryba) yra religinė visatos atsiradimo teorija. Ši pasaulėžiūra remiasi samprata, kad visatą, planetą ir žmogų sukūrė Dievas arba Kūrėjas.

Idėja ilgą laiką buvo dominuojantis iki pabaigos XIX amžiuje, kai įsibėgėjo, o taip pat plačiai paplito žinių kaupimo procesas įvairiose mokslo srityse (biologija, astronomija, fizika). evoliucijos teorija. Kreacionizmas tapo savotiška krikščionių, kurie laikosi konservatyvių pažiūrų į daromus atradimus, reakcija. Tuo metu vyraujanti evoliucinio vystymosi idėja tik sustiprino prieštaravimus, egzistuojančius tarp religinių ir kitų teorijų.

Kuo skiriasi mokslinės ir religinės teorijos?

Pagrindiniai įvairių kategorijų teorijų skirtumai pirmiausia slypi terminuose, kuriuos vartoja jų šalininkai. Taigi, į mokslines hipotezes vietoj kūrėjo – gamta, o vietoj kūrinijos – kilmė. Be to, yra problemų, kurios nagrinėjamos panašiai skirtingos teorijos ar net visiškai dubliuojasi.

Priešingoms kategorijoms priklausančios Visatos atsiradimo teorijos skirtingai datuoja jos atsiradimą. Pavyzdžiui, pagal labiausiai paplitusią hipotezę (didžiojo sprogimo teoriją), Visata susiformavo maždaug prieš 13 mlrd.

Priešingai, religinė Visatos kilmės teorija pateikia visiškai skirtingus skaičius:

• Remiantis krikščionių šaltiniais, Dievo sukurtos Visatos amžius Jėzaus Kristaus gimimo metu buvo 3483–6984 metai.
• Induizmas rodo, kad mūsų pasaulis yra maždaug 155 trilijonų metų senumo.

Kantas ir jo kosmologinis modelis

Iki XX amžiaus dauguma mokslininkų laikėsi nuomonės, kad Visata yra begalinė. Šia savybe jie apibūdino laiką ir erdvę. Be to, jų nuomone, Visata buvo statiška ir vienalytė.

Idėją apie Visatos beribiškumą erdvėje iškėlė Isaacas Newtonas. Šią prielaidą sukūrė kažkas, sukūręs teoriją apie laiko ribų nebuvimą. Toliau tęsdamas savo teorines prielaidas, Kantas išplėtė Visatos begalybę iki galimų biologinių produktų skaičiaus. Šis postulatas reiškė, kad senovės ir didžiulio pasaulio be pabaigos ir pradžios sąlygomis nesuskaičiuojama daugybė galimi variantai, dėl ko bet kokių biologinių rūšių atsiradimas yra realus.

Įkalčių paieškos metu buvo nustatyta ir patikrinta daugiau nei 40 savybių, kurių laikymasis būtinas civilizacijos vystymuisi. Amerikiečių astrofizikas Hugh Ross įvertino tokio netyčinio sutapimo tikimybę. Rezultatas buvo 10 -53.

Mūsų Visatoje yra trilijonas galaktikų, kurių kiekvienoje yra 100 milijardų žvaigždžių. Remiantis mokslininkų atliktais skaičiavimais, bendras planetų skaičius turėtų būti 10 20. Šis skaičius yra 33 eilėmis mažesnis nei apskaičiuotas anksčiau. Vadinasi, nė viena planeta visose galaktikose negali derinti sąlygų, kurios būtų tinkamos savaiminiam gyvybės atsiradimui.

Didžiojo sprogimo teorija: Visatos kilmė iš mažos dalelės

Mokslininkai, palaikantys Didžiojo sprogimo teoriją, laikosi hipotezės, kad visata yra didžiulio sprogimo pasekmė. Pagrindinis teorijos postulatas yra teiginys, kad iki šio įvykio visi dabartinės Visatos elementai buvo dalelėje, kuri turėjo mikroskopinius matmenis. Būdami jo viduje, elementai pasižymėjo išskirtine būsena, kai nebuvo galima išmatuoti tokių rodiklių kaip temperatūra, tankis ir slėgis. Jų yra begalė. Medžiagai ir energijai šioje būsenoje fizikos dėsniai įtakos neturi.

Teigiama, kad sprogimo, įvykusio prieš 15 milijardų metų, priežastis – dalelės nestabilumas. Išsklaidyti smulkūs elementai padėjo pamatą pasauliui, kurį žinome šiandien.

Pradžioje Visata buvo susiformavęs ūkas smulkios dalelės (mažesnis už atomą). Tada, susijungę, jie suformavo atomus, kurie buvo pagrindas žvaigždžių galaktikos. Atsakymas į klausimus apie tai, kas įvyko prieš sprogimą, taip pat kas jį sukėlė, yra svarbiausi šios Visatos atsiradimo teorijos uždaviniai.

Lentelėje schematiškai pavaizduoti visatos formavimosi etapai po Didžiojo sprogimo.

Kaip matyti iš aukščiau pateiktų duomenų, Visata toliau plečiasi ir vėsta.

Nuolatinis atstumo tarp galaktikų didėjimas yra pagrindinis postulatas: kuo skiriasi Didžiojo sprogimo teorija. Visatos atsiradimą tokiu būdu gali patvirtinti rasti įrodymai. Taip pat yra priežasčių jį paneigti.

Teorijos problemos

Atsižvelgiant į tai, kad Didžiojo sprogimo teorija praktiškai neįrodyta, nenuostabu, kad yra keletas klausimų, į kuriuos ji negali atsakyti:

1. Singuliarumas. Šis žodis reiškia Visatos būseną, suspaustą iki vieno taško. Didžiojo sprogimo teorijos problema yra tai, kad neįmanoma apibūdinti procesų, vykstančių materijoje ir erdvėje tokioje būsenoje. Bendroji teisė reliatyvumo teorija čia netaikoma, todėl sudarykite matematinis aprašymas o modeliavimui skirtos lygtys neįmanomos.
   Esminis negalėjimas gauti atsakymo į klausimą apie pradinė būklė Visata diskredituoja teoriją nuo pat pradžių. Mokslo populiarinimo ekspozicijose šis sudėtingumas noriai nutyli arba užsimena tik pro šalį. Tačiau mokslininkams, siekiantiems suteikti matematinį Didžiojo sprogimo teorijos pagrindą, šis sunkumas pripažįstamas pagrindine kliūtimi.
2. Astronomija. Šioje srityje Didžiojo sprogimo teorija susiduria su faktu, kad ji negali apibūdinti galaktikų atsiradimo proceso. Remiantis modernios versijos teorijų, galima numatyti, kaip atsiranda vienodas dujų debesis. Be to, jo tankis šiuo metu turėtų būti maždaug vienas atomas kubinis metras. Norėdami gauti ką nors daugiau, negalite nekoreguoti pradinės Visatos būsenos. Trūksta informacijos ir praktinės patirtiesšioje srityje tampa rimtomis kliūtimis tolesniam modeliavimui.

Taip pat yra neatitikimų tarp apskaičiuotos mūsų galaktikos masės ir duomenų, gautų tiriant jos traukos greitį, matyt, mūsų galaktikos svoris yra dešimt kartų didesnis, nei manyta anksčiau.

Kosmologija ir kvantinė fizika

Ne šiandien kosmologinės teorijos, kuri nesiremtų kvantine mechanika. Galų gale, jame aprašomas atominių ir subatominių dalelių elgesys. Skirtumas kvantinė fizika iš klasikinio (išdėstyto Niutono) tuo, kad antroji stebi ir aprašo materialius objektus, o pirmoji prisiima išimtinai matematinį paties stebėjimo ir matavimo aprašymą. Kvantinės fizikos atžvilgiu materialinės vertybės nėra tiriamos, čia pats stebėtojas yra tiriamos situacijos dalis.

Remiantis šiomis savybėmis, kvantinė mechanika turi sunkumų apibūdindamas Visatą, nes stebėtojas yra Visatos dalis. Tačiau kalbant apie visatos atsiradimą, neįmanoma įsivaizduoti pašalinių stebėtojų. Bandymai sukurti modelį nedalyvaujant išoriniam stebėtojui buvo sėkmingi kvantinė teorija Visatos kilmė J. Wheeleris.

Jo esmė ta, kad kiekvienu laiko momentu Visata skyla ir formuojasi begalinis skaičius kopijų Dėl to kiekvienas iš paralelinės visatos gali būti stebimi, o stebėtojai gali matyti visas kvantines alternatyvas. Be to, originalus ir naujas pasauliai yra tikri.

Infliacijos modelis

Pagrindinis uždavinys, kuriam spręsti skirta infliacijos teorija, yra atsakymų į klausimus, į kuriuos neatsakyta Didžiojo sprogimo teorijos ir plėtimosi teorijos, paieška. Būtent:

1. Dėl kokios priežasties Visata plečiasi?
2. Kas yra didysis sprogimas?

Tuo tikslu infliacinė Visatos atsiradimo teorija numato plėtimosi ekstrapoliaciją iki nulinio laiko taško, visos Visatos masės apribojimą viename taške ir formavimąsi. kosmologinis singuliarumas, kuris dažnai vadinamas Didžiuoju sprogimu.

Neaktualumas tampa akivaizdus bendroji teorija reliatyvumo teorija, kuri šiuo metu negali būti taikoma. Dėl to sukurti bendresnę teoriją (arba nauja fizika“), o kosmologinio singuliarumo problemos sprendimai gali būti taikomi tik teoriniai metodai, skaičiavimai ir išvados.

Naujos alternatyvios teorijos

Nepaisant kosminės infliacijos modelio sėkmės, yra mokslininkų, kurie jam prieštarauja, vadindami jį nepagrįstu. Pagrindinis jų argumentas – teorijos siūlomų sprendimų kritika. Oponentai teigia, kad gautuose sprendimuose trūksta kai kurių detalių, kitaip tariant, užuot išsprendę problemą pradines vertes, teorija juos tik sumaniai aprėpia.

Alternatyva yra kelios egzotiškos teorijos, kurių idėja grindžiama pradinių vertybių formavimu prieš Didįjį sprogimą. Naujas Visatos atsiradimo teorijas galima trumpai apibūdinti taip:

• Stygų teorija. Jos šalininkai, be įprastų keturių erdvės ir laiko dimensijų, siūlo pristatyti papildomi matmenys. Jie galėjo atlikti tam tikrą vaidmenį ankstyvosiose Visatos stadijose ir šiuo metu būti sutankintoje būsenoje. Atsakydami į klausimą apie jų sutankinimo priežastį, mokslininkai siūlo atsakymą, kad superstygų savybė yra T dvilypumas. Todėl stygos yra „suvyniotos“ į papildomus matmenis ir jų dydis yra ribotas.
• Brano teorija. Ji taip pat vadinama M teorija. Pagal jos postulatus, Visatos formavimosi pradžioje egzistuoja šaltas, statiškas penkiamatis erdvėlaikis. Keturios iš jų (erdvinės) turi apribojimus, arba sienos – trijų branų. Mūsų erdvė veikia kaip viena iš sienų, o antroji yra paslėpta. Trečiasis trijų branų yra keturmatė erdvė, jį riboja dvi ribinės branos. Teorija svarsto trečiosios branos susidūrimą su mūsų ir išsiskyrimą didelis kiekis energijos. Būtent tokios sąlygos tampa palankios didžiojo sprogimo atsiradimui.

1. Ciklinės teorijos neigia Didžiojo sprogimo unikalumą, teigdamos, kad visata pereina iš vienos būsenos į kitą. Tokių teorijų problema yra entropijos padidėjimas pagal antrąjį termodinamikos dėsnį. Vadinasi, ankstesnių ciklų trukmė buvo trumpesnė, o medžiagos temperatūra – žymiai aukštesnė nei per didįjį sprogimą. Tikimybė, kad tai įvyks, yra labai maža.

Kad ir kiek yra teorijų apie visatos kilmę, tik dvi išlaikė laiko išbandymą ir įveikė vis didėjančios entropijos problemą. Juos sukūrė mokslininkai Steinhardt-Turok ir Baum-Frampton.

Šios palyginti naujos Visatos kilmės teorijos buvo pateiktos praėjusio amžiaus 80-aisiais. Jie turi daug pasekėjų, kurie pagal tai kuria modelius, ieško patikimumo įrodymų ir stengiasi pašalinti prieštaravimus.

Stygų teorija

Viena iš populiariausių Visatos atsiradimo teorijų yra stygų teorija. Prieš pereinant prie jos idėjos aprašymo, būtina suprasti vieno iš artimiausių konkurentų sąvokas. Ji teigia, kad materiją ir sąveiką galima apibūdinti kaip tam tikrą dalelių rinkinį, suskirstytą į kelias grupes:

• Kvarkai.
• Leptonai.
• Bozonai.

Šios dalelės iš tikrųjų yra visatos statybinės medžiagos, nes jos yra tokios mažos, kad negali būti suskirstytos į komponentus.

Išskirtinis stygų teorijos bruožas yra tvirtinimas, kad tokios plytos yra ne dalelės, o ultramikroskopinės stygos, kurios vibruoja. Tuo pačiu metu, svyruodamos skirtingais dažniais, stygos tampa įvairių dalelių, aprašytų standartiniame modelyje, analogais.

Norėdami suprasti teoriją, turėtumėte suprasti, kad stygos nėra bet kokia materija, jos yra energija. Todėl daroma išvada, kad visi Visatos elementai susideda iš energijos.

Gera analogija būtų ugnis. Žvelgiant į jį susidaro įspūdis apie jo medžiagiškumą, bet jo negalima liesti.

Kosmologija moksleiviams

Visatos atsiradimo teorijos trumpai nagrinėjamos mokyklose per astronomijos pamokas. Mokiniams aprašomos pagrindinės teorijos, kaip susiformavo mūsų pasaulis, kas su juo vyksta dabar ir kaip jis vystysis ateityje.

Pamokų tikslas – supažindinti vaikus su elementariųjų dalelių, cheminių elementų ir elementų susidarymo prigimtimi. dangaus kūnai. Vaikams skirtos Visatos atsiradimo teorijos sumažinamos iki Didžiojo sprogimo teorijos pristatymo. Mokytojai naudoja vaizdinę medžiagą: skaidres, lenteles, plakatus, iliustracijas. Pagrindinė jų užduotis – pažadinti vaikų susidomėjimą juos supančiu pasauliu.

Kaip atsirado mūsų Visata? Kaip tai pavirto iš pažiūros nesibaigiančia erdve? O kuo ji taps po daugelio milijonų ir milijardų metų? Šie klausimai kankina (ir tebekankina) filosofų ir mokslininkų protus, regis, nuo amžių pradžios, sukeldami daugybę įdomių, o kartais net beprotiškų teorijų. Šiandien dauguma astronomų ir kosmologų yra sutarę, kad tokia Visata, kokią mes žinome, atsirado dėl milžiniško sprogimo, kuris ne tik sukūrė didžiąją materijos dalį, bet ir buvo pagrindinių fizinių dėsnių, kuriais vadovaujantis, šaltinis. mus supantis kosmosas egzistuoja. Visa tai vadinama Didžiojo sprogimo teorija.

Didžiojo sprogimo teorijos pagrindai yra gana paprasti. Trumpai tariant, pagal ją visa materija, kuri egzistavo ir dabar egzistuoja Visatoje, atsirado tuo pačiu metu – maždaug prieš 13,8 mlrd. Tuo momentu visa materija egzistavo labai kompaktiško abstraktaus rutulio (arba taško) pavidalu su begaliniu tankiu ir temperatūra. Ši būsena buvo vadinama singuliarumu. Staiga singuliarumas pradėjo plėstis ir pagimdė mums žinomą Visatą.

Verta paminėti, kad Didžiojo sprogimo teorija yra tik viena iš daugelio siūlomų Visatos atsiradimo hipotezių (pavyzdžiui, yra ir stacionarios Visatos teorija), tačiau ji sulaukė didžiausio pripažinimo ir populiarumo. Jame ne tik paaiškinamas visos žinomos materijos šaltinis, fizikos dėsniai ir platesnė Visatos struktūra, bet ir aprašomos Visatos plėtimosi priežastys ir daugelis kitų aspektų bei reiškinių.

Įvykių chronologija Didžiojo sprogimo teorijoje

Remdamiesi žiniomis apie dabartinę Visatos būklę, mokslininkai daro prielaidą, kad viskas turėjo prasidėti iš vieno taško su begaliniu tankiu ir baigtiniu laiku, kuris pradėjo plėstis. Teorija teigia, kad po pradinio išsiplėtimo visata išgyveno aušinimo fazę, kuri leido atsirasti subatominėms dalelėms, o vėliau ir paprastiems atomams. Milžiniški šių senovės elementų debesys vėliau dėl gravitacijos pradėjo formuoti žvaigždes ir galaktikas.

Visa tai, pasak mokslininkų, prasidėjo maždaug prieš 13,8 milijardo metų, todėl šis atspirties taškas laikomas Visatos amžiumi. Tyrinėdami įvairius teorinius principus, atlikdami eksperimentus su dalelių greitintuvais ir didelės energijos būsenomis bei atlikdami astronominius Visatos tolių tyrimus, mokslininkai išvedė ir pasiūlė įvykių, prasidėjusių nuo Didžiojo sprogimo ir galiausiai atvedusių Visatą į kosminės evoliucijos būsena, kuri vyksta dabar.

Mokslininkai mano, kad ankstyviausi Visatos atsiradimo laikotarpiai, trunkantys nuo 10–43 iki 10–11 sekundžių po Didžiojo sprogimo, vis dar yra ginčų ir diskusijų objektas. Jei manysime, kad fizikos dėsniai, kuriuos dabar žinome, tuo metu negalėjo egzistuoti, labai sunku suprasti, kaip buvo reguliuojami procesai šioje ankstyvojoje Visatoje. Be to, dar nebuvo atlikti eksperimentai, naudojant galimas energijos rūšis, kurios galėjo būti tuo metu. Kad ir kaip būtų, daugelis teorijų apie visatos kilmę galiausiai sutaria, kad tam tikru momentu buvo atspirties taškas, nuo kurio viskas prasidėjo.

Singuliarumo amžius

Taip pat žinomas kaip Planck epocha (arba Planck era), laikoma anksčiausiu žinomu Visatos evoliucijos laikotarpiu. Šiuo metu visa medžiaga buvo viename begalinio tankio ir temperatūros taške. Šiuo laikotarpiu, mokslininkų nuomone, fizinėje dominavo kvantiniai gravitacinių sąveikų efektai ir jokia fizinė jėga neprilygo gravitacijai.

Planko era tariamai truko nuo 0 iki 10-43 sekundžių ir taip pavadinta, nes jos trukmę galima išmatuoti tik pagal Planko laiką. Dėl ekstremalių temperatūrų ir begalinio medžiagos tankio Visatos būsena šiuo laikotarpiu buvo itin nestabili. Po to sekė plėtimosi ir atšalimo laikotarpiai, dėl kurių atsirado pagrindinės fizikos jėgos.

Maždaug nuo 10-43 iki 10-36 sekundžių Visatoje įvyko pereinamosios temperatūros būsenų susidūrimo procesas. Manoma, kad būtent šiuo metu pagrindinės jėgos, valdančios dabartinę Visatą, pradėjo atsiskirti viena nuo kitos. Pirmasis šio atskyrimo žingsnis buvo gravitacinių jėgų, stiprios ir silpnos branduolinės sąveikos ir elektromagnetizmo atsiradimas.

Per laikotarpį nuo maždaug 10–36 sekundžių iki 10–32 sekundžių po Didžiojo sprogimo Visatos temperatūra tapo pakankamai žema (1028 K), todėl atsiskyrė elektromagnetinės jėgos (stiprioji jėga) ir silpnoji branduolinė jėga ( silpnoji jėga).

Infliacijos amžius

Atsiradus pirmosioms fundamentalioms jėgoms Visatoje, prasidėjo infliacijos era, kuri tęsėsi nuo 10-32 sekundžių Planko laiku iki nežinomo laiko momento. Dauguma kosmologinių modelių rodo, kad per šį laikotarpį Visata buvo tolygiai užpildyta didelio tankio energija, o neįtikėtinai aukšta temperatūra ir slėgis lėmė greitą jos plėtimąsi ir vėsimą.

Tai prasidėjo 10-37 sekundes, kai po pereinamosios fazės, sukėlusios jėgų atsiskyrimą, sekė Visatos plėtimasis geometrine progresija. Per tą patį laikotarpį Visata buvo bariogenezės būsenoje, kai temperatūra buvo tokia aukšta, kad atsitiktinis dalelių judėjimas erdvėje įvyko beveik šviesos greičiu.

Šiuo metu susidaro dalelių poros – antidalelės, kurios iš karto susiduria ir sunaikinamos, o tai, manoma, lėmė materijos dominavimą prieš antimateriją šiuolaikinėje Visatoje. Sustojus infliacijai, Visata susidėjo iš kvarko-gliuono plazmos ir kitų elementariųjų dalelių. Nuo to momento Visata pradėjo vėsti, pradėjo formuotis ir jungtis materija.

Aušinimo era

Mažėjant tankiui ir temperatūrai Visatos viduje, kiekvienos dalelės energija pradėjo mažėti. Ši pereinamoji būsena tęsėsi tol, kol pagrindinės jėgos ir elementarios dalelės įgavo dabartinę formą. Kadangi dalelių energija nukrito iki reikšmių, kurias šiandien galima pasiekti atliekant eksperimentus, faktinis galimas šio laikotarpio egzistavimas mokslininkams yra daug mažiau prieštaringas.

Pavyzdžiui, mokslininkai mano, kad praėjus 10-11 sekundžių po Didžiojo sprogimo, dalelių energija labai sumažėjo. Maždaug po 10-6 sekundžių kvarkai ir gliuonai pradėjo formuoti barionus – protonus ir neutronus. Kvarkai pradėjo vyrauti prieš antikvarkus, o tai savo ruožtu lėmė barionų persvarą prieš antibarionus.

Kadangi temperatūra nebebuvo pakankamai aukšta, kad susidarytų naujos protonų-antiprotonų poros (arba neutronų-antineutronų poros), įvyko didžiulis šių dalelių sunaikinimas, todėl liko tik 1/1010 pirminių protonų ir neutronų, o jų antidalelės visiškai išnyko. Panašus procesas įvyko praėjus maždaug 1 sekundei po Didžiojo sprogimo. Šį kartą „aukomis“ tapo tik elektronai ir pozitronai. Po masinio naikinimo likę protonai, neutronai ir elektronai nutraukė savo atsitiktinį judėjimą, o Visatos energijos tankis buvo užpildytas fotonais ir, kiek mažesniu mastu, neutrinais.

Pirmosiomis Visatos plėtimosi minutėmis prasidėjo nukleosintezės (cheminių elementų sintezės) laikotarpis. Temperatūrai nukritus iki 1 milijardo kelvinų, o energijos tankiui mažėjant iki maždaug lygiaverčių oro tankiui, neutronai ir protonai pradėjo maišytis ir sudaryti pirmąjį stabilų vandenilio (deuterio) izotopą, taip pat helio atomus. Tačiau dauguma protonų Visatoje išliko kaip atsijungę vandenilio atomų branduoliai.

Po maždaug 379 000 metų elektronai susijungė su šiais vandenilio branduoliais ir susidarė atomai (vėl daugiausia vandenilis), o spinduliuotė atsiskyrė nuo medžiagos ir toliau praktiškai netrukdomai plėtėsi erdvėje. Ši spinduliuotė vadinama kosmine mikrobangų fonine spinduliuote ir yra seniausias šviesos šaltinis Visatoje.

Plečiantis, CMB palaipsniui prarado savo tankį ir energiją, o šiuo metu jo temperatūra yra 2,7260 ± 0,0013 K (-270,424 °C), o energijos tankis yra 0,25 eV (arba 4,005 × 10-14 J/m³; 400– 500 fotonų/cm³). CMB tęsiasi visomis kryptimis ir maždaug 13,8 milijardo šviesmečių atstumu, tačiau apytikslis jo išplitimas yra apie 46 milijardus šviesmečių nuo Visatos centro.

Struktūros amžius (hierarchinis amžius)

Per ateinančius kelis milijardus metų tankesni materijos regionai, beveik tolygiai pasiskirstę Visatoje, pradėjo traukti vienas kitą. Dėl to jie tapo dar tankesni ir pradėjo formuotis dujų, žvaigždžių, galaktikų ir kitų astronominių struktūrų debesys, kuriuos galime stebėti šiandien. Šis laikotarpis vadinamas hierarchine era. Šiuo metu Visata, kurią matome dabar, pradėjo įgauti savo formą. Medžiaga pradėjo jungtis į įvairaus dydžio struktūras – žvaigždes, planetas, galaktikas, galaktikų spiečius, taip pat galaktikos superspiečius, atskirtus tarpgalaktiniais tiltais, kuriuose yra vos kelios galaktikos.

Šio proceso detales galima apibūdinti pagal idėją apie Visatoje paskirstytos materijos kiekį ir tipą, kuris vaizduojamas kaip šalta, šilta, karšta tamsioji medžiaga ir barioninė medžiaga. Tačiau dabartinis standartinis Didžiojo sprogimo kosmologinis modelis yra Lambda-CDM modelis, pagal kurį tamsiosios medžiagos dalelės juda lėčiau nei šviesos greitis. Jis pasirinktas todėl, kad išsprendžia visus prieštaravimus, atsiradusius kituose kosmologiniuose modeliuose.

Pagal šį modelį šalta tamsioji medžiaga sudaro apie 23 procentus visos materijos/energijos Visatoje. Barioninės medžiagos dalis yra apie 4,6 proc. Lambda-CDM reiškia vadinamąją kosmologinę konstantą: Alberto Einšteino pasiūlytą teoriją, kuri apibūdina vakuumo savybes ir parodo masės ir energijos pusiausvyrą kaip pastovų statinį dydį. Šiuo atveju ji siejama su tamsiąja energija, kuri tarnauja kaip Visatos plėtimosi greitintuvas ir išlaiko milžiniškas kosmologines struktūras iš esmės vienalytes.

Atsakyti į šiuos klausimus buvo pagrindinis kosmologų tikslas nuo pat diskusijų apie tai, kuris kosmologinis Visatos modelis yra teisingas, pradžios. Priėmus Didžiojo sprogimo teoriją, tačiau daugiausia dėl tamsiosios energijos stebėjimo 1990-aisiais, mokslininkai susitarė dėl dviejų labiausiai tikėtinų Visatos evoliucijos scenarijų.

Pagal pirmąjį, vadinamą „didžiuoju krize“, Visata pasieks maksimalų dydį ir pradės griūti. Šis scenarijus bus įmanomas tik tuo atveju, jei Visatos masės tankis taps didesnis už patį kritinį tankį. Kitaip tariant, jei medžiagos tankis pasiekia arba viršija tam tikrą vertę (1–3 × 10–26 kg medžiagos vienam m³), ​​Visata pradės trauktis.

Alternatyva yra kitas scenarijus, kuriame teigiama, kad jei tankis Visatoje yra lygus arba mažesnis už kritinio tankio reikšmę, tada jos plėtimasis sulėtės, bet niekada nesustos visiškai. Remiantis šia hipoteze, vadinama „Visatos karščio mirtimi“, plėtimasis tęsis tol, kol žvaigždžių formavimasis nustos vartoti tarpžvaigždines dujas kiekvienoje iš aplinkinių galaktikų. Tai yra, energijos ir materijos perkėlimas iš vieno objekto į kitą visiškai sustos. Tokiu atveju visos esamos žvaigždės sudegs ir virs baltosiomis nykštukėmis, neutroninėmis žvaigždėmis ir juodosiomis skylėmis.

Palaipsniui juodosios skylės susidurs su kitomis juodosiomis skylėmis, todėl susidarys vis didesnės ir didesnės. Vidutinė Visatos temperatūra priartės prie absoliutaus nulio. Juodosios skylės ilgainiui „išgaruos“, išleisdamos paskutinę Hokingo spinduliuotę. Galiausiai termodinaminė entropija Visatoje pasieks maksimumą. Įvyks karščio mirtis.

Šiuolaikiniai stebėjimai, kuriuose atsižvelgiama į tamsiosios energijos buvimą ir jos įtaką erdvės plėtimui, paskatino mokslininkus daryti išvadą, kad laikui bėgant vis daugiau visatos išeis už mūsų įvykių horizonto ir taps mums nematoma. Galutinis ir logiškas to rezultatas mokslininkams dar nėra žinomas, tačiau „šilumos mirtis“ gali būti galutinis tokių įvykių taškas.

Yra ir kitų hipotezių, susijusių su tamsiosios energijos pasiskirstymu, tiksliau, galimomis jos rūšimis (pavyzdžiui, fantominė energija). Anot jų, dėl begalinio plėtimosi galaktikų spiečiai, žvaigždės, planetos, atomai, atomų branduoliai ir pati materija bus suplėšyti. Šis evoliucinis scenarijus vadinamas „dideliu atotrūkiu“. Visatos mirties priežastis pagal šį scenarijų yra pati plėtimasis.

Didžiojo sprogimo teorijos istorija

Ankstyviausias Didžiojo sprogimo paminėjimas datuojamas XX amžiaus pradžioje ir yra susijęs su kosmoso stebėjimais. 1912 m. amerikiečių astronomas Vesto Slipher atliko daugybę spiralinių galaktikų (kurios iš pradžių buvo manoma, kad tai buvo ūkai) stebėjimų ir išmatavo jų Doplerio raudonąjį poslinkį. Beveik visais atvejais stebėjimai tai parodė spiralinės galaktikos tolsta nuo mūsų Paukščių Tako.

Išskirtinis 1922 m rusų matematikas o kosmologas Aleksandras Fridmanas vadinamąsias Fridmanno lygtis išvedė iš Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos lygčių. Nepaisant to, kad Einšteinas propagavo kosmologinės konstantos teoriją, Friedmano darbas parodė, kad Visata veikiau plečiasi.

1924 m. Edvino Hablo atstumo iki netoliese esančio spiralinio ūko matavimai parodė, kad šios sistemos iš tikrųjų yra skirtingos galaktikos. Tuo pačiu metu Hablas pradėjo kurti atstumo atimties metrikų seriją naudodamas 2,5 metro Hooker teleskopą Mount Wilson observatorijoje. Iki 1929 m Hablas atrado ryšį tarp atstumo ir galaktikų tolimo greičio, kuris vėliau tapo Hablo dėsniu.

1927 m. belgų matematikas, fizikas ir katalikų kunigas Georgesas Lemaitre'as savarankiškai pasiekė tuos pačius rezultatus, kaip ir Friedmanno lygtys, ir pirmasis suformulavo ryšį tarp atstumo ir galaktikų greičio, pateikdamas pirmąjį šio ryšio koeficiento įvertinimą. Lemaitre'as tikėjo, kad praeityje visa Visatos masė buvo sutelkta viename taške (atome).

Šie atradimai ir prielaidos sukėlė daug diskusijų tarp fizikų XX ir 30 m., kurių dauguma manė, kad Visata yra stacionari būsena. Pagal tuo metu sukurtą modelį, kartu su begaliniu Visatos plėtimu sukuriama nauja materija, pasiskirstanti tolygiai ir vienodai tankiu visame jos plote. Tarp ją palaikančių mokslininkų Didžiojo sprogimo idėja atrodė labiau teologinė nei mokslinė. Lemaître'as buvo kritikuojamas dėl šališkumo dėl religinių prietarų.

Reikia pažymėti, kad tuo pačiu metu egzistavo ir kitos teorijos. Pavyzdžiui, Milne'o Visatos modelis ir ciklinis modelis. Abu buvo pagrįsti Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos postulatais ir vėliau sulaukė paties mokslininko palaikymo. Pagal šiuos modelius Visata egzistuoja nesibaigiantis srautas pasikartojantys išsiplėtimo ir žlugimo ciklai.

Po Antrojo pasaulinio karo užvirė karštos diskusijos tarp pastovaus Visatos modelio (kurį iš tikrųjų apibūdino astronomas ir fizikas Fredas Hoyle'as) šalininkų ir mokslininkų bendruomenėje sparčiai populiarėjančios Didžiojo sprogimo teorijos šalininkų. Ironiška, kad būtent Hoyle'as sugalvojo frazę „didysis sprogimas“, kuri vėliau tapo tokiu pavadinimu nauja teorija. Tai atsitiko 1949 m. kovą per britų BBC radiją.

Pabaigoje toliau moksliniai tyrimai o stebėjimai vis labiau palankiai vertino Didžiojo sprogimo teoriją ir vis labiau kėlė abejonių dėl stacionarios Visatos modelio. CMB atradimas ir patvirtinimas 1965 m. pagaliau įtvirtino Didįjį sprogimą kaip geriausia teorija Visatos kilmė ir evoliucija. Nuo septintojo dešimtmečio pabaigos iki 1990-ųjų astronomai ir kosmologai atliko dar daugiau Didžiojo sprogimo tyrimų ir rado daugelio problemų sprendimus. teorinės problemos, trukdantis šiai teorijai.

Tarp šių sprendimų, pavyzdžiui, Stepheno Hawkingo ir kitų fizikų darbai, kurie įrodė, kad singuliarumas buvo neginčijama pradinė būsena. bendrasis reliatyvumas Ir kosmologinis modelis Didysis sprogimas. 1981 m. fizikas Alanas Guthas pateikė teoriją, aprašančią greito kosminio plėtimosi laikotarpį (infliacijos erą), kuris išsprendė daug anksčiau neišspręstų problemų. teoriniai klausimai ir problemos.

1990-aisiais buvo padidėjęs susidomėjimasį tamsiąją energiją, kuri buvo laikoma raktu į daugelio neišspręstų kosmologijos klausimų sprendimą. Be noro rasti atsakymą į klausimą, kodėl Visata praranda savo masę kartu su tamsiąja motina (hipotezė, kurią dar 1932 m. pasiūlė Janas Oortas), taip pat reikėjo rasti paaiškinimą, kodėl Visata yra vis dar įsibėgėja.

Tolesnę tyrimo pažangą lėmė pažangesnių teleskopų, palydovų ir kompiuterinių modelių sukūrimas, leidžiantis astronomams ir kosmologams pažvelgti toliau į Visatą ir geriau suprasti tikrąjį jos amžių. Kosminių teleskopų, tokių kaip Cosmic Background Explorer (arba COBE), Hablo kosminis teleskopas, Wilkinson mikrobangų anizotropijos zondas (WMAP) ir Plancko kosmoso observatorija, kūrimas taip pat labai prisidėjo prie tyrimo.

Šiandien kosmologai gana dideliu tikslumu gali išmatuoti įvairius Didžiojo sprogimo teorijos modelio parametrus ir charakteristikas, jau nekalbant apie tikslesnius mus supančio kosmoso amžiaus skaičiavimus. Bet viskas prasidėjo nuo įprasto masinio stebėjimo kosminiai objektai, esantis daug šviesmečių nuo mūsų ir pamažu toliau tolsta nuo mūsų. Ir nors neįsivaizduojame, kuo visa tai baigsis, kosmologiniais standartais tai užtruks neilgai.