Что такое Большой взрыв?
Любителям космоса — привет!
Хотите узнать что такое Большой взрыв?
Тогда не останавливаемся — читаем далее — будет весело.
Вы, наверное, слышали о Большом взрыве как о событии, которое породило нашу Вселенную.
Возможно, вы знаете, что большинство космологов считают, что это произошло примерно 13,8 миллиарда лет назад.
Трудно представить, что в момент Большого Взрыва вся энергия во Вселенной – часть из которой позже станет галактиками, звездами, планетами и человеческими существами – была сосредоточена в крошечной точке, меньше ядра атома.
И это не просто материя, которая родилась в результате Большого взрыва.
С точки зрения современных космологов, материя, пространство и время — все началось, когда эта микроскопическая точка внезапно сильно и экспоненциально расширилась.
Считается, что первые атомы образовались, когда Вселенной было около 400 000 лет.
До этого Вселенная была просто слишком горячей и слишком энергичной, чтобы атомные ядра могли захватывать электроны.
По мнению космологов, первые звезды зажглись примерно через 250 миллионов лет после Большого взрыва, а первые галактики — вскоре после него.
Космический телескоп Хаббл сделал это изображение чрезвычайно далекой галактики под названием «UDFj-39546284». Этот объект имеет красное смещение z~10, что означает, что он существовал примерно через 480 миллионов лет после Большого взрыва.
Вот еще один чрезвычайно далекий (и, следовательно, старый) объект, снятый космическим телескопом «Хаббл» в 2016 году. Галактика «GN-z11», показанная на вставке, видна такой, какой она была 13,4 миллиарда лет назад, всего через 400 миллионов лет после Большого Взрыва, когда возраст Вселенной составлял всего 3% от ее нынешнего. Галактика пылает яркими, молодыми, голубыми звездами, но на этом изображении выглядит красной, потому что ее свет был растянут на более длинные спектральные длины волн в результате расширения Вселенной.
Большой взрыв относится к теории.
Как могло быть иначе?
Текущая версия теории Большого Взрыва – та, которая чаще всего используется современными космологами – называется моделью Lambda-CDM.
Она постулирует, что наша вселенная возникла в определенный момент, расширилась до плоской (т. е. имеет нулевую кривизну) и состоит из 5% барионов (т. е. материи, из которой состоит все, что мы видим – галактики, звезды, планеты, люди), 27% холодной темной материи (отсюда «CDM» из названия теории) и 68% темной энергии.
Модель Lambda-CDM далее утверждает, что Вселенная расширяется со скоростью, называемой Лямбда (греческая буква), и управляется принципами Общей теории относительности Эйнштейна.
Модель Lambda-CDM оказалась невероятно успешной в объяснении того, что мы наблюдаем во Вселенной.
Она делает предсказания, неоднократно подтверждаемые наблюдениями.
Но это не лишено проблем — как и во всех научных теориях, модель Lambda-CDM продолжает развиваться.
Теперь давайте сделаем небольшую паузу, чтобы мы могли провести различие между появлением всей этой энергии при Большом взрыве и ее внезапным расширением.
В этом смысле Большой взрыв не был событием, породившим нашу вселенную.
Скорее, это было событие, породившее вселенную.
Почему это различие важно?
Это важно, потому что, хотя наука смогла установить историю Вселенной вплоть до того момента, когда эта крошечная точка внезапно создала весь наш космос, что предшествовало этому, причина, по которой эта крошечная точка энергии оказалась там в первую очередь, неизвестна и может навсегда остаться непознаваемой.
Большой взрыв — это теория, которую мы построили для объяснения того, как возникла Вселенная, которую мы видим вокруг себя.
Она не пытается ответить на самый распространенный вопрос, который мы, люди, задаем о происхождении космоса: почему?
И на этот вопрос, вероятно, нельзя ответить, потому что, по определению, что бы ни вызвало появление этой крошечной точки энергии, содержащей семена всего, что когда-либо будет, не принадлежало этой вселенной.
Следовательно, что бы ни послужило причиной возникновения Вселенной, мы не оставили никаких свидетельств ее существования для изучения, никаких намеков на то, что это было.
Также вероятно, что, будучи чем-то совершенно вне Вселенной, мы в любом случае были бы неспособны постичь это.
Законы физики, движения, гравитации, электромагнетизма, термодинамики просто не применялись в момент рождения Вселенной, потому что они еще не существовали: они, конечно, не могут описать присутствие и происхождение этого крошечного семени.
Это, конечно, не помешало космологам, изучающим историю и крупномасштабную структуру Вселенной, попытаться ответить на такие вопросы, потому что такова природа науки.
Некоторые люди приписывают существование этого крошечного семени энергии богу, поскольку люди на протяжении веков изобретали богов, чтобы объяснить вещи, которые они не могли понять, но нет абсолютно никаких причин верить в эту идею, кроме, возможно, принятия желаемого за действительное.
Конечно, в истории Вселенной нет ничего, что мы наблюдаем, чтобы предположить, что ее происхождение было чем-то иным, кроме естественного события, даже если мы не можем этого понять.
С другой стороны, нет ничего, что указывало бы на то, что происхождение нашей Вселенной также не было вызвано богом.
Художественное представление истории вселенной и стрелы времени. Теория Большого взрыва предполагает, что время движется в одном направлении. Однако ученые обнаружили, что на квантовом уровне, в сфере субатомных частиц, многие процессы являются тем, что мы называем «обратимыми во времени»: нет различия между прошлым, настоящим и будущим.
Модель Lambda-CDM также утверждает, что само время началось с Большого взрыва на том основании, что, если нет событий, нет времени для измерения.
Это поднимает старый философский вопрос о том, является ли время человеческой конструкцией или существует независимо от нас.
Этот вопрос волновал некоторых из величайших философов и ученых, но никогда не давал удовлетворительного ответа.
Тем не менее, если мы определяем время как период, проходящий между событиями, справедливо будет сказать, что время началось с Большого Взрыва.
Другой распространенный вопрос: что было до Большого взрыва?
Этот вопрос может не иметь смысла, если мы примем, что Большой Взрыв был началом вселенских часов: это все равно, что спрашивать, что находится к северу от Северного полюса.
Этот ответ, демонстрируя иррациональность вопроса о «до», однако, не удовлетворяет людей, привыкших к причинно-следственным связям: мы рассуждаем так, что если Большой взрыв был событием, которое стало результатом чего-то, какого-то изменения, некоторой нестабильности, то должно было быть «до».
Однако это только в нашем опыте, в знакомом нам мире, где событие всегда имеет причину и не имеет абсолютно никакого отношения к возникновению Вселенной, потому что, опять же, законы физики, которые в нашем мире управляют причины и следствия просто не существовало.
И как бы для того, чтобы подчеркнуть, насколько поверхностно, насколько предвзято наше восприятие времени, ученые обнаружили, что на квантовом уровне, в царстве субатомных частиц, многие процессы являются тем, что мы называем «обратимыми во времени»: просто нет различие между прошлым, настоящим и будущим.
Также важно понимать, что в момент Большого взрыва не было ни пространства, ни измерений.
Само пространство и измерения внутри этого пространства возникли в тот момент, когда пузырь энергии расширился.
Это означает, что вопреки тому, во что верят большинство людей, Большой взрыв не был взрывом.
Временная шкала Вселенной, от Большого Взрыва до наших дней. Крайний левый изображает самый ранний момент, который мы можем исследовать до сих пор, когда период космической инфляции вызвал всплеск экспоненциального роста во Вселенной. В течение следующих нескольких миллиардов лет расширение Вселенной постепенно замедлялось, поскольку материя во Вселенной притягивалась к себе с помощью гравитации. Совсем недавно расширение снова начало ускоряться, поскольку отталкивающие эффекты темной энергии стали доминировать в расширении Вселенной.
Представьте, что что-то взрывается, и оно взрывается в пространстве, в области, которая уже была там.
Но в случае с Большим взрывом не было заранее существовавшего пространства, в котором мог бы произойти взрыв.
Связанный с этим вопрос, который часто задают: где произошел Большой взрыв?
Те, кто спрашивает об этом, верят, что можно указать на какое-то место в небе и сказать: «Это произошло там».
Но ответ на вопрос состоит в том, что Большой взрыв произошел повсюду.
Просто все существовало внутри этого крошечного пузыря бесконечно горячей расширяющейся энергии, потому что вне его не было буквально ничего — ни пространства, ни измерений, ничего.
Посмотрите любой документальный фильм о Большом взрыве, и он покажет его как огромный взрыв, если смотреть со стороны.
Но такая точка зрения невозможна – не было «снаружи».
Винить в этом кинематографистов, конечно, нельзя: просто невозможно визуально изобразить Большой взрыв научно точным образом.
Сомнительно, что у нас даже есть словарный запас, чтобы описать его, не говоря уже о том, чтобы изобразить его.
Считается, что сам космос родился в результате Большого взрыва.
Если вам трудно уложить в голове идею о том, что Большой взрыв происходит повсюду, без внешнего мира, в определенный момент, когда время началось около 13,8 миллиардов лет назад, вы не одиноки.
Человеческий мозг не приспособлен для работы с такими понятиями.
Даже когда Эдвин Хаббл (Edwin Hubble) в 1920-х годах продемонстрировал, что Вселенная расширяется во всех направлениях, и поэтому, если отмотать часы достаточно далеко назад, вся Вселенная должна была занимать одну крошечную точку, идея о том, что Вселенная имела определенное начало и, следовательно, не была бесконечно старой, была просто неприемлемо для многих.
Среди тех, кто отверг Большой взрыв, были выдающиеся ученые: Эйнштейн сам отрицал идею расширяющейся Вселенной.
Другим ученым, который отверг идею конечного возраста Вселенной, был знаменитый британский астроном сэр Фред Хойл (Fred Hoyle), человек, который больше, чем кто-либо другой, раскрыл тайну того, как работают звезды.
В конце 1940–х и начале 50–х годов Хойл прочитал серию лекций на радио Би-би-си, и в одной из них — в Третьей программе Би-би-си, вышедшей в эфир 28 марта 1949 года, — он высмеял идею о начале Вселенной в фиксированный момент времени и сослался на описание космологов об этом событии как о «Большом взрыве».
К несчастью для Хойла, название прижилось, и с тех пор мы называем это событие Большим взрывом.
Фред Хойл. Он ввел термин «Большой взрыв», чтобы описать событие, в котором родилась наша Вселенная, объясняя конкурирующую теорию, теорию устойчивого состояния, в радиовыступлении в 1949 году.
Хойл никогда не признавал, что у вселенной было начало, даже до своей смерти в возрасте 86 лет в 2001 году.
Он стал ведущим сторонником теории устойчивого состояния, которая гласит, что Вселенная не имеет ни начала, ни конца: она постоянно регенерирует сама себя, а новая материя конденсируется из ничего.
Резкая непримиримость Хойла – он был родом из Йоркшира, английского графства, которое, как говорят, славится прямотой своих жителей, — не уменьшилась после последующего успеха теории Большого взрыва, даже после того, как она успешно предсказала изобилие легких элементов, таких как водород, гелий и литий, во вселенной.
Он также не принял Большого Взрыва, когда Арно Пензиас (Arno Penzias) и Роберт Уилсон (Robert Wilson) в 1964 году обнаружили предсказанный Космический микроволновый фон, умирающее эхо Большого Взрыва.
Теория стационарного состояния не предсказывала ничего из этого, и у нее не было для них объяснений.
Не был Хойл обеспокоен и тем, что в 1979 году Алан Гут (Alan Guth) построил теорию космологической инфляции в качестве уточнения существующей теории Большого взрыва.
Инфляция объясняет, почему Вселенная везде имеет одинаковую температуру и является «плоской», среди других особенностей Вселенной, которые до сих пор не были объяснены, хотя это еще предстоит полностью подтвердить наблюдениями.
Даже за год до своей смерти Хойл опубликовал еще одну научную статью по теории стационарного состояния, но к этому времени его идеи были полностью отвергнуты большинством космологов.
И, к сожалению для него, они также были отвергнуты подавляющим количеством наблюдательных свидетельств Большого взрыва.
Теория стационарного состояния просто не работает, дает ложные предсказания и противоречит тому, что мы на самом деле видим во Вселенной.
Как гипотеза – не имеющая подтверждающих данных наблюдений, это было скорее предположение, чем теория, хотя ее обычно называют таковой, – она, по сути, умерла вместе с Хойлом.
Сегодня модель Большого взрыва Lambda-CDM является единственной теорией, которая делает какие-либо проверяемые предсказания и которая подтверждается наблюдениями.
Большинство космологов сегодня считают, что мы знаем историю Вселенной с точностью до 10-21 секунды после Большого Взрыва – это 0,0000000000000000000001 секунды.
Кропотливое сведение воедино этой истории за последние 50 лет, хотя в ней, несомненно, не хватает мелких деталей, представляет собой величайшее интеллектуальное достижение человечества, венец славы нашего вида.
Это было достигнуто благодаря беспрецедентному синтезу астрономии, астрофизики, космологии, физики элементарных частиц, химии и других наук.
Но наука не успокоится до тех пор, пока мы не сможем отодвинуть наши теории еще дальше во времени, к тому точному моменту, когда возникла Вселенная.
Представление художника о Большом взрыве, событии, которое, как теперь полагают, ознаменовало рождение нашей Вселенной. Если бы мы заглянули достаточно далеко в прошлое, смогли бы мы стать свидетелями рождения Вселенной?
Вывод: в момент Большого Взрыва вся энергия во Вселенной — часть которой позже стала галактиками, звездами, планетами и людьми — была сконцентрирована в крошечной точке, меньшей, чем ядро атома.
И не только материя родилась в Большом Взрыве.
С точки зрения современных космологов, материя, пространство и время возникли, когда эта микроскопическая точка внезапно бурно и экспоненциально расширилась.
Если у вас остались вопросы или вы хотите оставить комментарий по этой статье - напишите его в разделе комментариев ниже.
До скорых встреч! Заходите!
