Теория Большого взрыва – так именуется принятая в научном сообществе космологическая модель, которая описывает развитие Вселенной со времени её появления. Точнее говоря, данная теория описывает процесс начала расширения Вселенной. Перед этим расширением Вселенная находилась в так называемом сингулярном состоянии.
Рисунок 1. Теория Большого взрыва
Космологической сингулярностью называется состояние Вселенной в момент ее образования, когда она находилась в очень плотном и горячем состоянии.
В современной науке сочетаются теории Большого взрыва и горячей Вселенной. Данные теории подкрепляются наличием такого явления как реликтовое излучение.
Под моделью горячей Вселенной понимается теория, согласно которой развитие и эволюция Вселенной начинаются из состояния плазмы, плотной и горячей, состоящей из элементарных частиц. При этом эволюция Вселенной происходит при дальнейшем, так называемом адиабатическом космологическом расширении.
Вселенная рождается
Появление Вселенной и всего сущего люди в основном связывали с божественным замыслом. Такая версия называется креационистской.
Что касается попыток научного объяснения, то есть объяснения с опорой на конкретные факты и доказательства, то на данный день превалирующей теорией происхождения всего сущего является теория Большого взрыва.
Надо сказать, что ещё не так давно, в начале ХХ века, научное сообщество считало, что наша галактика под названием Млечный Путь является единственной во Вселенной и включает в себя все остальные галактики.
Однако, американский астроном Эдвин Хаббл, занимавшийся также и космологией, смог кардинально изменить взгляды всего научного сообщества.
В 1929 году американский специалист представил доказательства того, что кроме нашей галактики существуют иные, очень далёкие звездные скопления, другие галактики. Это породило новые концепции не только в физике, но и в философии.
Но что ещё более важно Эдвин Хаббл смог обнаружить расширение Вселенной. Расширение Вселенной означает постоянное и непрерывное изотропного характера увеличение масштабов обозримого космического пространства, которое началось ещё в момент Большого взрыва.
Почти параллельно с работами и изысканиями Эдвина Хаббла над вопросами космологии Вселенной работали различные специалисты.
Так, нельзя не отметить работы знаменитого физика Альберта Эйнштейна, создавшего теорию относительности в начале ХХ века. На основе его теории голландский астроном де Ситтер создал космологическую модель всей Вселенной. Последующие работы вели отсчёт именно от данной модели.
Отметим здесь русского и советского физика А. А. Фридмана, который ещё в 1922 году счёл нужным допустить мысль о расширении Вселенной, а также сделал выводы о том, что начало всей существующей материи было в одной единственной точке, отличавшейся безграничной плотностью, а толчок последующему развитию мироздания дал как раз Большой Взрыв.
В 1923 году немецкий математик Вейль предположил, что вещество, которое расположено в космическом пространстве, должно расширяться.
А как уже отмечалось, в 1929 году американский исследователь Эдвин Хаббл смог привести основательные доказательства того, что скорость, с которой разлетаются галактики, пропорциональна расстоянию от наблюдателя. И чем дальше галактики находятся, тем они с большой скоростью удаляются от нас.
Такое соотношение стало называться Законом Хаббла.
Реликтовое излучение
Советский учёный Г. А. Гамов, исходя из работ Фридмана о возникновении Вселенной, выдвинул идею о том, что исходное вещество имело высокую температуру. Кроме того, в своем научном сообщении он сделал предположение о том, что возможно существует космическое излучение которое не пропало с момента расширения и остывания Вселенной. Такое излучение было названо реликтовым.
В 1965 году это предположение советского ученого было подтверждено американскими исследователями Пензиасом и Уилсоном, зафиксировавшими реликтовое излучение и опубликовавшими результаты в реферате исследования.
Согласно современным представлениям, исследование реликтового излучения позволяет понять, что было после Большого взрыва. Наличие такого излучения является доказательством того, что Вселенная в молодости своей была:
- Очень плотной,
- Очень горячей.
А результат анализа температур, с которым распределяется реликтовое излучение, исследователям, может сказать о ряде параметров космологии, таких как кривизна Вселенной и её геометрия.
Темное вещество и темная энергия
Темным веществом называют такую форму материи, которая не является источником электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним напрямую. В результате, исследователям зачастую крайне затруднительно, а порой и невозможно наблюдать темное вещество.
Отметим, что исследования современности позволяют делать выводы о свойствах темного вещества на основе информации о крупномасштабной структуре распределении галактик в больших масштабах и о реликтовом излучении.
Исследования в космологии привели к открытию в самом конце ХХ века ускоренного расширения Вселенной.
В настоящий момент известно, что в свои первые 7 миллиардов лет Вселенная расширялась с замедлением. Однако, в последние 7 миллиардов процесс расширения идёт всё быстрее и быстрее.
Основной гипотезой, объясняющей эти явления, считается гипотеза о существовании тёмной энергии. Исследователи не знают её точной природы. Возможно, темная материя является физическим полем, или же свойством нашего вакуума. Однако, и в том и в другом случае, темная энергия является обладателем одинаковой плотности и обладает также отрицательным давлением.
Согласно современным данным, если учитывать среднюю плотность Вселенной, то она состоит приблизительно на 70 % из темной материи, на 25% из темного вещества. И при этом лишь 5% приходятся на обычную барионную материю.
Отмечается, что такие явления как электромагнитное излучение, нейтрино и иные виды частиц определяют лишь незначительную малую часть общей плотности. Отсюда следует вывод, что именно темная энергия определяет динамику нашей Вселенной в больших масштабах.
Что касается будущего Вселенной, то оно зависит главным образом от темной энергии. Так, если с темной энергией не произойдет каких-либо изменений, то доля её будет расти. Результатом этого станет всё ускоряющееся расширение Вселенной. Итогом станет, скорее всего, то, что сверхскопления галактик потеряют свои внешние части.
Также не исключается, что темная энергия будет изменяться, распадаться или превращаться в иные виды материи. Итогом станет замедление расширения Вселенной.
Однако, для подтверждения или опровержения таких космологических моделей пока мало данных. И что бы узнать будущее Вселенной необходимо продолжать исследования.
