Теоретические основания Большого взрыва
Теория большого взрыва – это одна из тех теорий, которые пытаются объяснить историю рождения Вселенной, выявить закономерности ее существования, изучить процесс эволюции Вселенной.
Рисунок 1. Теория большого взрыва. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Вопрос о том, было ли что-нибудь до момента появления Вселенной, является вечным метафизическим вопросом, который задается учеными и в сегодняшней науке. Рождение и развитие Вселенной во все времена были предметом споров, гипотез и теорий. Согласно церковной трактовке, все, что нас окружает, было создано Богом. Научный мир придерживался гипотезы о статичности мироздания, предложенной Аристотелем. Этой же модели Вселенной придерживался Исаак Ньютон, который считал Вселенную безграничной и постоянной. Кант в своих трудах развивал эту теорию. Но в 1929 году американский астроном Э. Хаббл обнаружил наличие множества галактик и доказал, что Вселенная непрерывно расширяется. Этим Хаббл кардинально изменил представления ученых о Вселенной.
Статья: Теория Большого взрыва (модель горячей Вселенной)
Однако, выводы о допустимом расширении Вселенной впервые сделал советский ученый А. А. Фридман в 1922 году. Он предположил, что начало всей материи было в одной плотной точке, а развитие всему дал Большой взрыв. Позже, Э. Хаббл объяснил подчинение лучевой скорости расстоянию. Этот вывод получил название закон Хаббла.
Опираясь на теорию Фридмана о Большом взрыве, Г. А. Гамов разработал гипотезу о высокой температуре первоначального вещества и сделал предположение о существовании космического излучения, которое с расширением и остыванием мира не исчезло. По предварительным расчетам Гамова, возможная температура остаточного излучения находилась в промежутке 1-10К. чуть позже точные расчеты, сделанные им же, показали, что температура остаточного излучения равна 3 К. позже эти расчеты были подтверждены радиоастрономами из Америки, которые определили параметры космического излучения, и температура оказалось равной 3 К. таким образом, существование реликтового излучения было подтверждено, а измерения космического фона, которые были проведены в открытом космосе позже, окончательно убедили в правильности расчетов Гамова.
Теория Большого взрыва является одной из моделей, которые объясняют появление Вселенной и процессы ее развития. Согласно общепринятой версии, изначально существовала космическая сингулярность.
Космическая сингулярность – это такое состояние, которое обладает бесконечной плотностью и температурой.
Ученые – физики разработали теоретическую идею о том, что Вселенная произошла из имевшей высокую степень плотности и температуры точки. После Большого взрыва материя Космоса и его пространство стали расширятся. Процесс расширения был непрекращающимся, а также происходило стабильное охлаждение пространства. Последние исследования показали, что начало мироздания произошло не менее 13,7 миллиардов лет назад.
Начало формирования Вселенной
Планковская эпоха – это первый этап формирования Вселенной, которая допускается теоретическими физическими идеями. Формирование Планковской эпохи стало возможным в течение 10-43 секунд после Большого взрыва. На тот момент температура материи составляла 1032 К, а ее плотность была равна 1093 г/см3. В этот период гравитация отделилась от фундаментальных взаимодействий и обрела самостоятельность. Постоянное, непрерывное расширение и происходящее при этом снижение температуры, привели к фазовому переходу элементарных частиц.
Еще спустя 10-35 секунд наступил второй период, который характеризуется показательным расширением Вселенной, этот период получил название «Космической инфляции». В этот момент произошло скачкообразное расширение, которое во много раз превышало обычное. Именно период космической инфляции позволил найти ответ на вопрос о том, почему температура во всех точках Вселенной является одинаковой: вещество после того, как произошел Большой взрыв, по Вселенной разлетелось не сразу, а в течение 10-35 секунд еще оставалось компактным и в нем установилось тепловое равновесие, которое при инфляционном расширении не оказалось разрушенным. В этом периоде сформировался базовый материал для формирования нейтронов и протонов – кварк-глюонная плазма.
Процесс образования кварк-глюонной плазмы произошел после дальнейшего снижения температуры. Этот процесс получил название «бариогенезис».
В процессе зарождения материи происходило одновременно формирование антиматерии. Два противоположных вещества аннигилировали, становясь излучением, однако количество частиц было большим и превалировало, что позволило возникнуть Вселенной.
Следующий фазовый переход произошел после снижения температуры, и привел к появлению известных науке элементарных частиц. Вслед за этим пришедшая эпоха, получившая название эпохи «нуклеосинтеза», примечательна объединением протонов в легкие изотопы. Первые ядра, образованные в этот момент, обладали коротким сроком существования и при столкновениях с другими частицами неизбежно распадались. После трех минут с момента сотворения мира возникли более устойчивые элементы.
Доминирование гравитации над другими имеющимися силами ознаменовало новый этап эволюции Вселенной. Спустя 380 тысяч лет с момента Большого взрыва образовался атом водорода. Возрастание влияния гравитационной силы явилось завершающим этапом начального периода формирования Вселенной. В этот период начался процесс формирования первых звездных систем.
Существование реликтового излучения сохраняется даже спустя 14 миллиардов лет. Существование реликтового излучения вместе с красным смещением является аргументом для доказательства состоятельности теории Большого взрыва.
Прогноз будущего развития Вселенной
Существует два варианта развития Вселенной, рассматриваемых учеными:
- Первый вариант – расширение Вселенной будет продолжаться бесконечно.
- Второй вариант – расширение достигнет критической точки и начнется процесс сжатия.
Это зависит от величины средней плотности вещества, находящейся в составе материи: сели значение меньше критического, то прогноз будет благоприятным, если больше – Вселенная вернется к начальному сингулярному состоянию. В настоящее время наука не установила точное значение этого параметра, и вопрос о будущем Вселенной не имеет ответа.
