Як з'явився наш всесвіт. Теорії походження всесвіту та його моделі

У тривалій і поки що рівній суперечці креаціоністів і еволюціоністів намітилася серйозна перевага. Одні, як відомо, дотримуються теорії надприродного втручання у процеси світобудови. Вірять, що Всесвіт – це справа рук Бога. Інші стоять на позиціях матеріалізму. І доводять, що Бога немає, а Всесвіт з'явився сам по собі в результаті так званого Великого вибуху. Креаціоністи кажуть, що на початку було Слово. У еволюціоністів - якась неймовірно щільна точка під назвою сингулярність. Мовляв, із нього виник Всесвіт і розширився до нинішніх розмірів.

Обидві ідеї є абсолютно рівнозначними в силі своєї аргументації. Ні та ні інша сторона не знаходять поки що стовідсотково переконливих аргументів. Хіба що еволюціоністи трохи випереджають супротивників. Оскільки якщо вірити спостереженням та відповідним чином їх тлумачити, то Всесвіт розширюється досі. Що непрямим чином підтверджує матеріалістичні ідеї.

Коли хочуть болючіше їсти креаціоністів-ідеалістів, то вибудовують простий логічний ланцюжок. «Добре, – кажуть, – Бог створив усе навколо. А хто створив Бога?

Креаціоністи злиться і губляться. Але найбільш просунуті та освічені знаходять чим крити. І ставлять опонентам «симетричне» питання: «Що було до Великого вибуху?»

Стандартна відповідь, яку доводилося давати ще кілька тижнів тому, - мовляв, нічого не було: ні простору, ні часу - природно, не влаштовував сперечальників.

І ось сталося. Еволюціоністи-безбожники, схоже, обставили креаціоністів. Одні, як і раніше, не знають, хто створив Бога. Інші вже зрозуміли, що було до Великого вибуху.

ДАВНИМ-ДАВНО, ЩЕ У ІНШОМУ ВСЕСВІТІ...

До нашого Всесвіту існувала інша. Попередня. Такого висновку дійшли Роджер Пенроуз з Оксфорда та Ваган Гурзадян з Єреванського фізичного інституту. Обидва не якісь фантазери-надомники, а вчені зі світовими іменами. Вони досліджували так зване реліктове випромінювання - мікрохвильовий фон, що залишився після Великого вибуху і зберігає інформацію про зародження Всесвіту та його розвиток. І на цьому фоні виявили дивні неоднорідності, що виглядали концентричними колами.

Пенроуз та Гурзадян вважають: кола – не з нашого простору-часу. Це гравітаційні сліди зіткнення колосальних, надмасивних чорних дірок, що утворилися в попередньому Всесвіті наприкінці його існування. Тобто до нашого Великого вибуху.

Якщо вірити вченим, то всесвіти виникають чергою - одна за одною. І кінець попередньої стає початком наступної.

Головний висновок: світобудова циклічна.

У майбутньому наш Всесвіт повернеться до того стану, в якому він був у момент Великого вибуху, - каже Пенроуз. - Стане однорідною. І з нескінченно великої знову перетвориться на нескінченно малу. А чорні дірки випаруються.

До речі, аналогічної думки дотримуються і астрофізики Пол Стейнхардт із Прінстона та Нейл Турок із Кембриджу. І вони доводять, що Всесвіт спочатку розширюється, а потім стискується. А проблеми початку просто нема. Оскільки Всесвіт проходить той самий цикл. Схлопується і одразу ж відновлюється.

Хто знає, а може, і Бог циклічний? Один, наприклад, закінчує своє існування, інший - тут же починає разом із створеним ним Всесвітом. Тоді сліди, виявлені Пенроузом і Гурзадяном, - це відбитки подій, що сталися у попереднього Бога?

«ТЕМНИЙ ПОТІК» У ІНШИЙ СВІТ

Але раптом всесвіти йдуть не просто чергою, одна змінюючи іншу? А з'являються і зникають масово, як бульки в окропі? І такі підозри виникають. Як мінімум у тому, що поруч із нашим Всесвітом знаходиться якийсь інший.

Ще два роки тому група фахівців НАСА під керівництвом астрофізика Олександра Кашлинського, вивчаючи мікрохвильове та рентгенівське випромінювання, виявила дивну поведінку приблизно у 800 віддалених галактичних скупчень. Виявилося, що всі вони летять в одному напрямку – у певну частину космосу – зі швидкістю 1000 кілометрів на секунду. Це всесвітнє переміщення було названо "темним потоком".

Нещодавно з'ясувалося, що «темний потік» охоплює аж 1400 галактичних скупчень. І несе їх у район, розташований біля осяжних кордонів нашого Всесвіту.

За одним із припущень, десь там - поза, не доступними спостереженнями - розташована величезна маса, що й притягує матерію. Але це суперечить існуючій теорії, згідно з якою речовина після Великого вибуху, що породила наш Всесвіт, розподілилося більш-менш рівномірно. Значить, і концентрацій мас, що мають таку фантастичну силу, бути не може. Тоді що там?

Дивовижну гіпотезу запропонувала Лаура Мерсіні-Хоутон із Університету Північної Кароліни. За її розрахунками виходить, що наші галактики засмоктує інший Всесвіт, розташований поруч.

Цікаво, що Лаура виступила зі своїми ідеями ще у 2006 році – до виявлення «темного потоку». По суті, передбачила його. Але якщо всесвіту кілька, то як бути з Богом у цьому випадку? У кожній – він свій? Чи таки один на все?

ЗАМІСТЬ КОМЕНТАРІ

Мартін РІС, президент Лондонського королівського товариства:

«Ми ніколи не зрозуміємо, як влаштований Всесвіт»

Провідник британських учених, астрофізик та за сумісництвом королівський астроном засумнівався в інтелектуальних здібностях людської цивілізації. Мовляв, не зрозуміти нам закони світобудови. І не впізнати ніколи, як з'явився Всесвіт і що на нього чекає. А гіпотези, наприклад, про Великий вибух, який нібито породив навколишній світ, або про те, що паралельно з нашим Всесвітом може існувати безліч інших, так і залишаться недоведеними припущеннями.

Безсумнівно, пояснення є всьому, - каже лорд Рис, - але немає таких геніїв, які б їх зрозуміти. Людський розум обмежений. І він досяг своєї межі.

Справді, фізики та космологи вже кілька десятиліть марно намагаються створити Теорію всього. Або так звану Єдину теорію. Над нею працював Альберт Ейнштейн. Але не доробив. Покарав доробити наступним поколінням. Але вони пасують.

Загальновизнана так звана Стандартна модель Всесвіту має на увазі, що в ній існують чотири фундаментальні сили: електромагнітна, сильна взаємодія, яка є в атомному ядрі, слабка, яка керує радіоактивним розпадом, та гравітація. Нинішнім ученим вдалося ув'язати перші три сили. А четверту – гравітацію – приєднати до теорії ніяк не виходить. Так само як і зрозуміти її природу.

Ми настільки ж далекі від розуміння мікроструктури вакууму, як і риби в акваріумі, яким абсолютно невтямки, як влаштоване середовище, в якому вони живуть, - образно доносить гірку правду королівський астроном.

У мене, наприклад, є підстави підозрювати, що простір має комірчасту структуру, - продовжує лорд Рис. - І кожен його осередок у трильйони трильйонів разів менший за атом. Але довести чи спростувати це чи зрозуміти, як така конструкція працює, ми не можемо. Завдання надто складне, позамежне для людського розуму. Як теорія відносності Ейнштейна – для мавпи.

У результаті лорд робить висновок: мовляв, вірю, що Єдина теорія в принципі існує. Але щоб створити її, жодного людського розуму не вистачить. Більше того, всі претенденти на подібне авторство, напевно, помиляться.

МОСКВА, 18 серп- РІА Новини.Наш Всесвіт майже ідеально пристосований для того, щоб у ньому виникла людина та інші розумні істоти. Що за цим стоїть — найвищі сили чи якісь випадкові фактори? Бернард Карр, друг і учень Стівена Хокінга, розповідає, як це питання пов'язане з паралельними світами і чи можемо ми переконатися в їхньому існуванні.

Чорний "корабель вічності"

Нещодавно професор Карр відвідав Москву і виступив у Фізичному інституті РАН з лекцією про те, як чорні дірки могли виникнути в перші миті життя Всесвіту і яку роль вони відіграли у його еволюції. Вчений пояснив РІА Новини, чому він дійшов висновку, що паралельні світи існують і наш Всесвіт — один із них.

"Ми поки що погано уявляємо, що було до Великого вибуху. З іншого боку, теорія струн передбачає, що ми зможемо, завдяки спостереженням за первинними гравітаційними хвилями, зрозуміти, як виглядав Всесвіт у перші моменти свого існування. А на основі цього уявити картину світу до початку часу", - зазначає Карр, відповідаючи на запитання РІА Новини.

Наприклад, якщо наш Всесвіт виник не з порожнечі, а всередині останків іншого Всесвіту, що закінчив життя в ході різкого стиснення простору, то його "зародок" повинен містити багато чорних дірок. Вони, як пояснює Карр, можуть пережити Великий вибух і бути у світобудові навіть сьогодні, хоча ми навряд чи визначимо, у яких із сучасних дірок таке екзотичне походження.

"Ці чорні дірки, по суті, повинні бути єдиними об'єктами, здатними пережити кінець одного Всесвіту. Решта - ми з вами, планети, зірки і галактики - перемелеться у "великій бавовні". Якщо такі об'єкти існують, то вони відіграли важливу роль у еволюції Всесвіту, послуживши зародками, своєрідною "ДНК" надмасивних чорних дірок у центрах галактик. Вони, у свою чергу, "диригували" формуванням зірок та керують їх життям сьогодні", - каже професор.

Перевірити це, визнає він, дуже складно — багато вчених сумніваються, що це, в принципі, можливо. З іншого боку, за його словами, детектори гравітаційних хвиль здатні побачити іншу важливу річ, яка потенційно пояснює виникнення людства в "зручному" для нас Всесвіті.

Справа в тому, що багато астрономів і космологів сьогодні вважають, що наш Всесвіт має низку унікальних характеристик, у тому числі співвідношенням часток видимої, темної матерії та енергії, завдяки яким у ній існують зірки, планети та відповідні умови для зародження життя.

Найменші відхилення у значеннях цих та деяких інших фізичних констант, як вважають прихильники цієї ідеї, що отримала назву "антропний принцип", зроблять Всесвіт неживим або скоротять терміни його життя настільки, що ні людство, ні "брати по розуму" в ньому просто не встигнуть з'явитися .

При цьому сучасні космологічні теорії кажуть, що Всесвіт зовсім необов'язково повинен мати подібний набір властивостей. Відповідно, постає питання — чому ми існуємо і як виник наш світ?

"У цього питання є дві відповіді, з яких нам доведеться вибрати лише одну. По-перше, унікальні властивості Всесвіту могли бути задані "згори", що особисто я, на відміну від багатьох колег, повністю не виключаю. З іншого боку, можливо і існування так званого Мультивсесвіту. До цього, як мені постійно доводиться підкреслювати, я схиляюся більше, ніж до наявності якихось надприродних сил», - пояснює космолог.

Фізики: досвід не підтвердив того, що Всесвіт є голограмоюФізики зі США спробували виявити сліди того, що Всесвіт є плоскою двовимірною голограмою, чого їм, однак, не вдалося зробити. А це свідчить про тривимірну природу світобудови.

Карр і багато інших космологів думають, що наш Всесвіт — лише один з незліченної множини паралельних світів, що входять до більшої структури, Мультивсесвіту. Ці "інші простори" можуть мати різні набори властивостей, що позбавляє вчених від необхідності пояснювати унікальні риси нашого Всесвіту.

Можливість їх існування випливає з теорії струн та низки інших математичних концепцій, що передбачають наявність великої кількості вимірів, частина з яких "згорнута" у нашому Всесвіті, але "розгорнута" в Мультівсесвіті.

"Як мені здається, ми обов'язково виявимо сліди інших вимірів і паралельних світів, що вказують на Мультівсесвіт. Питання лише в тому, які властивості вони матимуть. У деяких випадках додаткові виміри будуть досить великими для того, щоб вони впливали і на наш Всесвіт - у зокрема, на формування чорних дірок", - каже вчений.

Ключ до Мультивсесвіту

Цю ідею вдасться перевірити, якщо астрономи підрахують, скільки чорних дірок виникло у нашому Всесвіті в той момент, коли його кордони почали стрімко розширюватися в перші секунди після Великого вибуху.

Число первинних, або примордіальних, чорних дірок не може бути випадковим. При їх надлишку у Всесвіті просто не вистачить матерії для утворення галактик, зірок і планет, а при їх малій кількості властивості темної матерії будуть не такими, як показують поточні спостереження за відносно молодими. галактиками", - продовжує професор Карр.

Майже всі первинні чорні дірки, як припускають астрономи, мали відносно невелику масу. Тому вони повинні були давно випаруватися і вибухнути в далекому минулому, як це передбачає теорія Стівена Хокінга. Великі примордіальні дірки випаровуються повільніше і тому могли дожити донині.

"Я давно хотів запитати Стівена, що було б більш цікавим - відкриття слідів вибухів первинних чорних дірок (це підтвердило б існування випромінювання Хокінга) або виявлення незвичайно великих об'єктів такого типу в сучасному Всесвіті. Їх відкриття, у свою чергу, означало б те, що ми знайшли темну матерію, — згадує фізик. — Стівену більше сподобався б перший варіант, проте особисто я схиляюся у бік другого. Він не тільки цікавіший для мене, але й більш ймовірний у реальності. Це стало б ще одним великим відкриттям».

Найменші чорні дірки, чий діаметр менший, ніж так звана планківська довжина, будуть, на думку Карра, поводитися не як сингулярності, а як "червоточини", тунелі у структурі простору-часу. Вони можуть поєднувати не лише різні всесвіти, а й різні часи — минуле, сьогодення та майбутнє.

Ще один можливий слід — нещодавно відкриті загадкові швидкі радіосигнали (FRB-сплески), що виходять з далеких куточків Всесвіту, а також деякі слабкі гамма-спалахи, подібні до події, яка була зафіксована в серпні минулого року разом зі сплеском гравітаційних хвиль.

Якщо первинні чорні діри колись виявлять, то вони, як припускає вчений, можуть стати вікном у світ Мультівсесвіту та одним із ключів до відповіді на головне питання астрономії — як працює гравітація.

"Лі Смолін, Пітер Войт та інші скептики постійно твердять, що в теорії струн чисто математична, абстрактна природа, ніяк не пов'язана ні з реальним світом, ні з фізикою. З тих же причин вони критикують і теорію Мультівсесвіту, яку підтримую не тільки я, але й багато іменитих фізиків, таких як Леонард Саскінд і Мартін Різ.. Так, у нас проблеми з тим, що сліди цих світів майже неможливо знайти, проте не можна говорити, що нам ніколи не вдасться це зробити.Ми витратили 100 років на відкриття гравітаційних хвиль. Цілком імовірно, стільки ж часу знадобиться на відкриття паралельних вимірювань і підтвердження теорії струн.

У питанні походження Всесвіту досі немає ніякої ясності, незважаючи на величезні знання, накопичені людством. Найпоширеніша на сьогоднішній день версія - це так звана теорія Великого вибуху.

Все вийшло з крихітної точки?

70 років тому американський астроном Едвін Хаббл виявив, що галактики розташовуються у червоній частині колірного спектру. Це, згідно з «ефектом Доплера», означало, що вони віддаляються один від одного. Причому світло від далеких галактик «червонішого» світла від ближчих, що говорило про меншу швидкість далеких. Картина розльоту величезних мас речовини разюче нагадувала картину вибуху. Тоді й було запропоновано теорію Великого вибуху.

За розрахунками, це сталося приблизно 13,7 мільярда років тому. До моменту вибуху Всесвіт був «точкою» розміром 10-33 сантиметри. Протяжність нинішнього Всесвіту оцінюється астрономами в 156 мільярдів світлових років (для порівняння: «крапка» в стільки разів менша за протон – ядра атома водню, у скільки разів сам протон менший за Місяць).

Речовина в «точці» була надзвичайно гарячою, а значить, під час вибуху з'явилося дуже багато квантів світла. Звичайно, з часом все остигає, а кванти розлітаються по простору, але відгуки Великого вибуху повинні були зберегтися до наших днів.

Перше підтвердження факту вибуху прийшло в 1964 році, коли американські радіоастрономи Р. Вілсон та А. Пензіас виявили реліктове електромагнітне випромінювання з температурою близько 3 ° за шкалою Кельвіна (-270 ° С). Це відкриття, несподіване вченим, було розцінено на користь Великого вибуху.

Отже, з надгарячої хмари субатомних частинок, що поступово розширювалися на всі боки, почали поступово утворюватися атоми, речовини, планети, зірки, галактики, і нарешті з'явилося життя. Всесвіт розширюється досі, і невідомо, як довго це триватиме. Можливо, колись вона досягне своєї межі.

Довести нічого не можна

Є й інша теорія походження Всесвіту. Відповідно до неї, все світобудова, життя і людина є результатом розумного творчого акту, здійсненого якимсь Творцем і Вседержителем, природа якого незбагненна людським розумом. Матеріалісти схильні цю теорію осміювати, але оскільки у ній у тій чи іншій формі вірить половина людства, ми маємо права обійти її мовчанням.

Пояснюючи походження Всесвіту і людини з механістичних позицій, трактуючи Всесвіт як продукт матерії, розвиток якого підпорядковується об'єктивним законам природи, прихильники раціоналізму, як правило, заперечують нефізичні фактори. Особливо коли йдеться про існування якогось Всесвітнього, або Космічного Розуму, оскільки це «ненауково». Науковим слід вважати те, що можна описати за допомогою формул. Але проблема якраз і полягає в тому, що жоден із сценаріїв виникнення Всесвіту, запропонованих прихильниками теорії Великого вибуху, не можна описати математично чи фізично.

Початковий стан Всесвіту - "точка" нескінченно малих розмірів з нескінченно великою щільністю і нескінченно високою температурою - виходить за межі математичної логіки і не піддається формальному опису. Тож про це нічого певного сказати не можна, і розрахунки тут підводять. Тому цей стан Всесвіту отримало серед учених назву «феномена».

"Феномен" - головна загадка

Теорія Великого вибуху дозволила відповісти на багато питань, що стояли перед космологією, але, на жаль, а може, і на щастя, вона поставила і ряд нових. Зокрема що було до Великого вибуху? Що призвело до початкового нагрівання Всесвіту до неймовірної температури понад 1032 градуси К? Чому Всесвіт напрочуд однорідний, тоді як при будь-якому вибуху речовина розлітається в різні боки вкрай нерівномірно?

Але головна загадка – це, звісно, ​​«феномен». Невідомо, звідки він з'явився як утворився. У науково-популярних виданнях тема «феномена» зазвичай опускається взагалі, а спеціалізованих наукових публікаціях про нього пишуть як про речі неприпустимої з наукової точки зору. Стівен Хокінг, всесвітньо відомий вчений, професор Кембриджського університету, і Дж. Ф. Р. Елліс, професор математики університету в Кейптауні, у своїй книзі «Довга шкала структури простору-часу» так прямо і кажуть: «Досягнуті нами результати підтверджують концепцію, що Всесвіт виник кілька років тому. Проте відправний пункт теорії виникнення Всесвіту внаслідок Великого вибуху – так званий “феномен” – знаходиться за межею відомих законів фізики».

При цьому треба враховувати, що проблема «феномену» – це лише частина набагато більшої проблеми, проблеми самого джерела початкового стану Всесвіту. Іншими словами: якщо спочатку Всесвіт був стиснутий у крапку, то що привело його в цей стан?

Всесвіт «пульсує»?

Едвін Хаббл виявив, що галактики розташовуються у червоній частині колірного спектру

У спробах уникнути проблеми «феномена» деякі вчені пропонують інші гіпотези. Одна з них – теорія «пульсуючого Всесвіту». Відповідно до неї, Всесвіт нескінченно раз-по-раз то стискається в точку, то розширюється до якихось меж. Такий Всесвіт не має ні початку, ні кінця, існують лише цикли розширення-стиску. При цьому автори гіпотези стверджують, що Всесвіт існував завжди, тим самим ніби знімаючи питання про «початок світу».

Але річ у тому, що ніхто досі не надав задовільного пояснення механізму пульсації. Чому воно відбувається? Якими причинами викликана? Нобелівський лауреат, фізик Стівен Вайнберг у своїй книзі «Перші три хвилини» вказує, що за кожної чергової пульсації у Всесвіті неминуче має зростати величина співвідношення кількості фотонів до кількості нуклеонів, що веде до згасання нових пульсацій. Вайнберг робить висновок, що таким чином кількість циклів пульсації Всесвіту звичайно, а значить, в якийсь момент вони повинні припинитися. Отже, «пульсуючий Всесвіт» має кінець, а отже, має початок.

Ще одна теорія виникнення Всесвіту – це теорія «білих дірок», або квазарів, які «випльовують» цілі галактики.

Цікава також теорія «просторово-часових тунелів», або «космічних каналів». Думка про них вперше була висловлена ​​1962 року американським фізиком-теоретиком Джоном Уілером у книзі «Геометродинаміка», в якій дослідник сформулював можливість надпросторових, надзвичайно швидких міжгалактичних подорожей. Деякі версії концепції «космічних каналів» розглядають можливість переміщення з їх допомогою у минуле та майбутнє, а також в інші всесвіти та виміри.

Незбагненний задум Творця

Джон Віллер сформулював можливість швидких міжгалактичних подорожей

Водночас у наукових публікаціях дедалі частіше можна натрапити на непряме чи пряме визнання існування надприродних сил, непідвладних науці. Зростає кількість учених, зокрема великих математиків і фізиків-теоретиків, які схильні допустити існування якогось Деміурга, або Вищого Розуму.

Відомий радянський вчений, доктор наук, фізик та математик О.В. Тупіцин математично довів, що Всесвіт, а разом з ним і людина, створені Розумом незмірно більш могутнім, ніж людський. «Безперечно, що життя, у тому числі розумне, – це завжди суворо упорядкований процес, – пише О. В. Тупіцин. – В основі життя лежить порядок, система законів, якими рухається матерія. Смерть – це, навпаки, безлад, хаос і, як наслідок, руйнація матерії. Без впливу ззовні, причому впливу розумного і цілеспрямованого, ніякий порядок неможливий – починається процес руйнування, що означає смерть. Без розуміння цього, отже, без визнання ідеї Творця науці ніколи не судилося відкрити першопричину Всесвіту, що виникла з праматерії внаслідок суворо впорядкованих процесів або, як називає їх фізика, фундаментальних законів. Фундаментальних – отже, основних та незмінних, без яких існування світу було б взагалі неможливим».

Згідно з науковими поглядами, при початковій «точці» не мало бути ні простору, ні часу. Вони з'явилися тільки в момент Великого вибуху. До нього була тільки крихітна «крапка», розташована, строго кажучи, невідомо де. У цій «точці», яка невідомо що собою представляла, вже було закладено весь наш світ з усіма його фундаментальними законами та константами, майбутніми зірками та планетами, життям та людиною.

Можливо, «крапка» знаходилася в руках Творця десь в іншому, паралельному світі. І цей Творець привів у дію механізм створення нового Всесвіту. Можливо, для Творця взагалі не існує простору та часу. Він здатний оглядати одночасно всі події від початку до кінця світу. Він знає все, що було і що буде в нашому Всесвіті, який створив з незбагненною для нас метою.

Але сучасній людині, особливо вихованій на атеїзмі, дуже важко включити Творця до системи свого світогляду. Ось і доводиться вірити в «пульсацію», «космічні канали» та «білі дірки».

Одним з основних питань, які не виходять зі свідомості людини, завжди було і є питання: «як з'явився Всесвіт?». Звичайно ж, однозначної відповіді на це питання немає, і навряд чи буде отримано незабаром, проте наука працює в цьому напрямку і формує якусь теоретичну модель зародження нашого Всесвіту.

Насамперед слід розглянути основні властивості Всесвіту, які мають описуватися у межах космологічної моделі.

• Модель повинна враховувати віддалені відстані між об'єктами, а також швидкість та напрямок їх руху. Подібні розрахунки ґрунтуються на законі Хаббла: cz = H0D, де z – червоне усунення об'єкта, D – відстані до цього об'єкта, c – швидкість світла.
• Вік Всесвіту в моделі повинен перевищувати вік найстаріших у світі об'єктів.
• Модель повинна враховувати початкову різноманітність елементів.
• Модель повинна враховувати спостерігається великомасштабну структуру Всесвіту.
• Модель повинна враховувати реліктове тло.

Розглянемо коротко загальновизнану теорію виникнення та ранньої еволюції Всесвіту, що підтримується більшістю вчених. Сьогодні під теорією Великого вибуху мають на увазі комбінацію моделі гарячого Всесвіту з Великим вибухом. І хоча дані концепції спочатку існували незалежно одна від одної, в результаті їх об'єднання вдалося пояснити початковий хімічний склад Всесвіту, а також наявність реліктового випромінювання.

Згідно з цією теорією, Всесвіт виник близько 13,77 млрд років тому з деякого щільного розігрітого об'єкта - сингулярний стан, що погано піддається опису в рамках сучасної фізики. Проблема космологічної сингулярності, крім іншого, у цьому, що з її описі більшість фізичних величин, на зразок щільності і температури, прагнуть нескінченності. При цьому відомо, що при нескінченній щільності ентропія (міра хаосу) повинна прямувати до нуля, що ніяк не поєднується з нескінченною температурою.

Еволюція Всесвіту

• Перші 10 -43 секунди після Великого Вибуху називають етапом квантового хаосу. Природа світобудови цьому етапі існування не піддається опису у межах відомої нам фізики. Відбувається розпад безперервного єдиного простору-часу на кванти.

• Планківський момент - момент закінчення квантового хаосу, який випадає на 10 -43 секунду. У цей час параметри Всесвіту дорівнювали планковським величинам, на кшталт планківської температури (близько 1032 К). У момент планківської епохи всі чотири фундаментальні взаємодії (слабка, сильна, електромагнітна і гравітаційна) були об'єднаними в якусь одну взаємодію. Розглядати планківський момент як деякий тривалий період – неможливо, оскільки з параметрами менше планківських сучасна фізика не працює.
• Стадія інфляції Наступною стадією історії Всесвіту стала інфляційна стадія. У перший момент інфляції від єдиного суперсиметричного поля (що раніше включає поля фундаментальних взаємодій) відокремилася гравітаційна взаємодія. У цей період речовина має негативний тиск, що викликає експоненційне зростання кінетичної енергії Всесвіту. Простіше кажучи, в цей період Всесвіт став дуже швидко роздмухуватися, а ближче до кінця енергія фізичних полів переходить в енергію звичайних частинок. Наприкінці цієї стадії значно підвищується температура речовини та випромінювання. Разом із закінченням стадії інфляції виділяється і сильна взаємодія. Також у цей момент виникає баріонна асиметрія Всесвіту.

[Баріонна асиметрія Всесвіту – явище, що спостерігається, переважання речовини над антиречовиною у Всесвіті]

• Стадія радіаційного переважання. Наступна стадія розвитку Всесвіту, що включає кілька етапів. На цій стадії температура Всесвіту починає знижуватися, утворюються кварки, потім адрони та лептони. У період нуклеосинтезу відбувається утворення початкових хімічних елементів, синтезується гелій. Проте, випромінювання все ще переважає речовину.
• Епоха домінування речовини. Через 10 000 років енергія речовини поступово перевищує енергію випромінювання та відбувається їх поділу. Речовина починає домінувати над випромінюванням, виникає реліктове тло. Також поділ речовини з випромінюванням значно посилив початкові неоднорідності у розподілі речовини, у результаті почали утворюватися галактики і надгалактики. Закони Всесвіту дійшли того виду, в якому ми спостерігаємо їх сьогодні.

Вищеописана картина складена з кількох основних теорій і дає загальне уявлення про формування Всесвіту на ранніх етапах його існування.

Звідки з'явився Всесвіт?

Якщо Всесвіт виник із космологічної сингулярності, то звідки взялася сама сингулярність? На це питання дати точну відповідь поки що неможливо. Розглянемо деякі космологічні моделі, що стосуються «народження Всесвіту».

Дані моделі будуються на твердженні, що Всесвіт існував завжди і з часом лише змінюється його стан, переходячи від розширення до стиснення – і назад.

• Модель Стейнхардта-Турока. Ця модель будується теоретично струн (М-теорії), оскільки використовує такий об'єкт як «брана».

[Бран (від мембрана) в теорії струн (М-теорії) - гіпотетичний фундаментальний багатовимірний фізичний об'єкт розмірності, меншою, ніж розмірність простору, в якому він знаходиться]

Відповідно до цієї моделі видимий Всесвіт розташовується всередині три-брани, яка періодично, раз на кілька трильйонів років, стикається з іншою три-браною, що викликає подібність Великого Вибуху. Далі наша трибрана починає віддалятися від іншої і розширюватися. У якийсь момент частка темної енергії отримує першість і швидкість розширення трибрани зростає. Колосальне розширення розсіює речовину та випромінювання настільки, що світ стає майже однорідним та порожнім. Зрештою відбувається повторне зіткнення три-бран, внаслідок чого наша повертається до початкової фази свого циклу, знову зароджуючи наш «Всесвіт».

• Теорія Лоріса Баума і Пола Фремптона також говорить про циклічність Всесвіту. Згідно з їхньою теорією остання після Великого Вибуху розширюватиметься за рахунок темної енергії доти, доки не наблизиться до моменту «розпаду» самого простору-часу – Великий Розрив. Як відомо, у «замкнутій системі ентропія не зменшується» (другий початок термодинаміки). З цього твердження випливає, що Всесвіт не може повернутися до вихідного стану, оскільки під час такого процесу ентропія має зменшуватися. Однак ця проблема вирішується в рамках даної теорії. Відповідно до теорії Баума і Фрэмптона за мить до Великого Розриву Всесвіт розпадається на безліч «клаптів», кожен з яких має досить мало значення ентропії. Випробовуючи ряд фазових переходів, дані «клапті» колишнього Всесвіту породжують матерію і розвиваються аналогічно первісного Всесвіту. Ці нові світи не взаємодіють один з одним, тому що розлітаються зі швидкістю більше за швидкість світла. Таким чином, вчені уникли і космологічної сингулярності, з якої починається народження Всесвіту відповідно до більшості космологічних теорій. Тобто в момент кінця свого циклу Всесвіт розпадається на безліч інших невзаємодіючих світів, які стануть новими всесвітами.
• Конформна циклічна космологія – циклічна модель Роджера Пенроуза та Ваагна Гурзадяна. Згідно з цією моделлю Всесвіт здатний перейти в новий цикл, не порушуючи другий початок термодинаміки. Ця теорія спирається на припущення, що чорні дірки знищують поглинену інформацію, що «законно» знижує ентропію Всесвіту. Тоді кожен такий цикл існування Всесвіту починається з подібності до Великого Вибуху і закінчується сингулярністю.

Інші моделі виникнення Всесвіту

Серед інших гіпотез, що пояснюють появу видимого Всесвіту, найбільш популярні дві наступні:

• Хаотична теорія інфляції – теорія Андрія Лінде. Відповідно до цієї теорії існує деяке скалярне поле, яке неоднорідне у всьому своєму обсязі. Тобто у різних областях всесвіту скалярне поле має різне значення. Тоді в областях, де поле слабке – нічого не відбувається, тоді як області із сильним полем починають розширюватись (інфляція) за рахунок його енергії, утворюючи при цьому нові всесвіти. Такий сценарій має на увазі існування безлічі світів, що виникли не одночасно і мають свій набір елементарних частинок, а, отже, і законів природи.
• Теорія Лі Смоліна – передбачає, що Великий Вибух перестав бути початком існування Всесвіту, а – лише фазовим переходом між двома її станами. Оскільки до Великого Вибуху Всесвіт існував у формі космологічної сингулярності, близької за своєю природою до сингулярності чорної діри, Смолін припускає, що Всесвіт міг виникнути з чорної діри.

Так само існують моделі, в яких всесвіти виникають безперервно, відбруньковуються від своїх батьків і знаходять своє місце. При цьому зовсім не обов'язково, що в таких світах встановлюються ті самі фізичні закони. Всі ці світи «вкладені» в єдиний просторово-часовий континуум, але рознесені в ньому настільки, що ніяк не відчувають присутності одне одного. Загалом, концепція інфляції дозволяє - більше, змушує! - Вважати, що в велетенському мегакосмосі існує безліч ізольованих один від одного всесвітів з різним пристроєм.

Незважаючи на те, що циклічні та інші моделі відповідають на низку питань, відповіді на які не може дати теорія Великого Вибуху, у тому числі проблема космологічної сингулярності. Все ж таки в комплекті з інфляційною теорією Великий Вибух цільніше пояснює виникнення Всесвіту, а також сходиться з безліччю спостережень.

Сьогодні дослідники продовжують інтенсивно вивчати можливі сценарії зародження Всесвіту, однак дати незаперечну відповідь на запитання «Як з'явився Всесвіт?» - Навряд чи вдасться в найближчому майбутньому. На це є дві причини: прямий доказ космологічних теорій практично неможливий, лише непрямий; навіть теоретично немає можливості отримати точну інформацію про світ до моменту Великого Вибуху. З цих двох причин ученим залишається лише висувати гіпотези і будувати космологічні моделі, які максимально правильно описуватимуть природу Всесвіту, що спостерігається.

Як вона в здавалося б на перший погляд нескінченний простір перетворилася? І чим вона через багато мільйонів і мільярдів років стане? Ці питання мучили (і продовжують мучити) уми філософів і вчених, здається, ще з початку часів, породивши при цьому безліч цікавих і часом навіть шалених теорій

Сьогодні більшість астрономів і космологів дійшли спільної згоди щодо того, що всесвіт, який ми знаємо, з'явився в результаті гігантського вибуху, що породив не тільки основну частину матерії, але й став джерелом основних фізичних законів, згідно з якими існує той космос, який нас оточує. Усе це називається теорією великого вибуху.

Основи теорії великого вибуху щодо прості. Таким чином, якщо коротко, згідно з нею вся існуюча і існуюча зараз у всесвіті матерія з'явилася в один і той же час – близько 13,8 мільярда років тому. На той момент часу вся матерія існувала у вигляді дуже компактної абстрактної кулі (або крапки) з нескінченною щільністю та температурою. Цей стан носив назву сингулярності. Несподівано сингулярність почала розширюватися і породила той всесвіт, який ми знаємо.

Варто зазначити, що теорія великого вибуху є лише однією з багатьох запропонованих гіпотез виникнення всесвіту (наприклад, є ще теорія стаціонарного всесвіту), проте вона набула найширшого визнання та популярності. Вона не тільки пояснює джерело всієї відомої матерії, законів фізики та велику структуру всесвіту, вона також описує причини розширення всесвіту та багато інших аспектів та феноменів.

Хронологія подій теорії великого вибуху.

Грунтуючись на знаннях про нинішній стан всесвіту, вчені припускають, що все мало розпочатися з єдиної точки з нескінченною щільністю та кінцевим часом, які почали розширюватися. Після початкового розширення, як говорить теорія, всесвіт пройшов фазу охолодження, яка дозволила з'явитися субатомним частинкам і пізніше простим атомам. Гігантські хмари цих древніх елементів згодом, завдяки гравітації, почали утворювати зірки та галактики.

Все це, за припущеннями вчених, почалося близько 13, 8 мільярда років тому, і тому ця відправна точка вважається віком всесвіту. Шляхом дослідження різних теоретичних принципів, проведення експериментів із залученням прискорювачів частинок та високоенергетичних станів, а також шляхом проведення астрономічних досліджень далеких куточків всесвіту вчені вивели та запропонували хронологію подій, які розпочалися з великого вибуху та привели всесвіт зрештою до того стану космічної еволюції, який має місце зараз.

Вчені вважають, що ранні періоди зародження всесвіту - що тривали від 10-43 до 10-11 секунди після великого вибуху, - як і раніше є предметом суперечок та обговорень. Увага! Тільки в тому випадку, якщо врахувати, що ті закони фізики, які нам зараз відомі, не могли існувати в цей час, то дуже складно зрозуміти, яким чином регулювалися процеси в цьому ранньому всесвіті. Крім того, експериментів з використанням тих можливих видів енергій, які могли бути присутніми в той час, досі не проводилося. Як би там не було, багато теорій про виникнення всесвіту зрештою згодні з тим, що в якийсь період часу була відправна точка, з якої все почалося.

Епоха сингулярності.

Також відома як планківська епоха (або планківська ера) приймається за ранній з відомих періодів еволюції всесвіту. У цей час вся матерія містилася в єдиній точці нескінченної щільності та температури. Під час цього періоду, як вважають вчені, квантові ефекти гравітаційної взаємодії домінували над фізичним, і жодна з фізичних сил не була рівна за силою гравітації.

Планківська ера імовірно тривала від 0 до 10-43 секунди і названа так тому, що виміряти її тривалість можна тільки планковським часом. Зважаючи на екстремальні температури і нескінченну щільність матерії, стан всесвіту в цей період часу був вкрай нестабільним. Після цього відбулися періоди розширення та охолодження, що призвели до виникнення фундаментальних сил фізики.

Приблизно період із 10-43 до 10-36 секунди у всесвіті відбувався процес зіткнення станів перехідних температур. Вважається, що саме в цей момент фундаментальні сили, які керують нинішнім всесвітом, почали відокремлюватися одна від одної. Першим кроком цього відділення стала поява гравітаційних сил, сильних і слабких ядерних взаємодій та електромагнетизму.

У період приблизно з 10-36 до 10-32 секунд після великого вибуху температура всесвіту стала досить низькою (1028 к), що призвело до поділу електромагнітних сил (сильна взаємодія) і слабкої ядерної взаємодії (слабкої взаємодії).

Епоха інфляції.

З появою перших фундаментальних сил у всесвіті почалася епоха інфляції, яка тривала з 10-32 секунди за планковським часом до невідомої точки часу. Більшість космологічних моделей припускають, що всесвіт у цей період був рівномірно заповнений енергією високої щільності, а неймовірно високі температура і тиск призвели до її швидкого розширення та охолодження.

Це почалося на 10-37 секунді, коли за фазою переходу, що викликала відділення сил, було розширення всесвіту в геометричній прогресії. В цей же період часу всесвіт перебував у стані баріогенези, коли температура була настільки високою, що безладний рух частинок у просторі відбувався з навколосвітньою швидкістю.

У цей час утворюються і відразу ж зіштовхуючись руйнуються пари з частинок - античастинок, що, як вважається, призвело до домінування матерії над антиматерією в сучасному всесвіті. Після припинення інфляції всесвіт складався з кварк – глюонової плазми та інших елементарних частинок. З цього моменту всесвіт почав остигати, почала утворюватися і з'єднуватися матерія.

Епоха охолодження.

Зі зниженням щільності і температури всередині всесвіту почалося і зниження енергії в кожній частинці. Цей перехідний стан тривало доти, поки фундаментальні сили та елементарні частки не дійшли своєї нинішньої форми. Так як енергія частинок опустилася до значень, яких можна сьогодні досягти в рамках експериментів, дійсна можлива наявність цього часового періоду викликає у вчених значно менше суперечок.

Наприклад, вчені вважають, що на 10-11 секунд після великого вибуху енергія частинок значно зменшилася. Приблизно на 10-6 секунді кварки та глюони почали утворювати баріони – протони та нейтрони. Кварки стали переважати антикварки, що у свою чергу призвело до переважання баріонів над антибаріонами.

Так як температура була вже недостатньо високою для створення нових протонно-антипротонних пар (або нейтронно-антинейтронних пар), було масове руйнування цих частинок, що призвело до залишку тільки 1/1010 кількості початкових протонів і нейтронів і повного зникнення їх античастинок. Аналогічний процес стався близько 1 секунди після великого вибуху. Тільки "Жертвами" цього разу стали електрони та позитрони. Після масового знищення протони, нейтрони і електрони, що залишилися, припинили свій безладний рух, а енергетична щільність всесвіту була заповнена фотонами і в меншій мірі нейтрино.

Протягом перших хвилин розширення всесвіту почався період нуклеосинтезу (синтез хімічних елементів. Завдяки падінню температури до 1 мільярда кельвінів і зниження щільності енергії приблизно до значень, еквівалентних щільності повітря, нейтрони і протони почали змішуватися та утворювати перший стабільний ізотоп водень) Проте більшість протонів у всесвіті залишилися як незв'язні ядер атомів водню.

Через близько 379 000 років електрони об'єдналися з цими ядрами водню і утворили атоми (знову ж таки переважно водню), тоді як радіація відокремилася від матерії і продовжила практично безперешкодно розширюватися через простір. Цю радіацію прийнято називати реліктовим випромінюванням, і вона є найдавнішим джерелом світла у всесвіті.

З розширенням реліктове випромінювання поступово втрачало свою щільність та енергію і зараз його температура становить 2, 7260 0, 0013 до (- 270, 424 C), а енергетична щільність 0, 25 еВ (або 4, 005x10-14 Дж/м?). 400-500 Фотонів / див. Реліктове випромінювання простягається у всіх напрямках і на відстань близько 13, 8 мільярда світлових років, проте оцінка його фактичного поширення говорить приблизно про 46 мільярдів світлових років від центру всесвіту.

Епоха структури (ієрархічна епоха).

У наступні кілька мільярдів років щільніші регіони майже рівномірно розподіленої у всесвіті матерії почали притягуватися один до одного. Внаслідок цього вони стали ще щільнішими, почали утворювати хмари газу, зірки, галактики та інші астрономічні структури, за якими ми можемо спостерігати нині. Цей період носить назву ієрархічної епохи. У цей час той всесвіт, який ми бачимо зараз, почав набувати своєї форми. Матерія почала об'єднуватися в структури різних розмірів - зірки, планети, галактики, галактичні скупчення, а також галактичні надскоплення, розділені міжгалактичними перемичками, що містять лише кілька галактик.

Деталі цього процесу можуть бути описані згідно з уявленням про кількість і тип матерії, розподіленої у всесвіті, яка представлена ​​у вигляді холодної, теплої, гарячої темної матерії та баріонної речовини. Однак сучасною стандартною космологічною моделлю великого вибуху є модель лямбда - CDM, згідно з якою частинки темної матерії рухаються повільніше за швидкість світла. Вибрана вона була тому, що вирішує всі протиріччя, що виникали в інших космологічних моделях.

Відповідно до цієї моделі на холодну темну матерію припадає близько 23 відсотків усієї матерії/енергії у всесвіті. Частка баріонної речовини становить близько 4,6 відсотка. Лямбда - CDM посилається на так звану космологічну постійну: теорію, запропоновану Альбертом Ейнштейном, яка характеризує властивості вакууму та показує співвідношення балансу між масою та енергією як постійну статичну величину. У цьому випадку вона пов'язана з темною енергією, яка служить акселератором розширення всесвіту і підтримує гігантські космологічні структури значною мірою однорідними.

Довгострокові прогнози щодо майбутнього всесвіту.

Гіпотези щодо того, що еволюція всесвіту має відправну точку, природним способом підводять учених до питань про можливу кінцеву точку цього процесу. Тільки в тому випадку, якщо всесвіт почав свою історію з маленької точки з нескінченною щільністю, яка раптом почала розширюватися, чи не означає це, що розширюватися вона теж буде нескінченно або одного разу в неї закінчиться експансивна сила і почнеться зворотний процес стиснення, кінцевим підсумком якого стане все та ж нескінченно щільна точка?

Відповіді ці питання були основною метою космологів від початку суперечок у тому, яка ж космологічна модель всесвіту є правильною. З прийняттям теорії великого вибуху, але здебільшого завдяки спостереженню за темною енергією в 1990-х роках, вчені дійшли згоди щодо двох найбільш ймовірних сценаріїв еволюції всесвіту.

Згідно з першим, що отримав назву "Велике Стиснення", всесвіт досягне свого максимального розміру і почне руйнуватися. Такий варіант розвитку подій буде можливим, якщо тільки щільність маси всесвіту стане більшою, ніж сама критична щільність. Іншими словами, якщо щільність матерії досягне певного значення або стане вищою від цього значення (1-3x10-26 кг матерії на м), всесвіт почне стискатися.

Альтернативою служить інший сценарій, який свідчить, що якщо щільність у всесвіті дорівнюватиме або нижче значення критичної щільності, то її розширення сповільниться, проте ніколи не зупиниться повністю. Відповідно до цієї гіпотези, що отримала назву "Теплова Смерть Всесвіту", розширення продовжиться доти, доки зіркоутворення не перестануть споживати міжзоряний газ усередині кожної з навколишніх галактик. Тобто повністю припиниться передача енергії та матерії від одного об'єкта до іншого. Всі існуючі зірки в цьому випадку вигорять і перетворяться на білих карликів, нейтронні зірки та чорні дірки.

Поступово чорні дірки стикатимуться з іншими чорними дірками, що привіт до утворення все більших і більших. Середня температура всесвіту наблизиться до абсолютного нуля. Чорні діри в результаті "Випаряться", випустивши своє останнє випромінювання хокінгу. Зрештою термодинамічна ентропія у всесвіті максимальної стане. Теплова смерть настане.

Сучасні спостереження, які враховують наявність темної енергії та її вплив на розширення космосу, наштовхнули вчених на висновок, згідно з яким згодом усе більше простору всесвіту проходитиме за межами нашого горизонту подій і стане невидимим для нас. Кінцевий і логічний результат цього вченим поки що не відомий, проте "Теплова Смерть" цілком може стати кінцевою точкою подібних подій.

Є й інші гіпотези щодо розподілу темної енергії, а точніше, її можливих видів (наприклад фантомної енергії. Відповідно до них галактичні скупчення, зірки, планети, атоми, ядра атомів та матерія сама по собі будуть розірвані на частини внаслідок її нескінченного розширення. Такий сценарій еволюції носить назву "Великого Розриву". Причиною загибелі всесвіту згідно з цим сценарієм є саме розширення.

Історія теорії величезного вибуху.

Найбільш рання згадка про великий вибух відноситься до початку 20-го століття і пов'язана зі спостереженнями за космосом. У 1912 році американський астроном Весто слайфер провів серію спостережень за спіральними галактиками (які спочатку представлялися туманностями) і виміряв їх доплерівське червоне усунення. Майже завжди спостереження показали, що спіральні галактики віддаляються від нашого чумацького шляху.

У 1922 році видатний російський математик і космолог Олександр Фрідман вивів із рівнянь Ейнштейна для загальної теорії відносності так звані рівняння Фрідмана. Незважаючи на просування Ейнштейном теорії на користь наявності космологічної постійної, робота Фрідмана показала, що всесвіт швидше перебуває у стані розширення.

У 1924 році виміри Едвіна хабла дистанції до найближчої спіральної туманності показали, що ці системи насправді є справді іншими галактиками. У той же час хабл приступив до розробки ряду показників для відрахування відстані, використовуючи 2,5-метровий телескоп хукера в обсерваторії Маунт Вілсон. До 1929 хаббл виявив взаємозв'язок між відстанню і швидкістю видалення галактик, що згодом стало законом хаббла.

У 1927 році бельгійський математик, фізик і католицький священик Жорж Леметр незалежно прийшов до тих же результатів, які показували рівняння Фрідмана, і першим сформулював залежність між відстанню і швидкістю галактик, запропонувавши першу оцінку коефіцієнта цієї залежності. Леметр вважав, що в якийсь період часу в минулому вся маса всесвіту була зосереджена в одній точці (атомі).

Ці відкриття та припущення викликали багато суперечок між фізиками у 20-х та 30-х роках, більшість з яких вважала, що всесвіт перебуває у стаціонарному стані. Відповідно до усталеної тоді моделі, нова матерія створюється поруч із нескінченним розширенням всесвіту, рівномірно і рівнозначно по щільності розподіляючись по всій її протяжності. Серед учених, які її підтримували, ідея великого вибуху здавалася більш теологічною, ніж науковою. На адресу леметра звучала критика про упередженість на основі релігійних упереджень.

Слід зазначити, що у той самий час існували інші теорії. Наприклад, модель всесвіту Мілна та циклічна модель. Обидві ґрунтувалися на постулатах загальної теорії відносності Ейнштейна та згодом отримали підтримку самого вченого. Згідно з цими моделями всесвіт існує в нескінченному потоці циклів розширень і колапсів, що повторюються.

1. Епоха сингулярності (планківська). Її прийнято вважати первинною, як ранній еволюційний період Всесвіту. Матерія була зосереджена в одній точці, що має свою температуру та нескінченну щільність. Вчені стверджують, що ця епоха характерна для домінування квантових ефектів, що належать гравітаційній взаємодії над фізичними, причому жодна фізична сила з усіх, що існували в ті далекі часи, за своєю силою не була ідентична гравітації, тобто не була їй рівна. Час тривалості планківської епохи зосереджується в інтервалі від 0 до 10-43 секунди. Вона отримала таку назву через те, що повноцінно виміряти її протяжність зміг лише планківський час. Цей часовий інтервал вважається дуже нестабільним, що у свою чергу тісно пов'язане з екстремальною температурою і безмежною щільністю матерії. Слідом за епохою сингулярності стався період розширення, а разом з ним і охолодження, що призвело до формування основних фізичних сил.

Як зароджувався Всесвіт. Холодне народження

Що було до Всесвіту. Модель «Сплячого» Всесвіту

«Можливо, до Великого вибуху Всесвіт був якийсь дуже компактний, повільно еволюціонуючий статичний простір», - теоретизують такі фізики, як Курт Хінтербіхлер, Остін Джойс і Джастін Хурі.

Цей «передвибуховий» Всесвіт повинен був мати стабільний стан, тобто бути стабільним до того моменту, поки не з'явиться ще більш стабільний стан. За аналогією уявіть урвище, на краю якого в стані вібрації знаходиться валун. Будь-який дотик до валуна призведе до того, що він зірветься у прірву або - що ближче до нашої нагоди – станеться Великий вибух. Згідно з деякими теоріями «передвибуховий» Всесвіт міг існувати в іншому вигляді, наприклад, у формі сплюснутого і дуже щільного простору. У підсумку цей метастабільний період добіг кінця: вона різко розширилася і набула форми і стану того, що ми бачимо зараз.

"У моделі "сплячого" Всесвіту, однак, теж є свої проблеми", - говорить Керролл.

"Вона теж передбачає наявність у нашого Всесвіту появи низького рівня ентропії і при цьому не пояснює, чому це так".

Однак Хінтербіхлер, фізик-теоретик з Університету Кейс Вестерн Резерв, не вважає появу низького рівня ентропії проблемою.

«Ми просто шукаємо пояснення динаміки до Великого вибуху, яка пояснює, чому ми бачимо те, що ми бачимо зараз. Поки що це лише єдине, що нам залишається», - говорить Хінтербіхлер.

Керролл, тим не менш, вважає, що є ще одна теорія «передвибухового» Всесвіту, який здатний пояснити низький рівень ентропії, який є у нашому Всесвіті.

Як з'явився Всесвіт із нічого. Як працює Всесвіт

Поговоримо про те, як насправді влаштовано фізику, за нашими поняттями. З часів Ньютона парадигма фундаментальної фізики не змінювалася; до неї входить три частини. Перше – «простір станів»: насправді, перелік всіх можливих змін, у яких може бути Всесвіт. Друге - певний стан, що представляє Всесвіт у якийсь момент часу, зазвичай у поточний. Третє – певне правило, яким Всесвіт розвивається у часі. Дайте мені Всесвіт на сьогодні, і закони фізики скажуть, що станеться з нею в майбутньому. Такий спосіб мислення є не менш вірним для квантової механіки або ОТО або квантової теорії поля, ніж для ньютонової механіки або максвеллівської електродинаміки.

Квантова механіка, зокрема, особлива, але дуже багатостороння реалізація цієї схеми. (Квантова теорія поля – просто певний приклад квантової механіки, а чи не новий спосіб мислення). Стану - це "хвильові функції", а набір всіх можливих хвильових функцій певної системи називається "гільбертовим простором". Його перевага в тому, що воно обмежує набір можливостей (бо це векторний простір: зауваження для експертів). Як тільки ви повідомите мені його розмір (кількість вимірювань), ви повністю визначите ваш простір Гільберта. Це кардинально відрізняється від класичної механіки, в якій простір станів може стати надзвичайно складним. А ще є машина - "гамільтоніан" - що вказує, як саме розвиватися з одного стану в інший з часом. Повторюся, що різновидів гамільтоніанів буває небагато; Досить записати певний список величин (власних значень енергії – уточнення для вас, набридливі експерти).

Як з'явилося життя Землі. Життя Землі

Життя, що використовує хімію, відмінну від нашої, може виникнути на Землі більше одного разу. Можливо. І якщо ми знайдемо докази наявності такого процесу, це означає, що існує велика ймовірність, що життя виникатиме в багатьох місцях Всесвіту незалежно один від одного, як виникло життя на Землі. Але з іншого боку, уявіть, що ми відчуємо, якщо врешті-решт виявимо життя на іншій планеті, можливо, що обертається навколо далекої зірки, і виявиться, що вона має ідентичну хімію і, можливо, навіть ідентичну нашій структурі ДНК.

Шанси на те, що життя на Землі виникло мимовільно і випадково здаються дуже невеликими. Шанси виникнення такого ж життя в іншому місці неймовірно малі, і практично рівні нулю. Але на ці запитання є можливі відповіді, які англійські астрономи Фред Хойл та Чандра Вікрамасінгхе виклали у своїй незвичайній книзі, написаній у 1979 році – «Life cloud».

Враховуючи вкрай малоймовірний шанс, що життя на Землі з'явилося саме по собі, автори пропонують інше пояснення. Воно полягає в тому, що поява життя відбулася десь у космосі, а потім поширилася по всьому Всесвіту за допомогою панспермії. Мікроскопічне життя, що застрягло у смітті, що виникло в результаті космічних зіткнень, може подорожувати, перебуваючи в неактивному стані протягом дуже довгого часу. Після чого, коли вона прибуде до пункту призначення, де знову почне розвиватися. Таким чином, все життя у Всесвіті, в тому числі і життя на Землі, насправді є одним і тим самим життям.

Відео Як з'явився Всесвіт

Як з'явився Всесвіт із нічого. Холодне народження

Однак шляхи до такого об'єднання можна обміркувати на якісному рівні, і тут з'являються дуже цікаві перспективи. Одну з них розглянув відомий космолог, професор університету Арізони Лоуренс Краусс у своїй нещодавно виданій книзі «A Universe From Nothing» («Всесвіт з нічого»). Його гіпотеза виглядає фантастичною, але не суперечить встановленим законам фізики.

Вважається, що наш Всесвіт виник з дуже гарячого початкового стану з температурою близько 1032 кельвінів. Однак можна уявити і холодне народження всесвітів із чистого вакууму - точніше, з його квантових флуктуацій. Добре відомо, що такі флуктуації породжують безліч віртуальних частинок, що буквально виникли з небуття і згодом зникли. Згідно Краусу, вакуумні флуктуації в принципі здатні давати початок так само ефемерним протовселеним, які за певних умов переходять із віртуального стану в реальний.

Питання про те, як з'явився Всесвіт, завжди хвилювало людей. Це не дивно, адже кожному хочеться знати свої витоки. Над цим питанням вже кілька тисячоліть б'ються вчені, священики та письменники. Це питання розбурхує уми не тільки фахівців, а й кожної простої людини. Однак відразу варто сказати, що стовідсоткової відповіді на питання про те, як з'явився Всесвіт, немає. Є лише теорія, яку підтримує більшість вчених.

• Ось її ми й розберемо.

Оскільки все, що оточує людину, має свій початок, то не дивує той факт, що з давніх-давен людина намагалася знайти початок Всесвіту. У людини епохи Середньовіччя відповідь це питання була досить проста – Всесвіт створив Бог. Однак з розвитком науки вчені почали ставити під сумнів не тільки питання про Бога, а й взагалі про те, що Всесвіт має початок.

В 1929 завдяки американському астроному Хабблу вчені повернулися до питання про коріння Всесвіту. Справа в тому, що Хаббл довів, що галактики, з яких складається Всесвіт, постійно рухаються. Крім руху вони ще й можуть збільшуватися, а отже, збільшується і Всесвіт. А якщо вона росте, виходить так, що колись був етап старту цього зростання. А це означає, що Всесвіт має початок.

Трохи пізніше вже британський астроном Хойл висунув сенсаційну гіпотезу: Всесвіт виник у момент Великого Вибуху. Його теорія так і увійшла до історії під такою назвою. Суть ідеї Хойла проста та складна одночасно. Він вважав, що колись існував етап, який називають станом космічної сингулярності, тобто час стояло на позначці нуль, а щільність і температура дорівнювали нескінченності. І в один момент стався вибух, внаслідок якого порушилася сингулярність, а отже щільність і температура змінилися, почалося зростання матерії, а значить, час почав свій звіт. Пізніше сам Хойл назвав свою теорію малопереконливою, проте це не завадило їй стати найпопулярнішою гіпотезою походження Всесвіту.

Коли сталося те, що Хойл назвав Великим Вибухом? Вчені проводили безліч розрахунків, у результаті більшість зійшлася на цифрі 13,5 мільярда років. Саме тоді з нічого почала з'являтися всього за частку секунди Всесвіт придбав розмір менше атома, і процес розростання був запущений. Ключову роль відіграла гравітація. Найцікавіше, що якби вона була трохи сильнішою, то нічого б не виникло, максимум чорна діра. А якби гравітація була трохи слабшою, то нічого не виникло б взагалі.
Через кілька секунд після Вибуху температура у Всесвіті трохи зменшилася, що дало поштовх до створення речовини та антиречовини. Внаслідок цього почали з'являтися атоми. Так Всесвіт перестав бути однотонним. Десь атомів було більше, десь менше. В одних частинах було гаряче, в інших температура була нижчою. Атоми почали стикатися один з одним, утворюючи сполуки, потім нові речовини, а згодом тіла. Частина об'єктів мала велику внутрішню енергію. То були зірки. Вони почали збирати навколо себе (завдяки силі тяжіння) інші тіла, які ми називаємо планетами. Так виникли системи, однією з яких є наша Сонячна.

Великий вибух. Проблеми моделі та їх вирішення

1. Проблема великомасштабності та ізотропності Всесвіту може бути вирішена завдяки тому, що на стадії інфляції розширення відбувалося надзвичайно високими темпами. З цього випливає, що весь простір Всесвіту, що спостерігається, - результат однієї причинно-пов'язаної області епохи, що передує інфляційній.
2. Вирішення проблеми плоского Всесвіту. Це можливо тому, що на стадії інфляції відбувається збільшення радіусу кривизни простору. Ця величина така, що дозволяє сучасним параметрам щільності мати значення близьке до критичного.
3. Інфляційне розширення веде до виникнення коливань щільності з певною амплітудою та формою спектра. Це дає можливість розвитку цих коливань (флуктуацій) у нинішню структуру Всесвіту, зберігаючи великомасштабну однорідність та ізотропність. Це вирішення проблеми великомасштабної структури Всесвіту.

Основним недоліком інфляційної моделі можна вважати її залежність від теорій, які ще не доведені та розроблені не до кінця.

Наприклад, модель базується на теорії єдиного поля, яка поки що є просто гіпотезою. Її неможливо перевірити експериментально у лабораторних умовах. Ще один недолік моделі - незрозумілість, звідки взялася перегріта і матерія, що розширюється. Тут розглядаються три можливості:

1. Стандартна теорія Великого вибуху передбачає початок інфляції на ранній стадії еволюції Всесвіту. Але тоді не вирішується проблема сингулярності.
2. Друга можливість – виникнення Всесвіту з хаосу. Різні ділянки її мали різну температуру, у одних місцях відбувалося стиск, а інших – розширення. Інфляція повинна була виникнути в області Всесвіту, який був перегрітий і розширювався. Але не зрозуміло, звідки взявся первинний хаос.
3. Третій варіант - квантово-механічний шлях, за допомогою якого виник згусток перегрітої і матерії, що розширюється. Фактично, Всесвіт виник з нічого.