На этой иллюстрации показана эволюция Вселенной, от Большого Взрыва слева до современности справа. Авторы и права: NASA.
Вся Вселенная была сконцентрирована в бесконечно малой точке, затем она взорвалась, и вся масса, составляющая Вселенную, была выброшена в окружающее нас пространство.
Астрофизик сказал бы вам, что всё в этом утверждении неверно.
“Совершенно не так мы должны думать о Большом взрыве”, – говорит Торстен Брингманн.
Брингманн – профессор космологии и физики астрономических частиц в Университете Осло (UiO).
Аре Раклев, профессор теоретической физики в UiO, заметил, что многие описания этого события дают неверную картину того, что на самом деле утверждает теория Большого взрыва.
Раклев и Брингманн расскажут нам о самых распространённых заблуждениях.
Тёплый и плотный
Прежде всего, что на самом деле означает фраза “Большой взрыв”?
“Теория Большого взрыва состоит в том, что около 14 миллиардов лет назад Вселенная находилась в состоянии, которое было намного теплее и плотнее, и что в определённый момент она расширилась. Вот и всё, не более того”, – говорит Раклев.
С тех пор Вселенная продолжала расширяться и становилась всё холоднее и холоднее.
Основываясь на этой теории, учёные получили более чёткое представление об истории Вселенной, например, о том, когда образовались элементарные частицы, а также атомы, звёзды и галактики.
Они хорошо себе представляют то, что произошло, когда Вселенной было всего около 10-32 секунды – это 0,0000000000000000000000000000000001 секунды.
Теперь о мифах.
Это был взрыв
Сама фраза “Большой взрыв” звучит так, как будто это был взрыв. Но это не совсем точное описание. И скоро вы узнаете почему.
В начале 1920-х годов математик Александр Фридман обнаружил, что общая теория относительности Эйнштейна предусматривает расширение Вселенной. К такому же выводу пришёл бельгийский священник Жорж Лемэтр.
В центре данного изображения находится массивное скопление галактик; вдоль его границ видны красноватые точки; это копии одной и той же галактики под названием PLCK G045.1 + 61.1, которая находится на расстоянии 12 миллиардов световых лет от нас. Авторы и права: NASA / ESA / Hubble / B. Frye.
Вскоре после этого Эдвин Хаббл показал, что галактики действительно удаляются друг от друга.
Галактики удаляются от нас. Свет от них смещён в красный конец спектра. Кроме того, галактики удаляются от нас с ускорением.
Когда-нибудь почти все галактики, которые мы сейчас можем наблюдать в телескопы, исчезнут из нашего поля зрения. В конце концов звёзды погаснут, и наблюдатели будут смотреть в вечно тёмное и одинокое небо.
К счастью, до этого очень далеко.
Мы также можем проследить историю в обратном направлении. Галактики расходятся, а значит раньше они были ближе.
“Если вы возьмёте всю наблюдаемую Вселенную и перемотаете время назад, всё уместится в очень и очень маленькую область”, – говорит Раклев.
И когда мы подойдём к моменту Большого взрыва, то что произойдёт?
Логично предположить, что Большой взрыв был взрывом, в результате которого в космическое пространство была выброшена материя.
“Но когда дело доходит до Большого взрыва, выходит не вещество”, – говорит Раклев.
Сама Вселенная расширяется, само пространство расширяется.
Взрыв, при котором материя разлетается во всех направлениях, не является точной картиной Большого взрыва.
Вселенная расширяется во что-то
Так что не галактики разлетаются, а расширяется само пространство.
Это можно представить как кусок теста с изюмом. Где тесто олицетворяет космос, а изюм – галактики. Дайте тесту подняться, и расстояние между изюминками будет увеличиваться.
Брингманн использует в качестве примера поверхность воздушного шара. Нарисуйте точки на сдутом воздушном шарике и посмотрите, как расстояние между точками будет увеличиваться по мере его надувания.
“В то же время верно, что галактики также движутся за счёт взаимного гравитационного притяжения – это дополнительный эффект”, – говорит Раклев.
Свет от некоторых галактик смещается к синему концу спектра, что означает, что они движутся к нам. Это относится к некоторым близлежащим галактикам. Но на больших расстояниях этот эффект затмевается законом Хаббла-Леметра, который утверждает, что скорость с которой галактики удаляются от нас пропорциональна расстоянию до них. Фактически, расстояние между галактиками увеличивается быстрее, чем свет от них доходит к наблюдателю.
Спиральные галактики UGC 9618 и VV 340, находящиеся в процессе слияния. Авторы и права: NASA / ESA / Hubble Heritage.
Шарик теста в духовке расширяется внутри имеющегося пространства внутри духовки. А что насчёт Вселенной? Что снаружи?
Вселенная ни во что не расширяется. Учёные считают, что у Вселенной нет границы.
То, что мы называем наблюдаемой Вселенной, представляет собой окружающий нас пузырь диаметром 93 миллиарда световых лет. Чем дальше находятся объекты на которые мы смотрим, тем дальше во времени мы заглядываем. Мы не можем наблюдать или измерять что-либо дальше, чем расстояние, которое успел пройти свет к нам с момента Большого взрыва.
Из-за того, что Вселенная расширяется, наблюдаемая Вселенная, как это ни парадоксально, намного больше 14 миллиардов световых лет.
Но учёные подсчитали, что Вселенная за пределами нашего пузыря намного, намного больше, она бесконечна.
Иллюстрация, показывающая эволюцию Вселенной, начиная от Большого Взрыва слева, и до появления космического микроволнового фона. После образования первых звёзд заканчиваются космические тёмные века, за которыми следует образование галактик. Авторы и права: CfA / M. Weiss.
Оказывается, Вселенная может быть “плоской”. И это означает, что если два световых луча всегда будут двигаться параллельно друг другу, то они никогда не встретятся. Если вы попытаетесь отправиться в конец Вселенной, то вы никогда не достигнете его. Вселенная – бесконечна.
Если Вселенная имеет положительную кривизну, то теоретически она может быть конечной. Но тогда она была бы похожа на какую-то странную сферу. Если вы пойдёте до “конца”, вы окажетесь в том же месте, в котором начали своё путешествие, независимо от того, в каком направлении вы двигались.
В любом случае Вселенная может расширяться, не расширяясь ни во что.
У Большого взрыва был центр
Если мы снова представим Большой взрыв как взрыв, то вероятно, что у него был центр. Именно так и устроены взрывы.
Но с Большим взрывом всё было иначе. Почти все галактики удаляются от нас во всех направлениях. Похоже, что Земля была центром Вселенной. Но это не так.
Модель распределения галактик и газа во Вселенной: внутри газовых нитей синего цвета, соединяющих оранжевые галактики, изредка можно обнаружить газовые облака. Авторы и права: TNG Collaboration.
Все остальные наблюдатели увидят то же самое из своей родной галактики.
Вселенная расширяется повсюду одновременно. Большой взрыв произошёл не в каком-то конкретном месте. Он произошёл везде.
Вся Вселенная находилась в крошечной точке
Это правда, что вся наша наблюдаемая Вселенная была невероятно плотной и находилась в очень маленьком пространстве перед Большим взрывом.
Но как Вселенная может быть бесконечной и в то же время такой маленькой?
Вы могли где-то читать, что Вселенная сначала была меньше атома, а затем размером с футбольный мяч. Но эта аналогия намекает на то, что пространство изначально имело границы и край.
“Ничто не говорит нам о том, что Вселенная не была бесконечной во время Большого взрыва”, – говорит Раклев.
Она была меньше в том смысле, что то, что тогда было метром, теперь расширилось на огромные расстояния во многие миллиарды световых лет.
Вселенная была бесконечно маленькой, горячей и плотной
Возможно, вы слышали, что Вселенная возникла как сингулярность. Или что она была бесконечно маленькой, горячей и так далее. Это может быть правдой, но многие физики считают, что это не так.
По словам космолога Стина Хансена, сингулярность – это выражение математики, которая не может быть описана с помощью обычной физики.
На этой иллюстрации показана одна из самых первых галактик во Вселенной. Авторы и права: James Josephides / Swinburne Astronomy Productions.
Сегодняшняя Вселенная немного больше, чем была вчера. И она немного больше, чем была миллион лет назад. Теория Большого взрыва предполагает экстраполяцию всего этого назад во времени.
“Если я экстраполирую всё назад, Вселенная будет становиться всё меньше и меньше, она будет становиться всё плотнее и плотнее, теплее и теплее. Наконец, вы дойдёте до точки, где она действительно маленькая, действительно горячая и плотная. И вот тут нам нужно остановиться”, – говорит Брингманн.
Если вы проанализируете общую теорию относительности, вы достигнете точки с бесконечно высокой плотностью и теплотой, размер которой равен нулю.
“Это чистая математическая экстраполяция, выходящая за рамки того, что на самом деле допускает теория”, – говорит Брингманн.
Затем вы достигните точки, где плотность энергии и температуры настолько высоки, что у нас попросту нет физических теорий, чтобы их описать.
Физикам нужна другая теория. И есть люди, которые занимаются её поиском.
“Что нам нужно, чтобы описать такое экстремальное состояние? Вот здесь мы входим в область, где вам нужна теория, сочетающая гравитацию и квантовую теорию. Никто ещё не смог её сформулировать. Ожидается, что квантовая гравитация не подтвердит предположение о том, что всё произошло из одной точки”, – говорит Брингманн.
Так что то, что произошло в это время, в самый ранний момент в истории Вселенной, всё ещё скрыто от нас, по крайней мере, на сегодняшний день.
Источник: universetoday.ru
