Какво е Големият взрив?

Графика във формата на рог, изобразяваща различните епохи на Вселената с произхода в тесния край.

Хронология на Вселената, от Големия взрив до наши дни. Крайният ляв изобразява най -ранния момент, който можем да изследваме досега, когато период откосмическа инфлацияпроизведе взрив отекспоненциаленрастеж във Вселената. През следващите няколко милиарда години разширяването на Вселената постепенно се забавя, тъй като материята във Вселената се дърпа върху себе си чрез гравитацията. Съвсем наскоро разширяването започна отново да се ускорява, тъй като отблъскващите ефекти натъмна енергияса доминирали в разширяването на Вселената.Прочетете повече за това изображениеот НАСА.


Вероятно сте чували за Големия взрив като събитие, породило нашата вселена. Може би знаете, че повечето космолози смятат, че това се е случило преди около 13,8 милиарда години. Трудно е да се проумее, че в момента на Големия взрив цялата енергия във Вселената - някои от които по -късно ще станат галактики, звезди, планети и човешки същества - е била концентрирана в малка точка, по -малка от ядрото на атом. И не само материята е родена в Големия взрив. Според съвременните космолози материятаипространствоивремето започна, когато тази микроскопична точка внезапно се разшири силно и експоненциално.

Смята се, че първите атоми са се образували, когато Вселената е била на около 400 000 години. Преди това Вселената беше просто твърде гореща и твърде енергична, за да позволи на атомните ядра да улавятелектрони. Първите звезди искрят в живота, смятат космолозите, около 250 милиона годиниследГолемия взрив и първите галактики малко след това.


Синя точка на черен фон, разпръсната от звезди и далечни галактики. Вмъкването показва уголемена точка.

Космическият телескоп Хъбъл засне този образ на изключително далечна галактика, наречена UDFj-39546284. Този обект има aчервено отместване на z ~ 10, което означава, че е съществувал около 480 милиона години след Големия взрив. Изображение чрез НАСА/ ESA/ Гарт Илингворт/ Ричард Боуенс/ Екипът на HUDF09/Уикимедия Commons.

Неравномерно червено петно ​​във вмъкната кутия на звездно поле.

Ето още един изключително далечен (и следователно стар) обект, заснет от космическия телескоп Хъбъл през 2016 г. Галактиката GN-z11, показана на вмъкването, се вижда като 13,4 милиарда години в миналото, само 400 милиона години след Големия взрив , когато Вселената е била само 3% от сегашната си възраст. Галактиката гори с ярки, млади, сини звезди, но изглежда червено на това изображение, тъй като светлината й е разтеглена до по -дълги спектрални дължини на вълните чрез разширяването на Вселената. Изображение чрез NASA/ ESA/ P. Oesch/ G. Brammer/ P. van Dokkum/ G. Illingworth/Hubblesite.

Големият взрив се позовава на теория. Как би могло да бъде иначе? Нарича се настоящата версия на теорията за Големия взрив - тази, която най -често се използва от съвременните космолозиламбда-CDMмодел. Той постулира, че нашата Вселена е започнала в определен момент, разширена, за да бъде плоска (т.е. иманулева кривина) и се състои от 5%бариони(т.е. материята, която съставлява всичко, което виждаме - галактики, звезди, планети, хора), 27%студена тъмна материя(оттук и „CDM“ на името на теорията) и 68%тъмна енергия.

Моделът Lambda-CDM допълнително заявява, че Вселената се разширява със скорост, наречена Lambda (гръцката буква) и се ръководи от принципите на АйнщайнОбща относителност. Моделът Lambda-CDM е невероятно успешен в обясняването на това, което наблюдаваме във Вселената. Той прави прогнозите многократно потвърдени от наблюдението. Но не е без проблеми; както при всички научни теории, моделът Lambda-CDM продължава да се развива.


Нека сега спрем за момент, за да направим разлика между появата на цялата тази енергия в Големия взрив и нейното внезапно разширяване. В този смисъл Големият взрив не беше събитието, коетопричиненинашата вселена. По -скоро това беше събитиетородилакъм вселената. Защо това разграничение е важно? Това е важно, тъй като, въпреки че науката е успяла да установи история на Вселената обратно до момента, в който тази мъничка точка изведнъж е създала целия ни космос, това, което го е предхождало, причината за това, че тази малка точка на енергия е там на първо място, е неизвестна. и може завинаги да бъде непознаваем.

Големият взрив е теорията, която сме изградили за това как е възникнала Вселената, която виждаме около нас. Той не се опитва да отговори на най -често срещания въпрос, който ние хората задаваме за произхода на космоса:защо?И на този въпрос вероятно не може да се отговори, защото по дефиниция всичко, което е причинило появата на тази малка точка на енергия, съдържаща семената на всичко, което някога би било, ене от тази вселена.

Следователно, каквото и да епричинениВселената не е оставила никакви доказателства за съществуването си, за да проучим, нито представа какво представлява. Също така е вероятно това да е нещо напълнонавънвселената, ние във всеки случай не бихме могли да я разберем. Законите на физиката, на движението, на гравитацията, на електромагнетизма, на термодинамиката, просто не са се прилагали в момента на раждането на Вселената, защото все още не са съществували: те със сигурност не могат да опишат присъствието и произхода на това мъничко семе.

Това не е попречило на космолозите, които изучават историята и мащабната структура на Вселената, да се опитат да отговорят на такива въпроси, разбира се, защото това е естеството на науката. Някои хора приписват съществуването на това мъничко семе енергия на бог, тъй като хората са измисляли богове през вековете, за да обяснят неща, които не могат да разберат, но няма абсолютно никаква причина да се вярва на тази идея, освен може би пожелание. Със сигурност няма нищо, което да наблюдаваме в историята на Вселената, което да подсказва, че нейният произход е нещо различно от естествено събитие, дори и да не можем да го разберем. От друга страна, няма нищо, което да предполага произхода на нашата Вселенанепричинени и от бог.


Обект с форма на конус с действителна стрелка, нарисувана отдолу, с експлозия в левия край на космическата еволюция, продължаваща надясно.

Представяне на художника за историята на Вселената истрела на времето. Теорията за Големия взрив предполага, че времето се движи в една посока. Учените обаче са открили, че на квантово ниво, в сферата на субатомните частици, много процеси са това, което наричаме „обратимо във времето“: няма разлика между минало, настояще и бъдеще. Изображение чрезForbes.

Моделът Lambda-CDM също така заявява, че самото време е започнало от Големия взрив, въз основа на това, че ако няма събития, няма време за измерване. Това повдига стар философски въпрос дали времето е човешка конструкция или съществува независимо от нас. Този въпрос облага някои от най -големите философи и учени, но никога не е получил задоволителен отговор. И все пак, ако определим времето като период, който изминава между събитията, е справедливо да се каже, че времето е започнало с Големия взрив.

Друг често срещан въпрос е: какво се е случилопредиголемият взрив? Този въпрос може да няма смисъл, ако приемем, че Големият взрив е началото на часовника на Вселената: все едно да попитате какво е северно от Северния полюс. Този отговор, макар да демонстрира ирационалността на питането за „преди“, не е задоволителен за хората, свикнали да причиняват и следстват: ние смятаме, че ако Големият взрив е събитие, което е резултат от нещо, някаква промяна, някои нестабилност, трябваше да има aпреди.Това обаче е само в нашия опит, в познатия ни свят, където едно събитие винаги има причина и няма абсолютно никакво отношение към възникването на Вселената, защото отново законите на физиката, които в нашия свят управляват причина и следствие, просто не съществуват. И сякаш за да подчертаят колко повърхностно, колко пристрастно е нашето възприемане на времето, учените са открили, че на квантовото ниво, в сферата на субатомните частици, много процеси са това, което наричаме „обратими във времето: „Просто няма разлика между минало, настояще и бъдеще.

Важно е също да се осъзнае, че в момента на Големия взрив нямаше място и нямаше измерения. Самото пространство и размерите в това пространство възникнаха в този момент, когато балонът с енергия се разшири. Това означава, че противно на това, което повечето хора вярват, Големият взрив не е билексплозия. Помислете за нещо експлодиращо и то избухва в пространство, зона, която вече е била там. Но в случая с Големия взривбешеняма предварително съществуващо пространство, в което да се случи експлозия.


Свързан въпрос, който често се задава, е: къде се е случил Големия взрив? Тези, които питат това, вярват, че можете да посочите място в небето и да кажете „това се е случило там“. Но отговорът на въпроса е, че Големият взрив се е случилнавсякъде. Просто това енавсякъдесъществуваше в този малък балон с безкрайно гореща разширяваща се енергия, защото буквално нямаше нищо извън него-нито пространство, нито измерения, нищо. Гледайте всеки документален филм за Големия взрив и той ще го покаже като огромна експлозия, гледана отвън. Но такава гледна точка е невъзможна - нямаше „отвън“. Разбира се, не може да се обвинява режисьорите за това: просто няма начин да се изобрази Големия взрив визуално по начин, който е научно точен. Съмнително е, че имаме дори речникаописватова, камо ли да го изобразява.

Вляво блестяща светкавица, от която се появява

Смята се, че самото пространство е родено в Големия взрив. Концепция на художника чрез Кристин Данилоф/ MIT/ ESA/ Hubble/ NASA/Phys.org.

Ако ви е трудно да преминете през идеята за Големия взривнавсякъде, с ненавън,в определен момент, когато времето започна преди около 13,8 милиарда години, не сте сами. Човешкият мозък не е добре подготвен за справяне с подобни понятия. Дори когатоЕдуин Хъбъл, през 20 -те години на миналия век, демонстрира, че Вселената се разширява във всички посоки и следователно, ако завъртите часовника достатъчно назад, цялата Вселена трябва да е заела една малка точка, идеята, че Вселената има определено начало и е следователно не е безкрайно стар, беше просто неприемлив за мнозина. Сред тези, които отхвърлиха Големия взрив, бяха известни учени:Айнщайнсамият той отрича идеята за разширяваща се вселена. Друг учен, който отхвърли идеята за вселена с крайна възраст, беше известен британски астрономСър Фред Хойл, човекът, който повече от всеки друг индивид е отключил мистерията на това как действат звездите.

Хойл изнесе поредица от лекции по радиото на Би Би Си в края на 40 -те и началото на 50 -те години, а по една от тях - на Би Би СиТрета програмаизлъчване на28 март 1949 г.- той се подигра с идеята за вселената, започваща в определен момент от време, и посочи описанието на космолозите на събитието като „Голям взрив“. За съжаление на Хойл, името остана и оттогава наричаме това събитие Големия взрив.

Интелигентно изглеждащ мъж със старомодни очила и костюм.

Фред Хойл. Той въвежда термина „Голям взрив“, за да опише събитието, в което се е родила нашата вселена, докато обяснява една съперничеща теория, теорията на стабилното състояние, в радио разговор през 1949 г. Изображение чрезBritannica.com.

Слайд, обясняващ, че в теорията на стабилното състояние материята трябва да се създава непрекъснато.

Изображение чрезИзследване на Космос006.

Хойл никога не приема, че Вселената има начало, дори до смъртта си на 86 -годишна възраст през 2001 г. Той става водещият поддръжник наТеория на стационарното състояние, който казва, че Вселената няма начало или край: тя постоянно се регенерира, като нова материя се кондензира от нищото.

Твърдата непримиримост на Хойл - той беше отЙоркшир, англичанинокръгза който се казва, че е прочут с простото говорене и директността на жителите му-не беше намален от последващия успех на теорията за Големия взрив, дори след като тя успешно предвиди изобилието от леки елементи, като водород, хелий и литий, във Вселената . Нито той дойде да приеме Големия взрив, когатоАрно ПензиасиРобърт Уилсъноткри предвиденотоКосмически микровълнов фон, умиращото ехо на Големия взрив, през 1964 г. Теорията на стабилното състояние не беше предвидила нито едно от тези неща, нито имаше обяснения за тях.

Хойл също не беше изумен, когатоАлън Гутпострои теорията наКосмологична инфлациякато усъвършенстване на съществуващата теория за Големия взрив през 1979 г. Инфлацията обяснява защо Вселената е една и съща температура навсякъде и е „плоска“, наред с други характеристики на Вселената, които досега не са обяснени, въпреки че тепърва ще бъдат напълно наблюдателно проверени.

Дори годината преди да умре, Хойл публикува още един научен труд за теорията на стабилното състояние, но по това време идеите му са напълно отхвърлени от повечето космолози. И, за негово съжаление, те също бяха отхвърлени от огромните наблюдателни доказателства за Големия взрив. Теорията на стабилното състояние просто не работи, прави фалшиви прогнози и е в противоречие с това, което всъщност виждаме във Вселената. Като хипотеза - липсваща подкрепящи наблюдателни доказателства, тя е по -скоро от теорията, макар и често наричана такава, тя по същество умира с Хойл.

Днес моделът на Големия взрив Lambda-CDM е единствената теория, която прави всякакви тествани прогнози и която се подкрепя от наблюдения.

Повечето космолози днес вярват, че познаваме историята на Вселената до 10-двадесет и едносекунди след Големия взрив - това е 0.0000000000000000000001 секунди. Трудното събиране на тази история през последните 50 години, макар и без фини детайли, както несъмнено е, представлява най -голямото интелектуално постижение на хората, коронацията на нашия вид. Това е постигнато чрез несравним синтез на астрономия, астрофизика, космология, физика на частиците, химия и други науки.

Но науката няма да се успокои, докато не успеем да изтласкаме теориите си още по -напред във времето, до точния момент, когато Вселената е възникнала.

Цветен, предимно син звезден модел на черен фон.

Концепцията на художника за Големия взрив, събитието, за което се смята, че бележи раждането на нашата вселена. Ако погледнем достатъчно назад във времето, бихме ли могли да станем свидетели на раждането на Вселената?

В крайна сметка: В момента на Големия взрив цялата енергия във Вселената - някои от които по -късно ще станат галактики, звезди, планети и човешки същества - беше концентрирана в малка точка, по -малка от ядрото на атом. И не само материята е родена в Големия взрив. Според съвременните космолози материятаипространствоивремето започна, когато тази микроскопична точка внезапно се разшири силно и експоненциално.