Великий вибух і походження Всесвіту. Загадки Всесвіту: що було під Всесвіту до Великого вибуху?

Навіть сучасні вчені не можуть з точністю сказати, що було під Всесвіту до Великого вибуху. Існує кілька гіпотез, які відкривають завісу таємниці над одним із найскладніших питань світобудови.

Походження матеріального світу

До XX століття існувало тільки дві теорії походження Всесвіту. Прихильники релігійної точки зору вважали, що світ був створений богом. Вчені, навпаки, відмовлялися визнавати рукотворність Всесвіту. Фізики і астрономи були прихильниками ідеї про те, що космос існував завжди, світ був статичним і все залишиться таким же, як мільярди років тому.
Однак швидкий науковий прогрес на рубежі століть призвела до того, що у дослідників з'явилися можливості для вивчення позаземних просторів. Деякі з них першими спробували відповісти на питання, що було під Всесвіту до Великого вибуху.

Дослідження Хаббла

XX століття зруйнував багато теорії минулих епох. На звільненому місці з'явилися нові гіпотези, объяснившие досі незрозумілі таємниці. Все почалося з того, що вчені встановили факт розширення Всесвіту. Зроблено це було Едвіном Хабблом. Він виявив, що далекі галактики відрізняються за своїм світла від тих космічних скупчень, які перебували ближче до Землі. Відкриття цієї закономірності лягло в основу закону розширення Едвіна Хаббла. Великий вибух і походження Всесвіту були вивчені, коли стало ясно, що всі галактики «тікають» від спостерігача, в якій би точці він не був. Як це можна було пояснити? Раз галактики рухаються, значить, їх штовхає вперед якась енергія. Крім того, фізики визначили, що всі світи колись перебували в одній точці. З-за якогось поштовху вони почали рухатися у всі сторони з неймовірною швидкістю.


Це явище отримало назву «Великий вибух». Походження Всесвіту було пояснено саме з допомогою теорії про це давньої події. Коли воно сталося? Фізики визначили швидкість руху галактик і вивели формулу, за якою вони вирахували, коли стався первісний «поштовх». Точних цифр ніхто назвати не візьметься, але приблизно це явище мало місце близько 15 мільярдів років тому.

Поява теорії Великого вибуху

Той факт, що всі галактики є джерелами світла, означає, що при Великому вибух виділилося величезна кількість енергії. Саме вона породила ту саму яскравість, яку світи втрачають по ходу свого віддалення від епіцентру події. Теорія Великого вибуху вперше була доведена американськими астрономами Робертом Вільсоном і Арно Пензиасом. Вони виявили електромагнітне реліктове випромінювання, температура якої дорівнювала трьом градусам за кельвиновской шкалою (тобто -270 за Цельсієм). Ця знахідка підтвердила ідею про те, що спочатку Всесвіт була дуже гарячою. Теорія Великого вибуху відповіла на багато питань, сформульовані в XIX столітті. Однак тепер з'явилися нові. Наприклад, що було під Всесвіту до Великого вибуху? Чому вона так однорідна, в той час як при такому величезному викид енергії речовина має розлетітися навсібіч нерівномірно? Відкриття Вільсона і Арно поставили під сумніви класичну Евклидову геометрію, так як було доведено, що простір має нульову кривизну.

Інфляційна теорія

Нові поставлені питання показували, що сучасна теорія виникнення світу отрывочна і неповна. Однак довгий час здавалося, що просунутися далі відкритого в 60-ті роки буде неможливо. І тільки зовсім недавні дослідження вчених дозволили сформулювати новий важливий принцип для теоретичної фізики. Це було явище надшвидкого інфляційного розширення Всесвіту. Воно було вивчено і описано за допомогою квантової теорії поля і загальної теорії відносності Ейнштейна. Так що було під Всесвіту до Великого вибуху? Сучасна наука називає цей період «інфляцією». Спочатку було лише поле, яке заповнювало всі уявний простір. Його можна порівняти зі сніжком, пущеним вниз по схилу снігової гори. Кому буде котитися вниз і збільшуватися в розмірах. Точно так само полі із-за випадкових коливань протягом неймовірного часу змінювала свою структуру. Коли утворилася однорідна конфігурація, відбулася реакція. В ній і полягають найбільші загадки Всесвіту. Що було до Великого вибуху? Інфляційний поле, яке зовсім не схоже на нинішню матерію. Після реакції почався ріст Всесвіту. Якщо продовжити аналогію зі сніговим комом, то слідом за першим з них покотилися вниз інші сніжки, також збільшувалися в розмірах. Момент Великого вибуху в цій системі можна порівняти з тією миттю, коли величезна брила впала у прірву і, нарешті, зіткнулася з землею. В цю мить виділилося колосальну кількість енергії. Вона не може вичерпатися досі. Саме за рахунок продовження реакції від вибуху наша Всесвіт зростає і сьогодні.

Матерія і поле

Зараз Всесвіт складається з неймовірного кількості зірок та інших космічних тел. Ця сукупність матерії випромінює величезну енергію, що суперечить фізичній законом збереження енергії. Про що він свідчить? Суть цього принципу зводиться до того, що протягом нескінченного часу сума енергії в системі залишається незмінною. Але як це може поєднуватися з нашого Всесвіту, яка продовжує розширюватися?
Інфляційна теорія змогла відповісти на це питання. Украй рідко подібні розгадуються загадки Всесвіту. Що було до Великого вибуху? Інфляційний полі. Після виникнення світу на його місце прийшла звична нам матерія. Однак крім неї у Всесвіті також існує гравітаційне поле, яке володіє негативною енергією. Властивості цих двох сутностей протилежні. Так компенсується енергія, що виходить від частинок, зірок, планет і іншої матерії. Ця взаємозв'язок також пояснює, чому Всесвіт досі не перетворилася на чорну діру. Коли Великий вибух стався, світ був занадто малий, щоб у ньому щось могло коллапсировать. Тепер же, коли Всесвіт розширилася, на окремих її ділянках з'явилися локальні чорні діри. Їх гравітаційне поле поглинає все навколишнє. З нього не може вибратися навіть світло. Власне через це подібні діри стають чорними.

Розширення Всесвіту

Навіть незважаючи на теоретичне обґрунтування інфляційної теорії, досі незрозуміло, як виглядав Всесвіт до Великого вибуху. Людська уява не може уявити собі цієї картини. Справа в тому, що інфляційне поле є нематеріальним. Воно не піддається поясненню звичними законами фізики. Коли стався Великий вибух, інфляційний поле почало розширюватися в темпі, який перевищив швидкість світла. Згідно з фізичними показниками, у Всесвіті немає нічого матеріального, що могло б рухатися швидше цього показника. Світло поширюється по існуючому світу з позамежними цифрами. Інфляційний поле розгорнувся з ще більшою швидкістю, як раз в силу своєї нематеріальної природи. Розмір Всесвіту до Великого вибуху був мікроскопічним. Щоб виміряти її нинішній розмір, математикам доводиться зводити цифри величезні ступеня. Відповідно до загальної теорії відносності, спостерігач, що знаходиться всередині матеріального світу, не може побачити, що відбувається за його межами. Це правило поширюється і на те, що було до Великого вибуху у Всесвіті. Фото в підручниках з астрономії може зображати тільки вигадка художників.

Частки і античастки

Всесвіт розширилася настільки, що навіть світло не встигає дістатися до самих її далеких куточків. У той же час інфляційний поле за межами світу продовжує існувати, хоча воно і недоступно людині, що живе в матеріальному світі. Збільшується Всесвіт охолоджується у міру свого зростання. Температура випромінювання падає, із-за того що довжина хвилі стає більше, а значить, на неї треба витрачати більше енергії. Стан Всесвіту до Великого вибуху було однорідним. Але коли вона почала розширюватися, в ній з'явилися нові елементи і частинки. Це кварки, нейтрони, протони, електрони і фотони. Існують і античастки, кількість яких не може бути одно числу звичайних частинок. Якщо б це тотожність мало місце, то весь Всесвіт сама собою уничтожилась. Природа зробила все необхідне для того, щоб кількість частинок було трохи більшим кількості античастинок. Завдяки цьому співвідношенню і існує матеріальний світ. Реліктове випромінювання, яке продовжує поширюватися по просторах Всесвіту, виникло саме в результаті взаємознищення деяких частинок і античастинок. В науковому лексиконі цей процес називається анігіляцією. Згодом енергія реліктового випромінювання падає. Зараз вона приблизно в десять тисяч разів менше, ніж аналогічний показник елементарних масивних частинок.

Виникнення фізичних законів

Коли вік Всесвіту досяг однієї хвилини, нейтрони і протони почали об'єднуватися в гелій, тритій і дейтерій. Це були перші речовини, що виникли в матеріальному світі. Процес синтезу відбувався завдяки ядерним реакціям. У XX столітті фізики вивчили цей феномен і навіть навчилися його приручати. Так як при ядерній реакції виділяється колосальна кількість енергії, людство пристосувало цей процес для своїх економічних потреб. З'явилися атомні електростанції. Сьогодні вони живлять енергією тисячі міст. Ядерна реакція також була використана в якості зброї. В кінці Другої світової війни американці вперше скинули атомні бомби на Японію. Смертоносність удару полягала як раз у величезному виділення енергії. Але показники, зафіксовані у Хіросімі, мізерно малі в порівнянні з тими процесами, які мали місце в перші хвилини існування матеріального світу. Завдяки тому, що сучасні вчені вже багато знають про ядерної реакції, використаної в економіці і на війні, дослідники змогли відновити картину того, яка була Всесвіт до Великого вибуху. З допомогою математичних підрахунків було вирахувано, скільки елементів і яких з'явилося в перші хвилини після початку реакції в інфляційному полі. Цікавий і інший факт. Всі розрахунки вчених, що спираються на сучасні показники природи, виявилися в точності застосовні до появи моделі Всесвіту. Це «збіг» говорить про те, що закони фізики почали діяти відразу після появи матеріального світу. З тих пір всі непорушні формули жодного разу не змінилися. Вони діють і зараз. Так, наприклад, можна сказати про теорії відносності Ейнштейна. Незаперечність законів полегшує працю вчених, які намагаються зрозуміти, що було до Великого вибуху у Всесвіті.

Зародження галактик

За допомогою теорії Великого вибуху вченим вдалося пояснити виникнення галактик. Коли світ тільки з'явився, всі відстані усередині нього стрімко ставали більше. Проте в деяких місцях цей процес набував особливі форми. Пов'язано це було з тим, що в різних просторових точках енергетична щільність мала відмінні показники. З-за цього у деяких ділянках однієї великої Всесвіту накопичилося більше частинок. Даний процес був докладно описаний американськими вченими XX століття. В науково-популярній формі теорія була пояснена в серії фільмів «Всесвіт до Великого вибуху. Слідами таємниці». У ділянках з більшою щільністю енергії помітно коливалася температура. Це явище було ознакою стиснення матерії гравітаційним полем. Інфляційний період породив області з більшою щільністю. Після виникнення Всесвіту гравітаційне поле впливало на дані ділянки із збільшеною інтенсивністю. Саме тут зародилися галактики – скупчення зірок, навколо яких утворилися планети. Наша Земля повністю вписується в дану систему. Вона крутиться навколо власної зірки (Сонця) і входить в галактику Чумацький шлях.

Сучасний стан Всесвіту

Поточний період еволюції Всесвіту як не можна краще підходить для існування життя. Вчені не можуть визначити, скільки триватиме цей часовий відрізок. Але якщо хтось і брався за такі розрахунки, то получавшиеся цифри були ніяк не менше сотень мільярдів років. Для одного людського життя подібний відрізок настільки великий, що навіть в математичному розрахунку його доводиться записувати з допомогою використання ступенів. Даний вивчено набагато краще, ніж передісторія Всесвіту. Що було до Великого вибуху, в будь-якому випадку залишиться тільки предметом теоретичних досліджень і сміливих розрахунків. В матеріальному світі навіть час залишається величиною відносною. Наприклад, квазари (вид астрономічних об'єктів), що існують на відстані 14 мільярдів світлових років від Землі, відстають від нашого звичного «зараз» на ті 14 мільярдів світлових років. Цей часовий розрив колосальний. Його складно визначити навіть математично, не кажучи вже про те, що чітко уявити собі подібне з допомогою людської уяви (навіть самого палкого) просто неможливо. Сучасна наука може теоретично пояснити собі все життя нашого матеріального світу, починаючи з перших часток секунди його існування, коли тільки що стався Великий вибух. Повна історія Всесвіту доповнюється досі. Астрономи відкривають нові дивовижні факти з допомогою модернізованого та поліпшеного дослідницького обладнання (телескопів, лабораторій і т. д.). Однак існують і так і не зрозумілі явища. Таким білим плямою, наприклад, є темна матерія та її темна енергія. Сутність цієї прихованої маси продовжує розбурхувати свідомість самих освічених і передових фізиків сучасності. Крім того, так і не виникло єдиної точки зору про причини того, чому у Всесвіті часток все-таки більше, ніж античастинок. З цього приводу було сформульовано кілька фундаментальних теорій. Деякі з цих моделей користуються найбільшою популярністю, але жодна з них поки не прийнята міжнародним науковим співтовариством як непорушної істини. У масштабі загального знання і колосальних відкриттів XX століть ці прогалини здаються зовсім незначними. Але історія науки з завидною регулярністю показує, що пояснення таких «малих» фактів і явищ стає основою для всього уявлення людства про дисципліну в цілому (у даному разі мова йде про астрономію). Тому майбутнім поколінням учених, безумовно, буде чим зайнятися і що відкривати в області пізнання природи Всесвіту.