Почему произошел Большой взрыв Вселенной. Где случился Большой взрыв?

Почему произошел Большой взрыв Вселенной. Где случился Большой взрыв?

Из всех обсуждаемых концепций и тем, большой взрыв - наиболее противоречивое понятие. Конечно, это довольно старая научная теория, присутствующая с 1940-х годов, и уже с 1960-х годов существует несметное количество доказательств в её пользу. Идея проста: у вселенной было начало. У неё был день рождения. Был день, у которого не было "Вчера", когда материя, излучение и расширяющаяся, охлаждающаяся вселенная, известная нам, не существовали до определённого момента времени. И всё же мы здесь
. Что вызывает шквал вопросов у любого пытливого ума. Один из наших читателей как раз обладает таким умом, и он хочет узнать:
Есть ли теории или эксперименты, способные вычислить и доказать наше расположение в космосе относительно точки большого взрыва? Я думаю, что поскольку с позиции расположения нашей планеты наши возможности наблюдений весьма ограничены, будет непросто определить кривизну пространства. Почему мы думаем, что большой взрыв произошёл в некоторой точке трёхмерного пространства? Почему мы считаем, что вселенная - это сфера?
Это очень хорошие вопросы, и все они демонстрируют распространённое представление людей о вселенной. Но верны ли эти представления?

Мы часто считаем, что большой взрыв был реальным взрывом. И вселенная действительно напоминала огромный, энергичный и расширяющийся огненный шар на самых ранних её этапах.
* она была заполнена частицами и античастицами самых разных типов, а также излучением.
* всё это расширялось и все частицы, античастицы и кванты излучения отдалялись друг от друга.
* всё это охлаждалось и замедлялось при расширении.
Это и вправду походит на взрыв. На самом деле, если бы вы смогли перенестись в эти первые моменты, и каким-то образом были защищены от всей этой энергии, там даже был бы и звук, который вы можете услышать благодаря следующему видео.

Но я неспроста использую слово "Расширение" вместо "взрыва", описывая это явление. Взрыв - это то, что происходит в одной точке пространства, из которой разлетаются осколки. Сверхновая - это взрыв; всплеск гамма-лучей - это взрыв; детонация бомбы - это взрыв; срабатывание гранаты - это взрыв

Но большой взрыв - это не взрыв по-английски большой взрыв, Big Bang, дословно значит "Большой Хлопок" - прим. Перев. Говоря о "Горячем Большом Взрыве", мы имеем виду самый первый момент, в который вселенную можно описать, как состояние, содержащее частицы, античастицы и излучение. С этого момента вселенная начала расширяться и охлаждаться согласно законам общей теории относительности, и мы пошли по пути уничтожения антиматерии, формирования атомных ядер и нейтральных атомов, и в итоге звёзд, галактик и видимых сегодня крупномасштабных структур. Ключ к первому вопросу в том, чтобы точно понять, что делала вселенная в этот момент: в момент, который мы впервые можем описать, опираясь на эту платформу горячего большого взрыва.

Насколько нам известно, никакой особенной начальной точки не было. Не было "Источника", из которого началась вселенная. Все доказательства говорят о контринтуитивном, но от этого не менее истинном заключении: большой взрыв случился везде одновременно. Доказательств тому предостаточно, и даёт их нам сама вселенная. Вселенная, судя по крупномасштабным структурам, скоплениям галактик, внешнему виду послесвечения большого взрыва, средней плотности участков космоса размером более нескольких сотен миллионов световых лет, и т. п., даёт нам два важных наблюдаемых факта. Её свойства повсюду одинаковы, и выглядит она одинаково по всем направлениям. Физически говоря, вселенная гомогенна и изотропна.

Такие характеристики вселенной нельзя получить при помощи взрыва - и точка. При взрыве самые быстро движущиеся осколки оказываются самыми удалёнными, но и самыми рассеянными в пространстве. Чем больше расстояние, тем меньше там должно было быть галактик на единицу объёма - но во вселенной это не так. В случае взрыва можно было бы явно указать его начальную точку. Вселенная работает так, что эта точка была бы всего в нескольких миллионах световых лет от млечного пути, на границе локальной группы. Статистически, шансы на наличие такой точки, с учётом присутствия во вселенной более 170 млрд галактик, в 100 раз хуже, чем на победу в лотерее Powerball или Mega Millions.
То, что вселенная гомогенна и изотропна, говорит о том, что большой взрыв случился в один момент, примерно 13, 8 млрд лет назад, и во всех местах одинаково. Но мы не можем видеть его во всех местах. Мы видим его только там, где находимся. Наш обзор ограничен. Поэтому вы часто можете встретить подобные иллюстрации: как наша вселенная видится с нашей точки, с нами в центре.

Но это не значит, что вселенная - сфера! Мы, на самом деле, можем измерить форму вселенной, и наложить на неё некоторые ограничения. Лишь в том случае, если вы выйдете наружу и отправите двух ваших друзей в двух разных направлениях так, что вы сможете видеть друг друга, вы втроём образуете треугольник. Каждый из вас сможет измерить видимый угол между двумя другими. После этого вы можете сложить эти углы и вы получите 180? - именно такова сумма углов треугольника.

Любого треугольника в плоском пространстве.

Но пространство не обязано быть плоским! Оно может обладать отрицательной кривизной, как поверхность седла, когда сумма углов будет меньше 180. Оно может быть искривлено положительно, как поверхность сферы, когда сумма углов будет больше 180. Лишь в том случае, если вы встанете на экваторе в южной Америке, один ваш друг встанет на экваторе в Африке, а второй - на северном полюсе, вы обнаружите, что разница углов будет большой. Сумма углов окажется ближе к 270? , Чем к 180. В космосе друзей у нас нет, но у нас есть нечто не хуже: флуктуации фонового излучения. В зависимости от кривизны пространства они должны выглядеть совершенно по-разному.

Мы провели наблюдения, и обнаружили нечто удивительное: вселенная, насколько мы можем судить, плоская. Очень, очень плоская. Последние данные с экспериментов Planck и Sloan Digital Sky Survey говорят о том, что если вселенная и искривлена - положительно или отрицательно - то это заметно на масштабе по меньшей мере в 400 больше, чем наблюдаемая нами часть вселенной. А мы можем видеть её часть диаметром в 92 млрд световых лет.

Так что, большой взрыв случился везде одновременно, 13, 8 млрд лет назад, и наша вселенная пространственно плоская согласно лучшим нашим измерениям. Большой взрыв произошёл не в какой-то точке, и мы можем судить об этом по крайней изотропности и гомогенности вселенной. Эти свойства настолько точны, что когда мы натыкаемся на неоднородность с отклонением в 0, 01% от среднего значения, мы уже считаем, что что-то не так. Так что, если вы будете утверждать, что большой взрыв случился именно там, где находитесь вы, и вы стоите прямо в центре всего происходящего, никто вам не возразит. Просто все и всё, во всей вселенной может сказать о себе то же самое. Источник: Geektimes. ru наука@Science_Newworld.

# чтиво | Что было до Большого взрыва?

Сложно представить время за 13,7 миллиардов лет до сегодняшнего дня, когда вся вселенная представляла собой сингулярность. Согласно теории Большого взрыва , одной из главных претендентов на роль объяснения того, откуда появилась Вселенная и вся материя в космосе — и сам космос, — все было сжато в точку, меньшую, чем субатомная частица. Но если это еще можно принять, задумайтесь вот о чем: что же было до того, как случился большой взрыв ?

Этот вопрос современной космологии уходит корнями еще в четвертое столетие нашей эры. 1600 лет назад теолог Августин Блаженный пытался понять природу Бога до сотворения Вселенной. И знаете, к чему он пришел? Время было частью Божьего творения, и просто не было никакого «до».

Один из лучших физиков 20 века Альберт Эйнштейн пришел практически к таким же выводам в разработке своей теории относительности. Достаточно обратить внимание на влияние массы на время. Гигантская масса планеты искажает время, заставляя его течь медленнее для человека на поверхности, нежели для космонавта на орбите. Разница слишком мала, чтобы быть очевидной, но на самом деле человек, стоящий у большого камня, стареет медленнее, чем тот, кто стоит в поле. Но чтобы стать моложе на секунду, понадобится миллиард лет. Сингулярность до большого взрыва обладала всей массой вселенной, что фактически ставило время в тупик.

Исходя из такой логики, заголовок статьи можно назвать ошибочным, ну или, как минимум, безграмотным. По теории относительности Эйнштейна, время появилось на свет ровно в тот момент, когда сингулярность начала расширяться и вышла за пределы сжатой бесконечности.

Всё? Вопрос решен? Как бы не так. Этот вопрос остается одним из самых сложных и волнительных. Спустя десятилетия после смерти Эйнштейна развитие квантовой физики и множество новых теорией воскресили сутолоки о природе вселенной до Большого взрыва. Давайте посмотрим.

Браны, циклы и другие идеи

Вот вам пища для ума: что, если наша Вселенная является потомком другой, старшей Вселенной? Некоторые астрофизики полагают, что пролить свет на эту историю поможет реликтовое излучение, оставшееся от большого взрыва: космический микроволновый фон.

Впервые астрономы зафиксировали реликтовое излучение в 1965 году, и оно породило определенные проблемы в теории большого взрыва — проблемы, которые заставили ученых ненадолго (до 1981 года) заморочиться и вывести инфляционную теорию. Согласно этой теории, в первые мгновения своего существования Вселенная начала чрезвычайно быстро расширяться. Также теория объясняет температуру и плотность флуктуаций реликтового излучения и подсказывает, что эти флуктуации должны быть одинаковыми.

Но как выяснилось, нет. Последние исследования дали понять, что Вселенная на самом деле однобока, и в некоторых областях флуктуаций больше, чем в других. Некоторые космологи считают, что это наблюдение подтверждает, что у нашей Вселенной была «мать».

В теории хаотической инфляции эта идея приобретает размах: бесконечный прогресс инфляционных пузырьков порождает обилие вселенных, и каждая из них порождает еще больше инфляционных пузырьков в огромном количестве мультивселенных.

Тем не менее, существуют модели, которыми пытаются объяснить образование сингулярности до большого взрыва. Если вы думаете о черных дырах   как о гигантских мусоросборниках, они являются главными кандидатами первоначального сжатия, поэтому наша расширяющаяся вселенная вполне может быть белой дырой — выходным отверстием черной дыры, и каждая черная дыра в нашей вселенной может вмещать в себя отдельную вселенную.

Другие ученые считают, что в основе формирования сингулярности лежит цикл под названием «большой скачок», в результате которого расширяющаяся вселенная в итоге коллапсирует сама в себя, порождая другую сингулярность, которая, опять же, порождает другой большой взрыв. Этот процесс будет вечным, и все сингулярности и все схлопывания не будут представлять собой ничего другого, кроме как переход в другую фазу существования вселенной.

Последнее объяснение, которое мы рассмотрим, использует идею циклической Вселенной, любезно порожденной теорией струн. Она предполагает, что новая материя и потоки энергии появляются каждые триллионы лет, когда две мембраны или браны, лежащие за пределами наших измерений, сталкиваются между собой.

Что было до Большого взрыва? Вопрос остается открытым. Может быть, ничего. Может, другая вселенная или другая версия нашей. Может, океан вселенных, в каждой из которых свой набор законов и констант, диктующих природу физической реальности.

Большой взрыв для чайников. В чём суть теории Большого взрыва?

Отвечает астрофизик, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Института астрономии РАН (ИНАСАН) Николай Чугай :

— В астрофизике под Большим взрывом понимают взрывной процесс, в котором родилась наша Вселенная. В основе этой идеи лежит наблюдаемый факт разбегания галактик, обнаруженный в конце двадцатых годов прошлого века американским астрофизиком Хабблом . Разбегание галактик означает, что в прошлом вселенная была плотной.

В сороковых годах XX века стало понятно, — это прежде всего пришло в голову российскому астрофизику Георгию Гамову , который работал в США — что Вселенная в далёком прошлом была не только плотной, но и очень горячей, настолько, что в ней могли происходить термоядерные реакции синтеза химических элементов из смеси протонов, нейтронов и электронов. Ядро водорода состоит из одного протона, поэтому можно сказать, что, согласно мысли Гамова, вначале был только водород. Это и в современной Вселенной наиболее распространённый химический элемент. Всё остальное, в том числе и гелий, — следующий по распространённости элемент — возникло в результате ядерных реакций. Гамов рассчитал условия, при которых в первые несколько минут после взрыва образовалось современное количество гелия, и пришёл к выводу, что за время жизни Вселенной первичное горячее излучение должно было остыть до 5 градусов по шкале Кельвина (ноль этой шкалы соответствует температуре -273 градуса по Цельсию). В 1964 году эта догадка блестяще подтвердилась: американские радиоастрономы Пензиас и Вилсон обнаружили это излучение в сантиметровом диапазоне как однородный фон неба. Позднейшие измерения со спутников показали что температура этого фона (реликтового излучения) равна 2,7 градуса Кельвина.

Реликтовое излучение — решаюший аргумент в пользу теории Большого взрыва. Свечение реликтового излучения даёт нам понять очень многие вещи, в том числе и зарождение галактик и скоплений галактик. Дело в том, что сначала Вселенная была абсолютно однородной. Но в процессе расширения небольшие начальные возмущения плотности стали усиливаться благодаря гравитационному самопритяжению, подобно тому, как планета притягивается к Солнцу, камень падает на землю. Сила гравитации заставляет эти неоднородности становиться ещё плотнее. Так образовались галактики и скопления галактик, звёзды и планеты.

• © NASA
• © NASA
• © NASA
• © NASA
• © NASA
• © NASA
• © NASA
• © NASA
• © NASA
• © NASA

Таким образом, Вселенная родилась в результате взрыва, была очень горячей сначала, в процессе расширения остыла, сохранив остаток тепла в виде трехградусного реликтового излучения.

В этом, по сути, и заключается теория Большого взрыва, которая объясняет наблюдаемую Вселенную.

Большой взрыв кратко. Что было до Большого Взрыва?

Теория Большого Взрыва включает очень интересное понятие — сингулярность. Держу пари, это заставляет вас задаться вопросом: что это такое — сингулярность? Астрономы, физики и другие ученые также задаются этим вопросом. Сингулярности, как полагают, есть в ядрах черных дыр. Черная дыра — это область интенсивного гравитационного давления. Это давление, в соответствии с теорией, настолько интенсивно, что вещество сжимается, пока у него не появляется бесконечная плотность. Эту бесконечную плотность и называют сингулярностью . Наша Вселенная, как предполагают, началась как одна из этих бесконечно маленьких, бесконечно горячих и бесконечно плотных сингулярностей. Однако мы еще не подошли к самому Большому Взрыву. Большой Взрыв — это момент, в котором эта сингулярность внезапно «взорвалась» и начала расширяться и создала нашу Вселенную.

Теория «Большого Взрыва» казалось бы подразумевает, что время и пространство существовали прежде, чем возникла наша Вселенная. Однако Стивен Хокинг, Джордж Эллис и Роджер Пенроз (и др.) развивали в конце 1960-х теорию, которая пыталась объяснить, что время и пространство не существовали до расширения сингулярности. Другими словами, ни время, ни пространство не существовали, пока не существовала Вселенная.

Почему произошел Большой взрыв. Расширение Вселенной

Даже несмотря на теоретическое обоснование инфляционной теории, до сих пор непонятно, как выглядела Вселенная до Большого взрыва. Человеческое воображение не может представить себе этой картины. Дело в том, что инфляционное поле является нематериальным. Оно не поддается объяснению привычными законами физики.

Когда произошел Большой взрыв, инфляционное поле начало расширяться в темпе, который превысил скорость света. Согласно физическим показателям, во Вселенной нет ничего материального, что могло бы двигаться быстрее этого показателя. Свет распространяется по существующему миру с запредельными цифрами. Инфляционное поле же распространилось с еще большей скоростью, как раз в силу своей нематериальной природы.

Размер Вселенной до Большого взрыва был микроскопическим. Чтобы измерить ее нынешний размер, математикам приходится возводить цифры в огромные степени. Согласно общей теории относительности, наблюдатель, находящийся внутри материального мира, не может увидеть, что происходит за его пределами. Это правило распространяется и на то, что было до Большого взрыва во Вселенной. Фото в учебниках по астрономии может изображать только вымысел художников.