Теория большого взрыва кратко. История теории большого взрыва.

Теория большого взрыва кратко. История теории большого взрыва.

Самое раннее упоминание большого взрыва относится к началу 20-го века и связано с наблюдениями за космосом. В 1912 году американский астроном весто слайфер провел серию наблюдений за спиральными галактиками (которые изначально представлялись туманностями) и измерил их доплеровское красное смещение. Почти во всех случаях наблюдения показали, что спиральные галактики отдаляются от нашего млечного пути.

В 1922 году выдающийся российский математик и космолог Александр Фридман вывел из уравнений Эйнштейна для общей теории относительности так называемые уравнения Фридмана. Несмотря продвижения Эйнштейном теории в пользу наличия космологической постоянной, работа Фридмана показала, что вселенная скорее находится в состоянии расширения.

В 1924 году измерения Эдвина хаббла дистанции до ближайшей спиральной туманности показали, что эти системы на самом деле являются действительно другими галактиками. В то же время хаббл приступил к разработке ряда показателей для вычета расстояния, используя 2, 5-метровый телескоп хукера в обсерватории маунт Вилсон. К 1929 году хаббл обнаружил взаимосвязь между расстоянием и скоростью удаления галактик, что впоследствии стало законом хаббла.

В 1927 году бельгийский математик, физик и католический священник Жорж леметр независимо пришел к тем же результатам, какие показывали уравнения Фридмана, и первым сформулировал зависимость между расстоянием и скоростью галактик, предложив первую оценку коэффициента этой зависимости. Леметр считал, что в какой-то период времени в прошлом вся масса вселенной была сосредоточена в одной точке (атоме.

Эти открытия и предположения вызывали много споров между физиками в 20-х и 30-х годах, большинство из которых считало, что вселенная находится в стационарном состоянии. Согласно устоявшейся в то время модели, новая материя создается наряду с бесконечным расширением вселенной, равномерно и равнозначно по плотности распределяясь на всей ее протяженности. Среди ученых, поддерживающих ее, идея большого взрыва казалась больше теологической, нежели научной. В адрес леметра звучала критика о предвзятости на основе религиозных предубеждений.

Следует отметить, что в то же время существовали и другие теории. Например, модель вселенной Милна и циклическая модель. Обе основывались на постулатах общей теории относительности Эйнштейна и впоследствии получили поддержку самого ученого. Согласно этим моделям вселенная существует в бесконечном потоке повторяющихся циклов расширений и коллапсов.

После второй мировой войны между сторонниками стационарной модели вселенной (которая фактически была описана астрономом и физиком Фредом хойлом) и сторонниками теории большого взрыва, быстро набиравшей популярность среди научного сообщества, разгорелись жаркие дебаты. По иронии судьбы, именно хойл вывел фразу "Большой Взрыв", впоследствии ставшую названием новой теории. Произошло это в марте 1949 года на британском радио BBC.

В конце концов дальнейшие научные исследования и наблюдения все больше и больше говорили в пользу теории большого взрыва и все чаще ставили под сомнение модель стационарной вселенной. Обнаружение и подтверждение реликтового излучения в 1965 году окончательно укрепили большой взрыв в качестве лучшей теории происхождения и эволюции вселенной. С конца 60-х годов и вплоть до 1990-х астрономы и космологи провели еще больше исследований вопроса большого взрыва и нашли решения для многих теоретических проблем, стоящих на пути у данной теории.

Среди этих решений, например, работа Стивена хокинга и других физиков, которые доказали, что сингулярность являлась неоспоримым начальным состоянием общей относительности и космологической модели большого взрыва. В 1981 году физик Алан гут вывел теорию, описывающую период быстрого космического расширения (эпохи инфляции), которая решила множество ранее нерешенных теоретических вопросов и проблем.

В 1990-х наблюдался повышенный интерес к темной энергии, которую рассматривали как ключ к решению многих нерешенных вопросов космологии. Помимо желания найти ответ на вопрос о том, почему вселенная теряет свою массу наряду с темной матерей (гипотеза была предложена еще в 1932 году Яном оортом), также было необходимо найти объяснение тому, почему вселенная по-прежнему ускоряется.

Дальнейший прогресс изучения обязан созданию более продвинутых телескопов, спутников и компьютерных моделей, которые позволили астрономам и космологам заглянуть дальше во вселенной и лучше понять ее истинный возраст. Развитие космических телескопов и появление таких, как, например, Cosmic Background Explorer (или Cobe), космический телескоп хаббла, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (Wmap) и космическая обсерватория планка, тоже внесло бесценный вклад в исследование вопроса.

Сегодня космологи могут с довольно высокой точностью проводить измерения различных параметров и характеристик модели теории большого взрыва, не говоря уже о более точных вычислениях возраста окружающего нас космоса. А ведь все началось с обычного наблюдения за массивными космическими объектами, расположенными во многих световых годах от нас и медленно продолжающих от нас отдаляться. И несмотря на то, что мы понятия не имеем, чем это все закончится, чтобы выяснить это, по космологическим Меркам на это потребуется не так уж и много времени.

Доказательства теории большого взрыва красное смещение и Реликтовое излучение. Утомленный свет

Эдвин Хаббл заметил, что длины волн света далеких галактик смещаются в направлении красной части спектра, если сравнивать со светом, излученным звездными телами поблизости, что говорит об утрате фотонами энергии. «Красное смещение» объясняется в контексте расширения после Большого Взрыва как функция эффекта Доплера. Сторонники моделей стационарной вселенной вместо этого предположили, что фотоны света теряют энергию постепенно по мере движения через космос, переходя к длинным волнам, менее энергетическим в красном конце спектра. Эту теорию впервые предложил Фриц Цвикки в 1929 году.

С утомленным светом связывают целый ряд проблем. Во-первых, нет никакого способа изменить энергию фотона без изменения его импульса, что должно приводить к эффекту размытия, который мы не наблюдаем. Во-вторых, он не объясняет наблюдаемые паттерны излучения света сверхновых, которые прекрасно соотносятся с моделью расширяющейся вселенной и специальной относительности. Наконец, большинство моделей утомленного света базируются на нерасширяющейся вселенной, но это приводит к спектру фонового излучения, который не соответствует нашим наблюдениям. В численном выражении, если бы гипотеза утомленного света была корректной, вся наблюдаемая радиация космического фона должна была бы приходить из источников, которые ближе к нам, чем галактика Андромеды (ближайшая к нам галактика), а все, что за ней, было бы для нас невидимо.

Теория большого взрыва для детей. Как бы вы рассказали историю Вселенной 8-10 летнему ребёнку?

Чтобы начать, начните.
— Уильям Вордсворт

Большой взрыв – одно из величайших научных достижений XX века. Сложно представить, но году в 1900-м мы считали, что вся Вселенная – всё, что существует – состоит из нашего Млечного пути и звёзд, планет и туманностей внутри него, и всё это подчиняется ньютоновскому закону гравитации.

 

Как далеко мы продвинулись за столь короткое время! Большинство из нас слышало с ранних лет, что Вселенная возникла из Большого взрыва, и хотя такое название легко запомнить, кто из нас знает, как объяснить это явление детям, задающим о нём вопросы? В конце концов, большинство из нас с трудом его понимает, учитывая, какая это обескураживающая концепция!
Думаю, что её могут постигнуть дети даже 8 лет от роду, и возможно, ещё меньшего возраста. Представьте себе следующее:
Вселенная – это гонка, а Большой взрыв – это стартовый пистолет.
Если бы вы были ребёнком и хотели бы посоревноваться против взрослого, разве было бы честным начинать гонку с той же позиции и пробегать ту же дистанцию?
Конечно, нет. Если бы мы захотели дать вам шанс на выигрыш, мы бы дали вам фору, чтобы соревнование было честнее.
Это не значит, что гонка получилась бы честной на 100%. Если фора будет слишком большой, вы легко победите, а если слишком маленькой – взрослые догонят вас задолго до финиша. Но если мы не знаем, как быстро вы бегаете, и как быстро бегают взрослые, участвующие в гонке, мы знаем, что фора даст вам шанс.
Во Вселенной гонка идёт не пешком, и соревнуетесь не вы и не взрослый соперник, бегущий к финишу. Гонка идёт между всеми крохотными частичками материи – маленькими частичками, из которых состоим все мы – и гравитацией, той силой, что удерживает нас внизу, где бы мы ни были на Земле.
Так же, как ребёнок с форой, каждый кусочек материи во Вселенной начинает гонку, имея шанс выиграть.
Мы с вами живём здесь потому, что тут, на Земле, вокруг Солнца, в нашей галактике Млечный путь, гравитация победила! Все маленькие кусочки материи, начавшие разбегаться друг от друга, были стянуты гравитацией вместе. За миллиарды лет и после того, как появилось и исчезло множество звёзд, одна небольшая часть галактики сформировала нас!
Но большая часть космоса пуста, и галактики разделяют огромные расстояния! Большинство галактик разбегается друг от друга слишком быстро для того, чтобы гравитация могла стянуть их вместе, и большая часть материи разбегается от галактик и друг от друга. Только в нескольких местах удача улыбнулась гравитации, и она победила; в большинстве случаев маленькие кусочки материи имели слишком большую фору, и теперь они убегают. Сегодня большинство из них находятся слишком далеко друг от друга!
Вселенная – это большое соревнование между маленькими кусочками материи, начавшими разбегаться друг от друга, и гравитацией, пытающейся стянуть их вместе. Мы – зрители, появившиеся очень поздно; у нас тут в Млечном пути гравитация давно победила. На самом деле, по Вселенной разбросаны миллиарды мест размером с галактику, где гравитация победила!
Но в большинстве мест материя разбежалась, и большинство отдельных галактик тоже успешно разбегаются друг от друга.
Если бы мы появились раньше, мы бы увидели процесс этой гонки: соревнования между гравитацией, пытающейся стянуть вместе кусочки Вселенной и изначальной быстрой материей, пытающейся убежать. И чем раньше мы перенесёмся в своих мыслях по времени, тем ближе мы будем к началу гонки, которым и был Большой взрыв.
Вселенная – это гонка, а Большой взрыв – это стартовый пистолет.

Критика теории большого взрыва. КРИТИКА СОВРЕМЕННОЙ ТЕОРИИ БВ

Емельянов Н. В.По современным представлениям, наблюдаемая нами сейчас Вселенная возникла около 15 миллиардов лет назад из некоторого начального "сингулярного" состояния с бесконечно большими температурой и плотностью и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается.

Интересно было бы понять, а в чём выражалась эта температура? Подобное говорят, когда нечего сказать. Начнём с самого начала. А от куда и из чего возникло это первичное тело, из которого родилась вселенная. Единственным источником энергии для такого тела могла быть только предыдущая вселенная. Энергия ведь не может ни появляться, ни исчезать. А могло ли первичное тело быть маленьким? Конечно же нет. Сомнительно, что бы такая галактика как наша, могла упасть на тело, размером даже с нашу Солнечную систему, не говоря уже о более малом теле. Да большая часть вещества предыдущей вселенной просто вращалась бы вокруг подобного тела. Да и сомнительно, что бы можно было всё вещество вселенной сжать даже до размеров нашей Солнечной Системы. О более малом теле я и не говорю. В нашей вселенной больше всего находится гелия и водорода. Предыдущая вселенная, в конце своей жизни, должна была состоять, по большей части, из тяжёлых элементов. Это доказывает, что большая часть вещества предыдущей вселенной прошло через горнило БВ. Большая часть вещества, но не всё вещество участвовало в БВ. Каждая старая вселенная, оставляет часть вещества для новой вселенной. Поэтому мы вправе предположить, что первичное тело было размером больше любой самой большой галактики.

Видео Теория Большого взрыва: как зародилась Вселенная

Суть теории большого взрыва. 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.

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.

Этапы развития Вселенной после большого взрыва. Развитие Вселенной после Большого Взрыва

В одном мгновении видеть вечность…

(Уильям Блейк)

Согласно теории Большого взрыва, Вселенная в момент образования была в чрезвычайно плотном и горячем состоянии, называемом космологической сингулярностью.

Сразу после взрыва вещество стало разлетаться во всех направлениях. С тех самых времен плотность вещества и температура уменьшались. Через 400 000 лет после большого взрыва образовались атомы, вселенная стала прозрачна и внешне было похожа на ту, что мы видим сегодня. На самом деле внешний вид той молодей вселенной еще довольно сильно отличался от теперешнего. Вселенная было совершенно темной. Не было ни звезд, ни галактик, ни планет. Только отдельно летающие атомы и реликтовое излучение. Такое существование вселенной продолжалось несколько сотен миллионов лет .

Описанная картина горячей Вселенной на ранней стадии развития была предложена ученым Джорджем (Г. А.) Гамовым в знаменитой работе, которую Гамов написал в 1948 г. вместе со своим аспирантом Ральфом Альфером. вселенная большой взрыв космологический

Вся Вселенная как целое могла продолжать расширяться и охлаждаться, но в тех областях, плотность которых была немного выше средней, расширение замедлялось из-за дополнительного гравитационного притяжения. В результате некоторые области перестали расширяться и начали сжиматься. В процессе сжатия под действием гравитационного притяжения материи, находящейся снаружи этих областей, могло начаться их медленное вращение. С уменьшением размеров коллапсирующей области ее вращение ускорялось, подобно тому, как ускоряется вращение фигуриста на льду, когда он прижимает руки к телу. Когда наконец коллапсирующая область стала достаточно малой, скорости ее вращения должно было хватить для уравновешивания гравитационного притяжения - так образовались вращающиеся дискообразные галактики. Те области, которые не начали вращаться, превратились в овальные объекты, называемые эллиптическими галактиками. Коллапс этих областей тоже прекратился, потому что, хотя отдельные части галактики стабильно вращались вокруг ее центра, галактика в целом не вращалась.

Что было до большого взрыва. # 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.