Semua tentang letupan besar. Apa yang berlaku sebelum Big Bang

Sains yang mengkaji Alam Semesta secara keseluruhan dan Metagalaksi sebagai sebahagian daripada Alam Semesta dipanggil kosmologi. Georgy Gamow, seorang ahli fizik teori Amerika, mencadangkan bahawa Alam Semesta kita, i.e. Metalaksi itu dilahirkan dalam keadaan panas dengan suhu kira-kira 10 32 K. Model ini dipanggil Gamow Kosmologi Big Bang.

Gamow mengusahakan model ini selama 10 tahun. Pada tahun 1948 beliau menerbitkan teori " letupan Besar". Mengikut teori "Letupan Besar" alam semesta kita berkembang. Pengembangan bermula 15 bilion tahun dahulu dari keadaan asal sangat panas. Menurut teori ini, pada saat awal perkara Alam Semesta berada dalam keadaan hampa fizikal. Vakum fizikal berada dalam keadaan tidak stabil, teruja, seperti yang berlaku tenaga yang hebat: w= , dengan g/cm 3 ialah ketumpatan jirim vakum, dan dengan ialah kelajuan cahaya. Tenaga mencipta tekanan yang luar biasa. Pada titik masa 10 43 hlm., disebabkan oleh tekanan yang sangat besar, inflasi vakum bermula, i.e. vakum mula kehilangan tenaga. Dari saat 10 ─43 s. sehingga 10 ─35 s jirim vakum mengembang secara eksponen dan saiznya meningkat sebanyak 10 50 kali ganda. Dalam selang masa dari 10 ─35 s hingga 10 ─32 s, peralihan fasa, iaitu "Big Bang", semasa keadaan vakum jirim melalui kesan terowong berubah menjadi alam semesta padat panas dengan suhu 10 32 K, dengan jirim dalam bentuk gelombang elektromagnet(gelombang radio, inframerah, boleh dilihat, ultraungu, x-ray dan sinar gamma).

Oleh itu, alam semesta kita dilahirkan dalam bentuk bola api, yang dipanggil "Ilem"(Ylem Yunani - perkara utama). Ilem ialah gas neutral gelombang elektromagnet dan zarah asas.

Disebabkan berpuasa sambungan, perkara alam semesta menyejukkan badan dan penampilan zarah daripada sinaran bermula. Pada mulanya, bilangan zarah dan antizarah adalah sama. Kemudian datang pelanggaran spontan simetri, ini membawa kepada penguasaan zarah ke atas antizarah. Dalam saat pertama selepas letupan dilahirkan hadron(baryon dan meson). Selepas tamat tempoh lebih kurang 1000 s selepas letupan, suhu menjadi lebih kurang 10 10 K dan kesamaan kepekatan proton dan neutron dilanggar atas sebab jangka hayat proton adalah sama dengan 10 31 tahun, dan jangka hayat neutron adalah kira-kira 800 s. Pereputan neutron dan nisbah ditetapkan: 77% daripada proton dan 22% daripada neutron. Dalam selang masa dari 1000 s hingga 10000 s, atom hidrogen dan helium ringan terbentuk. Hampir semua neutron pergi ke pembentukan nukleus helium, dan hubungan berikut ditubuhkan: 77% hidrogen dan 22% helium.

Para saintis membahagikan selang masa pembentukan Alam Semesta kepada empat "zaman" sesuai dengan bentuk kewujudan jirim yang lazim.

1. Zaman hadron berlangsung 0.0001 saat. Zaman hadron ialah zaman zarah berat. Ketumpatan zarah adalah sama dengan ρ>10 14 g/cm 3 , dan suhu T>10 12 K. Pada penghujung era terdapat pelanggaran simetri secara tiba-tiba, kesamaan zarah dan antizarah. Sebab pemecahan simetri dianggap sebagai bukan pemuliharaan cas baryon. Akibatnya, bagi setiap juta (10 6) antizarah, terdapat sejuta tambah satu (10 6 +1) zarah.

2. Zaman lepton. Tempoh era dari 0.0001 s hingga 10 s, suhu dari 10 10 K hingga 10 12 K, ketumpatan dari 10 4 hingga 10 14 g/cm 3 . Pada era ini, peranan utama dimainkan oleh zarah cahaya terlibat dalam tindak balas antara proton dan neutron. Terdapat perubahan bersama proton kepada neutron dan sebaliknya. Mengumpul mu-meson, elektron, neutrino dan antizarahnya secara beransur-ansur. Pada penghujung era lepton, penghapusan zarah dan antizarah. Oleh itu, di alam semesta antizarah hilang, zarah dan sinaran kekal. Alam semesta menjadi telus kepada neutrino elektron. Neutrino ini telah bertahan hingga ke zaman kita.

3. Era radiasi. Tempohnya ialah 70 juta tahun, suhu berkurangan dari 10 10 K hingga 3000 K, dan ketumpatan dari 10 4 hingga 10 -21 g/cm 3 . Menjelang permulaan era sinaran, bilangan proton dan neutron adalah lebih kurang sama. Apabila suhu berkurangan, jumlahnya lebih banyak proton disebabkan oleh pereputan neutron. Pada penghujung era, keadaan timbul untuk pembentukan atom primer, akibatnya era baru bermula - era jirim.

4. Zaman Zat. Era ini datang 70 juta tahun selepas "Big Bang" dengan suhu kira-kira 3000K dan ketumpatan kira-kira 10 4 g/cm 3 . Pada permulaan era, ketumpatan sinaran dan ketumpatan jirim (zarah) adalah sama - kira-kira 10 −26 g/cm 3 , mereka berada dalam keseimbangan terma. Pada keseimbangan proses evolusi tidak berlaku, iaitu perkara tidak boleh menjadi lebih kompleks. Walau bagaimanapun, apabila Alam Semesta mengembang, penyejukan jirim dan penyejukan sinaran berlaku mengikut undang-undang yang berbeza. Suhu jirim menurun secara songsang dengan kuasa dua saiz alam semesta: Bahan T ~1/R 2. Suhu sinaran menurun secara songsang dengan saiz alam semesta: Sinaran T ~1/R. Oleh itu, jirim menjadi lebih cepat. Alam semesta bergerak dari keadaan keseimbangan kepada keadaan tidak keseimbangan. Angkatan graviti mewujudkan ketidakstabilan, dan gerakan bergelora tercipta gelombang kejutan. Semua ini membawa kepada pemecahan masalah Alam Semesta. Awan gas kecil dan besar terbentuk, terdiri daripada sinaran, zarah asas, atom hidrogen dan helium. Dalam selang masa dari 3 jam hingga 3 juta tahun, bintang terbentuk daripada awan kecil, dan keseluruhan galaksi terbentuk daripada awan besar.

Mekanisme kemunculan bintang saintis Amerika Trumpler (1930) terlebih dahulu dijelaskan Oleh fakta bahawa awan gas dan habuk dimampatkan dan dipanaskan, tekanan dan suhu di dalam meningkat, memperlahankan mampatan. Bermula pada 20 juta darjah tindak balas nuklear, letupan berlaku, dan bintang baru lahir. Matahari kita membuat perjalanan ini dalam kira-kira 1 juta tahun, kira-kira 5 bilion tahun yang lalu.

Big Bang tergolong dalam kategori teori yang cuba mengesan sepenuhnya sejarah kelahiran Alam Semesta, untuk menentukan proses awal, semasa dan terakhir dalam hidupnya.

Adakah terdapat sesuatu sebelum alam semesta muncul? Soalan asas yang hampir metafizik ini ditanya oleh saintis hingga ke hari ini. Kemunculan dan evolusi alam semesta sentiasa dan kekal menjadi subjek perdebatan hangat, hipotesis yang luar biasa dan teori yang saling eksklusif. Versi utama asal usul segala sesuatu yang mengelilingi kita, menurut tafsiran gereja, sepatutnya menjadi campur tangan ilahi, dan dunia saintifik menyokong hipotesis Aristotle tentang sifat statik alam semesta. Model yang terakhir ini dipatuhi oleh Newton, yang mempertahankan infiniti dan keteguhan Alam Semesta, dan oleh Kant, yang mengembangkan teori ini dalam tulisannya. Pada tahun 1929, ahli astronomi dan kosmologi Amerika Edwin Hubble secara radikal mengubah cara para saintis melihat dunia.

Dia bukan sahaja menemui kehadiran banyak galaksi, tetapi juga pengembangan Alam Semesta - peningkatan isotropik berterusan dalam saiz angkasa lepas, yang bermula pada saat Big Bang.

Kepada siapa kita berhutang dengan penemuan Big Bang?

Karya Albert Einstein mengenai teori relativiti dan persamaan gravitinya membolehkan de Sitter mencipta model kosmologi alam semesta. Kajian lanjut telah dikaitkan dengan model ini. Pada tahun 1923, Weyl mencadangkan bahawa jirim yang diletakkan di angkasa lepas mesti mengembang. Kerja ahli matematik dan fizik yang cemerlang A. A. Fridman adalah sangat penting dalam pembangunan teori ini. Kembali pada tahun 1922, dia membenarkan pengembangan Alam Semesta dan membuat kesimpulan yang munasabah bahawa permulaan semua jirim berada dalam satu titik padat yang tidak terhingga, dan perkembangan segala-galanya diberikan oleh Big Bang. Pada tahun 1929, Hubble menerbitkan kertas kerjanya yang menerangkan subordinasi halaju jejari kepada jarak, kemudian karya ini dikenali sebagai "undang-undang Hubble."

G. A. Gamov, bergantung pada teori Big Bang Friedman, mengembangkan idea suhu tinggi bahan awal. Beliau juga mencadangkan kehadiran sinaran kosmik, yang tidak hilang dengan pengembangan dan penyejukan dunia. Para saintis membuat pengiraan awal kemungkinan suhu sinaran sisa. Nilai yang diandaikan adalah dalam julat 1-10 K. Menjelang tahun 1950, Gamow membuat pengiraan yang lebih tepat dan mengumumkan hasilnya pada 3 K. Pada tahun 1964, ahli astronomi radio dari Amerika, menambah baik antena dengan menghapuskan semua isyarat yang mungkin, menentukan parameter sinaran kosmik. Suhunya ternyata 3 K. Maklumat ini menjadi pengesahan paling penting tentang kerja Gamow dan kewujudan sinaran latar belakang gelombang mikro kosmik. Pengukuran latar belakang kosmik yang seterusnya, yang dilakukan di angkasa lepas, akhirnya membuktikan ketepatan pengiraan saintis. Anda boleh berkenalan dengan peta sinaran peninggalan di.

Idea moden tentang teori Big Bang: bagaimana ia berlaku?

Teori Big Bang telah menjadi salah satu model yang menjelaskan secara komprehensif kemunculan dan perkembangan Alam Semesta yang diketahui oleh kita. Menurut versi yang diterima secara meluas hari ini, pada asalnya terdapat ketunggalan kosmologi - keadaan ketumpatan dan suhu yang tidak terhingga. Ahli fizik membangunkan justifikasi teori untuk kelahiran Alam Semesta dari titik yang mempunyai tahap ketumpatan dan suhu yang luar biasa. Selepas kemunculan Big Bang, ruang dan jirim Kosmos memulakan proses pengembangan dan penyejukan yang stabil. Menurut kajian terbaru, permulaan alam semesta diletakkan sekurang-kurangnya 13.7 bilion tahun yang lalu.

Memulakan tempoh dalam pembentukan Alam Semesta

Momen pertama, pembinaan semula yang dibenarkan oleh teori fizikal, adalah zaman Planck, pembentukan yang menjadi mungkin 10-43 saat selepas Big Bang. Suhu jirim mencapai 10*32 K, dan ketumpatannya ialah 10*93 g/cm3. Dalam tempoh ini, graviti memperoleh kemerdekaan, memisahkan daripada interaksi asas. Pengembangan dan penurunan suhu yang berterusan menyebabkan peralihan fasa zarah asas.

Tempoh seterusnya, yang dicirikan oleh pengembangan eksponen Alam Semesta, datang dalam 10-35 saat lagi. Ia dipanggil "Inflasi kosmik". Terdapat pengembangan mendadak, berkali-kali lebih besar daripada biasa. Tempoh ini memberi jawapan kepada soalan, mengapa suhu pada titik yang berbeza di Alam Semesta adalah sama? Selepas Big Bang, perkara itu tidak segera tersebar di Alam Semesta, selama 10-35 saat lagi ia agak padat dan keseimbangan terma ditubuhkan di dalamnya, yang tidak terganggu semasa pengembangan inflasi. Tempoh itu menyediakan bahan asas, plasma kuark-gluon, yang digunakan untuk membentuk proton dan neutron. Proses ini berlaku selepas penurunan suhu lagi, ia dipanggil "baryogenesis". Asal usul jirim disertai dengan kemunculan serentak antijirim. Dua bahan antagonis dimusnahkan, menjadi radiasi, tetapi bilangan zarah biasa berlaku, yang membolehkan alam semesta timbul.

Peralihan fasa seterusnya, yang berlaku selepas penurunan suhu, membawa kepada kemunculan zarah asas yang diketahui oleh kita. Era "nukleosintesis" yang mengikuti ini ditandai dengan penyatuan proton menjadi isotop cahaya. Nukleus yang terbentuk pertama mempunyai jangka hayat yang pendek, ia reput semasa perlanggaran yang tidak dapat dielakkan dengan zarah lain. Unsur-unsur yang lebih stabil telah timbul selepas tiga minit selepas penciptaan dunia.

Pencapaian penting seterusnya ialah penguasaan graviti ke atas kuasa lain yang ada. Selepas 380 ribu tahun dari masa Letupan Besar, atom hidrogen muncul. Peningkatan pengaruh graviti berfungsi sebagai akhir tempoh awal pembentukan Alam Semesta dan menimbulkan proses kemunculan sistem bintang pertama.

Walaupun selepas hampir 14 bilion tahun, latar belakang gelombang mikro kosmik masih kekal. Kewujudannya dalam kombinasi dengan anjakan merah diberikan sebagai hujah yang menyokong kesahihan teori Big Bang.

Ketunggalan kosmologi

Jika, menggunakan teori umum relativiti dan fakta pengembangan berterusan Alam Semesta, kita kembali ke permulaan masa, maka dimensi alam semesta akan sama dengan sifar. Momen awal atau sains tidak dapat menggambarkan dengan tepat menggunakan pengetahuan fizikal. Persamaan yang digunakan tidak sesuai untuk objek sekecil itu. Simbiosis diperlukan yang boleh menggabungkan mekanik kuantum dan relativiti am, tetapi, malangnya, ia masih belum dicipta.

Evolusi Alam Semesta: apa yang menantinya pada masa hadapan?

Para saintis sedang mempertimbangkan dua senario yang mungkin: pengembangan alam semesta tidak akan berakhir, atau ia akan mencapai titik kritikal dan proses sebaliknya akan bermula - mampatan. Pilihan asas ini bergantung pada nilai ketumpatan purata bahan dalam komposisinya. Jika nilai yang dikira kurang daripada nilai kritikal, ramalan adalah menguntungkan, jika lebih besar, maka dunia akan kembali kepada keadaan tunggal. Para saintis pada masa ini tidak mengetahui nilai tepat parameter yang diterangkan, jadi persoalan tentang masa depan alam semesta timbul di udara.

Hubungan Agama dengan Teori Big Bang

Agama-agama utama umat manusia: Katolik, Ortodoks, Islam, dengan cara mereka sendiri menyokong model penciptaan dunia ini. Wakil-wakil liberal dari denominasi agama ini bersetuju dengan teori kemunculan alam semesta akibat daripada beberapa gangguan yang tidak dapat dijelaskan, yang ditakrifkan sebagai Big Bang.

Nama teori yang terkenal di dunia - "Big Bang" - secara tidak sengaja dibentangkan oleh penentang versi pengembangan Alam Semesta oleh Hoyle. Dia menganggap idea sedemikian "sama sekali tidak memuaskan". Selepas penerbitan syarahan tematiknya, istilah menarik itu segera diangkat oleh orang ramai.

Punca Letupan Besar tidak diketahui secara pasti. Menurut salah satu daripada banyak versi, yang dimiliki oleh A. Yu. Glushko, bahan asal yang dimampatkan menjadi satu titik ialah lubang hiper hitam, dan letupan itu disebabkan oleh sentuhan dua objek sedemikian yang terdiri daripada zarah dan antizarah. Semasa pemusnahan, jirim sebahagiannya terselamat dan menimbulkan Alam Semesta kita.

Jurutera Penzias dan Wilson, yang menemui sinaran latar belakang gelombang mikro kosmik, menerima Hadiah Nobel dalam Fizik.

Bacaan suhu CMB pada mulanya sangat tinggi. Selepas beberapa juta tahun, parameter ini ternyata berada dalam had yang memastikan asal usul kehidupan. Tetapi pada tempoh ini, hanya sebilangan kecil planet yang berjaya terbentuk.

Pemerhatian dan penyelidikan astronomi membantu mencari jawapan kepada soalan paling penting bagi manusia: "Bagaimana semuanya muncul, dan apa yang menanti kita pada masa hadapan?". Walaupun fakta bahawa tidak semua masalah telah diselesaikan, dan punca utama kemunculan Alam Semesta tidak mempunyai penjelasan yang ketat dan harmoni, teori Big Bang telah menemui sejumlah pengesahan yang mencukupi yang menjadikannya model utama dan boleh diterima untuk kemunculan alam semesta.

Letupan Besar

Letupan Besar. Ini adalah nama teori, atau lebih tepatnya salah satu teori, asal usul atau, jika anda suka, penciptaan Alam Semesta. Nama itu, mungkin, terlalu remeh untuk acara yang menakutkan dan mengagumkan itu. Terutama menakutkan jika anda pernah bertanya kepada diri sendiri soalan yang sangat sukar tentang alam semesta.

Sebagai contoh, jika alam semesta adalah semua itu, bagaimana ia bermula? Dan apa yang berlaku sebelum itu? Jika ruang tidak terhingga, maka apa yang ada di luarnya? Dan apa sebenarnya benda ini harus diletakkan? Bagaimana anda boleh memahami perkataan "tak terhingga"?

Perkara-perkara ini sukar untuk difahami. Lebih-lebih lagi, apabila anda mula memikirkannya, anda mendapat perasaan ngeri tentang sesuatu yang megah - dahsyat. Tetapi soalan tentang alam semesta adalah salah satu soalan paling penting yang telah ditanya oleh manusia sepanjang sejarahnya.

Apakah permulaan kewujudan alam semesta?

Kebanyakan saintis yakin bahawa permulaan kewujudan alam semesta adalah disebabkan oleh letupan besar jirim yang berlaku kira-kira 15 bilion tahun yang lalu. Selama bertahun-tahun, kebanyakan saintis berkongsi hipotesis bahawa permulaan alam semesta ditandai dengan letupan besar, yang secara berseloroh digelar oleh saintis sebagai "Big Bang". Pada pendapat mereka, semua jirim dan semua ruang, yang kini diwakili oleh berbilion-bilion dan berjuta-juta galaksi dan bintang, 15 bilion tahun yang lalu muat dalam ruang kecil yang tidak lebih besar daripada beberapa perkataan dalam ayat ini.

Bahan berkaitan:

Planet terbesar di alam semesta

Bagaimanakah alam semesta terbentuk?

Para saintis percaya bahawa 15 bilion tahun yang lalu, isipadu kecil ini meletup menjadi zarah-zarah kecil yang lebih kecil daripada atom, menimbulkan kewujudan alam semesta. Pada mulanya, ia adalah nebula zarah kecil. Kemudian, apabila zarah-zarah ini digabungkan, atom telah terbentuk. Galaksi bintang terbentuk daripada atom. Sejak Big Bang itu, alam semesta terus mengembang seperti belon yang mengembang.

Keraguan tentang Teori Big Bang

Tetapi sejak beberapa tahun kebelakangan ini, saintis yang mengkaji struktur alam semesta telah membuat beberapa penemuan yang tidak dijangka. Sebahagian daripada mereka mempersoalkan teori Big Bang. Apa yang boleh anda lakukan, dunia kita tidak selalunya sepadan dengan idea selesa kita mengenainya.

Pengagihan bahan semasa letupan

Satu masalah ialah cara di mana jirim diagihkan ke seluruh alam semesta. Apabila objek meletup, kandungannya berselerak sama rata ke semua arah. Dalam erti kata lain, jika jirim pada mulanya dimampatkan dalam jumlah yang kecil dan kemudian meletup, maka jirim itu sepatutnya diagihkan secara sama rata ke atas ruang Alam Semesta.

Realitinya, bagaimanapun, sangat berbeza daripada representasi yang dijangkakan. Kita hidup dalam alam semesta yang sangat tidak rata. Apabila melihat ke angkasa, gumpalan jirim yang berasingan kelihatan jauh antara satu sama lain. Galaksi yang besar bertaburan di sana sini di angkasa lepas. Di antara galaksi-galaksi terdapat hamparan kekosongan yang besar. Pada tahap yang lebih tinggi, galaksi dikumpulkan kepada tandan - gugusan, dan yang terakhir - ke dalam gugusan mega. Walau apa pun, saintis masih belum mencapai persetujuan mengenai persoalan bagaimana dan mengapa sebenarnya struktur sedemikian terbentuk. Di samping itu, masalah baru yang lebih serius telah timbul baru-baru ini dengan segala-galanya.

Jawapan kepada soalan "Apakah Big Bang?" boleh diperolehi dalam perjalanan perbincangan yang panjang, kerana ia memerlukan banyak masa. Saya akan cuba menerangkan teori ini secara ringkas dan tepat. Jadi, teori "Big Bang" menyatakan bahawa alam semesta kita tiba-tiba muncul kira-kira 13.7 bilion tahun yang lalu (daripada tiada semuanya muncul). Dan apa yang berlaku pada masa itu masih mempengaruhi bagaimana dan bagaimana segala sesuatu di alam semesta berinteraksi antara satu sama lain. Pertimbangkan perkara utama teori.

Apa yang berlaku sebelum Big Bang?

Teori Big Bang merangkumi konsep yang sangat menarik - singulariti. Saya yakin ia membuatkan anda tertanya-tanya: apakah itu singulariti? Ahli astronomi, ahli fizik dan saintis lain juga bertanya soalan ini. Singulariti dipercayai wujud dalam teras lubang hitam. Lubang hitam ialah kawasan yang mempunyai tekanan graviti yang kuat. Tekanan ini, mengikut teori, sangat kuat sehingga jirim dimampatkan sehingga ia mempunyai ketumpatan tak terhingga. Ketumpatan tak terhingga ini dipanggil ketunggalan. Alam Semesta kita sepatutnya bermula sebagai salah satu daripada singulariti yang sangat kecil, sangat panas dan padat yang tidak terhingga ini. Walau bagaimanapun, kita masih belum sampai ke Big Bang itu sendiri. Big Bang ialah saat di mana ketunggalan ini tiba-tiba "meletup" dan mula berkembang dan mencipta Alam Semesta kita.

Teori Big Bang nampaknya membayangkan bahawa masa dan ruang wujud sebelum alam semesta kita muncul. Walau bagaimanapun, Stephen Hawking, George Ellis dan Roger Penrose (et al.) mengembangkan teori pada akhir 1960-an yang cuba menjelaskan bahawa masa dan ruang tidak wujud sebelum pengembangan singulariti. Dengan kata lain, masa dan ruang tidak wujud sehingga alam semesta wujud.

Apa yang berlaku selepas Big Bang?

Detik Big Bang adalah detik permulaan masa. Selepas Letupan Besar, tetapi jauh sebelum detik pertama (10 -43 saat), kosmos mengalami pengembangan inflasi yang sangat pantas, berkembang 1050 kali dalam pecahan sesaat.

Kemudian pengembangan menjadi perlahan, tetapi saat pertama masih belum tiba (hanya 10 -32 saat lagi). Pada masa ini, Alam Semesta ialah "kuah" mendidih (dengan suhu 10 27 °C) elektron, kuark dan zarah asas lain.

Penyejukan pantas ruang (sehingga 10 13 ° C) membolehkan kuark bergabung menjadi proton dan neutron. Namun, saat pertama masih belum tiba (hanya 10 -6 saat lagi).

Pada 3 minit, terlalu panas untuk bergabung menjadi atom, elektron dan proton bercas menghalang cahaya daripada dipancarkan. Alam Semesta ialah kabus super panas (10 8 °C).

Selepas 300,000 tahun, alam semesta menyejuk hingga 10,000 °C, elektron dengan proton dan neutron membentuk atom, terutamanya hidrogen dan helium.

1 bilion tahun selepas Letupan Besar, apabila suhu alam semesta mencapai -200 ° C, hidrogen dan helium membentuk "awan" gergasi yang kemudiannya akan menjadi galaksi. Bintang pertama muncul.

Teori Big Bang kini dianggap sebagai pasti sebagai sistem Copernican. Walau bagaimanapun, sehingga separuh kedua tahun 1960-an, ia tidak menikmati pengiktirafan sejagat, dan bukan sahaja kerana ramai saintis dari ambang menafikan idea pengembangan Alam Semesta. Cuma model ini mempunyai pesaing yang serius.

Dalam tempoh 11 tahun, kosmologi sebagai sains akan dapat menyambut ulangtahun keseratusnya. Pada tahun 1917, Albert Einstein menyedari bahawa persamaan teori relativiti am memungkinkan untuk mengira model alam semesta yang munasabah secara fizikal. Mekanik klasik dan teori graviti tidak memberikan peluang sedemikian: Newton cuba membina gambaran umum Alam Semesta, tetapi dalam semua kes ia pasti runtuh di bawah pengaruh graviti.

Einstein sangat tidak percaya pada permulaan dan akhir alam semesta dan oleh itu muncul dengan alam semesta statik yang sentiasa wujud. Untuk melakukan ini, dia perlu memperkenalkan ke dalam persamaannya komponen khas yang mencipta "anti-graviti" dan dengan itu secara rasmi memastikan kestabilan susunan dunia. Einstein menganggap penambahan ini (istilah kosmologi yang dipanggil) tidak elegan, hodoh, tetapi masih perlu (pengarang relativiti umum tidak mempercayai naluri estetiknya dengan sia-sia - kemudiannya terbukti bahawa model statik tidak stabil dan oleh itu tidak bermakna secara fizikal).

Model Einstein dengan cepat mempunyai pesaing - model dunia tanpa jirim oleh Willem de Sitter (1917), model tidak pegun tertutup dan terbuka oleh Alexander Friedman (1922 dan 1924). Tetapi binaan yang indah ini kekal buat masa ini sebagai latihan matematik semata-mata. Untuk bercakap tentang alam semesta secara keseluruhan bukanlah spekulatif, anda mesti sekurang-kurangnya tahu bahawa terdapat dunia yang terletak di luar gugusan bintang di mana sistem suria terletak dan kita bersamanya. Dan kosmologi dapat mendapatkan sokongan dalam pemerhatian astronomi hanya selepas Edwin Hubble menerbitkan karyanya "Extragalactic Nebulae" pada tahun 1926, di mana penerangan tentang galaksi sebagai sistem bintang bebas yang bukan sebahagian daripada Bima Sakti diberikan buat kali pertama.

Penciptaan alam semesta tidak mengambil masa enam hari sama sekali - sebahagian besar kerja telah disiapkan lebih awal. Berikut ialah kronologi anggaran beliau.

0. dentuman besar.

Era Planck: 10-43 p. Detik Planck. Terdapat pemisahan interaksi graviti. Saiz Alam Semesta pada masa ini ialah 10-35 m (panjang Planck yang dipanggil). 10-37 p. pengembangan inflasi alam semesta.

Era penyatuan besar: 10-35 p. Pengasingan interaksi kuat dan elektrolemah. 10-12 s. Pemisahan interaksi yang lemah dan pemisahan akhir interaksi.

Zaman Hadron: 10-6 s. Pemusnahan pasangan proton-antiproton. Kuark dan antiquark tidak lagi wujud sebagai zarah bebas.

Zaman Lepton: 1 s. Nukleus hidrogen terbentuk. Gabungan nuklear helium bermula.

Era Nukleosintesis: 3 minit. Alam semesta terdiri daripada 75% hidrogen dan 25% helium, serta jumlah surih unsur berat.

Era sinaran: 1 minggu. Pada masa ini, sinaran dipanaskan.

Zaman jirim: 10 ribu tahun. Jirim mula menguasai alam semesta. 380 ribu tahun. Nukleus hidrogen dan elektron bergabung semula, Alam Semesta menjadi telus kepada sinaran.

Era bintang: 1 bilion tahun. Pembentukan galaksi pertama. 1 bilion tahun. Pembentukan bintang pertama. 9 bilion tahun. Pembentukan sistem suria. 13.5 bilion tahun. Masa ini

Galaksi yang surut

Peluang ini segera direalisasikan. Georges Henri Lemaitre dari Belgium, yang belajar astrofizik di Institut Teknologi Massachusetts, mendengar khabar angin bahawa Hubble hampir dengan penemuan revolusioner - bukti kemelesetan galaksi. Pada tahun 1927, selepas kembali ke tanah airnya, Lemaitre menerbitkan (dan pada tahun-tahun berikutnya diperhalusi dan dibangunkan) model Alam Semesta yang terbentuk hasil daripada letupan jirim superdense yang mengembang mengikut persamaan relativiti am. Dia membuktikan secara matematik bahawa halaju jejari mereka harus berkadar dengan jarak mereka dari sistem suria. Setahun kemudian, ahli matematik Princeton Howard Robertson secara bebas tiba pada kesimpulan yang sama.

Dan pada tahun 1929, Hubble memperoleh pergantungan yang sama secara eksperimen dengan memproses data pada jarak dua puluh empat galaksi dan anjakan merah cahaya yang datang daripadanya. Lima tahun kemudian, Hubble dan penolong pemerhatinya Milton Humason memberikan bukti baru untuk kesimpulan ini dengan memantau galaksi yang sangat samar di pinggir melampau ruang yang boleh diperhatikan. Ramalan Lemaitre dan Robertson benar-benar dibenarkan, dan kosmologi Alam Semesta yang tidak pegun, nampaknya, memenangi kemenangan yang menentukan.

Model yang tidak dikenali

Namun begitu, ahli astronomi tidak tergesa-gesa untuk bersorak. Model Lemaitre memungkinkan untuk menganggarkan tempoh kewujudan Alam Semesta - untuk ini ia hanya perlu untuk mengetahui nilai berangka pemalar yang termasuk dalam persamaan Hubble. Percubaan untuk menentukan pemalar ini membawa kepada kesimpulan bahawa dunia kita muncul hanya kira-kira dua bilion tahun yang lalu. Walau bagaimanapun, ahli geologi berhujah bahawa Bumi jauh lebih tua, dan ahli astronomi tidak ragu-ragu bahawa ruang itu penuh dengan bintang-bintang pada zaman yang lebih dihormati. Ahli astrofizik juga mempunyai sebab mereka sendiri untuk tidak percaya: komposisi peratusan pengedaran unsur kimia di alam semesta berdasarkan model Lemaitre (kerja ini pertama kali dilakukan pada tahun 1942 oleh Chandrasekhar) jelas bercanggah dengan realiti.

Keraguan pakar juga dijelaskan oleh alasan falsafah. Komuniti astronomi baru sahaja terbiasa dengan idea bahawa dunia yang tidak berkesudahan yang dihuni oleh banyak galaksi telah terbuka sebelum itu. Ia kelihatan semula jadi bahawa dalam asasnya ia tidak berubah dan wujud selama-lamanya. Dan kini saintis diminta untuk mengakui bahawa Kosmos adalah terhingga bukan sahaja di angkasa, tetapi juga dalam masa (selain itu, idea ini mencadangkan penciptaan ilahi). Oleh itu, teori Lemaitre kekal tidak berfungsi untuk masa yang lama. Walau bagaimanapun, nasib yang lebih buruk menimpa model alam semesta yang berayun abadi, yang dicadangkan pada tahun 1934 oleh Richard Tolman. Ia tidak menerima pengiktirafan serius sama sekali, dan pada akhir 1960-an ia ditolak sebagai tidak betul secara matematik.

Stok dunia yang melonjak tidak banyak meningkat selepas George Gamow dan pelajar siswazahnya Ralph Alfer membina versi baharu model yang lebih realistik pada awal tahun 1948. Alam semesta Lemaitre lahir daripada letupan "atom utama" hipotesis, yang jelas melampaui kerangka idea ahli fizik tentang sifat alam mikro.

Untuk masa yang lama teori Gamow dipanggil secara akademik - "model berkembang dinamik". Dan frasa "Big Bang", cukup aneh, diperkenalkan ke dalam edaran bukan oleh pengarang teori ini, dan bukan oleh penyokongnya. Pada tahun 1949, penerbit sains BBC Peter Laslett mencadangkan supaya Fred Hoyle menyediakan satu siri lima kuliah. Hoyle bersinar di hadapan mikrofon dan serta-merta mendapat ramai peminat di kalangan pendengar radio. Dalam ucapan terakhirnya, dia bercakap tentang kosmologi, bercakap tentang modelnya, dan akhirnya memutuskan untuk menyelesaikan markah dengan pesaing. Teori mereka, Hoyle berkata, "berdasarkan andaian bahawa alam semesta wujud dalam proses satu letupan yang kuat dan oleh itu wujud hanya untuk masa yang terhad... Idea Big Bang ini nampaknya tidak memuaskan bagi saya. ." Beginilah ungkapan pertama kali muncul. Ia juga boleh diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia sebagai "Kapas Besar", yang mungkin lebih tepat sepadan dengan makna menghina u yang dimasukkan Hoyle ke dalamnya. Setahun kemudian, syarahannya diterbitkan, dan istilah baharu itu beredar ke seluruh dunia.

George Gamow dan Ralph Alfer mencadangkan bahawa alam semesta sejurus selepas kelahiran terdiri daripada zarah yang terkenal - elektron, foton, proton dan neutron. Dalam model mereka, campuran ini dipanaskan pada suhu tinggi dan padat dalam jumlah yang kecil (berbanding dengan hari ini). Gamow dan Alfer menunjukkan bahawa pelakuran termonuklear berlaku dalam sup super-panas ini, akibatnya isotop utama helium, helium-4, terbentuk. Mereka juga mengira bahawa selepas beberapa minit, jirim memasuki keadaan keseimbangan di mana terdapat kira-kira sedozen nukleus hidrogen untuk setiap nukleus helium.

Perkadaran ini bersetuju sepenuhnya dengan data astronomi mengenai taburan unsur cahaya di Alam Semesta. Kesimpulan ini tidak lama kemudian disahkan oleh Enrico Fermi dan Anthony Turkevich. Mereka juga mendapati bahawa proses pelakuran mesti menghasilkan beberapa isotop ringan helium-3 dan isotop berat hidrogen, deuterium dan tritium. Anggaran mereka tentang kepekatan ketiga-tiga isotop ini di angkasa lepas juga bertepatan dengan pemerhatian ahli astronomi.

Teori masalah

Tetapi ahli astronomi praktikal terus meragui. Pertama, masih terdapat masalah zaman Alam Semesta, yang tidak dapat diselesaikan oleh teori Gamow. Adalah mungkin untuk meningkatkan tempoh kewujudan dunia hanya dengan membuktikan bahawa galaksi terbang jauh lebih perlahan daripada yang biasa dipercayai (pada akhirnya, ini berlaku, dan sebahagian besarnya dengan bantuan pemerhatian yang dibuat di Balai Cerap Palomar , tetapi sudah pada tahun 1960-an).

Kedua, teori Gamow terhenti pada nukleosintesis. Setelah menjelaskan asal usul helium, deuterium, dan tritium, dia tidak boleh beralih kepada nukleus yang lebih berat. Nukleus helium-4 terdiri daripada dua proton dan dua neutron. Segala-galanya akan baik jika ia boleh melekatkan proton dan bertukar menjadi nukleus litium. Walau bagaimanapun, nukleus tiga proton dan dua neutron atau dua proton dan tiga neutron (lithium-5 dan helium-5) amat tidak stabil dan mereput serta-merta. Oleh itu, dalam alam semula jadi hanya terdapat litium-6 yang stabil (tiga proton dan tiga neutron). Untuk pembentukannya melalui pelakuran langsung, adalah perlu bahawa kedua-dua proton dan neutron bergabung secara serentak dengan nukleus helium, dan kebarangkalian kejadian ini adalah sangat kecil. Benar, di bawah keadaan ketumpatan tinggi bahan pada minit pertama kewujudan Alam Semesta, tindak balas sedemikian masih kadang-kadang berlaku, yang menerangkan kepekatan yang sangat rendah bagi atom litium yang paling kuno.

Alam telah menyediakan Gamow satu lagi kejutan yang tidak menyenangkan. Laluan ke unsur berat juga boleh terletak melalui gabungan dua nukleus helium, tetapi gabungan ini juga tidak berdaya maju. Tidak ada cara untuk menerangkan asal usul unsur yang lebih berat daripada litium, dan pada akhir 1940-an halangan ini kelihatan tidak dapat diatasi (kini kita tahu bahawa ia hanya dilahirkan dalam bintang yang stabil dan meletup dan dalam sinar kosmik, tetapi Gamow tidak mengetahuinya).

Walau bagaimanapun, model kelahiran "panas" Alam Semesta mempunyai satu lagi kad simpanan, yang akhirnya menjadi kad truf. Pada tahun 1948, Alpher dan pembantu Gamow yang lain, Robert German, membuat kesimpulan bahawa kosmos diserap dengan sinaran gelombang mikro yang timbul 300,000 tahun selepas bencana utama. Walau bagaimanapun, ahli astronomi radio tidak menunjukkan minat terhadap ramalan ini, dan ia kekal di atas kertas.

Kemunculan pesaing

Gamow dan Alfer mencipta model "panas" mereka di ibu negara AS, di mana dari 1934 Gamow mengajar di Universiti George Washington. Banyak idea produktif datang kepada mereka semasa minum secara sederhana di bar Little Vienna di Pennsylvania Avenue berhampiran White House. Dan jika laluan untuk membina teori kosmologi ini kelihatan eksotik kepada sesetengah pihak, bagaimana pula dengan alternatif yang dipengaruhi oleh filem seram?

Fred Hoyle: Pengembangan alam semesta berterusan selama-lamanya! Jirim dilahirkan secara spontan dalam kekosongan pada kadar sedemikian sehingga ketumpatan purata alam semesta kekal malar

Di England lama yang baik, di Universiti Cambridge, selepas perang, tiga saintis yang luar biasa menetap - Fred Hoyle, Herman Bondi dan Thomas Gold. Sebelum itu, mereka bekerja di makmal radar Tentera Laut British, di mana mereka menjadi kawan. Hoyle, seorang Inggeris dari Yorkshire, belum berusia 30 tahun pada masa penyerahan Jerman, dan rakan-rakannya, penduduk asli Vienna, berusia 25 tahun. Hoyle dan rakan-rakannya dalam "era radar" mereka mengambil jiwa mereka dalam perbualan tentang masalah alam semesta dan kosmologi. Ketiga-tiganya tidak menyukai model Lemaitre, tetapi undang-undang Hubble dipandang serius, dan oleh itu menolak konsep alam semesta statik. Selepas perang, mereka bertemu di Bondy dan membincangkan masalah yang sama. Wawasan itu turun selepas menonton filem seram "Dead in the Night". Watak utamanya, Walter Craig, masuk ke dalam gelung acara tertutup, yang pada penghujung gambar mengembalikannya ke situasi yang sama yang memulakan semuanya. Filem dengan plot sedemikian boleh diteruskan selama-lamanya (seperti puisi tentang imam dan anjingnya). Pada masa itulah Gold menyedari bahawa Alam Semesta boleh berubah menjadi analogi plot ini - pada masa yang sama berubah dan tidak berubah!

Rakan-rakan menganggap idea itu gila, tetapi kemudian mereka memutuskan bahawa ada sesuatu di dalamnya. Bersama-sama mereka menukar hipotesis y menjadi teori yang koheren. Bondy dan Gold memberikan pembentangan amnya, dan Hoyle, dalam penerbitan berasingan "Model Baru Alam Semesta Mengembang" - pengiraan matematik. Dia mengambil persamaan relativiti am sebagai asas, tetapi menambahnya dengan "medan penciptaan" hipotesis (medan Penciptaan, medan C), yang mempunyai tekanan negatif. Sesuatu seperti ini muncul 30 tahun kemudian dalam teori kosmologi inflasi, yang ditekankan oleh Hoyle dengan sedikit keseronokan.

Kosmologi keadaan mantap

Model baharu itu memasuki sejarah sains sebagai Kosmologi Keadaan Tetap. Dia mengisytiharkan persamaan lengkap bukan sahaja semua titik ruang (Einstein mempunyai ini), tetapi juga semua detik masa: Alam Semesta mengembang, tetapi tidak mempunyai permulaan, kerana ia sentiasa kekal serupa dengan dirinya sendiri. Emas memanggil kenyataan ini sebagai prinsip kosmologi yang sempurna. Geometri ruang dalam model ini kekal rata, seperti dalam Newton. Galaksi berselerak, tetapi di angkasa "dari tiada" (lebih tepat, dari medan penciptaan) jirim baru muncul, dan dengan keamatan sedemikian sehingga ketumpatan purata jirim kekal tidak berubah. Selaras dengan nilai pemalar Hubble yang diketahui ketika itu, Hoyle mengira bahawa dalam setiap meter padu ruang hanya satu zarah dilahirkan selama 300 ribu tahun. Persoalan telah dikeluarkan serta-merta mengapa instrumen tidak mendaftarkan proses ini - mereka terlalu perlahan mengikut piawaian manusia. Kosmologi baru tidak mengalami sebarang kesulitan yang berkaitan dengan zaman Alam Semesta, masalah ini tidak wujud untuknya.

Untuk mengesahkan modelnya, Hoyle mencadangkan menggunakan data mengenai pengedaran spatial galaksi muda. Jika medan-C secara seragam mencipta jirim di mana-mana, maka ketumpatan purata galaksi tersebut sepatutnya lebih kurang sama. Sebaliknya, model kelahiran bencana Alam Semesta meramalkan bahawa ketumpatan ini adalah maksimum di pinggir jauh ruang yang boleh diperhatikan - dari sana cahaya gugusan bintang yang belum menjadi tua datang kepada kita. Kriteria Hoyle adalah sangat munasabah, tetapi pada masa itu tidak mungkin untuk mengujinya kerana kekurangan teleskop yang cukup kuat.

Kemenangan dan kekalahan

Selama lebih daripada 15 tahun, teori saingan telah berjuang hampir sama rata. Benar, pada tahun 1955, ahli astronomi radio Inggeris dan pemenang Nobel masa depan Martin Ryle mendapati bahawa ketumpatan sumber radio yang lemah di pinggir kosmik adalah lebih besar daripada berhampiran galaksi kita. Beliau menyatakan bahawa keputusan ini tidak konsisten dengan Kosmologi Keadaan Steady. Walau bagaimanapun, selepas beberapa tahun, rakan-rakannya membuat kesimpulan bahawa Ryle membesar-besarkan perbezaan ketumpatan, jadi persoalannya tetap terbuka.

Tetapi pada tahun kedua puluhnya, kosmologi Hoyle mula pudar dengan cepat. Pada masa itu, ahli astronomi telah membuktikan bahawa pemalar Hubble adalah susunan magnitud yang lebih kecil daripada anggaran sebelumnya, yang memungkinkan untuk menaikkan anggaran umur Alam Semesta kepada 10-20 bilion tahun (anggaran semasa ialah 13.7 bilion tahun ± 200 juta ). Dan pada tahun 1965, Arno Penzias dan Robert Wilson mengesan sinaran yang diramalkan oleh Alpher dan Hermann dan dengan itu serta-merta menarik sejumlah besar penyokong kepada teori Big Bang.

Selama empat puluh tahun sekarang, teori ini telah dianggap sebagai model kosmologi standard dan diterima umum. Dia juga mempunyai pesaing dari peringkat umur yang berbeza, tetapi tiada siapa yang mengambil serius teori Hoyle lagi. Dia tidak dibantu walaupun oleh penemuan (pada tahun 1999) tentang pecutan pengembangan galaksi, kemungkinan yang ditulis oleh Hoyle dan Bondy dan Gold. Masanya sudah tidak dapat ditarik balik.

Pengumuman berita