Všetko o veľkom tresku. Čo sa stalo pred Veľkým treskom

Veda, ktorá študuje vesmír ako jeden celok a metagalaxiu ako súčasť vesmíru, sa nazýva kozmológia. George Gamow, americký teoretický fyzik, naznačuje, že náš Vesmír, t.j. Metagalaxia, zrodená v horúcom stave s teplotou asi 10 32 K. Gamow nazval tento model "Kozmológia veľkého tresku".

Gamow pracoval na tomto modeli 10 rokov. V roku 1948 publikoval teóriu „ veľký tresk " Podľa teórie "Veľký tresk" náš vesmír sa rozširuje. Expanzia sa začala pred 15 miliardami rokov z počiatočného veľmi horúceho stavu. Podľa tejto teórie bola hmota vesmíru v počiatočnom momente v stave fyzického vákua. Fyzické vákuum bolo v nestabilnom, vzrušenom stave, pretože bolo obrovská energia: w=, kde g/cm 3 je hustota vákuovej hmoty a s- rýchlosť svetla. Energia vytvára obrovský tlak. V určitom okamihu 10 43 s., Vplyvom obrovského tlaku začína vákuové nafukovanie, t.j. vákuum začína strácať energiu. Od okamihu 10 ─43 s. do 10 ─35 s sa vákuová hmota exponenciálne rozpína ​​a jej veľkosť sa zväčší 10 50-krát. V časovom intervale od 10 ─35 s do 10 ─32 s, fázový prechod, teda “Veľký tresk”, počas ktorého prechádza vákuový stav hmoty tunelový efekt sa mení na horúci hustý vesmír s teplotou 10 32 K, s hmotou vo forme elektromagnetické vlny(rádiové vlny, infračervené, viditeľné, ultrafialové, röntgenové a gama lúče).

Náš vesmír sa teda zrodil vo forme ohnivá guľa, ktorý bol tzv "Ilem"(grécky ylem - primárna záležitosť). Ilem bol neutrálny plyn elektromagnetických vĺn a elementárnych častíc.

Kvôli rýchlemu rozšírenia, hmota vesmíru sa ochladí a začína sa objavovanie častíc zo žiarenia. Na začiatku bol počet častíc a antičastíc rovnaký. Potom sa to stane spontánne porušenie symetria, to vedie k prevahe častíc nad antičasticami. V prvých sekundách po výbuchu sa rodia hadróny(baryóny a mezóny). Po približne 1000 s po výbuchu sa teplota zvýši približne 10 10 K a rovnosť koncentrácií protónov a neutrónov je narušená z dôvodu, že životnosť protónov je rovnaká 10 31 rokov a životnosť neutrónov trvá približne 800 s. Neutróny sa rozpadajú a pomery sú stanovené: 77 % protónov a 22 % neutrónov. V časovom intervale od 1000 s do 10 000 s dochádza k tvorbe ľahkých atómov vodíka a hélia. Takmer všetky neutróny prechádzajú do tvorby jadra hélia a je stanovený nasledujúci vzťah: 77 % vodíka a 22 % hélia.

Vedci rozdeľujú časový interval pre vznik vesmíru na štyri „éry“ v súlade s prevládajúcou formou existencie hmoty.

1. Hadronová éra trvá 0,0001 sekundy. Hadrónová éra je érou ťažkých častíc. Hustota častíc je ρ>10 14 g/cm 3 a teplota T>10 12 K. Na konci éry dochádza k náhlemu narušeniu symetrie, rovnosti častíc a antičastíc. Za dôvod narušenia symetrie sa považuje nezachovanie baryónovej nálože. Výsledkom je, že na každý milión (10 6) antičastíc pripadá milión plus jedna (10 6 +1) častíc.

2. Éra leptónov. Trvanie éry je od 0,0001 s do 10 s, teplota je od 10 10 K do 10 12 K, hustota je od 10 4 do 10 14 g/cm3. V tejto dobe hrá hlavnú úlohu ľahké častice podieľajú sa na reakciách medzi protónmi a neutrónmi. Dochádza k vzájomným premenám protónov na neutróny a naopak. Postupne sa hromadia mu-mezóny, elektróny, neutrína a ich antičastice. Na konci éry leptónov nastáva anihilácia častíc a antičastíc. Vo Vesmíre teda antičastice miznú a zanechávajú častice a žiarenie. Vesmír sa stáva transparentným pre elektrónové neutrína. Tieto neutrína prežili dodnes.

3. Éra radiácie. Jeho trvanie je 70 miliónov rokov, teplota klesá z 10 10 K na 3 000 K a hustota z 10 4 na 10 -21 g/cm3. Na začiatku radiačnej éry je počet protónov a neutrónov približne rovnaký. Ako teplota klesá, množstvo existuje viac protónov v dôsledku rozpadu neutrónov. Na konci éry nastávajú podmienky pre vznik primárnych atómov, v dôsledku čoho sa Nová éra- éra látky.

4. Éra podstaty. Táto éra začala 70 miliónov rokov po „veľkom tresku“ s teplotou okolo 3000 K a hustotou okolo 10 4 g/cm 3 . Na začiatku éry boli hustota žiarenia a hustota hmoty (častíc) rovnaké - asi 10 −26 g/cm 3, boli v podmienkach tepelnej rovnováhy. V rovnováhe evolučný proces nenastáva, t.j. hmota sa nemôže stať zložitejšou. Ako sa však vesmír rozpína, hmota sa ochladzuje a žiarenie ochladzuje podľa iných zákonov. Teplota hmoty klesá nepriamo úmerne k druhej mocnine veľkosti vesmíru: T látka ~1/R 2. Teplota žiarenia klesá nepriamo úmerne k veľkosti vesmíru: T žiarenie ~1/R. teda látka sa ochladzuje oveľa rýchlejšie. Vesmír sa pohybuje z rovnovážneho stavu do nerovnovážneho stavu. Právomoci gravitácia vytvára nestabilitu a vytvára sa turbulentný pohyb rázové vlny. To všetko vedie k fragmentácii hmoty Vesmíru. Vznikajú malé a veľké oblaky plynu pozostávajúce zo žiarenia, elementárnych častíc, atómov vodíka a hélia. V časovom intervale od 3 hodín do 3 miliónov rokov vznikajú z malých oblakov hviezdy a z veľkých oblakov celé galaxie.

Mechanizmus vzniku hviezd, americký vedec Trumpler (1930) najprv vysvetlil skutočnosť, že oblak plynu a prachu sa stláča a zahrieva, tlak a teplota vo vnútri sa zvyšujú, čím sa stláčanie spomaľuje. Začína pri 20 miliónoch stupňov jadrovej reakcie , dôjde k výbuchu a objaví sa nová hviezda. Naše Slnko vykonalo túto cestu asi pred 1 miliónom rokov, asi pred 5 miliardami rokov.

Veľký tresk je jednou z tých teórií, ktoré sa o to pokúšajú plne sledovať históriu zrodu vesmíru, určiť počiatočné, súčasné a konečné procesy v jeho živote.

Bolo niečo pred vznikom vesmíru? Túto zásadnú, takmer metafyzickú otázku si kladú vedci dodnes. Vznik a vývoj vesmíru vždy bol a zostáva predmetom vášnivých diskusií, neuveriteľných hypotéz a vzájomne sa vylučujúcich teórií. Hlavné verzie pôvodu všetkého, čo nás obklopuje, podľa cirkevnej interpretácie predpokladali Boží zásah a vedecký svet podporil Aristotelovu hypotézu o statickej povahe vesmíru. Posledného modelu sa držal Newton, ktorý obhajoval bezhraničnosť a stálosť vesmíru, a Kant, ktorý túto teóriu rozvinul vo svojich prácach. V roku 1929 americký astronóm a kozmológ Edwin Hubble radikálne zmenil pohľad vedcov na svet.

Objavil nielen prítomnosť mnohých galaxií, ale aj expanziu vesmíru - nepretržité izotropné zväčšovanie veľkosti vesmíru, ktoré začalo v okamihu Veľkého tresku.

Komu vďačíme za objav Veľkého tresku?

Práca Alberta Einsteina na teórii relativity a jeho gravitačné rovnice umožnili de Sitterovi vytvoriť kozmologický model vesmíru. Na tento model bol naviazaný ďalší výskum. V roku 1923 Weyl navrhol, aby sa hmota umiestnená vo vesmíre rozpínala. Veľký význam pre rozvoj tejto teórie má práca vynikajúceho matematika a fyzika A. A. Friedmana. Ešte v roku 1922 povolil expanziu Vesmíru a urobil rozumné závery, že začiatok všetkej hmoty bol v jednom nekonečne hustom bode a vývoj všetkého bol daný Veľkým treskom. V roku 1929 Hubble publikoval svoje články vysvetľujúce podriadenosť radiálnej rýchlosti vzdialenosti; táto práca sa neskôr stala známou ako „Hubbleov zákon“.

G. A. Gamow, opierajúc sa o Friedmanovu teóriu veľkého tresku, rozvinul myšlienku vysokej teploty východiskovej látky. Naznačil tiež prítomnosť kozmického žiarenia, ktoré s expanziou a ochladzovaním sveta nezmizlo. Vedec vykonal predbežné výpočty možná teplota zvyškové žiarenie. Hodnota, ktorú predpokladal, bola v rozmedzí 1-10 K. Do roku 1950 urobil Gamow presnejšie výpočty a oznámil výsledok 3 K. V roku 1964 rádioastronómovia z Ameriky pri zlepšovaní antény eliminovaním všetkých možných signálov určili parametre kozmického žiarenia. Ukázalo sa, že jeho teplota sa rovná 3 K. Táto informácia sa stala najdôležitejším potvrdením Gamowovej práce a existencie kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia. Následné merania kozmického pozadia uskutočnené v vonkajší priestor, konečne dokázal presnosť výpočtov vedca. S mapou kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia sa môžete zoznámiť na.

Moderné predstavy o teórii veľkého tresku: ako sa to stalo?

Jedným z nám známych modelov, ktorý komplexne vysvetľuje vznik a vývojové procesy Vesmíru, je teória veľkého tresku. Podľa dnes všeobecne akceptovanej verzie pôvodne existovala kozmologická singularita - stav nekonečnej hustoty a teploty. Vyvinuli ho fyzici teoretický základ zrodenie vesmíru z bodu, ktorý mal extrémny stupeň hustoty a teploty. Po Veľkom tresku začali priestor a hmota Kozmu prebiehať proces expanzie a stabilného ochladzovania. Podľa najnovší výskum Začiatok vesmíru bol položený najmenej pred 13,7 miliardami rokov.

Počiatočné obdobia pri formovaní vesmíru

Prvý moment, ktorého rekonštrukcia je povolená fyzikálne teórie, je Planckova epocha, ktorej vznik sa stal možným 10-43 sekúnd po veľkom tresku. Teplota hmoty dosiahla 10 x 32 K a jej hustota bola 10 x 93 g/cm3. Počas tohto obdobia gravitácia získala nezávislosť, čím sa oddelila od základných interakcií. Nepretržitá expanzia a pokles teploty spôsobili fázovú premenu elementárnych častíc.

Ďalšie obdobie, charakterizované exponenciálnym rozpínaním vesmíru, prišlo po ďalších 10-35 sekundách. Volalo sa to „kozmická inflácia“. Nastala náhla expanzia, mnohonásobne väčšia ako zvyčajne. Toto obdobie dalo odpoveď na otázku, prečo teplota v rôzne body Je vesmír rovnaký? Po Veľkom tresku sa hmota hneď nerozptýlila po celom Vesmíre, ďalších 10-35 sekúnd bola celkom kompaktná a nastolila sa v nej tepelná rovnováha, ktorú nenarušila inflačná expanzia. Obdobie poskytlo základný materiál – kvark-gluónovú plazmu, slúžiacu na tvorbu protónov a neutrónov. Tento proces nastal po ďalšom poklese teploty a nazýva sa „baryogenéza“. Vznik hmoty sprevádzal súčasný vznik antihmoty. Dve antagonistické látky anihilovali, stali sa žiarením, no prevládol počet obyčajných častíc, čo umožnilo vznik vesmíru.

Ďalší fázový prechod, ktorý nastal po znížení teploty, viedol k vzniku nám známych elementárnych častíc. Éra „nukleosyntézy“, ktorá prišla potom, bola poznačená kombináciou protónov do svetelných izotopov. Prvé vytvorené jadrá mali krátkodobý existencie, rozpadli sa počas nevyhnutné strety s inými časticami. Stabilnejšie prvky vznikli do troch minút po stvorení sveta.

Ďalším významným míľnikom bola dominancia gravitácie nad ostatnými dostupnými silami. 380 tisíc rokov po Veľkom tresku sa objavil atóm vodíka. Nárast vplyvu gravitácie znamenal koniec počiatočného obdobia formovania vesmíru a odštartoval proces vzniku prvých hviezdnych systémov.

Aj po takmer 14 miliardách rokov kozmické mikrovlnné žiarenie pozadia stále zostáva vo vesmíre. Jeho existencia v kombinácii s červeným posunom sa uvádza ako argument na potvrdenie platnosti teórie veľkého tresku.

Kozmologická singularita

Ak používate všeobecná teória relativita a skutočnosť neustáleho rozpínania vesmíru, návrat na začiatok času, potom sa veľkosť vesmíru bude rovnať nule. Počiatočný moment alebo veda ho nedokáže dostatočne presne opísať pomocou fyzikálnych znalostí. Použité rovnice nie sú vhodné pre taký malý objekt. Potrebná je symbióza, ktorá dokáže spojiť kvantovú mechaniku a všeobecnú teóriu relativity, no, žiaľ, ešte nebola vytvorená.

Evolúcia vesmíru: čo ho čaká v budúcnosti?

Vedci uvažujú o dvoch možné možnosti vývoj: expanzia vesmíru nikdy neskončí, alebo dosiahne kritický bod a začne to spätný proces- kompresia. Táto základná voľba závisí od priemernej hustoty látky v jej zložení. Ak je vypočítaná hodnota nižšia ako kritická hodnota, predpoveď je priaznivá, ak je vyššia, svet sa vráti do singulárneho stavu. Vedci momentálne nepoznajú presnú hodnotu opísaného parametra, a tak je vo vzduchu otázka budúcnosti Vesmíru.

Vzťah náboženstva k teórii veľkého tresku

Hlavné náboženstvá ľudstva: katolicizmus, pravoslávie, islam svojím spôsobom podporujú tento model stvorenia sveta. Liberálni predstavitelia týchto náboženských denominácií súhlasia s teóriou vzniku vesmíru v dôsledku nejakého nevysvetliteľného zásahu, definovaného ako Veľký tresk.

Názov teórie, ktorý je známy celému svetu - „Veľký tresk“ - dal nevedomky odporca verzie expanzie vesmíru od Hoyla. Takýto nápad považoval za „úplne nevyhovujúci“. Po zverejnení jeho tematických prednášok sa zaujímavý termín okamžite chytil medzi verejnosťou.

Dôvody, ktoré spôsobili Veľký tresk, nie sú s určitosťou známe. Podľa jednej z mnohých verzií, patriacej A. Yu.Glushkovi, bola pôvodná hmota stlačená do hrotu čierna hyperdiera a príčinou výbuchu bol kontakt dvoch takýchto predmetov pozostávajúcich z častíc a antičastíc. Počas anihilácie hmota čiastočne prežila a dala vzniknúť nášmu Vesmíru.

Inžinieri Penzias a Wilson, ktorí objavili kozmické mikrovlnné žiarenie na pozadí, dostali Nobelovu cenu za fyziku.

Teplota žiarenia kozmického mikrovlnného pozadia bola spočiatku veľmi vysoká. Po niekoľkých miliónoch rokov sa ukázalo, že tento parameter je v medziach, ktoré zabezpečujú vznik života. Do tohto obdobia sa však vytvoril iba malý počet planét.

Astronomické pozorovania a výskumy pomáhajú nájsť odpovede na najdôležitejšie otázky ľudstva: „Ako sa to všetko objavilo a čo nás čaká v budúcnosti? Napriek tomu, že nie všetky problémy boli vyriešené a hlavná príčina vzhľadu vesmíru nemá prísne a harmonické vysvetlenie, teória veľkého tresku získala dostatočné množstvo potvrdenia, ktoré z neho robia hlavný a prijateľný model vzniku vesmíru.

Veľký tresk

Veľký tresk. Tak sa volá teória, alebo skôr jedna z teórií vzniku alebo ak chcete, stvorenia Vesmíru. Názov je možno príliš frivolný na takú desivú a hrôzu vzbudzujúcu udalosť. Zvlášť desivé, ak ste si niekedy položili veľmi ťažké otázky o vesmíre.

Napríklad, ak je vesmír všetko, čo je, ako to začalo? A čo sa stalo pred tým? Ak priestor nie je nekonečný, čo je potom za ním? A kam by sa toto niečo malo vlastne zmestiť? Ako rozumieme slovu „nekonečný“?

Tieto veci je ťažké pochopiť. Navyše, keď o tom začnete premýšľať, máte strašidelný pocit niečoho majestátneho a hrozného. Ale otázky o vesmíre sú jednou z najdôležitejších otázok, ktoré si ľudstvo počas svojej histórie kládlo.

Aký bol začiatok existencie vesmíru?

Väčšina vedcov je presvedčená, že existencia vesmíru sa začala obrovskou veľkou explóziou hmoty, ku ktorej došlo asi pred 15 miliardami rokov. Po mnoho rokov väčšina vedcov zdieľala hypotézu, že začiatok vesmíru bol položený veľkou explóziou, ktorú vedci vtipne nazvali „Veľký tresk“. Podľa ich názoru sa všetka hmota a všetok priestor, ktorý dnes predstavujú miliardy a milióny galaxií a hviezd, pred 15 miliardami rokov zmestili do maličkého priestoru, ktorý nie je väčší ako pár slov v tejto vete.

Súvisiace materiály:

Najviac veľké planéty Vesmír

Ako vznikol Vesmír?

Vedci sa domnievajú, že pred 15 miliardami rokov tento malý objem explodoval na malé častice menšie ako atómy, čo viedlo k existencii vesmíru. Spočiatku to bola hmlovina z jemné častice. Neskôr, keď sa tieto častice spojili, vznikli atómy. Hviezdne galaxie vznikli z atómov. Od tohto Veľkého tresku sa vesmír ďalej rozpínal ako nafukovací balón.

Pochybnosti o teórii veľkého tresku

Za posledných pár rokov však vedci, ktorí študujú štruktúru vesmíru, urobili niekoľko neočakávaných objavov. Niektorí z nich spochybňujú teóriu veľkého tresku. Čo môžete robiť, náš svet nie vždy zodpovedá našim pohodlným predstavám o ňom.

Rozloženie hmoty počas výbuchu

Jedným z problémov je spôsob distribúcie hmoty vo vesmíre. Keď predmet vybuchne, jeho obsah sa rovnomerne rozptýli všetkými smermi. Inými slovami, ak bola hmota spočiatku stlačená do malého objemu a potom explodovala, potom by hmota mala byť rovnomerne rozložená v celom vesmíre.

Realita je však veľmi odlišná od očakávaných predstáv. Žijeme vo veľmi nerovnomerne naplnenom vesmíre. Pri pohľade do priestoru sa jednotlivé zhluky hmoty objavujú v určitej vzdialenosti od seba. Obrovské galaxie sú roztrúsené sem a tam po celom vesmíre. Medzi galaxiami sú obrovské oblasti nezaplnenej prázdnoty. Pre viac vysoký stupeň galaxie sú zoskupené do zhlukov - zhlukov a tie druhé - do megakopy. Nech je to akokoľvek, vedci sa zatiaľ nezhodli na otázke, ako a prečo presne takéto štruktúry vznikli. So všetkým navyše v poslednom čase vyvstal nový, ešte vážnejší problém.

Odpoveď na otázku „Čo je Veľký tresk? možno získať počas dlhej diskusie, pretože to zaberie veľa času. Pokúsim sa túto teóriu stručne a k veci vysvetliť. Takže teória veľkého tresku predpokladá, že náš vesmír náhle vznikol približne pred 13,7 miliardami rokov (všetko vzniklo z ničoho). A to, čo sa stalo potom, stále ovplyvňuje, ako a akým spôsobom všetko vo Vesmíre spolu interaguje. Uvažujme kľúčové body teórie.

O 11 rokov bude môcť kozmológia ako veda osláviť storočnicu. V roku 1917 si Albert Einstein uvedomil, že rovnice všeobecnej relativity umožňujú vypočítať fyzikálne rozumné modely vesmíru. Klasická mechanika a teória gravitácie neposkytujú takúto možnosť: Newton sa pokúsil postaviť veľký obraz Vesmír sa však vo všetkých prípadoch nevyhnutne zrútil pod vplyvom gravitácie.

Einstein absolútne neveril na začiatok a koniec vesmíru a preto prišiel s večne existujúcim statickým vesmírom. Na to potreboval do svojich rovníc zaviesť špeciálnu zložku, ktorá vytvorila „antigravitáciu“ a tým formálne zabezpečila stabilitu svetového poriadku. Einstein považoval tento dodatok (tzv. kozmologický termín) za nevkusný, škaredý, no predsa potrebný (autor Všeobecnej relativity nadarmo nedôveroval svojmu estetickému inštinktu – neskôr sa dokázalo, že statický model je nestabilný a teda fyzikálne nezmyselný).

Einsteinov model mal rýchlo konkurentov – model sveta bez hmoty od Willema de Sittera (1917), uzavreté a otvorené nestacionárne modely Alexandra Friedmana (1922 a 1924). Ale tieto krásne konštrukcie zostali zatiaľ čisto matematickými cvičeniami. Aby sme nehovorili o vesmíre ako o celku špekulatívne, musíme aspoň vedieť, že existujú svety, ktoré sa nachádzajú mimo hviezdokopy, v ktorej sa spolu s ňou nachádza aj Slnečná sústava a my. A kozmológia dostala príležitosť hľadať podporu v astronomické pozorovania až potom, čo Edwin Hubble publikoval svoju prácu „Extragalaktické hmloviny“ v roku 1926, kde boli galaxie prvýkrát opísané ako nezávislé hviezdne systémy, ktoré nie sú súčasťou Mliečnej dráhy.

Vytvorenie vesmíru netrvalo šesť dní - väčšina práce bola dokončená oveľa skôr. Tu je jeho približná chronológia.

0. Veľký tresk.

Planckova éra: 10-43 s. Planckov moment. Gravitačná interakcia je oddelená. Veľkosť vesmíru je v súčasnosti 10-35 m (takzvaná Planckova dĺžka). 10-37 s. Inflačná expanzia vesmíru.

Éra veľkého zjednotenia: 10-35 str. Oddelenie silných a elektroslabých interakcií. 10-12 s. Oddelenie slabých interakcií a konečné oddelenie interakcií.

Hadrónová éra: 10-6 s. Anihilácia protón-antiprotónových párov. Kvarky a antikvarky prestávajú existovať ako voľné častice.

Leptónová éra: 1 s. Vznikajú vodíkové jadrá. Začína sa jadrová fúzia hélia.

Éra nukleosyntézy: 3 minúty. Vesmír sa skladá zo 75 % vodíka a 25 % hélia, ako aj zo stopových množstiev ťažkých prvkov.

Doba žiarenia: 1 týždeň. V tomto čase je žiarenie termalizované.

Éra hmoty: 10 tisíc rokov. Hmota začína dominovať vo vesmíre. 380 tisíc rokov. Jadrá vodíka a elektróny sa rekombinujú, vesmír sa stáva transparentným pre žiarenie.

Hviezdna éra: 1 miliarda rokov. Vznik prvých galaxií. 1 miliarda rokov. Vznik prvých hviezd. 9 miliárd rokov. Vzdelávanie slnečná sústava. 13,5 miliardy rokov. Tento moment

Ústup galaxií

Táto šanca bola rýchlo realizovaná. Belgičan Georges Henri Lemaître, ktorý študoval astrofyziku na Massachusettskom technologickom inštitúte, počul zvesti, že Hubble bol blízko k revolučnému objavu – dôkazu o recesii galaxií. V roku 1927, po návrate do svojej vlasti, Lemaitre publikoval (a v nasledujúcich rokoch spresnil a vyvinul) model vesmíru vytvorený ako výsledok explózie superhustej hmoty expandujúcej v súlade s rovnicami všeobecnej relativity. Matematicky dokázal, že ich radiálna rýchlosť by mala byť úmerná ich vzdialenosti od Slnečnej sústavy. O rok neskôr dospel k rovnakému záveru nezávisle aj Princetonský matematik Howard Robertson.

A v roku 1929 Hubble experimentálne získal rovnakú závislosť spracovaním údajov o vzdialenosti dvadsiatich štyroch galaxií a červenom posune svetla z nich vychádzajúceho. O päť rokov neskôr Hubble a jeho pozorovací asistent Milton Humason poskytli ďalší dôkaz tohto záveru sledovaním veľmi slabých galaxií, ktoré ležia na extrémnom okraji pozorovateľného priestoru. Predpovede Lemaîtra a Robertsona boli úplne oprávnené a zdalo sa, že kozmológia nestacionárneho vesmíru vyhrala rozhodujúce víťazstvo.

Nerozpoznaný model

Ale aj tak sa astronómovia neponáhľali kričať hurá. Lemaitrov model umožnil odhadnúť trvanie existencie vesmíru - na to bolo potrebné iba zistiť číselnú hodnotu konštanty obsiahnutej v Hubblovej rovnici. Pokusy určiť túto konštantu viedli k záveru, že náš svet vznikol len asi pred dvoma miliardami rokov. Geológovia však tvrdili, že Zem je oveľa staršia a astronómovia nepochybovali, že vesmír je plný hviezd slušnejšieho veku. Astrofyzici mali tiež svoje dôvody na nedôveru: percentuálne zloženie distribúcia chemické prvky vo Vesmíre na základe Lemaitrovho modelu (túto prácu prvýkrát urobil Chandrasekhar v roku 1942) jasne odporovala realite.

Skepsa špecialistov bola vysvetlená aj filozofickými dôvodmi. Astronomická komunita si práve zvykla na myšlienku, že sa pred ňou otvoril nekonečný svet obývaný mnohými galaxiami. Zdalo sa prirodzené, že vo svojich základoch sa nemení a existuje navždy. A teraz boli vedci požiadaní, aby priznali, že Kozmos je konečný nielen v priestore, ale aj v čase (navyše táto myšlienka naznačovala božské stvorenie). Preto Lemetreho teória zostala dlho bez práce. Ešte horší osud však postihol model večne oscilujúceho Vesmíru, ktorý v roku 1934 navrhol Richard Tolman. Nedočkalo sa jej vôbec vážneho uznania a koncom 60. rokov bolo odmietnuté ako matematicky nesprávne.

Po tom, čo George Gamow a jeho postgraduálny študent Ralph Alpher začiatkom roku 1948 postavili novú, realistickejšiu verziu tohto modelu, zásoby „nadupaného sveta“ príliš nestúpli. Lemaîtreho vesmír sa zrodil z výbuchu hypotetického „primárneho atómu“, ktorý zjavne presahoval predstavy fyzikov o povahe mikrokozmu.

Gamowova teória na dlhú dobu bol nazvaný celkom akademicky – „dynamicky sa vyvíjajúci model“. A frázu „Veľký tresk“ napodiv nevymyslel autor tejto teórie a dokonca ani jej zástanca. V roku 1949 pozval vedecký producent BBC Peter Laslett Freda Hoyla, aby pripravil sériu piatich prednášok. Hoyle zažiaril pred mikrofónom a medzi poslucháčmi rádií si okamžite získal obrovskú sledovanosť. Vo svojom poslednom príhovore hovoril o kozmológii, hovoril o svojom modeli a nakoniec sa rozhodol vyrovnať účty so svojimi konkurentmi. Ich teória, povedal Hoyle, "je založená na predpoklade, že vesmír vznikol pri jedinej silnej explózii, a preto existuje len obmedzený čas... Táto myšlienka Veľkého tresku sa mi zdá úplne neuspokojivá." Takto sa tento výraz objavil prvýkrát. Do ruštiny sa dá preložiť aj ako „Big Cotton“, čo pravdepodobne presnejšie zodpovedá hanlivému významu, ktorý do toho vložil Hoyle. O rok neskôr vyšli jeho prednášky a nový termín obletel svet

George Gamow a Ralph Alpher navrhli, aby sa vesmír krátko po svojom zrode skladal zo známych častíc – elektrónov, fotónov, protónov a neutrónov. V ich modeli bola táto zmes zahriata na vysoké teploty a pevne zabalené v malom (v porovnaní so súčasným) objemom. Gamow a Alfer ukázali, že v tejto superhorúcej polievke dochádza k termonukleárnej fúzii, čo vedie k vytvoreniu hlavného izotopu hélia, hélia-4. Dokonca vypočítali, že už po niekoľkých minútach sa hmota dostane do rovnovážneho stavu, v ktorom na každé jadro hélia pripadá asi tucet vodíkových jadier.

Tento podiel bol celkom v súlade s astronomickými údajmi o rozložení svetelných prvkov vo vesmíre. Tieto zistenia čoskoro potvrdili Enrico Fermi a Anthony Turkiewicz. Zistili tiež, že procesy termonukleárnej fúzie musia produkovať nejaký ľahký izotop hélia-3 a ťažké izotopy vodíka – deutérium a trícium. Ich odhady koncentrácií týchto troch izotopov vo vesmíre sa tiež zhodovali s pozorovaniami astronómov.

Teória problémov

Ale praktizujúci astronómovia naďalej pochybovali. Po prvé, zostal tu problém veku vesmíru, ktorý Gamowova teória nedokázala vyriešiť. Predĺžiť trvanie existencie sveta bolo možné len dokázaním, že galaxie odlietajú oveľa pomalšie, ako sa bežne verí (nakoniec sa tak stalo a do značnej miery aj pomocou pozorovaní uskutočnených na observatóriu Palomar, ale už v r. 60. roky 20. storočia).

Po druhé, Gamova teória sa zastavila na nukleosyntéze. Po vysvetlení vzniku hélia, deutéria a trícia nebola schopná postúpiť k ťažším jadrám. Jadro hélia-4 pozostáva z dvoch protónov a dvoch neutrónov. Všetko by bolo v poriadku, keby dokázalo pripojiť protón a premeniť sa na jadro lítia. Jadrá troch protónov a dvoch neutrónov alebo dvoch protónov a troch neutrónov (lítium-5 a hélium-5) sú však extrémne nestabilné a okamžite sa rozpadajú. Preto v prírode existuje iba stabilné lítium-6 (tri protóny a tri neutróny). Pre jeho vznik priamou fúziou je potrebné, aby protón aj neutrón súčasne splynuli s jadrom hélia a pravdepodobnosť tejto udalosti je extrémne nízka. Pravda, v podmienkach vysoká hustota hmoty v prvých minútach existencie Vesmíru sa takéto reakcie ešte občas vyskytujú, čo vysvetľuje veľmi nízku koncentráciu najstarších atómov lítia.

Príroda pripravila pre Gamowa ďalšie nemilé prekvapenie. Cesta k ťažkým prvkom by mohla viesť aj fúziou dvoch jadier hélia, no aj táto kombinácia je neživotaschopná. Neexistoval spôsob, ako vysvetliť pôvod prvkov ťažších ako lítium a koncom 40. rokov sa táto prekážka zdala neprekonateľná (teraz vieme, že sa rodia iba v stabilných a explodujúcich hviezdach a v kozmickom žiarení, ale Gamow to nevedel).

Model „horúceho“ zrodu Vesmíru mal však v zálohe ešte jednu kartu, ktorá sa časom stala tromfom. V roku 1948 Alpher a ďalší Gamowov asistent Robert Herman dospeli k záveru, že priestor je preniknutý mikrovlnným žiarením, ktoré vzniklo 300 tisíc rokov po primárnej kataklizme. Rádioastronómovia však o túto predpoveď neprejavili záujem a zostala len na papieri.

Vznik konkurenta

Gamow a Alpher vymysleli svoj „horúci“ model v hlavnom meste USA, kde Gamow od roku 1934 vyučoval na Univerzite Georgea Washingtona. Mnohé z ich produktívnych nápadov vznikli pri striedmych drinkoch v bare Little Vienna na Pennsylvania Avenue pri Bielom dome. A ak sa niekomu zdá táto cesta k vybudovaniu kozmologickej teórie exotická, čo povedať o alternatíve, ktorá sa zrodila pod vplyvom hororového filmu?

Fred Hoyle: Vesmír sa navždy rozširuje! Hmota sa rodí spontánne v prázdnote takou rýchlosťou, že priemerná hustota vesmíru zostáva konštantná

V starom dobrom Anglicku sa na univerzite v Cambridge po vojne usadili traja pozoruhodní vedci – Fred Hoyle, Herman Bondi a Thomas Gold. Predtým pracovali v radarovom laboratóriu britského námorníctva, kde sa spriatelili. Hoyle, Angličan z Yorkshire, nemal v čase kapitulácie Nemecka ešte 30 a jeho priatelia, rodáci z Viedne, mali 25. Hoyle a jeho priatelia sa vo svojej „radarovej ére“ venovali rozhovorom o problémoch vesmíru a kozmológia. Všetkým trom sa nepáčil Lemaitrov model, ale Hubbleov zákon brali vážne, a preto odmietli koncepciu statického vesmíru. Po vojne sa zišli u Bondiho a diskutovali o rovnakých problémoch. Inšpirácia prišla po zhliadnutí hororového filmu „Dead in the Night“. jej Hlavná postava Walter Craig sa ocitol v uzavretej slučke udalostí, ktoré ho na konci filmu vrátili do rovnakej situácie, akou to všetko začalo. Film s takouto zápletkou môže trvať večnosť (ako báseň o kňazovi a jeho psovi). Vtedy si Gold uvedomil, že vesmír by sa mohol ukázať ako analóg tohto sprisahania - súčasne sa meniaci a nemenný!

Priatelia považovali tento nápad za šialený, ale potom sa rozhodli, že v tom niečo je. Spoločne premenili hypotézu na koherentnú teóriu. Bondi a Gold poskytli všeobecné zhrnutie a Hoyle v samostatnej publikácii “ Nový model expanding Universe" - matematické výpočty. Za základ zobral rovnice všeobecnej relativity, no doplnil ich o hypotetické „Pole Stvorenia" (C-pole), ktoré má podtlak. Niečo také sa objavilo o 30 rokov neskôr v inflačných kozmologických teóriách že Hoyle zdôraznil so značným potešením.

Kozmológia ustáleného stavu

Nový model vstúpil do histórie vedy ako kozmológia ustáleného stavu. Vyhlásila úplnú rovnosť nielen všetkých bodov priestoru (to bol prípad Einsteina), ale aj všetkých časových okamihov: Vesmír sa rozširuje, ale nemá začiatok, pretože vždy zostáva podobný sám sebe. Gold nazval toto tvrdenie dokonalým kozmologickým princípom. Geometria priestoru v tomto modeli zostáva plochá, rovnako ako Newtonova. Galaxie sa rozptýlia, no v priestore „z ničoho“ (presnejšie z oblasti stvorenia) sa objavuje nová hmota a to s takou intenzitou, že priemerná hustota hmoty zostáva nezmenená. V súlade s vtedy známou hodnotou Hubbleovej konštanty Hoyle vypočítal, že v každom kubickom metri priestoru sa v priebehu 300 tisíc rokov rodí iba jedna častica. Otázka, prečo prístroje tieto procesy neregistrujú, bola okamžite odstránená – sú príliš pomalé podľa ľudských štandardov. Nová kozmológia nezaznamenala žiadne ťažkosti spojené s vekom vesmíru, tento problém pre ňu jednoducho neexistoval.

Na potvrdenie svojho modelu Hoyle navrhol použiť údaje o priestorovom rozložení mladých galaxií. Ak C-pole rovnomerne vytvára hmotu všade, potom by priemerná hustota takýchto galaxií mala byť približne rovnaká. Naopak, model kataklizmatického zrodu vesmíru predpovedá, že na vzdialenom okraji pozorovateľného priestoru je táto hustota maximálna – odtiaľ k nám prichádza svetlo hviezdokôp, ktoré ešte nestihli zostarnúť. Hoylovo kritérium bolo úplne rozumné, ale v tom čase ho nebolo možné otestovať pre nedostatok výkonné teleskopy.

Triumf a porážka

Viac ako 15 rokov bojovali teórie rivalov takmer ako rovnocenné. Pravda, v roku 1955 anglický rádioastronóm a budúcnosť kandidát na Nobelovu cenu Martin Ryle zistil, že hustota slabých rádiových zdrojov na kozmickej periférii je väčšia ako v blízkosti našej galaxie. Uviedol, že tieto výsledky sú v rozpore s kozmológiou ustáleného stavu. O niekoľko rokov neskôr však jeho kolegovia dospeli k záveru, že Ryle prehnal rozdiely v hustotách, takže otázka zostala otvorená.

Ale v jeho dvadsiatom roku začala Hoylova kozmológia rýchlo miznúť. V tom čase už astronómovia dokázali, že Hubbleova konštanta bola rádovo menšia ako predchádzajúce odhady, čo umožnilo zvýšiť odhadovaný vek vesmíru na 10 až 20 miliárd rokov (moderný odhad je 13,7 miliardy rokov ± 200 miliónov rokov). ). A v roku 1965 Arno Penzias a Robert Wilson zachytili žiarenie, ktoré predpovedali Alfer a Herman, a tým okamžite prilákali veľa priaznivcov teórie veľkého tresku.

Už štyridsať rokov je táto teória považovaná za štandardný a všeobecne akceptovaný kozmologický model. Má aj konkurentov rôzneho veku, ale Hoylovu teóriu už nikto neberie vážne. Nepomohol jej ani objav (v roku 1999) zrýchlenia rozpínania galaxií, o ktorého možnosti písali Hoyle aj Bondi a Gold. Jej čas je nenávratne preč.