Теория Большого взрыва

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 
34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 
51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 
68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 
85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 
102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 
119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 
136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 
153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 
170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 
187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 
204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 
221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 

Что касается земного опыта, то мы можем наблюдать только настоящее. Прошлое, по определению, есть то, чего уже не существует. А вот в отношении Вселенной (ввиду ограничений, накладываемых скоростью света) применимо как раз обратное. Мы не можем наблюдать ее настоящее, а только прошлое. Чем глубже это наблюдение, тем дальше мы проникаем в прошлое.

В связи с этим существуют два основных способа познания прошлого. Первый — наблюдение за тенденциями настоящего (или по космическим меркам совсем недавнего прошлого), чтобы затем обнаружить их в прошлом. В этот момент происходит разбегание галактик (как от нас, так и друг от друга). При наблюдении за удаляющимся на большой скорости телом меняется спектр света, исходящего от него. В 1929 году американский астроном Эдвин Пауэлл Хаббл (1889—1953) наблюдал «красное смещение» у света, исходящего от далеких галактик. Он обнаружил, что чем дальше расположена галактика, тем быстрее она удаляется от нас. Такое разбегание галактик означает, что Вселенная расширяется.

По скорости расширения можно вычислить возраст Вселенной. Приблизительно 10—20 миллиардов лет назад она начала расширяться после «взрыва» (известного как Большой взрыв) из точки, где пространство, время и материя были сжаты в бесконечно малую величину, именуемую пространственно-временной сингулярностью. Крайне важно здесь понять то, что сингулярность — это точка, не принадлежащая пространству и времени, а породившая их.

Трудно представить себе взрыв без разлетающегося в пространстве вещества. Но в начальной стадии не было никакого пространства «вовне», в котором могло бы взорваться вещество. Пространство создавалось начавшимся расширением. Неверно говорить, что Вселенная началась с точки (сингулярности) крайне малых размеров, так как в этом случае мы автоматически предполагаем наличие мира вне этой точки, а ведь тогда (согласно данной теории) отсутствовало всякое «вовне».

Процесс, который привел Вселенную к ее нынешнему виду, состоял в превращении энергии в вещество, начавшее равномерно распространяться в виде горячего газа. Этот газ затем охлаждался и конденсировался, постепенно образуя галактики.

Но как бы убедительны ни были эти доводы, они являются только приложением нынешних тенденций к прошлому. Ведь нам доступно лишь оно, как бы далеко мы ни заглядывали. Поэтому, если эта теория верна, мы должны отыскать в далеком прошлом следы Большого взрыва.

Главное предположение заключается в следующем: если пространство увеличивается по мере расширения, то тогда следы Большого взрыва должны быть не сосредоточены в одном месте, а как бы равномерно рассеяны во Вселенной. Прямое свидетельство этого было предъявлено в 60-е годы ХХ века, когда обнаружили фоновое микроволновое излучение (так называемое реликтовое излучение со спектром абсолютно черного тела) с температурой три градуса выше абсолютного нуля.

Каждая теория подтверждается правильностью своих предсказаний. Иначе говоря, мы должны вывести, что следует из теории, а затем убедиться в верности прогноза. В случае с теорией Большого взрыва проверялись некоторые вполне очевидные ее следствия.

• Во-первых, мы можем найти некоторые свидетельства раннего состояния Вселенной, что и представляет собой реликтовое излучение.

• Во-вторых, если Вселенная началась с Большого взрыва — состояния, когда все начало разлетаться, то (раз силам тяготения не удалось сдержать этот процесс) она должна расширяться и до сих пор. Это подтверждает наблюдение «красного смещения» у далеких галактик. Чем дальше от нас галактика, тем быстрее она удаляется. Таким образом, Вселенная все еще расширяется.

• В-третьих, если Вселенная расширяется, в ней должно быть много легких элементов, особенно водорода. Количество этих веществ, наблюдаемых сегодня, согласуется с тем, что предполагает теория.

Но остается много загадок. В частности, неясно, откуда появилось огромное количество вещества и излучения в нынешней Вселенной, а также почему произошло такое быстрое ее расширение. Пытаясь найти возможный пусковой механизм Большого взрыва, Нил Тьюрок и Стивен Хокинг разработали теорию, благодаря которой появилось понятие «инстантон»1 — точка, включающая пространство, время, вещество и тяготение. «Инстантон» живет лишь один миг, но способен запустить механизм, порождающий бесконечную Вселенную.

Более того, задолго до возникновения галактик наблюдалась неоднородность Вселенной, она и сыграла ключевую роль в том, как происходили в дальнейшем конденсация горячего газа и образование тех структур, которые мы наблюдаем сегодня. Недавняя работа американского физика А. Гуса и русского А. Линде1 над моделью с «раздувающейся», или «инфляционной», Вселенной указывает на то, что крайне быстрое раздувание Вселенной на этапе ее эволюции сопровождалось спонтанным рождением вещества и энергии, что и составило первый этап Большого взрыва. Небольшие квантовые отклонения на этой стадии как раз объясняют те неоднородности, которые покрывали, словно рябью, расширяющуюся Вселенную и по мере ее охлаждения привели к возникновению галактик.