Понимание теории большого взрыва

Теория большого взрыва является доминирующей теорией происхождения Вселенной. По сути, эта теория утверждает, что Вселенная началась с начальной точки или сингулярности, которая расширилась за миллиарды лет, чтобы сформировать Вселенную, которую мы теперь знаем.

Первые открытия расширяющейся Вселенной

В 1922 году русский космолог и математик по имени Александр Фридман обнаружил, что решения уравнений поля общей теории относительности Альберта Эйнштейна приводят к расширению Вселенной. Как сторонник статической, вечной Вселенной, Эйнштейн добавил космологическую постоянную к своим уравнениям, «исправив» эту «ошибку» и тем самым устранив расширение. Позже он назовет это самой большой ошибкой в ​​своей жизни.

На самом деле, уже были данные наблюдений в поддержку расширяющейся Вселенной. В 1912 году американский астроном Весто Слайфер наблюдал спиральную галактику, которую в то время считали «спиральной туманностью», поскольку астрономы еще не знали, что есть галактики за пределами Млечного Пути, и зарегистрировал ее красное смещение, смещение источника света. ближе к красному концу светового спектра. Он заметил, что все такие туманности удалялись от Земли. В то время эти результаты были довольно спорными, и их полное значение не принималось во внимание.

В 1924 году астроном Эдвин Хаббл смог измерить расстояние до них ». туманность «и обнаружил, что они находятся так далеко, что фактически не являются частью Млечного Пути. Он обнаружил, что Млечный Путь был лишь одной из многих галактик и что эти «туманности» на самом деле были галактиками сами по себе.

Рождение Большого взрыва

В 1927 году римско-католический священник и физик Жорж Леметр независимо рассчитал решение Фридмана и снова предположил, что Вселенная должна расширяться. Эту теорию поддержал Хаббл, когда в 1929 году он обнаружил, что существует корреляция между расстоянием до галактик и величиной красного смещения в свете этой галактики. Далекие галактики удалялись быстрее, что и было предсказано решениями Леметра.

В 1931 году Леметр пошел дальше в своих предсказаниях, экстраполируя назад во времени. обнаруживают, что материя Вселенной в прошлом достигла бы бесконечной плотности и температуры за конечное время. Это означало, что вселенная, должно быть, началась в невероятно маленькой плотной точке материи, называемой «первобытным атомом».

Тот факт, что Леметр был католиком священник беспокоил некоторых, поскольку он выдвигал теорию, которая представляла определенный момент «творения» вселенной. В 1920-х и 1930-х годах большинство физиков, например Эйнштейн, были склонны полагать, что Вселенная существовала всегда. По сути, многие люди считали теорию большого взрыва слишком религиозной.

Big Bang vs. Стабильное состояние

Хотя некоторое время было представлено несколько теорий, на самом деле только теория стационарного состояния Фреда Хойла обеспечила реальную конкуренцию теории Леметра. По иронии судьбы именно Хойл придумал фразу «Большой взрыв» во время радиопередачи 1950-х годов, рассматривая ее как насмешливый термин для теории Леметра.

Устойчивый Теория состояний предсказала, что новая материя была создана таким образом, что плотность и температура Вселенной оставались постоянными с течением времени, даже когда Вселенная расширялась. Хойл также предсказал, что более плотные элементы образовались из водорода и гелия в процессе звездного нуклеосинтеза, что, в отличие от теории стационарного состояния, оказалось точным.

Джордж Гамов — один из учеников Фридмана — был главным защитником теории большого взрыва. Вместе с коллегами Ральфом Альфером и Робертом Херманом он предсказал космическое микроволновое фоновое излучение (CMB), которое должно существовать во Вселенной как остаток Большого взрыва. Когда в эпоху рекомбинации начали формироваться атомы, они позволили микроволновому излучению (форме света) перемещаться по Вселенной, и Гамов предсказал, что это микроволновое излучение будет наблюдаться и сегодня.

Споры продолжались до 1965 года, когда Арно Пензиас и Роберт Вудро Вильсон наткнулись на реликтовое излучение во время работы в Bell Telephone Laboratories. Их радиометр Дике, используемый для радиоастрономии и спутниковой связи, измерял температуру 3,5 К (близко соответствует предсказанию Альфера и Германа 5 К).

В конце 1960-х — начале 1970-х годов некоторые сторонники стационарной физики пытались объяснить это открытие, все еще отрицая теорию большого взрыва, но к концу десятилетия стало ясно, что у реликтового излучения не было другого правдоподобного объяснения. Пензиас и Уилсон получили Нобелевскую премию по физике 1978 года за это открытие.

Cosmic Inflation

Однако некоторые опасения по поводу теория большого взрыва. Одной из них была проблема однородности. Ученые спросили: почему Вселенная выглядит одинаково с точки зрения энергии, независимо от того, в какую сторону смотреть? Теория большого взрыва не дает ранней Вселенной времени для достижения теплового равновесия, поэтому во всей Вселенной должны быть различия в энергии.

В 1980 году американец физик Алан Гут официально предложил теорию инфляции для решения этой и других проблем. Эта теория утверждает, что в первые моменты после Большого взрыва происходило чрезвычайно быстрое расширение зарождающейся Вселенной, вызванное «вакуумной энергией отрицательного давления» (что может как-то быть связано с современные теории темной энергии). С другой стороны, теории инфляции, похожие по концепции, но с немного отличающимися деталями, были выдвинуты другими в последующие годы..

Программа Уилкинсона по микроволновому зонду анизотропии (WMAP) НАСА, начатая в 2001 году, предоставила доказательства, убедительно подтверждающие период инфляции в ранней Вселенной. Эти доказательства особенно убедительны в трехлетних данных, опубликованных в 2006 году, хотя все еще есть некоторые незначительные несоответствия с теорией. Нобелевская премия по физике 2006 г. была присуждена Джону С. Мазеру и Джорджу Смоту, двум ключевым сотрудникам проекта WMAP.

Существующие противоречия

Хотя теория Большого взрыва принята подавляющим большинством физиков, по-прежнему есть некоторые второстепенные вопросы. Однако наиболее важны вопросы, на которые теория даже не может попытаться ответить:

  • Что существовало до Большого взрыва?
  • Что вызвало Большой взрыв?
  • Наша Вселенная единственная?

Ответы на эти вопросы вполне могут существовать за пределами области физики, но, тем не менее, они увлекательны, а такие ответы, как гипотеза мультивселенной, представляют собой интригующую область для размышлений как для ученых, так и для обычных людей.

Другие названия Большого взрыва

Когда Леметр первоначально предложил свое наблюдение о ранней Вселенной, он назвал это раннее состояние Вселенной первичным атомом. Спустя годы Георгий Гамов применил для этого название илем. Его также называют изначальным атомом или даже космическим яйцом.

Оцените статью
recture.ru
Добавить комментарий