Теория большого взрыва

Большой взрыв. Кратко

Печально, что самый важный момент в истории Вселенной — первый момент — скрыт во мраке. Впрочем, совсем ничего мы не знаем только о первой миллионной доле секунды — а о том, что происходило в следующие 13 700 000 000 лет, у космологов много теорий. Но о самом истоке Вселенной ничего нам не ведомо. Мы не уверены, происходило ли вообще что-нибудь!

Большой взрыв — общепринятая среди современных ученых космоло- гическая теория происхождения и эволюции Вселенной. Согласно этой теории, Вселенная началась с катастрофического бесконечного сжатия материи в одну точку, которая затем начала взрывообразно расширяться и стремительно остывать. За этим взрывом последовала цепь событий, которая спустя примерно 13,7 миллиарда лет заверши- лась появлением той Вселенной, какую мы видим сегодня, с бесчисленными звездами и галактиками. Концепция расширяющейся Вселенной ныне признана современной космологией как основная.

Сингулярность простыми словами

Сомнения вызывает не столько последующая эволюция — хотя некоторые детали до сих пор являются предметом горячих споров, — сколько сам Большой взрыв. Идея «первичной сингулярности», как на самом деле следует называть Большой взрыв, вытекает из общей теории относительности Эйнштейна. Различные космологические модели начинаются с сингулярности, характеризующейся бесконечной плотностью и температурой материи и искривлением пространствен- но-временного континуума; а затем плотность материи уменьшается, она постепенно остывает, и начинается процесс расширения. Сложность в том, что сегодня физики не уверены, применимы ли уравнения общей теории относительности к экстремальным условиям сингулярности. Сейчас известно, что при такой плотности материи нор- мальные законы физики перестают действовать и правила общей теории относительности должны уступить место более полной модели, известной как «квантовая гравитация». Главным кандидатом на роль создателя этой модели является так называемая «теория суперструн», но, возможно, какая-либо из конкурирующих концепций сумеет точнее предсказать появление сингулярности. Хотя большинство космологов придерживаются версии горячего Большого взрыва, существуют и альтернативные, не-сингулярные космологические теории.

Проверка временем Вселенная, несомненно, выглядит так, будто пережила Большой взрыв, и тому есть убедительные доказательства. Самым важным свидетельством в пользу Большого взрыва является расширение Вселенной, следующее из уравнений общей теории относи- тельности, впервые опубликованных Эйнштейном в 1916 году. Сам Эйнштейн понимал, что именно следует из его уравнений, но, чтобы спасти свою собственную веру в статичную Вселенную, ввел в уравнения компенсирующий фактор, «космологическую константу», которую позже называл своей «величайшей ошибкой». Эффекты расширения удалось наблюдать непосредственно в 1910-е и 1920-е годы, благодаря чему в 1929-м астроном Эдвин Хаббл сформулировал закон, получивший его имя. Хаббл, при помощи Милтона Хьюмасона, заметил, что свет, излучаемый ближай- шими галактиками, подвергается «красному смещению» — смещается к красному концу спектра. Феномен, аналогичный эффекту Допплера, означал, что световые волны растягиваются, следовательно, галактики удаляются от точки наблюдения. Повторные измерения позволили определить, что скорость удаления галактик зависела от расстояния до них, — в чем и заключается суть закона Хаббла.

Говоря, что нечто расширяется, мы обычно подразумеваем, что это нечто занимает определенное пространство и расширяется внутри него или выходит за его пределы. Но в момент Большого взрыва ничего «внешнего» не существовало: расширялось (и расширяется) само пространство, и проис- ходило это во всех его точках. Галактики удаляются от нас не потому, что они отодвигаются от нас через пространство. Мы остаемся на приблизи- тельно постоянных позициях относительно друг друга, но само простран- ство между нами расширяется и разносит нас все дальше — как поднимающе- еся тесто разделяет содержащиеся в нем изюминки. Только в случае Вселенной тесто ничем не окружено, границ и центра у него тоже нет. Это один из аспектов так называемого «космологического принципа», согласно которому Вселенная, по сути, одинакова во всех направлениях и расширяет- ся одинаково для всех наблюдателей.

Аргументы в пользу большого взрыва

В пользу Большого взрыва свидетельствуют еще два важных факта. Теоретически ядра атомов более легких элементов, особенно водорода
и гелия, должны формироваться в первые мгновения после Большого взрыва, когда температура упадет до нескольких миллиардов градусов. Содержание этих элементов в нынешней Вселенной практически совпа- дает с уровнем, предсказанным теорией. Микроволновое фоновое излу- чение еще точнее свидетельствует, что Вселенная когда-то была горячей
и плотной. Это излучение низкой интенсивности, реликт ранней горячей Вселенной, заполняет весь космос, омывая Землю едва заметным свече- нием, льющимся со всех сторон. Его существование было предсказано
в 1948-м и обнаружено в 1965 году. Открытие не только еще раз подтверди- ло теорию Большого взрыва, но и положило конец основной конкурирую- щей концепции того времени — теории статической Вселенной. Ни одна другая теория не объясняет всех наблюдаемых фактов. Большой взрыв,
до сих пор успешно справлявшийся с соперниками, остается краеугольным камнем современной космологии.