Вселенная, какой мы её знаем, родилась из невероятно малого и горячего состояния
Сегодня большинство учёных согласны с тем, что наша Вселенная началась с события, известного как Большой взрыв. Однако 13,8 миллиарда лет назад не существовало ни галактик, ни звёзд, ни даже атомов. Всё пространство было заполнено невероятно горячей и плотной плазмой. Лишь в последние сто лет человечество смогло собрать доказательства этой теории, которая описывает, как из крошечной сингулярности выросла вся наблюдаемая нами космическая структура. Несмотря на популярность этой концепции, многие её ключевые аспекты и история открытия остаются малоизвестными.
Эйнштейн был одним из первых скептиков
Хотя общая теория относительности Эйнштейна, предложенная в 1915 году, заложила основу для понимания расширения Вселенной, сам учёный изначально отвергал эту идею. Когда в 1927 году бельгийский священник и физик Жорж Леметр на основе уравнений Эйнштейна предположил, что Вселенная расширяется из первоначального сверхплотного состояния, великий физик ответил ему резкой критикой, заявив, что расчёты верны, но физическая интерпретация «отвратительна». Эйнштейн на тот момент верил в статичную, неизменную Вселенную.
Решающий вклад Эдвина Хаббла
Ситуация изменилась благодаря работам американского астронома Эдвина Хаббла. В конце 1920-х годов его наблюдения за далёкими галактиками показали, что они удаляются от нас, причём скорость удаления пропорциональна расстоянию. Этот закон, теперь известный как закон Хаббла, стал первым наблюдательным подтверждением расширения Вселенной. Логическим следствием было предположение, что в прошлом Вселенная была меньше, горячее и намного плотнее, что и привело к серьёзному рассмотрению теории, позже названной Большим взрывом.
Долгий путь к признанию
Идея расширяющейся Вселенной витала в научном сообществе ещё до Хаббла. Советский математик Александр Фридман вывел соответствующие уравнения из теории Эйнштейна ещё в 1922 году. Жорж Леметр независимо пришёл к тем же выводам в 1927-м, добавив концепцию «первичного атома» или «космического яйца» — момента начала расширения. Несмотря на это, теория десятилетиями оставалась маргинальной и оспаривалась многими авторитетными учёными, включая самого Эйнштейна.
Прорывные предсказания Джорджа Гамова
Поворотным моментом стала работа физика Джорджа Гамова и его коллег в 1940-х годах. Они поняли, что если Вселенная расширялась и охлаждалась из горячего состояния, то в ней должны были синтезироваться лёгкие химические элементы, такие как гелий и водород. Более того, Гамов предсказал существование реликтового излучения — слабого электромагнитного фона, оставшегося от той эпохи, когда Вселенная стала прозрачной для света. Это предсказание стало ключевой проверкой теории.
Ирония названия: «Большой взрыв» придумал критик
Любопытно, что сам термин «Большой взрыв» (Big Bang) был введён в обиход не сторонником, а ярым противником этой теории — британским астрофизиком Фредом Хойлом. В 1949 году во время радиопередачи Би-би-си, отстаивая свою альтернативную теорию «стационарной Вселенной», он в пренебрежительном тоне упомянул идею о том, что всё началось с одного «гигантского взрыва». Ирония судьбы в том, что это яркое и запоминающееся название прочно закрепилось за теорией, которую Хойл так и не принял.
Случайное открытие, изменившее всё
Решающее доказательство пришло совершенно неожиданно в 1964 году. Радиоастрономы Арно Пензиас и Роберт Уилсон, работая с антенной в Bell Labs, обнаружили загадочный постоянный шум, который шёл со всех сторон неба. Сначала они подумали о помехах и даже тщательно очистили антенну от голубиного помёта. Когда шум не исчез, они осознали, что наткнулись на предсказанное Гамовым реликтовое излучение — «послесвечение» Большого взрыва. Это открытие, за которое они позже получили Нобелевскую премию, окончательно утвердило теорию в научном мире.
Обратите внимание: Что говорят научные исследования о быстром изучении английского языка?.
От первых звёзд до нашей жизни
Теория Большого взрыва даёт нам полную космологическую историю. После начального расширения и охлаждения материя начала слипаться под действием гравитации. Примерно через 50-100 миллионов лет после начала вспыхнули первые звёзды, а через сотни миллионов лет — первые галактики. Такие сложные структуры, как наша галактика Млечный Путь и каменистые планеты, подобные Земле, сформировались лишь через миллиарды лет, после того как несколько поколений звёзд произвели тяжёлые элементы в своих недрах и рассеяли их по космосу в результате взрывов сверхновых. Возможно, именно этот долгий путь эволюции сделал возможным наше появление.
Космический «отпечаток пальца»
Современные исследования реликтового излучения, такие как миссия зонда WMAP и телескопа «Планк», показали его мельчайшие неоднородности — флуктуации температуры в миллионные доли градуса. Эти «неровности» — космический отпечаток пальца ранней Вселенной. Они свидетельствуют о крошечных колебаниях плотности в первичной плазме, которые под действием гравитации за миллиарды лет выросли в гигантские скопления галактик, звёзды и планеты. Без этих изначальных флуктуаций материя распределилась бы идеально равномерно, и структуры никогда бы не возникли.
Что было до Большого взрыва?
Сам Большой взрыв, возможно, не был абсолютным началом. Многие космологи сегодня считают, что ему предшествовала фаза космической инфляции — сверхбыстрого экспоненциального расширения пространства, которое длилось доли секунды. Эта теория хорошо объясняет, почему Вселенная так однородна и плоска в больших масштабах. Таким образом, Большой взрыв мог быть переходом от инфляционной эпохи к привычному нам медленному расширению и эволюции вещества. Наука продолжает искать ответы на вопрос о самом начале.
Начало не определяет конец
Важно понимать, что теория Большого взрыва описывает рождение и эволюцию Вселенной, но не предсказывает её окончательную судьбу. Будущее зависит от баланса между силой начального расширения, тормозящим действием гравитации и загадочной «тёмной энергией». Открытие ускоренного расширения Вселии в конце 1990-х годов указывает на доминирование тёмной энергии. Если эта тенденция сохранится, наиболее вероятным сценарием станет «Большое Замерзание» — бесконечное расширение и остывание, при котором галактики разбегутся так далеко, что ночное небо станет абсолютно тёмным.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Необычные научные факты.