Большой взрыв

В начале XX в. ученые в основном предполагали, что Вселенная не имеет ни начала, ни конца. Это приводило к некоторым парадоксам – например, невозможно было объяснить, почему Вселенная остается стабильной, а не обрушивается на себя самое под действием сил тяготения, – но другие гипотезы представлялись не более правдоподобными. При создании в 1916 г. общей теории относительности Эйнштейн ввел в свои уравнения специальную космологическую постоянную, нужную только для того, чтобы они допускали решение, приводящее к стабильной Вселенной. Рассказывают, что позднее великий физик называл эту постоянную «величайшей ошибкой своей жизни».

Существовала и альтернативная гипотеза о том, что Вселенная в некоторый момент начала свое существование и затем расширялась вплоть до нынешнего времени; но чтобы физики могли всерьез рассматривать данную точку зрения, ей требовалось экспериментальное подтверждение. Впервые его получил в 1929 г. Эдвин Хаббл, измерив, с какой скоростью от нас удаляются соседние галактики.

Хаббл воспользовался эффектом Доплера – явлением, в силу которого гудок приближающегося поезда имеет более высокий тон, чем гудок удаляющегося; с помощью доплеровских радаров полиция определяет скорость проезжающих машин. Анализируя спектр излучения галактик, Хаббл установил, что все они удаляются от нас, причем тем быстрее, чем дальше от нас находятся.

Если всё во Вселенной разлетается в разные стороны, то значит, когда-то галактики существовали вместе и представляли собой единую невероятно огромную массу. Открытие Хаббла вызвало к жизни целый ряд экспериментов, связанных с измерениями, и в течение последующих 70 лет было получено много данных, указывающих на справедливость этого предположения. В настоящее время среди физиков и космологов господствует мнение, что начало Вселенной представляло собой одномоментное событие; это событие принято называть Большим взрывом. Как показывают расчеты, Большой взрыв произошел около 14 млрд лет назад.

Исключительно важным подтверждением теории Большого взрыва стало открытие, сделанное в 1965 г. Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном. Два физика – до некоторой степени случайно – обнаружили микроволновое фоновое излучение, присутствовавшее повсюду, куда они направляли антенну своего нового детектора, и мешавшее основному эксперименту. Исключив все прочие возможные причины помех (в частности, голубей, на которых пало первое подозрение), Пензиас и Вильсон в конце концов пришли к выводу, что фоновый шум исходит непосредственно от Вселенной и представляет собой то самое теоретически предсказанное реликтовое излучение, которое должно было возникнуть при Большом взрыве в результате аннигиляции материи и антиматерии в первые моменты существования Вселенной.

Дополнительный аргумент в пользу данной теории – процентное соотношение во Вселенной определенных элементов, а именно водорода, дейтерия и гелия. Количество дейтерия одинаково во всей наблюдаемой Вселенной, от ближних звезд до самых удаленных галактик, что хорошо согласуется с гипотезой о его образовании в ходе единого процесса при Большом взрыве. Если бы дейтерий образовывался в разных местах в разное время, мы не наблюдали бы совпадения.

Основываясь на этих и других наблюдениях, физики полагают, что Вселенная первоначально представляла собой сжатую в точку чистую энергию; ее плотность была бесконечна, а размеры равнялись нулю. Известные нам физические законы к этому состоянию, именуемому «сингулярностью», неприменимы. По крайней мере до настоящего времени ученые не смогли описать самые ранние процессы, разворачивавшиеся на протяжении первых 1043 секунд (т. е. одной десятимиллионной миллионной миллионной миллионной миллионной миллионной миллионной доли секунды) Большого взрыва. Удалось реконструировать дальнейшие события, которые должны были произойти, чтобы возникла наблюдаемая нами Вселенная, – аннигиляцию материи и антиматерии, формирование стабильных атомных ядер и, наконец, атомов, в первую очередь водорода, дейтерия и гелия.

В настоящее время неизвестно, будет ли Вселенная расширяться вечно или в какой-то момент силы гравитации возьмут верх и галактики начнут вновь сближаться, что в итоге приведет к «Большому сжатию». Этот вопрос остается открытым, поскольку ответ на него зависит от средней плотности вещества во Вселенной, а значительную часть массы Вселенной, по-видимому, составляют так называемые темная материя и темная энергия, которые очень слабо изучены. Но медленное затухание представляется все же несколько более вероятным, чем трагическое крушение.

Дата добавления: 2015-07-16