Космічна теорія великого вибуху покликана пояснити походження Всесвіту. Вона не відповідає на питання, як з’явилося життя чи люди, але принципово важлива для розуміння того, як могли утворитися інші об’єкти. Через труднощі вивчення космосу ВВ (великий вибух) — не єдина версія в науці, але до сьогодні найбільш розроблена й вірогідна.

Теорія великого вибуху — що це таке? Витоки й розвиток теорії

Це одна із версій виникнення Всесвіту, яка намагається пояснити:

  • фізичні, хімічні процеси у космосі, що призвели до вибуху
  • стан матерії у перші секунди існування
  • сучасне й майбутнє Сонячної та інших систем

Витоки слід шукати значно раніше, ще в працях Альберта Айнштайна. Він запропонував космологічну модель Всесвіту та теорію гравітації. Хоча згодом він визнав помилковість припущень, подальші дослідження довели його правоту.

З цього часу почалися наукові пошуки та розрахунки. Термін ВВ (англ. Big Bang, укр. великий вибух) увів Фред Хойл у 1949 р. Спочатку теорія називалася динамічною еволюціонуючою моделлю”. Далі питання досліджували де Сіттер, Фрідман, Вейль, Лундмарк, Штремберг.

У 1927 р. учений Леметр уперше заявив, що зірки — це не просто поодинокі об’єкти Всесвіту, а галактики, подібні до нашої. Велику роль відіграла робота науковця Хаббла. Він довів, що Всесвіт поширюється далеко за межі нашої галактики, побачив деякі скупчення зірок на фото.

Також Хаббл визначив, що Всесвіт розширюється. Теорія ВВ будується від зворотного, її основа — екстраполяція цього процесу. Тобто, якщо сьогодні відбувається розширення, то можна віднайти точку відліку й припустити, що колись Всесвіт існував у вигляді найменшої частинки.

Уже після Другої Світової виходить праця Г. Гамова, який пропонує “гарячу” модель ВВ, яку згодом довели спостереженнями. Американські науковці А. Пензіас і Б. Вілсон остаточно зафіксували реліктові випромінювання завдяки…голубам.

Отримавши “списану” антену, вони вирішили досліджувати історію інертних газів. Але виявили, що пристрій передає радіосигнал одночасно з усіх точок неба. Вони спробували нейтралізувати цей шум калібровкою, але це було марно.

Винуватцями сигналу вважали голубів, які зробили гнізда всередині антени. Але вже після ретельного прибирання та виселення птахів учені зрозуміли: радіошум — це залишки реліктового випромінювання від перших секунд після ВВ.

Нещодавно у 2003 р. вчені змогли встановити максимально точний вік Всесвіту, розподілення матерії за масами й частками. У 2009 р. запущено супутник Планк, який уточнював показники аж до жовтня 2013 р., коли завершив свою місію. Результати:
Всесвіту 13,80 млрд років (стільки пройшло з моменту ВВ).
Отримано фото сукупності галактик Центавр (найближча активна з усіх).
Отримано дані про перше світло та фотони.

(сукупність галактик Центавр)

Супутник вирішили не знищувати в атмосфері Землі, як робили раніше, тому його можна буде побачити у космічному просторі, якщо виникне космічний туризм.

Сутність великого вибуху

Такий цікавий термін є не зовсім точним. Появою Всесвіту ми завдячуємо космічній сингулярності та постійному розширенню.

Сингулярність — це початковий “довибуховий” стан Всесвіту, коли первісна матерія була максимально сконцентрована та густа, водночас із великим викривленням космічного простору й часу. Деякі порівнюють її з надзвичайно твердою та гарячою частинкою. В один момент вона почала розширюватися у просторі за мілісекунди. Ще до першої секунди після космос розширився у тисячу разів, а потім сповільнив хід.

Тоді стан Всесвіту описують як кипіння бульйону багатьох частинок, із яких згодом виникають різні матерії та речовини. Усього через 3 хв. Всесвіт стає надгарячим туманом із зародків майбутніх галактик. Вистигання проходить повільно за сотні тисяч років.

При темпаратурі в 4000 градусів атомні ядра Гелію, Дейтерія та Гідрогену рекомбінувалися, поєднуючись з електронами. Так утворилися перші нейтральні атоми. Газ рухався тепер у вигляді скупчень, які зіткалися з іншими. Із цих клубків матерії утворилися перші зірки.

Найстаріші віком близько 13 млрд років, і майже на 100% складаються з Гідрогену та Гелію. Як тоді утворилися планети? З цього приводу існує 3 основні версії:
Космічна катастрофа. Метеорит або інша зірка зіштовхнулися із Сонцем, частина речовини від*єдналася згустками. З часом вони вистигли й скупчилися у вигляді шарів, утворивши планети.
Зірковий газ. За цією версією “матеріалом” були ті ж Гідроген і Гелій навколо Сонця. Вони деякий час існували у вигляді газової хмари навколо зірки, а потім через силу тяжіння скупчувалися, стискаючись до шарової форми.
Туманність. Згідно з теорією планети ніколи не були надгарячою речовиною, а виникли з вистиглої туманності навколо Сонця. Вона оберталася навколо нього, згодом з газу та пилу утворився диск. Потім він розпався на окремі частини, що стали зародками планет.

Комети та метеорити зіштовхувалися із молодими планетами, розігріваючи ядро і створюючи кратери. Вони утворилися багато мільйонів років тому, на Меркурії та Марсі залишилися майже в первісному вигляді; вони були і на Землі, але поступово їх стерли повітря та вода.

У 2018 р. телескоп Хаббл сфотографував зірку HD 140283. Визначено, що вона існує десь 14,5 млрд років, що суперечить останнім припущенням про вік Всесвіту (13,80 млрд). Цей факт досліджують, припускаючи похибку у розрахунках чи аномалію розвитку гіганта.

(модель великого вибуху від наса)

Якщо говорити простими словами суть теорії великого вибуху – це перехід певної матерії з одного стану в інший, що опосередковано можна порівняти із конденсацією рідини із газу. Звичайно, тепер ми фіксуємо лише відголоски реліктового випромінювання, яке з’явилося із прозорої матерії на ранніх етапах життя Всесвіту.

Декілька важливих фактів про ВВ:

  1. Хоча його називають вибухом, він має зовсім іншу модель. Там не було центру чи зародку, він відбувався одночасно й усюди.
  2. Завдяки теорії відомо, звідки у космосі з’явилися Гелій і Гідроген. Цей період формування називають нуклеосинтезом. А більш “важкі” елементи, такі як Оксиген, Залізо та Уран утворили зірки або спричинили нові вибухи.
  3. Хойл (який і назвав процес вибухом) насправді був прибічником зовсім іншої теорії походження Всесвіту, але іронічна назва закріпилася краще, ніж оригінальна.
  4. Діє космологічний принцип: Всесвіт у будь-який момент та у будь-якій точці виглядає однаковим для спостерігача.

Дослідження тривають, тому людство очікує на нові факти, які хоч трохи відкриють таємничу завісу космічних таємниць.

Що було до великого вибуху?

На це запитання й досі не існує вичерпної відповіді. Теоретики фізики та астрофізики вагаються, чи можна встановити це спостереженнями за допомогою сучасного обладнання. Британський учений Стівен Хокінг стверджує, що до сингулярності (того моменту, коли Всесвіт існував у розмірах атома) не було нічого. Тобто відлік треба вести, як і нині, з перших мілісекунд після вибуху.

На користь цього припущення він висуває аргументи: у стані сингулярності закони фізики й часу не можуть існувати у тому вигляді, в якому їх розуміємо ми. По-друге, події до неможливо простежити, бо вони не мають наслідків, на основі яких і будуються припущення. А по-третє Всесвіт безмежний: поза ним не існує більш нічого, він тотожний сам собі.

Тому за його версією питання про причини вибуху можна викреслити з теорії без значних втрат і вважати, що до нього Всесвіт просто не існував.

Критика теорії великого вибуху

Хоча вчення пояснює, що сталося під час й після вибуху, воно не дозволяє навіть припустити, що відбувалося до. Чому сингулярний атом став розширюватися невідомо, тому намагаються пояснити це теорією квантової гравітації.

Ще розробляють теорію всього, яка б об’єднала принципи квантової фізики, астрофізики та математичні розрахунки. Вона має пояснити усі закономірності та випадковості народження галактик.

Також не пояснюється, чому виникли темна матерія та енергія. Вони становлять близько 90% від усього масиву видимих частинок, але їх природа досі незрозуміла. Ще одне недосліджене явище — чорні діри, які не взаємодіють із електромагнітним чи світловими променями, що робить їх детальне вивчення неможливим. Але вони здатні невідворотно поглинати будь-що.

А темну енергію ввели тільки теоретично, щоб пояснити розширення та прискорення. Немає жодних фактичних доказів її існування чи дії. Навіщо ж потрібні ці домисли? Виявляється, що невидимі чорні матерії утримують галактики вкупі завдяки високому показнику гравітації, що не властивий жодній видимій.

(модель чорної діри)
  • Критикують інші положення світобудови:
    однорідність, бо галактики не тотожні за будовою й розмірами, нерівномірно розподілені у просторі;
  • вісь зла, яку виявили у 2005 р. як область, навколо якої орієнтується структура Всесвіту. Назву дав Ж. Магейжу. Ця теорія ставить під сумнів великий вибух разом із аномальним інфрачервоним випромінюванням від “старих галактик”.

Остання теза була нівельована у 2012 р. Співпадіння пояснили випадковим відхиленням у розрахункових величинах. Те, що відомо на сьогоднішній день про найпопулярнішу теорію народження світу, регулярно ставлять під сумнів і намагаються вдосконалити виведені припущення.

Альтернативні версії народження Всесвіту

Пояснення теорією великого вибуху не єдиний варіант виникнення світу. Частина з них має коріння у релігійних віруваннях, інші є науковими спробами, підтвердженими дослідженнями.

Стаціонарний Всесвіт

Автором став Ф. Хойл. Одна із найдавніших теорій, якою цікавився ще А. Айнштайн. Хойл підтримував думку, що Всесвіт не має початку чи кінця, а самовідтворюється завдяки постійному поповненню новою матерією.

Цю версію дуже швидко спростували, але саме з неї почався науковий пошук. Учений дослідив виникнення важких хімічних елементів та, за іронією долі, винайшов термін “великий вибух”.
Холодний вибух
Автор — космолог Веттеріх. Він припустив, що виникнення світу сталося не внаслідок розширення й вистигання, а навпаки — стиснення. На той час не було можливостей, щоб довести чи спростувати теорію. Але згодом під час вивчення ядерних реакцій та випромінювання виявилося, що вона помилкова через:
специфічні перетворення речовин, які утворюють Гелій, а не Гідроген. Саме з останнього утворюються молоді зірки й міжзірковий газ;
неможливість точного вимірювання, адже предмета слугують лише співвідношення мас, а не самі маси.

Один фізик сказав, що холодний вибух подібний до твердження, що стискається не Всесвіт, який вимірюють, а лінійка, якою це роблять.

Дзеркальний Всесвіт

Складна версія авторства вченого із Оксфордського університету. Д. Барбур стверджує, що під час ВВ утворилося два Всесвіти, які відповідно розширилися в обидва боки, утворюючи ще більш складну систему.
Його теорія доводить, що ця система створила дві стріли часу, які рухаються одна від одної в різних напрямках. Відповідно, у кожному Всесвіті час тече у різні боки (тобто, не тільки вперед, як у традиційному баченні). Імовірно, спостерігачам у іншій системі видаватиметься, що ми живемо у їх далекому минулому й рухаємося назад.

Циклічна космологія

Фізик Пенроуз із Британії доводить, що великий вибух не був початком чи кінцем народження Всесвіту, а лише перехідним етапом. На його думку, з плином часу Всесвіт змінює свою геометрію, стає більш заплутаним і доходить до поглинання самого себе. Коли він максимально поширився й самопоглинувся, енергію захоплюють чорні діри, які в свою чергу також взаємопоглинаються.

А коли частинки досягають нульової ентропії, вони готові утворити новий великий вибух. Тоді цикл повторюється. Поки що єдиним доказом теорії є 12 реліктових кілець випромінювання, що демонструють перепади гравітаційних хвиль під час зіткнення масивних чорних дір.

Плазмовий Всесвіт

Базується на тому, что Космос складається з гігантських витків електронів та йонів, які скручуються та скупчуються під дією електромагнітного випромінювання. Частково версія пояснює поглинання радіохвиль, наявність надлегких речовин у складі космічних об’єктів. Але наукових доказів було недостатньо: більшість аргументів зводилася до умовностей і припущень у теорії ВВ, які суперечать закону збереження енергії.

Прибічники плазмової природи галактик не змогли підкріпити свою думку дослідами чи розрахунками, тому вона залишаєтьсявірогідною, але не доведеною.

Це лише деякі з наявних припущень, які намагалися довести спостереженням чи дослідженнями. Існують і фантазійні версії, що були спростовані науковцями одразу ж після появи. Окремою темою є міфологічне чи релігійне бачення зародження світу.

Майбутнє Всесвіту

Не існує єдиного сценарію, за яким він перестане існувати. Найбільш вірогідні версії, виходячи із панування теорії ВВ, це повторення вибуху через безкінечне розширення або стискання:

  1. У першому випадку зруйнуються гравітаційні сили, що утримують планети й зірки. Вони розпадуться на найменші частинки. Всі запаси енергії вичерпаються, настане теплова смерть. Коли перестануть існувати окремі атоми, фізичні закони не діятимуть, і подальша доля Всесвіту невідома.
  2. У другому варіанті велике стискання призведе до зменшення розмірів Всесвіту до однієї великої галактики. Різко збільшиться температура, знищуючи усе живе. Згодом розпадуться планети та зірки, атоми розщеплюються на найдрібніші частинки, які стискаються ще більше. В цей період перестають працювати закони фізики.

Прибічником останнього сценарію був Стівен Хокінг. Він спрогнозував майбутнє Землі, спостерігаючи за Венерою. Очевидно, що всі описані зміни лише припущення, які навряд чи стануться за життя людства.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Підписуйтесь на наш канал у Telegram