top of page

Архив

  • Фото автораArthur

Пять Рядовых Заблуждений о Теории Большого Взрыва

Вся Вселенная была сосредоточена в одной бесконечно малой точке, затем произошёл взрыв, и вся масса, составляющая Вселенную, была отправлена в космос.


Астрофизик бы сказал Вам, что в этом утверждении неправильно всё.


"Думать так, говоря о Большом взрыве — в корне неверно", — говорит Торстен Брингманн.


Торстен Брингманн — профессор, занимающийсяя космологией и физикой астрономических частиц в Университете Осло (UiO).


Аре Раклев
Аре Раклев — профессор кафедры физики Университета Осло. (Фото: UiO)
Торстен Брингманн
Торстен Брингманн — профессор теоретической физики в Университете Осло. (Фото: UiO)

Профессор теоретической физики в UiO, Аре Раклев, заметил, что многие описания дают неверное представление о том, что на самом деле утверждает теория Большого взрыва.


Раклев и Брингманн рассказали нам о наиболее распространённых заблуждениях.





Тёплая и плотная


Прежде всего — что мы имеем ввиду, когда говорим о "Большом взрыве" ?


“Теория Большого взрыва гласит, что около 14 миллиардов лет назад Вселенная находилась в состоянии, которое было намного теплее и плотнее, и при этом она расширялась. Это всё, и не более.” — говорит Раклев.


С тех пор космос продолжал расширяться, но становился всё холоднее.


Основываясь на теории, учёные получили более чёткое представление об истории Вселенной — например, о том, когда образовались элементарные частицы и когда сформировались атомы, звёзды и галактики.


Они хорошо представляют себе, что происходило, когда возраст Вселенной составлял примерно 10^-32 секунды. Это 0.00000000000000000000000000000001 секунды, говорится в статье астрофизика Йостейна Рийзера Кристиансена.


Теперь перейдём к мифам.


1. «Это был взрыв».


Иллюстрация космического взрыва
Иллюстрация взрыва, показывающая как материя разлетается во всех направлениях, не является точной картиной Большого взрыва | Изображение предоставлено: Библиотека научных фотографий | Изображение : Alamy Stock Photo

По словам Аре Раклева, сама фраза "Большой взрыв" заставляет думать, что это был взрыв, но на самом деле это не совсем точное описание, и скоро Вы узнаете почему.


В начале 1920-х годов математик Александр Фридман обнаружил, что общая теория относительности Эйнштейна предусматривает расширяющуюся Вселенную, бельгийский священник Жорж Лемэтр пришел к такому же выводу, и вскоре после этого Эдвин Хаббл смог доказать, что галактики действительно отдаляются от нас. Их свет имеет красное смещение, что означает, что волны стали длиннее и сместились к красному концу светового спектра. Таким образом, галактики отдаляются от нас всё быстрее и быстрее.


Когда-нибудь почти все галактики, которые мы сейчас можем наблюдать в телескопы, исчезнут из поля зрения. В конце-концов звёзды погаснут, и наблюдатели будут смотреть в вечно тёмное и одинокое небо.



К счастью, этот момент наступит ещё очень нескоро.


Мы также можем представить этот сценарий в обратном порядке. Галактики отдаляются друг от друга, хотя раньше они были ближе.


«Если Вы возьмёте всю наблюдаемую Вселенную и отмотаете время назад в самое начало, всё уместится в очень и очень маленькую область», - говорит Раклев.


И вот, мы подошли к моменту Большого взрыва. Так что же произошло ?


Легко представить, что “Большой взрыв” был взрывом, в результате которого вещества были выброшены наружу, как древесина после срабатывания ручной гранаты.


«Но когда дело доходит до Большого взрыва, распространяется не само вещество, — говорит Раклев, — “Расширяется сама Вселенная, само пространство». Взрыв, при котором масса разлетается во все стороны, не является точной картиной Большого взрыва.



(Так зачем же описывать теорию таким вводящим в заблуждение названием ? Возможно, чтобы высмеять ее. Сэр Фред Хойл ехидно назвал теорию "большим взрывом" с намерением свести её к абсурду, и название прижилось. Хойл считал, что вопреки теории Большого взрыва сама Вселенная не имеет начала, а скорее компоненты внутри нее. Эта теория называется теорией стационарного состояния, популярность которой снизилась в свете всеобщего признания теории большого взрыва. Источник фрагмента: Britannica)



2. «Вселенная расширяется во что-то».


Не галактики отдаляются от нас, но пространство расширяется.


Это можно представить в виде шарика из теста с изюмом. Тесто олицетворяет космос, а изюм — галактики. Дайте тесту подняться, и изюм будет отдаляться дальше друг от друга, фактически не сдвинувшись.

“Хлеб с изюмом” — аналогия расширяющейся Вселенной

В качестве примера Брингманн использует поверхность воздушного шара. Если нарисовать точки на не надутом шаре, то можно потом наблюдать, как расстояние между точками увеличивается по мере его надувания. «В то же время галактики действительно движутся за счет взаимного гравитационного притяжения — это дополнительный эффект», — говорит Раклев.


У некоторых близлежащих к нам галактик наблюдается синее смещение, то есть они движутся в нашу сторону. Однако на больши́х расстояниях данный эффект нивелируется законом Хаббла-Леметра, который устанавливает скорость удаления галактик относительно расстояния. Фактически, расстояние увеличивается быстрее света между точками, которые находятся очень далеко друг от друга.


Шарик теста в духовке расширяется в пределах существующего пространства внутри духовки. А как насчёт Вселенной ? Что находится снаружи ?


Вселенная ни во что не расширяется. Учёные не верят, что у Вселенной есть край.


То, что мы называем наблюдаемой Вселенной, — это окружающий нас пузырь диаметром 93 миллиарда световых лет. Чем более отдалённым является объект нашего созерцания, тем дальше в прошлое мы глядим. Мы не можем наблюдать или измерять что-либо дальше, чем расстояние, которое свет успел пройти до нас с момента Большого взрыва.


Поскольку Вселенная расширяется, то наблюдаемая нами Вселенная, как это ни парадоксально, превышает 14 миллиардов световых лет.


Иллюстрация наблюдаемой Вселенной
Иллюстрация наблюдаемой Вселенной. Из центра видно Солнечную систему, пояс Койпера, облако Орта, ближайшие солнечные системы и галактики, затем космическую паутину, микроволновое фоновое излучение и невидимую плазму в конце | Изображение : Пабло Карлос Будасси, wikimedia commons, CC BY-SA 3.0

.

Однако учёные подсчитали, что Вселенная за пределами нашего пузыря намного больше, возможно, она бесконечна.


Существует предположение, что Вселенная может быть "плоской". Это означает, что два луча света будут оставаться параллельными и никогда не встретятся. Если вы попытаетесь отправиться на край вселенной, вы никогда не достигнете его, так как Вселенная бесконечна.


Если Вселенная имеет положительную кривизну, то, теоретически, она может быть конечной. Но тогда она будет похожа на странную сферу. Если бы вы отправились в "конец", то оказались бы в том же месте, откуда начали, независимо от направления. Это похоже на возможность совершить кругосветное путешествие и оказаться там, откуда вы начали. В любом случае, Вселенная может расширяться без необходимости расширяться во что-то.



3. «У Большого взрыва был центр».


Если представить расширение вселенной как взрыв, то можно представить, что он взорвался наружу, из центра — как и полагается взрывам. Однако с Большим взрывом всё было иначе. Почти все галактики удаляются от нас во всех направлениях. Может показаться, что Земля была центром начала Вселенной, но это не так. “Любой другой наблюдатель увидит то же самое из своей родной галактики”, — объясняет Брингманн.


Большой взрыв произошел не в каком-то конкретном месте, Вселенная расширяется всюду одновременно.


«Это происходило повсюду», - говорит Раклев.


Abell 2218
Abell 2218, богатое скопление галактик, состоящее из тысяч отдельных галактик. Он находится примерно в 2,1 миллиарда световых лет от Земли (красное смещение 0,17) в северном созвездии Дракона | Изображение : НАСА, ЕКА и Йохан Ричард (Калифорнийский технологический институт, США)



4. «Вселенная зародилась из одной маленькой точки».


Вся наблюдаемая нами Вселенная в начале Большого взрыва была невероятно плотно сжата в очень маленьком пространстве. Но как Вселенная может быть бесконечной и в то же время такой маленькой ?


Вы могли где-то прочитать, что сначала Вселенная была меньше атома, а затем стала размером с футбольный мяч, но эта аналогия подразумевает, что вначале у пространства были границы и край.


"Ничто не говорит нам о том, что на момент Большого взрыва Вселенная уже не была бесконечной", - говорит Раклев. — “Она просто была меньше в размерах, в том смысле, что то, что тогда было метром, сейчас расширилось до огромных расстояний во многие миллиарды световых лет". Так что, когда мы говорим о размерах Вселенной в разные отрезки времени, то это относится к наблюдаемой нами Вселенной.


"Вся наблюдаемая Вселенная происходит из крошечной области, которую можно назвать точкой. Но точка рядом с ней тоже расширилась, и следующая точка тоже, просто она находится так далеко от нас, что мы не можем её наблюдать", - говорит Раклев.


Иллюстрация Большого взрыва, расширения и развития Вселенной
Иллюстрация Большого взрыва, расширения и развития Вселенной | Изображение : НАСА / Научная группа WMAP.


5. «Вселенная была бесконечно маленькой, горячей и плотной».


Возможно, вы слышали, что Вселенная возникла как сингулярность. Или что она была бесконечно маленькой, или горячей, и так далее. Это может быть правдой, но многие физики не считают такое толкование верным.


По словам космолога Стина Хансена, сингулярность — это обозначение математики, которая "ломается", и не поддается описанию с помощью обычной физики.


«Сегодняшняя Вселенная немного больше, чем вчера. И она всё так же немного больше, чем была миллион лет назад. Теория Большого взрыва предполагает экстраполяцию назад во времени. Для понимания нам понадобится теория — и это общая теория относительности».


«Если я экстраполирую всё назад, Вселенная становится всё меньше и меньше, всё плотнее и плотнее, теплее и теплее. Наконец, получается, что она очень маленькая, очень горячая и плотная. Это и есть теория Большого взрыва : Вселенная возникла в таком состоянии. «Вот где нам действительно стоит остановиться», — говорит Брингманн.


Если вы проанализируете общую теорию относительности до конца, вы достигнете точки бесконечно высокой плотности, тепла, и нулевого размера.


«Это чистая математическая экстраполяция, выходящая за рамки того, что на самом деле допускает теория», — говорит Брингманн.


Еще одна иллюстрация Большого взрыва, расширения и развития Вселенной
Еще одна иллюстрация Большого взрыва, расширения и развития Вселенной | Изображение: N.R. Fuller, Национальный научный фонд

«Затем вы приходите к точке, где плотность энергии и температуры настолько высоки, что у нас больше нет физических теорий, чтобы это описать».


Он говорит, что физикам нужна другая теория. И есть два человека, как раз работающих над этим.


«Что нам нужно, чтобы описать такое экстремальное состояние ? Здесь мы вступаем в область, где требуется теория, сочетающая в себе теорию гравитации и квантовую теорию. Никто пока не смог сформулировать такую теорию. Однозначно ожидается, что теория квантовой гравитации не приведёт к выводу, что все восходит к одной точке», — говорит Брингманн.


Так что то, что произошло в это время — самый ранний момент в истории Вселенной — всё ещё скрыто от нас — по крайней мере, пока.



Перевод статьи с английского языка был осуществлён Никитой Черных под заказ для проекта Fun Sci Club, и откорректирован мной.


Оригинальная статья : Английский | Норвежский

130 просмотров0 комментариев