Що таке Теорія великого вибуху: детальне пояснення

Що таке Теорія великого вибуху: детальне пояснення

Дізнайтеся, що таке Теорія великого вибуху, скільки років нашому Всесвіту та як Великий вибух пов’язаний з теорією мультивсесвітів.

Що таке Теорія великого вибуху?

Теорія Великого Вибуху – головне пояснення того, як народився наш Всесвіт. Найпростішим розумінням цього є те, що Всесвіт розпочався з нескінченно гарячої, нескінченно щільної сингулярності, а потім розширився протягом наступних 13,8 мільярдів років до космосу, який ми знаємо сьогодні.

Сингулярність – це область простору, де кривизна простору-часу стає нескінченною.

Оскільки сучасні інструменти не дозволяють астрономам зазирнути назад до моменту народження Всесвіту, велика частина того, що ми розуміємо в теорії Великого Вибуху, походить від математичних формул і моделей. Однак астрономи можуть побачити “відгомін” розширення через явище, відоме як космічний мікрохвильовий фон (КМФ). 

Що таке всесвіт? Його вік, будова та історія

Що таке Теорія великого вибуху?
Що таке Теорія великого вибуху?

Хоча більшість астрономічної спільноти приймає цю теорію, є деякі теоретики, які крім Великого вибуху мають альтернативні пояснення – наприклад, вічне розширення або коливальний Всесвіт.  

Фраза “Теорія великого вибуху” була популярна серед астрофізиків десятиліттями, але вона потрапила в мейнстрім у 2007 році, коли комедійний серіал з одноіменною назвою був показаний на телеканалі CBS. 

Перша секунда і народження світла

Близько 13,7 мільярда років тому все, що ми знаємо, було нескінченно малим – точкою нескінченної щільності та нескінченного тепла. Потім розпочалось вибухове розширення Всесвіту зі швидкістю, більшою ніж швидкість світла.

У першу секунду після початку існування Всесвіту, за даними NASA, температура навколишнього середовища становила близько 10 мільярдів градусів за Фаренгейтом (5,5 мільярда Цельсія). Космос містив величезний набір основних частинок, таких як нейтрони, електрони та протони. Вони розкладалися або поєднувались у міру того, як Всесвіт охолоджувався. 

На цей ранній суп було б неможливо дивитись, оскільки світло не могло проникати всередину. “Вільні електрони змусили б світло (фотони) розсіювати так, як сонячне світло розсіюється від крапель води”, – заявило NASA. Однак з часом вільні електрони зустрілися з ядрами і створили нейтральні атоми. Це дозволило світлу світити приблизно через 380 000 років після Великого вибуху.

Іноді його називають “післясвіченням” Великого вибуху, це світло більш правильно називають космічним мікрохвильовим фоном (КМФ). Вперше воно було передбачено Ральфом Альфером та іншими вченими в 1948 році, але було підтверджено випадково майже через 20 років. 

Арно Пензіас і Роберт Вілсон, обидва з лабораторії Bell в Мюррей-Хілл, штат Нью-Джерсі, побудували радіоприймач в 1965 році і заміряли температуру, вищу за очікувану. Спочатку вони думали, що аномалія пов’язана з голубами та їх гноєм, але навіть після того, як вони розчистили все, аномалія зберігалася.   

Одночасно команда Принстонського університету (на чолі з Робертом Діке) намагалася знайти докази КМФ і зрозуміла, що Пензіас і Вільсон натрапили на них. Кожна з груп опублікувала відповідні статті в Astrophysical Journal в 1965 році.

Дізнайтеся про планети гіганти та їх характеристики 

Реконструкції зародження світу

Космологи включають перемотку назад, щоб досягти першої миті після Великого вибуху, імітуючи 4000 версій нинішнього Всесвіту на масивному суперкомп’ютері.   

“Ми намагаємося зробити щось на зразок відгадування дитячої фотографії нашого Всесвіту за останньою картиною”, – написав керівник дослідження Масато Ширасакі, космолог Національної астрономічної обсерваторії Японії (NAOJ). 

Маючи інформацію про Всесвіт, яким ми його знаємо сьогодні, дослідники цього проекту в 2021 році працювали над тим, щоб зрозуміти як гравітаційні сили взаємодіяли у первісному Всесвіті задіюючи тисячі комп’ютерних модельованих всесвітів. Якби вони могли успішно передбачити стартові умови своїх віртуальних всесвітів, вони могли б краще розрахувати, як виглядав наш власний Всесвіт на початку. 

Інші дослідники досліджують розкол між речовиною та антиречовиною. В одному дослідженні 2020 року, було запропоновано, що дисбаланс у кількості речовини та антиречовини пов’язаний з величезною кількістю темної матерії, невідомої речовини, яка впливає на земне тяжіння і не взаємодіє зі світлом. Вирішальні моменти після Великого вибуху, можливо, “штовхнули” Всесвіт і зробили більше матерії, ніж її зворотна антиматерія, що тоді могло призвести до утворення темної матерії. 

Яка будова Всесвіту? Філаменти, войди та галактики.

Вік світу

Космічний мікрохвильовий фон спостерігався під час багатьох місій. Однією з найвідоміших місій був супутник NASA Cosmic Background Explorer (COBE), який дослідив карту неба у 1990-х.

Великий вибух
Великий вибух

Кілька інших місій пішли слідами COBE, такі як експеримент BOOMERanG, зонд НАСА Уілкінсона (WMAP) та супутник Планка Європейського космічного агентства.

Спостереження Планка, вперше опубліковані в 2013 році, надали безпрецедентні деталі і показали, що Всесвіт є старший, ніж вважалося раніше: 13,82 млрд років, а не 13,7 млрд років. Місія дослідницької обсерваторії триває, і періодично видаються нові карти КМБ.

Однак на картах з’являються нові таємниці, наприклад, існує питання чому Південна півкуля здається трохи червонішою (теплішою), ніж Північна півкуля. Теорія Великого вибуху говорить, що КМФ здебільшого однаковий, куди б ви не глянути.

Вивчення КМФ також дає астрономам підказки щодо складу Всесвіту. Дослідники вважають, що більша частина космосу складається з речовини та енергії, які неможливо «відчути» за допомогою наших звичайних приладів, що призвело до назв «темна матерія» та «темна енергія». Лише 5% Всесвіту складається з речовин, таких, які утворили планети, зірки та галактики. 

Сигнали розширення всесвіту

Незважаючи на те, що астрономи змогли розвідати про Теорію великого вибуху та початок Всесвіту, вони також шукали докази його швидкого розширення за допомогою гравітаційних хвиль. Це крихітні збурення у просторі-часі, які утворюються від великих подій, таких як, наприклад, зіткнення двох чорних дір або народження Всесвіту. 

Теорія Великого вибуху говорить, що в першу секунду після народження Всесвіту наш космос розширювався швидше, ніж швидкість світла. Це, до речі, не порушує обмеження швидкості Альберта Ейнштейна. Він стверджував, що швидкість світла є найшвидшим, що може рухатись у Всесвіті, – але це твердження не стосується розширення самого Всесвіту.

У міру свого розширення Всесвіт створив КМФ і подібний «фоновий шум», який складається з гравітаційних хвиль, які, як і КМФ, повинні бути свого роду статичними, що виявляються в усіх частинах неба. Ці гравітаційні хвилі створили теоретизовану ледь помітну поляризацію, один із типів якої називається “B-режимами”. 

У 2014 році астрономи заявили, що знайшли докази В-режимів за допомогою антарктичного телескопа назвавши їх “Фонове зображення космічної позагалактичної поляризації” або BICEP2.  

“Ми впевнені, що сигнал, який ми бачимо, є реальним, і він є на небі”, – заявив провідний дослідник Джон Ковач з Гарвардсько-Смітсонівського центру астрофізики в березні 2014 року.

Але до червня ця ж команда заявила, що їхні висновки могли бути викликані галактичним пилом. Цю гіпотезу підтвердили нові результати даних супутника Планка.

Однак зараз підтверджено існування гравітаційних хвиль. Ці хвилі не є B-режимами від народження Всесвіту, а скоріше походять від недавніх зіткнень чорних дір, були неодноразово виявлені обсерваторією гравітаційно-хвильових хвиль (LIGO) з 2016 року.  

Цікаві факти про Всесвіт: реальність вражає

Великий вибух та мультивсесвіт

Теорія великого вибуху каже, що Всесвіт не тільки розширюється, але й розширюється з прискоренням. Це означає, що з часом ніхто не зможе помітити інші галактики із Землі чи будь-якої іншої точки зору в нашій галактиці.

Великий вибух та мультивсесвіт
Великий вибух та мультивсесвіт

“Ми бачимо віддалені галактики, які віддаляються від нас, але їх швидкість з часом зростає”, – заявив астроном Гарвардського університету Аві Льоб у статті, зробленій у березні 2014 року на Space.com.

“Отже, якщо ви зачекаєте досить довго, врешті-решт віддалена галактика досягне швидкості світла. Це означає, що навіть світло не зможе подолати розрив, який відкривається між цією галактикою і нами. Немає можливості для інопланетяни в цій галактиці, щоб спілкуватися з нами, посилати будь-які сигнали, які до нас не досягнуть, коли їхня галактика рухатиметься швидше, ніж світло відносно нас “.

Деякі фізики також припускають, що Всесвіт, в якому ми живемо, є лише одним із багатьох. У моделі “мультивселенної” різні всесвіти можуть співіснувати між собою, як бульбашки, що лежать поруч. Теорія припускає, що в той перший великий поштовх розширення різні частини простору-часу розширювалися різними темпами. Це могло б утворити різні всесвіти – з потенційно різними законами фізики. 

“Важко побудувати моделі розширення, які не призводять до мультивсесвіту”, – сказав Алан Гут, фізик-теоретик з Массачусетського технологічного інституту, під час прес-конференції у березні 2014 року щодо відкриття гравітаційних хвиль. (Гут не пов’язаний з цим дослідженням.)

Хоча ми можемо зрозуміти, як виник Всесвіт, якого ми бачимо, не виключено, що Великий Вибух був не першим періодом розширення, який пережив Всесвіт. Деякі вчені вважають, що ми живемо в космосі, який проходить регулярні цикли розширення та звуження, і що ми просто живемо в одній з цих фаз.

Джерело: www.space.com/

Подібні новини