Всего за 480 руб. Купить полную версию
А теперь представьте себе бескрайние глубины космоса, в которых рождаются и умирают звёзды, взрывы, которые создают новые миры, и энергию, что держит Вселенную в движении. Каждая звезда, каждая галактика, каждый мельчайший атом пронизан тайнами её происхождения. Разгадка этих загадок и есть ключ к пониманию того, как Вселенная возникла и развивалась на протяжении бесконечных веков.
Поэтому не удивительно, что одним из основных вопросов, которые не выходят из сознания человека, всегда был и является вопрос: «как появилась Вселенная?» Естественно, однозначного ответа на данный вопрос нет и вряд ли будет получен в скором времени. Однако наука работает в этом направлении и формирует некую теоретическую модель зарождения нашей Вселенной. И сейчас мы ее рассмотрим, как одну из наиболее возможных, но без того, чтобы принимать её за истину последней инстанции.
Теория Большого взрыва это космологическая модель, которая описывает происхождение и эволюцию Вселенной. Согласно этой теории, она возникла около 13,8 миллиардов лет назад из некоторого плотного разогретого объекта, именуемого сингулярное10 состояние, плохо поддающееся описанию в рамках современной физики.
Предположение было разработано на основе наблюдений за движением галактик относительно Земли, а также через изучение космического излучения. Эта концепция стала основой для современной космологии и понимания эволюции Вселенной.
Основные положения теории Большого взрыва состоят в том, что Вселенная возникла из одной взорвавшейся точки бесконечной плотности и температуры, стремящейся к бесконечности, что она расширяется и охлаждается, а также содержит большое количество атомов водорода и гелия. При этом известно, что при бесконечной плотности энтропия, то есть меры хаоса, она должна устремляться к нулю, что никак не совмещается с бесконечной температурой.
Изначально было пространство и время, и ткань пространства расширялась с невероятной скоростью.
Расширение ткани пространства
В начальный момент времени Вселенная имела бесконечную плотность и температуру, что делает любое понимание точного «начала» крайне сложным. Считается, что тёмная энергия, которая является причиной ускоренного расширения Вселенной, играла значительную роль в ранние времена и по-прежнему остается загадкой.
Первые секунды своего рождения Вселенная находилась в состоянии квантового хаоса периода, который начался примерно через 10^-35 секунд после Большого взрыва. В это время она была очень горячей и плотной, а ее состояние чрезвычайно чувствительно к малейшим изменениям, что явилось причиной того, что поведение Вселенной стало хаотическим и непредсказуемым.
Этап квантового хаоса Вселенной
Другими словами, на этапе квантового хаоса Вселенная, можно сказать, находилась в состоянии квантового коктейля. Это означает, что в ней одновременно существовали различные состояния материи и энергии. Например, электроны могли находиться в двух состояниях одновременно, а фотоны иметь нулевую или бесконечно большую энергию. Природа мироздания на этом этапе существования не поддается описанию в рамках известной нам физики. Тем не менее, произошел распад непрерывного единого пространства-времени на кванты11. Их хаотическое поведение привело к дальнейшему развитию Вселенной, поэтому этап квантового хаоса является одним из наиболее интересных и загадочных периодов в её эволюции.
После него на 10^-45 секунде наступила планковская эпоха, то есть момент окончания квантового хаоса, но она остаётся непонятной из-за отсутствия способа объединить квантовую механику и гравитацию.
Планковская длина и планковское время
Причиной этого является расширение Вселенной, по мере которого ее температура и плотность начали снижаться и квантовые эффекты стали менее заметными.
Окончание квантового хаоса ознаменовало переход Вселенной от однородного и изотропного состояния к неоднородному и анизотропному, что привело к образованию различий в плотности вещества, а в конечном итоге к образованию галактик и других структур.
Точное время окончания квантового хаоса является предметом дискуссий среди ученых. Некоторые исследователи считают, что оно произошло в момент, когда температура Вселенной упала ниже 10^15 градусов Кельвина, а другие, что это произошло позже при температуре 10^12 градусов Кельвина.
Независимо от того, когда именно завершилось окончание квантового хаоса, оно явилось важным событием в истории Вселенной, поскольку ознаменовало переход к ее нынешнему состоянию, которое мы наблюдаем сегодня. Исследователи продолжают изучать этот период рождения космического мироздания, чтобы лучше понять его природу и последствия.
Следующей стадией истории Вселенной стала инфляционная стадия очень короткий, но интенсивный период её резкого расширения, который произошел в самом начале вскоре после Большого Взрыва.
Инфляционная стадия Вселенной
Инфляция12 была вызвана существованием гипотетической субстанции, называемой инфляционным полем, обладавшим отрицательным давлением, которое привело к ускоренному расширению Вселенной. В первый момент инфляции от единого суперсимметричного поля, ранее включавшего поля фундаментальных взаимодействий, отделилось гравитационное взаимодействие.
Словом, в течение крохотной доли времени (менее, чем за одну миллиардную долю доли секунды), Вселенная, предположительно, экспоненциально13 расширилась. Проще говоря, стала очень быстро раздуваться, а ближе к концу энергия физических полей перешла в энергию обычных частиц, что значительно повысило температуру вещества и излучения.
Инфляция имела ряд важных последствий для эволюции Вселенной. Она привела к тому, что Вселенная стала однородной и изотропной на больших масштабах, а также к образованию различий в плотности вещества.
Это предположение о периоде инфляции, хотя и не имеет прямых наблюдений, является ключевой частью современных космологических теорий и помогает объяснить некоторые загадки ранней Вселенной.
После того, как состояние инфляции закончилось и энергия пространства преобразовалась в материю, антиматерию и излучение, началась стадия радиационного доминирования, когда температура Вселенной начала понижаться и сформировались фермионы14. Они разделились на кварки бесструктурные элементарные частицы и фундаментальные составляющие материи, сильно взаимодействующие между собой, а также лептоны, которые свободно существуют в пространстве независимо от своих собратьев. Затем кварки объединились в составные частицы, называемые адронами, наиболее стабильными из которых являются протоны и нейтроны, компоненты атомных ядер.
Стадия радиационного доминирования, когда температура Вселенной начала понижаться и сформировались фермионы
Горячий первичный бульон расширился и остыл, образовав легкую асимметрию между материей, которой было чуть больше, и антиматерией, которой было чуть меньше. Словом, начали образовываться начальные химические элементы и синтезироваться гелий. Однако, излучение все еще преобладало над веществом.
Спустя 10 000 лет энергия вещества постепенно превосходит энергию излучения и происходит их разделение. Вещество начинает доминировать над излучением, и возникает реликтовый фон остаточное тепло, оставшееся с первых лет сразу после Большого взрыва, которое все еще можно найти в пустых просторах космоса и которое свидетельствует в поддержку этой теории.