Какие открытия служат подтверждением теории большого взрыва

Обновлено: 06.07.2024

Большой взрыв подтверждается множеством фактов:

Из общей теории относительности Эйнштейна следует, что вселенная не может быть статичной; она должна или расширяться, или сжиматься.

Чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется от нас (закон Хаббла). Это указывает на расширение вселенной. Расширение вселенной означает, что в отдалённом прошлом вселенная была небольшой и компактной.

Модель Большого взрыва предсказывает, что космическое микроволновое реликтовое излучение должно проявляться во всех направлениях, имея спектр абсолютно чёрного тела и температуру около 3°К. Мы наблюдаем точный спектр абсолютно чёрного тела с температурой 2,73°К.

Реликтовое излучение равномерно до 0,00001. Небольшая неравномерность должна существовать для объяснения неравномерности распределения материи в сегодняшней вселенной. Такая неравномерность наблюдается и в предсказанном размере.

По теории Большого взрыва предсказывается наблюдаемое количество изначального водорода, дейтерия, гелия и лития. Никаким другим моделям этого не удаётся.

По теории Большого взрыва предсказывается, что вселенная с течением времени меняется. Из-за конечности скорости света наблюдение на дальних расстояниях позволяет нам взглянуть в прошлое. Среди прочих изменений мы видим, что, когда вселенная была моложе, квазары были более обычным явлением, а звёзды были более голубыми.

Существует, по крайней мере, 3 способа определить возраст Вселенной.Я опишу ниже:
*Возраст химических элементов.
*Возраст старейших шаровых скоплений.
*Возраст старейших звезд белых карликов.
*Возраст Вселенной также может быть оценен исходя из космологических моделей,основанных на значении Постоянной Хаббла,а также плотностей материи и темной энергии.Этот возраст, основанный на модели, составляет в настоящее время 13.7 ± 0.2 миллиардов лет.

Экспериментальные измерения согласуются с возрастом на основе модели, что способствует укреплению нашего доверия модели Большого взрыва.

К настоящему моменту с помощью спутника COBE составлена карта фонового излучения с его волнообразными структурами и флуктуациями амплитуды на протяжении нескольких миллиардов световых лет от Земли. Все эти волны являются сильно увеличенными изображениями тех мельчайших структур, с которых начинался Большой Взрыв. Размер этих структур был даже меньше размера субатомных частиц.
Этими же проблемами занимается и новый спутник MAP (Microwave Anisotropy Probe), который был отправлен в космос в пошлом году. Его задача - собирать информацию о микроволновом излучении, оставшемся от Большого Взрыва.

Свет, идущий к Земле от дальних звезд и галактик (вне зависимости от их расположения относительно Солнечной системы), имеет характерный красный сдвиг (Barrow, 1994). Такой сдвиг обусловлен доплеровским эффектом - увеличением длины световых волн при быстром удалении источника света от наблюдателя. Интересно, что этот эффект отмечается во всех направлениях, а значит, все дальние объекты движутся от Солнечной системы. Однако так происходит отнюдь не потому, что Земля - центр Вселенной. Скорее, ситуацию можно описать при помощи сравнения с воздушным шариком, раскрашенным «в горошек». По мере надувания шарика расстояние между горошинами увеличивается. Вселенная расширяется, и это происходит уже долгое время. Космологи считают, что Вселенная образовалась в течение одной минуты 10-20 миллиардов лет назад. Она «вылетела во все стороны» из одной точки, где материя находилась в состоянии невообразимой концентрации. Это событие называют Большим Взрывом.

Решающим доказательством в пользу теории Большого Взрыва стало существование фоновой космической радиации, так называемого реликтового излучения. Эта радиация - остаточный признак энергии, выделившейся в начале взрыва. Реликтовое излучение было предсказано в 1948 году и экспериментально зафиксировано в 1965-м. Оно является микроволновым излучением, которое можно определить в любой точке космоса, и создает фон для всех прочих радиоволн. Излучение имеет температуру 2,7 градуса по Кельвину (Taubes, 1997). Вездесущность этой остаточной энергии подтверждает не только факт возникновения (а не вечного существования) Вселенной, но и то, что ее рождение было взрывоподобно.

Если мы предположим, что Большой Взрыв произошел 13500 миллионов лет назад (что подтверждается несколькими фактами), то первые галактики возникли из гигантских газовых скоплений около 12500 миллионов лет назад (Calder, 1983). Звезды этих галактик были микроскопическими скоплениями сильно сжатого газа. Сильное гравитационное давление в их ядрах инициировало реакции термоядерного синтеза, превращающие водород в гелий с побочным излучением энергии (Davies, 1994). По мере старения звезд атомная масса элементов внутри них возрастала. Фактически, все элементы тяжелее водорода являются продуктами существования звезд. В раскаленной топке звездного ядра образовывались все более и более тяжелые элементы. Именно таким путем появились железо и элементы с меньшей атомной массой. Когда ранние звезды израсходовали свое «топливо», то более не могли противостоять силам гравитации. Звезды сжались, а затем взорвались сверхновыми. Во время взрыва сверхновых появились элементы с атомной массой больше, чем у железа. Неоднородный внутризвездный газ, оставшийся после ранних звезд, стал строительным материалом, из которого могли сформироваться новые солнечные системы. Скопления этого газа и пыли частично формировались в результате взаимного притяжения частиц. Если масса газового облака достигала определенного критического предела, гравитационное давление запускало процесс ядерного синтеза и из остатков старой звезды рождалась новая.

Доказательства модели Большого взрыва исходят из множества наблюдаемых данных, которые соответствуют модели Большого взрыва. Ни одно из этих доказательств Большого взрыва, как научной теории не является определяющим. Многие из этих фактов соответствуют как Большому взрыву, так и некоторым другим космологическим моделям, но взятые все вместе эти наблюдения показывают что модель Большого взыва является на сегодня наилучшей моделью Вселенной. Эти наблюдения включают:

Черноту ночного неба - Парадокс Олбера.
Закон Хаббла - Закон линейной зависимости расстояние от величины красного смещения. Этим данный на сегодня очень точны.
Гомогенность - четкие данные, показывающие что наше расположение во Вселенной не уникально.
Изотропия пространства - очень четкие данные, показывающие, что небо выглядит одинаковым образом во всех направлениях с точностью в 1 часть на 100,000.
Замедление времени на кривых яркости сверхновых звезд.
Наблюдения приведенные выше соответствуют как Большому взрыву так и стационарной модели, но многие наблюдения поддерживают Большой взрыв лучше, чем Стационарную модель:
Зависимость числа источников радиоизлучения и квазаров от яркости. Она показывает, что Вселенная эволюционировала.
Существование чернотельного реликтового излучения. Это показывает что Вселенная развилась из плотного, изотермического состояния.
Изменение Tреликт. с изменением величины красного смещения. Это является прямым наблюдением эволюции Вселенной.
Содержания Дейтерия, 3He, 4He, и 7Li. Содержание всех этих легких изотопов хорошо соответствует предсказываемым реакциям происходящим в первые три минуты.
Наконец, анизотропия угловой интенсивности реликтового излучения составляющая одну часть на миллион соответствует модели Большого взрыва с доминирующей темной матеией, которая прошла через инфляционную стадию.

Точные измерения, проведенные с помощью спутника "COBE", подтвердили, что реликтовое излучение заполняет Вселенную и имеет температуру 2,7 градусов Кельвина.Это излучение регистрируется со всех направлений и достаточно однородно. Согласно теории, Вселенная расширяется и, следовательно, в прошлом она должна была быть более плотной. А следовательно и температура излучения в то время должна быть выше. Теперь это беспорный факт.

Данные радиоастрономии свидетельствуют о том, что в прошлом далекие внегалактические радиоисточники излучали больше, чем сейчас. Следовательно, эти радиоисточники эволюционируют. Когда мы сейчас наблюдаем мощный радиоисточник, мы не должны забывать о том, что перед нами его далёкое прошлое (ведь сегодня радиотелескопы принимают волны, которые были излучены миллиарды лет назад). Тот факт, что радиогалактики и квазары эволюционируют, причем время их эволюции соизмеримо со временем существования Метагалактики, принято так же рассматривать в пользу теории Большого Взрыва.

Важное подтверждение «горячей Вселенной» следует из сравнения наблюдаемой распространенности химических элементов с тем соотношением между количеством гелия и водорода (около 1/4 гелия и примерно 3/4 водорода), которое возникло во время первичного термоядерного синтеза.

Изобилие легких элементов
Ранняя Вселенная была очень горячей. Даже если протоны и нейтроны при столкновении объединялись и формировали более тяжелые ядра, время их существования было ничтожным, потому что уже при следующем столкновении с еще одной тяжелой и быстрой частицей ядро снова распадалось на элементарные компоненты. Выходит, что с момента Большого взрыва должно было пройти около трех минут, прежде чем Вселенная остыла настолько, чтобы энергия соударений несколько смягчилась и элементарные частицы начали образовывать устойчивые ядра. В истории ранней Вселенной это ознаменовало открытие окна возможностей для образования ядер легких элементов. Все ядра, образовывавшиеся в первые три минуты, неизбежно распадались; в дальнейшем начали появляться устойчивые ядра.

Однако это первичное образование ядер (так называемый нуклеосинтез) на ранней стадии расширения Вселенной продолжался очень недолго. Вскоре после первых трех минут частицы разлетелись так далеко друг от друга, что столкновения между ними стали крайне редкими, и это ознаменовало закрытие окна синтеза ядер. В этот краткий период первичного нуклеосинтеза в результате соударений протонов и нейтронов образовались дейтерий (тяжелый изотоп водорода с одним протоном и одним нейтроном в ядре), гелий-3 (два протона и нейтрон), гелий-4 (два протона и два нейтрона) и, в незначительном количестве, литий-7 (три протона и четыре нейтрона). Все более тяжелые элементы образуются позже — при формировании звезд (см. Эволюция звезд).

Теория Большого взрыва позволяет определить температуру ранней Вселенной и частоту соударений частиц в ней. Как следствие, мы можем рассчитать соотношение числа различных ядер легких элементов на первичной стадии развития Вселенной. Сравнив эти прогнозы с реально наблюдаемым соотношением легких элементов (с поправкой на их образование в звездах), мы обнаруживаем впечатляющее соответствие между теорией и наблюдениями. По моему мнению, это лучшее подтверждение гипотезы Большого взрыва.

Помимо двух приведенных выше доказательств (микроволновой фон и соотношение легких элементов) недавние работы (см. Инфляционная стадия расширения Вселенной) показали, что сплав космологии Большого взрыва и современной теории элементарных частиц разрешает многие кардинальные вопросы устройства Вселенной. Конечно, проблемы остаются: мы не можем объяснить саму первопричину возникновения Вселенной; не ясно нам и то, действовали ли в момент ее зарождения нынешние физические законы. Но убедительных аргументов в пользу теории Большого взрыва на сегодняшний день накоплено более чем достаточно.

Среди людей далеких от науки существует недопонимание того, что означает слово "теория". Большинство людей думает, что теория это нечто . Не доказанное. Сомнительное. Ученые сами до конца еще не уверены. И тому подобное.

Так вот. Это не так. Нечто не доказанное и неподтвержденное - это гипотеза. А теория - это система научных знаний описывающих предмет теории. Если какая-то система научного знания возведена в ранг теории, это говорит о том, что у нее чертовски хорошая доказательная база. По сути вся наука состоит из теорий.

Возвращаясь к Большому Взрыву очень важно понимать чем является и чем НЕ является теория Большого Взрыва. Это поможет понять почему она рассматривается учеными как непреложный факт.

Теория Большого Взрыва действительно ничего не говорит о том, что послужило его причиной и откуда вообще взялось все на свете. Теория Большого Взрыва утверждает , что примерно 13.8 миллиардов лет назад наша вселенная была сжата в некоем очень малом объеме и была очень плотной и горячей. Отталкиваясь от этого постулата ученые рассчитали свойства Вселенной такой какой она должна быть сейчас. Подавляющее большинство свойств рассчитанных на основе главного постулата теории Большого Взрыва согласуются с результатами измерений и наблюдений.

Количество подтвержденных гипотез полученных с помощью теории Большого Взрыва огромно, стоит отметить только главные из них: существование и флуктуации реликтового излучения, корреляционные шаблоны в широкомасштабной структуре космоса, преобладание легких элементов (водород и гелий) над тяжелыми и т.д.

Также очень важным является то, что предсказания основанные на теории Большого Взрыва согласуются с результатами наблюдений не только качественно, но и численно.

Например теория Большого взрыва предсказывает, что во вселенной будет наблюдаться реликтовое излучение. И его действительно обнаруживают и его температура измеренная при обнаружении примерно равна 3 К - именно столько, сколько и было рассчитано на основании теории Большого Взрыва.

Т.е. теория большого Взрыва подтверждается не общими рассуждениями и пространными аналогиями, а строгими математическими расчетами, которые могут быть легко проверены. Именно поэтому теория Большого Взрыва получила такое широкое признание.

При этом надо понимать, что теория Большого Взрыва ничего не говорит о том, как возникло это начально горячее, экстремально плотное и сжатое состояние вселенной. Для нее это и не важно. Этот аспект не является частью её, хотя, безусловно, представляет огромный интерес.

В начале ХХ века (в 1916 г.) Альберт Эйнштейн опубликовал Общую Теорию Относительности (ОТО), в которой появились первые идеи данной концепции. Он описал, что пространство и время неразрывно связаны между собой и являются формами существования единой субстанции – материи. ОТО основана на сенсационном предположении о том, что гравитационная сила не может появиться в статичном пространстве, пространство-время искривлено помещёнными в него массой и энергией (ведь именно из-за сил гравитации звезды и планеты имеют шарообразную форму). Так же по ОТО во Вселенной должны происходить одновременно два процесса – сжатие и расширение. Но в то время большинство ученых придерживались мнения о статичности Вселенной, и на эти идеи отреагировали неоднозначно. Чтобы согласиться с мнением большинства, в следующем, 1917 году Эйнштейн ввёл космологическую постоянную, чтобы уравнения допускали пространственно однородное статическое решение, однако позднее назвал её своей самой большой ошибкой (да-да! Гении тоже могут ошибаться!).

В 1922 году советский физик А. Фридман на основе уравнений Эйнштейна понял, что вся Вселенная возникла из плотно сжатой точки, и , поскольку во Вселенной постоянно происходят процессы взрывного характера (например, взрывы сверхновых), то учёный предположил, что в рождении Вселенной так же лежит взрывной процесс.

Позднее, в 1929 г., Э. Хаббл обнаружил, что галактики постоянно удаляются друг от друга, или, как принято говорить, «разбегаются». Данное открытие подтвердило мысль о расширяющейся Вселенной.

Следующий важнейший шаг в этой теории – выход работы Г. А. Гамова в 1948 году о «Горячей Вселенной», которая была построена на теориях Фридмана. Гамов писал, что первичное вещество во Вселенной было не только очень плотным, но и очень горячим. Именно высокие температуры и плотность способствовали возникновению ядерных реакций, в результате чего синтезировались легкие химические элементы, послужившие строительным материалом для звёзд и галактик. На основе этого Гамов предсказал наличие космического фона излучения, которое с того момента не могло исчезнуть – его температура упала почти до абсолютного нуля. В 1964 году теория Гамова была полностью подтверждена американскими радиоастрономами Р. Вилсоном и А. Пензиасом, которым удалось открыть космический фон излучения и измерить его температуру. Теперь это излучение называется реликтовым.

В 2000-х годах спутники подтвердили теорию расширения Вселенной, а в настоящее время реликтовое излучение измеряется с более высокой точностью.

От сингулярности до наших дней (этапы развития)

1. Как уже было сказано выше, в начале всего существовала космологическая сингулярность – состояние, при котором всё вещество было сжато до колоссальных значений плотности и температуры, а кривизна пространства-времени стремится к бесконечности. В данном состоянии не может работать ни один из известных законов физики. Размер самой сингулярности сопоставим с размером атомного ядра. Только представьте, как в такую точку можно уместить всё космическое вещество!

2. Далее, по неизвестным нам причинам, началась планковская эпоха – произошло что – то, что заставило вещество стремительно расширяться и постепенно охлаждаться. Момент Большого взрыва считается рождением всего сущего («день рождения» Вселенной произошёл примерно 13,7 млрд лет назад). При высоких температурах на начальном этапе начали действовать реакции ядерного синтеза – так стали возникать первые частицы.

3. В Эпоху великого объединения возникли силы гравитации, способные объединять разрозненное вещество.

4. Эпоха инфляции – Вселенная начала стремительно расширяться, но вот вопрос: куда.

5. Бариогенезис – объединение кварков и глюонов в барионы, а так же образование материи и антиматерии. Появляются четыре фундаментальных физических взаимодействия (сильное, слабое, гравитационное и электро – магнитное). После падения температуры и периода фазового перехода гравитация становится доминирующей силой.

6. Тёмные века – Вселенная была заполнена водородно – гелиевой массой; материя стала прозрачной для излучения, распространяющееся свободно и дошедшее до нас в виде реликтового излучения.

7. Рождение первых звёзд – сжатие облаков водорода и гелия под воздействием гравитации привело к возникновению термоядерных реакций. Появившиеся первые звезды объединялись в другие гравитационные системы – галактики.

8. Эра вещества – формирование планетарных систем.

Можно сказать, что сейчас Вселенная находится в «самом расцвете сил»: появляются новые планетарные системы, рождаются и умирают звезды, после гибели которых во Вселенную выбрасывается строительное вещество для других объектов. Именно в наше время во Вселенной созданы все условия для возникновения жизни.

Из общей теории относительности Эйнштейна следует, что вселенная не может быть статичной; она должна или расширяться, или сжиматься. Теория нестационарной Вселенной (включая учёт космологического члена) была создана, ещё до открытия закона Хаббла усилиями Фридмана, Леметра и де Ситтера.

Закон Хаббла - Чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется от нас. Это указывает на расширение вселенной. Расширение вселенной означает, что в отдалённом прошлом вселенная была небольшой и компактной.

Модель “Большого взрыва” предсказывает, что космическое микроволновое реликтовое излучение должно проявляться во всех направлениях, имея спектр абсолютно чёрного тела и температуру около 3 К. Мы наблюдаем точный спектр абсолютно чёрного тела с температурой 2,73 К.

Реликтовое излучение равномерно до 1/10000. Небольшая неравномерность должна существовать для объяснения неравномерности распределения материи в сегодняшней вселенной. Такая неравномерность наблюдается и в предсказанном размере.

Существует, по крайней мере, 3 способа определить возраст Вселенной:

Возраст химических элементов.

Возраст старейших шаровых скоплений.

Возраст старейших звезд белых карликов.

Возраст Вселенной также может быть оценен исходя из космологических моделей, основанных на значении Постоянной Хаббла, а также плотностей материи и темной энергии. Этот возраст, основанный на модели, составляет в настоящее время 13.7 ± 0.2 миллиардов лет.

Экспериментальные измерения согласуются с возрастом на основе модели, что способствует укреплению нашего доверия модели Большого взрыва.
К настоящему моменту с помощью спутника COBE составлена карта фонового излучения с его волнообразными структурами и флуктуациями амплитуды на протяжении нескольких миллиардов световых лет от Земли. Все эти волны являются сильно увеличенными изображениями тех мельчайших структур, с которых начинался Большой Взрыв. Размер этих структур был даже меньше размера субатомных частиц. Этими же проблемами занимается и новый спутник MAP (Microwave Anisotropy Probe), который был отправлен в космос в пошлом году. Его задача - собирать информацию о микроволновом излучении, оставшемся от Большого Взрыва.

Свет, идущий к Земле от дальних звезд и галактик, имеет характерный красный сдвиг. Такой сдвиг обусловлен доплеровским эффектом - увеличением длины световых волн при быстром удалении источника света от наблюдателя. Интересно, что этот эффект отмечается во всех направлениях, а значит, все дальние объекты движутся от Солнечной системы. Однако так происходит отнюдь не потому, что Земля - центр Вселенной. Скорее, ситуацию можно описать при помощи сравнения с воздушным шариком, раскрашенным «в горошек». По мере надувания шарика расстояние между горошинами увеличивается. Вселенная расширяется, и это происходит уже долгое время. Космологи считают, что Вселенная образовалась в течение 3 минут 13,78 миллиарда лет назад. Она «вылетела везде и во все стороны» из одной точки возникшего пространства, где энергия находилась в состоянии невообразимой концентрации. Это событие называют Большим Взрывом.

Решающим доказательством в пользу теории Большого Взрыва стало существование фоновой космической радиации, так называемого реликтового излучения. Эта радиация - остаточный признак энергии, выделившейся в начале взрыва. Реликтовое излучение было предсказано в 1948 году группой Г. Гамова и экспериментально зафиксировано в 1965 А. Пензиасом и Р. Вильсоном. Оно является микроволновым излучением, которое можно определить в любой точке космоса, и создает фон для всех прочих радиоволн. Излучение имеет температуру 2,7 градуса по Кельвину. Вездесущность этой остаточной энергии подтверждает не только факт возникновения Вселенной, но и то, что ее рождение было взрывоподобно.

Если мы предположим, что Большой Взрыв произошел 13 780 миллионов лет назад (что подтверждается несколькими фактами), то первые галактики возникли из гигантских газовых скоплений около 13 230 миллионов лет назад . Звезды этих галактик были микроскопическими скоплениями сильно сжатого газа. Сильное гравитационное давление в их ядрах инициировало реакции термоядерного синтеза, превращающие водород в гелий с побочным излучением энергии. По мере старения звезд атомная масса элементов внутри них возрастала. Фактически, все элементы тяжелее водорода являются продуктами существования звезд. В раскаленной топке звездного ядра образовывались более тяжелые элементы. Именно таким путем появились железо и элементы с меньшей атомной массой. Когда ранние звезды израсходовали свое «топливо», то более не могли противостоять силам гравитации. Звезды сжались, а затем взорвались сверхновыми. Во время взрыва сверхновых появились элементы с атомной массой больше, чем у железа. Неоднородный внутризвездный газ, оставшийся после ранних звезд, стал строительным материалом, из которого могли сформироваться новые солнечные системы. Скопления этого газа и пыли частично формировались в результате взаимного притяжения частиц. Если масса газового облака достигала определенного критического предела, гравитационное давление запускало процесс ядерного синтеза и из остатков старой звезды рождалась новая.

Доказательства модели Большого взрыва исходят из множества наблюдаемых данных, которые соответствуют модели Большого взрыва. Ни одно из этих доказательств Большого взрыва, как научной теории не является определяющим. Многие из этих фактов соответствуют как Большому взрыву, так и некоторым другим космологическим моделям, но взятые все вместе эти наблюдения показывают что модель Большого взрыва является на сегодня наилучшей моделью Вселенной. Эти наблюдения включают:

Закон Хаббла - Закон линейной зависимости расстояние от величины красного смещения. Этим данный на сегодня достаточно точны.

Гомогенность - четкие данные, показывающие что наше расположение во Вселенной не уникально.

Изотропия пространства - очень четкие данные, показывающие, что небо выглядит одинаковым образом во всех направлениях с точностью в 1 часть на 100,000.

Наблюдения приведенные выше соответствуют как Большому взрыву так и стационарной модели, но многие наблюдения поддерживают Большой взрыв лучше, чем Стационарную модель:

Существование чернотельного реликтового излучения. Это показывает что Вселенная развилась из плотного, изотермического состояния.

Содержания Дейтерия, 3He, 4He, и 7Li. Содержание всех этих легких изотопов хорошо соответствует предсказываемым реакциям происходящим в первые три минуты.

Наконец, анизотропия угловой интенсивности реликтового излучения составляющая одну часть на миллион соответствует модели Большого взрыва с доминирующей темной материей, которая прошла через инфляционную стадию.

Точные измерения, проведенные с помощью спутника "COBE", подтвердили, что реликтовое излучение заполняет Вселенную и имеет температуру 2,7 Кельвин. Это излучение регистрируется со всех направлений и достаточно однородно. Согласно теории, Вселенная расширяется и, следовательно, в прошлом она должна была быть более плотной. А следовательно и температура излучения в то время должна быть выше. Теперь это бесспорный факт.

Хронология:

Планковское время: 10^-43 секунды. Через этот промежуток времени гравитацию можно рассматривать как классический фон на котором развиваются частицы и поля, подчиняясь при этом законам квантовой механики. Область размером около 10^-33 см в поперечнике гомогенна и изотропна. Температура T=10^32K.

Инфляция. В хаотичной инфляционной модели Линде инфляция начинается в момент Планковского времени, хотя она может начаться, когда температура упадет до той границы, при которой внезапно разрушится симметрия Великой теории объединения (GUT). Это происходит при температурах от 10^27 до 10^28 K через 10^-35 секунд после Большого взрыва.

Инфляция заканчивается. Время равно 10^-33 секунды, температура по-прежнему 10^27 - 10^28 K поскольку плотность энергии вакуума, которая разгоняет инфляцию, преобразуется в тепло. В конце инфляции скорость расширения так велика, что видимый возраст Вселенной [1/H] составляет лишь 10^-35 секунды. Благодаря инфляции, гомогенная область от Планковского момента времени имеет поперечник не менее 100 см, т.е. возросла более чем в 10^35 раз с момента Планковского времени. Однако, квантовые флуктуации в ходе инфляции создают участки негомогенности с низкой амплитудой и случайным распределением, имеющим одинаковую энергию во всех диапазонах.

Бариогенезис: небольшое различие в скоростях реакций для материи и антиматерии приводит к смеси, в которой содержится около 100,000,001 протонов на каждые 100,000,000 антипротонов (и 100,000,000 фотонов).

Вселенная растет и охлаждается до момента 0.0001 секунды после Большого взрыва и температуры около T=10^13 K. Антипротоны аннигилируют с протонами, в результате чего остается только материя, но с очень большим количеством фотонов на каждый выживший протон и нейтрон.

Вселенная растет и охлаждается до момента в 1 секунду после Большого взрыва, температура T=10^10 K. Вымораживаются слабые взаимодействия при отношении протон/нейтрон около 6. Гомогенный участок достигает к этому моменту размера 1019.5 см.

Вселенная растет и охлаждается до момента 100 секунд после Большого взрыва. Температура 1 миллиард градусов, 10^9 K. Аннигилируют электроны и позитроны, образуя еще более фотонов, тогда как протоны и нейтроны соединяются, образуя ядра дейтерия (тяжелого водорода). Большая часть ядер дейтерия объединяется с образованием ядер гелия. В конечном итоге имеется по массе около 3/4 водорода, 1/4 гелия; отношение дейтерий/протон равно 30 частей на миллион. На каждый протон или нейтрон присутствует около 2 миллиардов фотонов.

Через месяц после Большого Взрыва ослабевают процессы, которые преобразуют поле излучения к спектру излучения абсолютно черного тела, теперь они отстают от расширения Вселенной, поэтому спектр реликтового излучения сохраняет информацию, относящуюся к этому времени.

Плотность материи сравнивается с плотностью излучения через 56,000 лет после Большого Взрыва. Температура 9000 K. Негомогенности темной материи могут начать сжиматься.

Объединяются протоны и электроны, образуя нейтральный водород. Вселенная становится прозрачной. Температура 3000 K, время 380,000 лет после Большого Взрыва. Обычная материя теперь может падать на облака темной материи. Реликтовое излучение с этого времени свободно путешествует до настоящего времени, поэтому анизотропия реликтового излучения дает картину Вселенной в то время.

Через 100-200 миллионов лет после Большого Взрыва образуются первые звезды, и своим излучением вновь ионизируют Вселенную.

Взрываются первые сверхновые, наполняя Вселенную углеродом, азотом, кислородом, кремнием, магнием, железом, и так далее, вплоть до урана.

Как собранные вместе облака темной материи, звезды и газ образуются в Галактики.

Образуются скопления галактик.

4.6 милиарда лет назад образуется Солнце и Солнечная система.

Сегодня: время 13.7 миллиардов лет после Большого взрыва, температура T=2.725 K. Гомогенный участок сегодня составляет не менее 10^29 см в поперечнике, что больше, чем наблюдаемая часть Вселенной.

Большой Взрыв был!
Вот что, например, написал по этому поводу академик Я.Б. Зельдович в 1983 г.: «Теория «Большого Взрыва» в настоящий момент не имеет сколько-нибудь заметных недостатков. Можно даже сказать, что она столь же надежно установлена и верна, сколь верно то, что Земля вращается вокруг Солнца. Обе теории занимали центральное место в картине мироздания своего времени, и обе имели много противников, утверждавших, что новые идеи, заложенные в них, абсурдны и противоречат здравому смыслу. Но подобные выступления не в состоянии препятствовать успеху новых теорий».

Данные радиоастрономии свидетельствуют о том, что в прошлом далекие внегалактические радиоисточники излучали больше, чем сейчас. Следовательно, эти радиоисточники эволюционируют. Когда мы сейчас наблюдаем мощный радиоисточник, мы не должны забывать о том, что перед нами его далёкое прошлое (миллиарды лет назад). Тот факт, что радиогалактики и квазары эволюционируют, причем время их эволюции соизмеримо со временем существования Метагалактики, принято так же рассматривать в пользу теории Большого Взрыва.

Важное подтверждение «горячей Вселенной» следует из сравнения наблюдаемой распространенности химических элементов с тем соотношением между количеством гелия и водорода (1/4 гелия и 3/4 водорода), которое возникло во время первичного термоядерного синтеза.

Ранняя Вселенная была очень горячей. Даже если протоны и нейтроны при столкновении объединялись и формировали более тяжелые ядра, время их существования было ничтожным, потому что уже при следующем столкновении с еще одной тяжелой и быстрой частицей ядро снова распадалось на элементарные компоненты. Выходит, что с момента Большого взрыва должно было пройти около трех минут, прежде чем Вселенная остыла настолько, чтобы энергия соударений несколько смягчилась и элементарные частицы начали образовывать устойчивые ядра. В истории ранней Вселенной это ознаменовало открытие окна возможностей для образования ядер легких элементов. Все ядра, образовывавшиеся в первые три минуты, неизбежно распадались; в дальнейшем начали появляться устойчивые ядра.

Помимо двух приведенных выше доказательств (микроволновой фон и соотношение легких элементов) недавние работы показали, что сплав космологии Большого взрыва и современной теории элементарных частиц разрешает многие кардинальные вопросы устройства Вселенной. Конечно, проблемы остаются: мы не можем объяснить саму первопричину возникновения Вселенной; не ясно нам и то, действовали ли в момент ее зарождения нынешние физические законы. Но убедительных аргументов в пользу теории Большого взрыва на сегодняшний день накоплено более чем достаточно.

Читайте также: