Najveća eksplozija u svemiru. Što se dogodilo prije Velikog praska? Nove alternativne teorije

U znanstvenom svijetu općenito je prihvaćeno da je svemir nastao kao rezultat veliki prasak. U izradi ovu teoriju na činjenici da su energija i materija (temelji svih stvari) prethodno bili u stanju singularnosti. Njega pak karakterizira beskonačnost temperature, gustoće i tlaka. Samo stanje singularnosti odbacuje sve zakone fizike poznate suvremenom svijetu. Znanstvenici vjeruju da je Svemir nastao od mikroskopske čestice, koja je iz još nepoznatih razloga u dalekoj prošlosti došla u nestabilno stanje i eksplodirala.

Pojam “Veliki prasak” počeo se koristiti 1949. godine nakon objavljivanja radova znanstvenika F. Hoylea u popularnoznanstvenim publikacijama. Danas je teorija "modela dinamičkog razvoja" toliko dobro razvijena da fizičari mogu opisati procese koji se odvijaju u svemiru unutar 10 sekundi nakon eksplozije mikroskopske čestice koja je postavila temelje za sve stvari.

Postoji nekoliko dokaza teorije. Jedan od glavnih je kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje koje prožima cijeli Svemir. Mogao je nastati, prema suvremenim znanstvenicima, samo kao rezultat Velikog praska, zbog interakcije mikroskopskih čestica. To je reliktno zračenje koje nam omogućuje da naučimo o onim vremenima kada je Svemir bio poput gorućeg prostora, a nije bilo zvijezda, planeta i same galaksije. Drugim dokazom rođenja svega iz Velikog praska smatra se kozmološki crveni pomak, koji se sastoji u smanjenju frekvencije zračenja. Ovo potvrđuje uklanjanje zvijezda i galaksija posebno od Mliječne staze i jedne od druge općenito. Odnosno, to ukazuje na to da se Svemir ranije širio i nastavlja to činiti do danas.

Kratka povijest svemira

10 -45 - 10 -37 sek- inflacijska ekspanzija

10 -6 sek- pojava kvarkova i elektrona

10 -5 sek- nastanak protona i neutrona

10 -4 s - 3 min- pojava jezgri deuterija, helija i litija

400 tisuća godina- stvaranje atoma

15 milijuna godina- nastavak širenja oblaka plina

1 milijarda godina- rađanje prvih zvijezda i galaksija

10-15 milijardi godina- izgled planeta i inteligentan život

10 14 milijardi godina- prestanak procesa rađanja zvijezda

10 37 milijardi godina- iscrpljivanje energije svih zvijezda

10 40 milijardi godina- isparavanje crnih rupa i rađanje elementarnih čestica

10 100 milijardi godina- završetak isparavanja svih crnih rupa

Teorija Velikog praska bila je pravi proboj u znanosti. Omogućio je znanstvenicima da odgovore na mnoga pitanja u vezi s rađanjem Svemira. Ali u isto vrijeme ova je teorija izazvala nove misterije. Glavni je uzrok samog Velikog praska. Drugo pitanje na koje nema odgovora moderna znanost- kako su se pojavili prostor i vrijeme. Prema nekim istraživačima, rođeni su zajedno s materijom i energijom. Odnosno, rezultat su Velikog praska. No onda se ispostavlja da vrijeme i prostor moraju imati nekakav početak. Odnosno, određeni entitet, stalno postojaći i neovisno o svojim pokazateljima, mogao je pokrenuti procese nestabilnosti u mikroskopskoj čestici koja je rodila Svemir.

Što se više istraživanja provodi u tom smjeru, to više pitanja astrofizičara ima. Odgovori na njih čekaju čovječanstvo u budućnosti.

Ideja o razvoju Svemira prirodno je dovela do formuliranja problema početka evolucije (rađanja) Svemira i njegovog

kraj (smrt). Trenutno postoji nekoliko kozmoloških modela koji objašnjavaju pojedine aspekte nastanka materije u Svemiru, ali ne objašnjavaju uzroke i proces rađanja samog Svemira. Od čitavog niza modernih kozmoloških teorija jedino je teorija Velikog praska G. Gamowa uspjela na zadovoljavajući način objasniti gotovo sve dosadašnje činjenice vezane uz ovaj problem. Glavne značajke modela Velikog praska sačuvale su se do danas, iako su kasnije dopunjene teorijom inflacije, odnosno teorijom inflatornog svemira, koju su razvili američki znanstvenici A. Guth i P. Steinhardt, a dopunila je Sovjetski fizičar A.D. Linda.

Godine 1948., izvrsni američki fizičar ruskog podrijetla G. Gamow je predložio da je fizički Svemir nastao kao rezultat ogromne eksplozije koja se dogodila prije otprilike 15 milijardi godina. Tada su se sva materija i sva energija svemira koncentrirale u jednu sićušnu super-gustu nakupinu. Ako je vjerovati matematičkim izračunima, tada je na početku širenja radijus Svemira bio potpuno jednak nuli, a njegova gustoća bila je jednaka beskonačnosti. Ovo početno stanje naziva se singularnost - točkasti volumen s beskonačnom gustoćom. Poznati zakoni fizike ne vrijede u singularnosti. U tom stanju pojmovi prostora i vremena gube smisao, pa nema smisla pitati gdje je ta točka bila. Također, moderna znanost ne može reći ništa o razlozima pojave ovog stanja.

Međutim, prema Heisenbergovom principu neodređenosti, materija se ne može sabiti u jednu točku, pa se vjeruje da je Svemir u početno stanje imao određenu gustoću i veličinu. Prema nekim proračunima, ako se sva tvar vidljivog svemira, koja se procjenjuje na približno 10 61 g, sabije na gustoću od 10 94 g/cm 3, tada će zauzeti volumen od oko 10 -33 cm 3. Bilo bi ga nemoguće vidjeti bilo kojim elektronskim mikroskopom. Dugo se ništa nije moglo reći o uzrocima Velikog praska i prijelaza Svemira u širenje. Ali danas su se pojavile neke hipoteze koje pokušavaju objasniti te procese. Oni su temelj inflacijskog modela razvoja Svemira.

"Početak" svemira

Glavna ideja koncepta Velikog praska je da je Svemir rani stadiji pojava je imala nestabilno stanje nalik vakuumu sa visoka gustoća energije. Ova energija dolazi iz kvantno zračenje, tj. kao niotkuda. Činjenica je da u fizičkom vakuumu nema fiksnih

čestica, polja i valova, ali to nije beživotna praznina. U vakuumu postoje virtualne čestice koje se rađaju, prolazno postoje i odmah nestaju. Stoga vakuum “vrije” virtualnim česticama i zasićen je složenim međudjelovanjima među njima. Štoviše, energija sadržana u vakuumu nalazi se, takoreći, na njegovim različitim katovima, tj. postoji fenomen razlika u razinama energije vakuuma.

Dok je vakuum u ravnotežnom stanju, u njemu postoje samo virtualne čestice (duhovi), koje nakratko posuđuju energiju iz vakuuma da bi se rodile, a brzo vraćaju posuđenu energiju da bi nestale. Kada se iz nekog razloga vakuum u nekoj početnoj točki (singularitetu) pobudio i napustio stanje ravnoteže, tada su virtualne čestice počele hvatati energiju bez trzaja i pretvorile se u stvarne čestice. Na kraju, na određenoj točki u prostoru, formiran je ogroman broj stvarnih čestica, zajedno s energijom povezanom s njima. Kada je pobuđeni vakuum kolabirao, oslobodila se gigantska energija zračenja, a supersila je sabila čestice u supergustu materiju. Ekstremni uvjeti “početka”, kada je čak i prostor-vrijeme bilo deformirano, sugeriraju da je i vakuum bio u posebnom stanju, koje se naziva “lažnim” vakuumom. Karakterizira ga ekstremno velika gustoća energije, što odgovara ekstremno visokoj gustoći materije. U tom agregatnom stanju u njemu mogu nastati jaka naprezanja i negativni pritisci, ekvivalentni gravitacijskom odbijanju takve veličine da je uzrokovalo nekontrolirano i brzo širenje Svemira - Veliki prasak. To je bio početni poticaj, "početak" našeg svijeta.

Od ovog trenutka počinje brzo širenje Svemira, nastaju vrijeme i prostor. U ovom trenutku postoji nekontrolirano napuhavanje “svemirskih mjehurića”, zametaka jednog ili više svemira, koji se međusobno mogu razlikovati po svojim temeljnim konstantama i zakonitostima. Jedan od njih postao je embrij naše Metagalaksije.

Prema različitim procjenama, razdoblje "inflacije", koje se odvija eksponencijalno, traje nezamislivo kratko - do 10 - 33 s nakon "početka". To se zove inflacijsko razdoblje. Tijekom tog vremena, veličina Svemira povećala se 10 50 puta, od milijarde veličine protona do veličine kutije šibica.

Pred kraj faze inflacije, Svemir je bio prazan i hladan, ali kada je inflacija presušila, Svemir je odjednom postao izuzetno "vruć". Ovaj izljev topline koji je osvijetlio prostor nastao je zbog ogromnih rezervi energije sadržane u "lažnom" vakuumu. Ovo stanje vakuuma je vrlo nestabilno i ima tendenciju raspadanja. Kada

kolaps je završen, odbojnost nestaje i inflacija prestaje. A energija, vezana u obliku mnogih stvarnih čestica, oslobođena je u obliku zračenja, trenutno zagrijavajući svemir na 10 27 K. Od tog trenutka nadalje, svemir se razvijao prema standardnoj teoriji "vrućeg" velikog praska. .

Rani stadij evolucije svemira

Neposredno nakon Velikog praska, Svemir je bio plazma elementarnih čestica svih vrsta i njihovih antičestica u stanju termodinamičke ravnoteže na temperaturi od 10 27 K, koje su slobodno prelazile jedna u drugu. U ovom ugrušku postojale su samo gravitacijske i velike (Velike) interakcije. Tada se Svemir počeo širiti, a pritom su mu se smanjivale gustoća i temperatura. Daljnja evolucija Svemira odvijala se u fazama i bila je popraćena, s jedne strane, diferencijacijom, as druge, usložnjavanjem njegovih struktura. Faze evolucije svemira razlikuju se po karakteristikama međudjelovanja elementarnih čestica i nazivaju se ere. Najvažnije promjene trajale su manje od tri minute.

Hadronska era trajao je 10 -7 s. U ovoj fazi temperatura pada na 10 13 K. Istodobno se javljaju sve četiri temeljne interakcije, prestaje slobodno postojanje kvarkova, oni se spajaju u hadrone, među kojima su najvažniji protoni i neutroni. Najznačajniji događaj bio je globalni prekid simetrije, koji se dogodio u prvim trenucima postojanja našeg Svemira. Pokazalo se da je broj čestica nešto veći od broja antičestica. Razlozi ove asimetrije još uvijek nisu poznati. U općoj nakupini nalik plazmi, na svakih milijardu parova čestica i antičestica, bila je još jedna čestica; nije imala dovoljno parova za anihilaciju. To je odredilo daljnji nastanak materijalnog Svemira s galaksijama, zvijezdama, planetima i inteligentnim bićima na nekima od njih.

Leptonsko doba trajao do 1 s nakon starta. Temperatura Svemira pala je na 10 10 K. Njegovi glavni elementi bili su leptoni, koji su sudjelovali u međusobnim transformacijama protona i neutrona. Na kraju ove ere, materija je postala prozirna za neutrine, prestali su djelovati s materijom i od tada su preživjeli do danas.

Era zračenja (fotonska era) trajao 1 milijun godina. Tijekom tog vremena temperatura Svemira se smanjila sa 10 milijardi K na 3000 K. Tijekom ove faze odvijali su se najvažniji procesi primarne nukleosinteze za daljnju evoluciju Svemira - spajanje protona i neutrona (bilo je oko 8 puta manje njih).

viši od protona) u atomske jezgre. Do kraja ovog procesa materija Svemira sastojala se od 75% protona (jezgri vodika), oko 25% su jezgre helija, stotinke postotka deuterij, litij i drugi laki elementi, nakon čega je Svemir postao proziran za fotone , budući da je zračenje odvojeno od tvari i formiralo ono što se u našoj eri naziva reliktnim zračenjem.

Zatim, gotovo 500 tisuća godina, nije došlo do nikakvih kvalitativnih promjena - došlo je do polaganog hlađenja i širenja Svemira. Svemir, iako je ostao homogen, postajao je sve rjeđi. Kad se ohladio na 3000 K, jezgre atoma vodika i helija već su mogle uhvatiti slobodne elektrone i transformirati se u neutralne atome vodika i helija. Kao rezultat toga, nastao je homogeni Svemir, koji je bio mješavina triju tvari koje gotovo nisu bile u interakciji: barionske materije (vodik, helij i njihovi izotopi), leptona (neutrina i antineutrina) i zračenja (fotona). U to vrijeme više nije bilo visokih temperatura i visokog tlaka. Činilo se da će u budućnosti svemir doživjeti daljnje širenje i hlađenje, formiranje "leptonske pustinje" - nešto poput toplinske smrti. Ali to se nije dogodilo; naprotiv, dogodio se skok koji je stvorio moderni strukturni Svemir, koji je, prema moderne procjene, trajalo je od 1 do 3 milijarde godina.

Veliki prasak spada u kategoriju teorija koje pokušavaju u potpunosti pratiti povijest rađanja Svemira, odrediti početne, trenutne i završne procese u njegovom životu.

Je li postojalo nešto prije nego što je svemir nastao? Ovo temeljno, gotovo metafizičko pitanje znanstvenici postavljaju i dan danas. Nastanak i razvoj svemira oduvijek je bio i ostao predmet žestokih rasprava, nevjerojatnih hipoteza i teorija koje se međusobno isključuju. Glavne verzije nastanka svega što nas okružuje, prema crkvenom tumačenju, pretpostavljale su božansku intervenciju, a znanstveni svijet podržao Aristotelovu hipotezu o statičkoj prirodi svemira. Potonjem modelu priklonili su se Newton, koji je branio bezgraničnost i postojanost Svemira, te Kant, koji je ovu teoriju razvio u svojim djelima. Godine 1929. američki astronom i kozmolog Edwin Hubble radikalno je promijenio poglede znanstvenika na svijet.

Ne samo da je otkrio prisutnost brojnih galaksija, već i širenje svemira - kontinuirano izotropno povećanje veličine svemira koje je započelo u trenutku Velikog praska.

Kome dugujemo otkriće Velikog praska?

Rad Alberta Einsteina na teoriji relativnosti i njegovim gravitacijskim jednadžbama omogućio je de Sitteru da stvori kozmološki model Svemira. Daljnja istraživanja bila su vezana za ovaj model. Godine 1923. Weyl je predložio da bi se materija smještena u svemiru trebala širiti. U razvoju ove teorije veliki je značaj rad izvanrednog matematičara i fizičara A. A. Friedmana. On je još 1922. dopustio širenje Svemira i razumno zaključio da je početak sve materije u jednoj beskonačno gustoj točki, a razvoj svega dao je Veliki prasak. Godine 1929. Hubble je objavio svoje radove u kojima je objašnjavao podređenost radijalne brzine udaljenosti; ovaj je rad kasnije postao poznat kao "Hubbleov zakon".

G. A. Gamow, oslanjajući se na Friedmanovu teoriju Velikog praska, razvio je ideju visoka temperatura izvorna tvar. Također je sugerirao prisutnost kozmičkog zračenja, koje nije nestalo širenjem i hlađenjem svijeta. Znanstvenik je izvršio preliminarne izračune moguće temperature zaostalog zračenja. Vrijednost koju je pretpostavio bila je u rasponu od 1-10 K. Do 1950. Gamow je napravio točnije izračune i objavio rezultat od 3 K. Godine 1964. radioastronomi iz Amerike, poboljšavajući antenu, eliminirajući sve moguće signale, odredili su parametri kozmičkog zračenja. Ispostavilo se da je njegova temperatura jednaka 3 K. Taj je podatak postao najvažnija potvrda Gamowljeva rada i postojanja kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje. Naknadna mjerenja kozmičke pozadine izvršena su u svemir, konačno je dokazao točnost znanstvenikovih izračuna. S kartom kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja možete se upoznati na.

Moderne ideje o teoriji Velikog praska: kako se to dogodilo?

Jedan od modela koji sveobuhvatno objašnjava nama poznate procese nastanka i razvoja Svemira jest teorija Velikog praska. Prema danas široko prihvaćenoj verziji, izvorno je postojala kozmološka singularnost – stanje beskonačne gustoće i temperature. Razvili su ga fizičari teorijska osnova rođenje Svemira iz točke koja je imala ekstremni stupanj gustoće i temperature. Nakon što se dogodio Veliki prasak, prostor i materija Kozmosa započeli su kontinuirani proces širenja i stabilnog hlađenja. Prema nedavnim studijama, početak svemira je postavljen prije najmanje 13,7 milijardi godina.

Početna razdoblja u nastanku Svemira

Prvi trenutak, čija je rekonstrukcija dopuštena fizikalne teorije, je Planckova epoha čije je formiranje postalo moguće 10-43 sekunde nakon Velikog praska. Temperatura tvari dosegla je 10*32 K, a gustoća 10*93 g/cm3. Tijekom tog razdoblja gravitacija je stekla neovisnost, odvojivši se od temeljnih interakcija. Kontinuirano širenje i smanjenje temperature uzrokuje fazni prijelaz elementarne čestice.

Sljedeće razdoblje, koje karakterizira eksponencijalno širenje Svemira, nastupilo je nakon još 10-35 sekundi. Nazvana je "Kozmička inflacija". Došlo je do naglog širenja, višestruko većeg od uobičajenog. Ovo razdoblje dalo je odgovor na pitanje zašto temperatura u razne točke Je li svemir isti? Nakon Velikog praska materija se nije odmah raspršila po Svemiru, već je još 10-35 sekundi bila prilično kompaktna i u njoj je uspostavljena toplinska ravnoteža koja nije bila poremećena inflacijskim širenjem. Razdoblje je dalo osnovni materijal - kvark-gluonsku plazmu, korištenu za stvaranje protona i neutrona. Taj se proces odvija nakon daljnjeg pada temperature i naziva se "bariogeneza". Nastanak materije pratila je istovremena pojava antimaterije. Dvije antagonističke supstance su se uništile, postajući zračenje, ali je prevladao broj običnih čestica, što je omogućilo stvaranje Svemira.

Sljedeći fazni prijelaz, koji se dogodio nakon što se temperatura smanjila, doveo je do nastanka nama poznatih elementarnih čestica. Era "nukleosinteze" koja je uslijedila nakon toga obilježena je kombinacijom protona u lake izotope. Prve formirane jezgre imale su kratak životni vijek; Stabilniji elementi nastali su unutar tri minute nakon stvaranja svijeta.

Sljedeća značajna prekretnica bila je dominacija gravitacije nad ostalim raspoloživim silama. 380 tisuća godina nakon Velikog praska pojavio se atom vodika. Za kraj je poslužilo povećanje utjecaja gravitacije početno razdoblje formiranje Svemira i potaknulo proces nastanka prvih zvjezdanih sustava.

Čak i nakon gotovo 14 milijardi godina, kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje i dalje ostaje u svemiru. Njegovo postojanje u kombinaciji s crvenim pomakom navodi se kao argument za potvrdu valjanosti teorije Velikog praska.

Kozmološka singularnost

Ako se koristeći opću teoriju relativnosti i činjenicu kontinuiranog širenja Svemira vratimo na početak vremena, tada će veličina Svemira biti jednaka nuli. Početni trenutak ili znanost ne može dovoljno točno opisati korištenjem fizičkog znanja. Jednadžbe koje se koriste nisu prikladne za tako mali objekt. Potrebna je simbioza koja može povezati kvantna mehanika i opću teoriju relativnosti, ali ona, nažalost, još nije stvorena.

Evolucija svemira: što ga čeka u budućnosti?

Znanstvenici razmatraju dva moguće opcije razvoj događaja: širenje svemira nikada neće završiti ili će dosegnuti kritična točka te će započeti obrnuti proces – kompresija. Ovaj temeljni izbor ovisi o veličini srednje gustoće tvari sadržane u njegovom sastavu. Ako je izračunata vrijednost manja od kritične, prognoza je povoljna, a ako je veća, svijet će se vratiti u jedinstveno stanje. Znanstvenici trenutno ne znaju točnu vrijednost opisanog parametra, pa pitanje budućnosti Svemira lebdi u zraku.

Odnos religije prema teoriji Velikog praska

Glavne religije čovječanstva: katolicizam, pravoslavlje, islam, na svoj način podržavaju ovaj model stvaranja svijeta. Liberalni predstavnici ovih vjerskih denominacija slažu se s teorijom o nastanku svemira kao rezultat neke neobjašnjive intervencije, definirane kao Veliki prasak.

Ime teorije, poznato cijelom svijetu - "Veliki prasak" - nesvjesno je dao Hoyleov protivnik verzije širenja svemira. Smatrao je da je takva ideja "potpuno nezadovoljavajuća". Nakon što ga je objavio tematska predavanja Zanimljiv termin odmah je poprimila javnost.

Razlozi koji su uzrokovali Veliki prasak nisu sa sigurnošću poznati. Prema jednoj od mnogih verzija, koja pripada A. Yu. Glushku, izvorna tvar stisnuta u točku bila je crna hiper-rupa, a uzrok eksplozije bio je kontakt dvaju takvih objekata koji se sastoje od čestica i antičestica. Tijekom anihilacije materija je djelomično preživjela i stvorila naš Svemir.

Inženjeri Penzias i Wilson, koji su otkrili kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje, dobili su Nobelovu nagradu za fiziku.

Temperatura kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja u početku je bila vrlo visoka. Nakon nekoliko milijuna godina pokazalo se da je ovaj parametar unutar granica koje osiguravaju nastanak života. Ali do tog razdoblja formirao se samo mali broj planeta.

Astronomska promatranja i istraživanja pomažu pronaći odgovore na najvažnija pitanja za čovječanstvo: "Kako je sve nastalo i što nas čeka u budućnosti?" Unatoč činjenici da nisu svi problemi riješeni, a temeljni uzrok nastanka Svemira nema striktno i skladno objašnjenje, teorija Velikog praska dobila je dovoljnu količinu potvrda koje je čine glavnim i prihvatljivim modelom nastanak svemira.

Prema toj teoriji, Svemir se pojavio u obliku vruće nakupine superguste materije, nakon čega se počeo širiti i hladiti. Na samom prvom stupnju evolucije, Svemir je bio u supergustom stanju i bio je -gluonska plazma. Kad bi se protoni i neutroni sudarali i stvarali više teška jezgra, vrijeme njihova postojanja bilo je zanemarivo. Kad su se sljedeći put sudarili s bilo kojom brzom česticom, odmah su se raspali na elementarne komponente.

Prije otprilike 1 milijarde godina započelo je formiranje galaksija, nakon čega je Svemir počeo nejasno nalikovati onome što sada možemo vidjeti. 300 tisuća godina nakon Velikog praska toliko se ohladilo da su elektrone počele čvrsto držati jezgre, što je rezultiralo stabilnim atomima koji se nisu raspali odmah nakon sudara s drugom jezgrom.

Stvaranje čestica

Formiranje čestica počelo je kao rezultat širenja Svemira. Njegovo daljnje hlađenje dovelo je do stvaranja jezgri helija, koje su nastale kao rezultat primarne nukleosinteze. Od trenutka Velikog praska trebalo je proći oko tri minute prije nego što se Svemir ohladi, a energija sudara smanji toliko da čestice počnu stvarati stabilne jezgre. U prve tri minute Svemir je bio vruće more elementarnih čestica.

Primarno stvaranje jezgri nije dugo trajalo; nakon prve tri minute čestice su se udaljile jedna od druge tako da su sudari među njima postali iznimno rijetki. U tom kratkom razdoblju primarne nukleosinteze pojavio se deuterij, teški izotop vodika, čija jezgra sadrži jedan proton i jedan. Istovremeno s deuterijem nastali su helij-3, helij-4 i mala količina litija-7. Više i više teški elementi pojavio tijekom formiranja zvijezda.

Nakon rođenja Svemira

Otprilike jednu stotisućinku sekunde nakon početka svemira, kvarkovi su se spojili u elementarne čestice. Od tog trenutka Svemir je postao hladeće more elementarnih čestica. Nakon toga započeo je proces koji se naziva veliko ujedinjenje temeljnih sila. Tada su u Svemiru postojale energije koje su odgovarale maksimalnim energijama koje se mogu dobiti u modernim akceleratorima. Tada je započela grčevita inflacijska ekspanzija, au isto vrijeme antičestice su nestale.

« Za mene je život prekratak da bih se brinuo o stvarima koje su izvan moje kontrole, a možda čak i neostvarive. Pa pitaju: “Što ako Zemlju progutaju Crna rupa, ili će doći do distorzije prostor-vremena - to je razlog za zabrinutost? Moj odgovor je ne, jer ćemo o tome znati tek kada stigne do našeg... našeg mjesta u prostor-vremenu. Dobivamo trzaje kada priroda odluči da je pravi trenutak: bilo da se radi o brzini zvuka, brzini svjetlosti, brzini električnih impulsa - uvijek ćemo biti žrtve vremenskog kašnjenja između informacija oko nas i naše sposobnosti da ih primimo»

Neil deGrasse Tyson

Vrijeme je nevjerojatna stvar. Daje nam prošlost, sadašnjost i budućnost. Zbog vremena, sve oko nas ima starost. Na primjer, starost Zemlje je otprilike 4,5 milijardi godina. Prije otprilike toliko godina zapalila se i nama najbliža zvijezda Sunce. Ako vam se ova brojka čini nevjerojatnom, ne zaboravite da je to davno prije formiranja našeg domorodca Sunčev sustav pojavila se galaksija u kojoj živimo – Mliječni put. Prema posljednjim procjenama znanstvenika, starost Mliječne staze je 13,6 milijardi godina. Ali sigurno znamo da i galaksije imaju prošlost, a svemir je jednostavno ogroman, pa moramo gledati još dalje. I to nas razmišljanje neizbježno vodi do trenutka kada je sve počelo - Velikog praska.

Einstein i svemir

Ljudska percepcija svijeta oko njih uvijek je bila dvosmislena. Neki ljudi još uvijek ne vjeruju u postojanje ogromnog svemira oko nas, drugi vjeruju da je Zemlja ravna. Prije znanstvenog proboja u 20. stoljeću postojalo je samo nekoliko verzija nastanka svijeta. Sljedbenici religiozni pogledi vjerovali u božansku intervenciju i stvaranje višu inteligenciju, oni koji se nisu slagali ponekad su spaljivani. Postojala je i druga strana koja je vjerovala da je svijet oko nas, kao i Svemir, beskonačan.

Za mnoge ljude sve se promijenilo kada je Albert Einstein 1917. održao govor, predstavljajući široj javnosti svoje životno djelo – Opću teoriju relativnosti. Genij 20. stoljeća pomoću jednadžbi koje je izveo povezao je prostor-vrijeme s materijom prostora. Kao rezultat toga pokazalo se da je Svemir konačan, nepromijenjene veličine i da ima oblik pravilnog cilindra.

U osvit tehničkog prodora nitko nije mogao opovrgnuti Einsteinove riječi, jer je njegova teorija bila presložena čak i za najveće umove s početka 20. stoljeća. Budući da nije bilo drugih opcija, prihvaćen je model cilindričnog stacionarnog Svemira znanstvena zajednica kao općeprihvaćen model našeg svijeta. Međutim, uspjela je živjeti samo nekoliko godina. Nakon što su se fizičari uspjeli oporaviti od znanstveni radovi Einsteina i počeo ih rastavljati, paralelno s tim počele su se prilagođavati teorija relativnosti i specifični izračuni njemačkog znanstvenika.

Godine 1922. iznenada je objavljen članak u časopisu Izvestia Physics ruski matematičar Alexandera Friedmana, u kojem navodi da je Einstein bio u krivu i da naš Svemir nije stacionaran. Friedman objašnjava da su izjave njemačkog znanstvenika o nepromjenjivosti polumjera zakrivljenosti prostora pogrešne; zapravo, radijus se mijenja u odnosu na vrijeme. Sukladno tome, Svemir se mora širiti.

Štoviše, ovdje je Friedman dao svoje pretpostavke o tome kako bi se svemir točno mogao širiti. Postojala su ukupno tri modela: pulsirajući svemir (pretpostavka da se svemir širi i skuplja s određenom periodičnošću u vremenu); svemir koji se širi iz mase i treći model – širenje iz točke. Kako u to vrijeme nije bilo drugih modela, osim božanske intervencije, fizičari su brzo uočili sva tri Friedmanova modela i počeli ih razvijati u svom smjeru.

Rad ruskog matematičara malo je ubo Einsteina, te je iste godine objavio članak u kojem je iznio svoje komentare na Friedmannov rad. U njoj njemački fizičar pokušava dokazati ispravnost svojih proračuna. To se pokazalo prilično neuvjerljivim, a kad je bol od udarca na samopouzdanje malo popustila, Einstein je objavio još jednu bilješku u časopisu Izvestia Physics, u kojoj je rekao:

« U prošlom postu kritizirao sam gornji rad. Međutim, moja kritika, kako sam se uvjerio iz Friedmanova pisma koje mi je priopćio gospodin Krutkov, temeljila se na pogrešci u izračunima. Mislim da su Friedmanovi rezultati točni i bacaju novo svjetlo».

Znanstvenici su morali priznati da su sva tri Friedmanova modela izgleda i postojanja našeg Svemira apsolutno logična i da imaju pravo na život. Sva tri objašnjena su jasnim matematičkim izračunima i ne ostavljaju pitanja. Osim jedne stvari: zašto bi se Svemir počeo širiti?

Teorija koja je promijenila svijet

Izjave Einsteina i Friedmana navele su znanstvenu zajednicu da ozbiljno preispita podrijetlo Svemira. Zahvaljujući opća teorija relativnost je imala priliku rasvijetliti našu prošlost, a fizičari je nisu propustili iskoristiti. Jedan od znanstvenika koji je pokušao predstaviti model našeg svijeta bio je astrofizičar Georges Lemaitre iz Belgije. Značajno je da je Lemaitre bio katolički svećenik, ali je paralelno studirao matematiku i fiziku, što je za naše vrijeme prava besmislica.

Georges Lemaitre se zainteresirao za Einsteinove jednadžbe, te je uz njihovu pomoć uspio izračunati da je naš Svemir nastao kao rezultat raspada određene superčestice, koja je bila izvan prostora i vremena prije početka fisije, što se zapravo može smatrati Eksplozija. Istodobno, fizičari napominju da je Lemaitre prvi rasvijetlio rođenje Svemira.

Teorija o eksplodiranom superatomu odgovarala je ne samo znanstvenicima, već i svećenstvu, koje je bilo vrlo nezadovoljno modernim znanstvena otkrića, pod kojim smo morali doći do novih tumačenja Biblije. Veliki prasak nije došao u značajan sukob s religijom; možda je na to utjecao odgoj samog Lemaîtrea, koji je svoj život posvetio ne samo znanosti, već i služenju Bogu.

Dana 22. studenoga 1951. Papa Pio XII dao je izjavu da teorija Velikog praska nije u sukobu s Biblijom i katoličkom dogmom o postanku svijeta. Pravoslavni kler također je izjavio da na ovu teoriju gleda pozitivno. Ovu su teoriju relativno neutralno prihvatili i pripadnici drugih religija, neki od njih su čak rekli da u svojim svetim spisima postoje reference na Veliki prasak.

Međutim, unatoč činjenici da je Teorija velikog praska ovaj trenutak je općeprihvaćen kozmološki model, mnoge je znanstvenike doveo u slijepu ulicu. S jedne strane, eksplozija superčestice savršeno se uklapa u logiku moderna fizika, ali s druge strane, kao rezultat takve eksplozije, uglavnom samo teški metali, posebno željezo. Ali, kako se pokazalo, svemir se sastoji uglavnom od ultra-lakih plinova - vodika i helija. Nešto nije štimalo, pa su fizičari nastavili raditi na teoriji nastanka svijeta.

U početku pojam “Veliki prasak” nije postojao. Lemaître i drugi fizičari ponudili su samo dosadan naziv "dinamički evolucijski model", što je izazvalo zijevanje među studentima. Tek 1949. godine, na jednom od svojih predavanja, britanski astronom i kozmolog Freud Hoyle je rekao:

“Ova teorija temelji se na pretpostavci da je Svemir nastao u procesu jednog snažna eksplozija i stoga postoji samo konačno vrijeme... Ova ideja o Velikom prasku čini mi se potpuno nezadovoljavajućom.".

Od tada je taj izraz postao naširoko korišten u znanstvenim krugovima i razumijevanju strukture Svemira u javnosti.

Odakle su došli vodik i helij?

Prisutnost lakih elemenata zbunila je fizičare, a mnogi pristaše teorije Velikog praska krenuli su pronaći njihov izvor. Dugi niz godina nisu uspjeli postići poseban uspjeh, sve dok 1948. briljantni znanstvenik George Gamow iz Lenjingrada konačno nije uspio ustanoviti ovaj izvor. Gamow je bio jedan od Friedmanovih učenika, pa je rado preuzeo razvoj teorije svog učitelja.

Gamow je pokušao zamisliti život svemira u obrnuti smjer, i premotao vrijeme do trenutka kada se tek počeo širiti. Do tada je, kao što znamo, čovječanstvo već otkrilo principe termonuklearne fuzije, pa je Friedmann-Lemaitreova teorija dobila pravo na život. Kad je Svemir bio vrlo malen, bilo je vrlo vruće, prema zakonima fizike.

Prema Gamowu, samo sekundu nakon Velikog praska, prostor novog Svemira bio je ispunjen elementarnim česticama koje su počele međusobno djelovati. Kao rezultat toga započela je termonuklearna fuzija helija koju je matematičar iz Odese Ralph Asher Alfer uspio izračunati za Gamowa. Prema Alferovim izračunima, samo pet minuta nakon Velikog praska Svemir je bio toliko ispunjen helijem da će se čak i okorjeli protivnici teorije Velikog praska morati pomiriti i prihvatiti ovaj model kao glavni u kozmologiji. Gamow svojim istraživanjem ne samo da je otvorio nove načine proučavanja svemira, već je i uskrsnuo Lemaîtreovu teoriju.

Unatoč stereotipima o znanstvenicima, ne može im se poreći romantičnost. Gamow je svoje istraživanje o teoriji supervrućeg svemira u vrijeme Velikog praska objavio 1948. godine u svom djelu “Podrijetlo kemijski elementi" Kao kolege asistente naveo je ne samo Ralpha Ashera Alphera, već i Hansa Bethea, američkog astrofizičara i budućeg laureata Nobelova nagrada. Na naslovnici knjige ispalo je: Alpher, Bethe, Gamow. Ne podsjeća te ni na što?

Međutim, unatoč činjenici da su Lemaîtreova djela dobila drugi život, fizičari još uvijek nisu mogli odgovoriti na uzbudljivo pitanje: što se dogodilo prije Velikog praska?

Pokušaji oživljavanja Einsteinovog stacionarnog svemira

Nisu se svi znanstvenici slagali s Friedmann-Lemaitreovom teorijom, no unatoč tome, morali su predavati općeprihvaćeni kozmološki model na sveučilištima. Na primjer, astronom Fred Hoyle, koji je sam skovao izraz "Veliki prasak", zapravo je vjerovao da nije bilo eksplozije i posvetio je svoj život pokušavajući to dokazati.
Hoyle je postao jedan od onih znanstvenika koji u naše vrijeme predlažu alternativni izgled na moderni svijet. Većina fizičara je prilično hladna prema izjavama takvih ljudi, ali to im uopće ne smeta.

Kako bi posramili Gamowa i njegovo obrazloženje za Teoriju velikog praska, Hoyle i njegovi istomišljenici odlučili su razviti vlastiti model nastanka svemira. Kao osnovu, uzeli su Einsteinove prijedloge da je Svemir stacionaran, te napravili neke prilagodbe sugerirajući alternativne razloge za širenje Svemira.

Ako su pristaše Lemaitre-Friedmannove teorije vjerovali da je svemir nastao iz jedne jedine superguste točke infinitezimalnog radijusa, onda je Hoyle sugerirao da se materija neprestano formira iz točaka koje se nalaze između galaksija koje se udaljavaju jedna od druge. U prvom slučaju, cijeli Svemir, sa svojim beskonačnim brojem zvijezda i galaksija, nastao je od jedne čestice. U drugom slučaju, jedna točka daje dovoljno tvari da proizvede samo jednu galaksiju.

Neuspjeh Hoyleove teorije je u tome što on nikada nije uspio objasniti odakle dolazi sama tvar koja nastavlja stvarati galaksije koje sadrže stotine milijardi zvijezda. Zapravo, Fred Hoyle je predložio da svi vjeruju da se struktura svemira pojavljuje niotkuda. Unatoč činjenici da su mnogi fizičari pokušavali pronaći rješenje za Hoyleovu teoriju, nitko u tome nije uspio, a nakon nekoliko desetljeća ovaj prijedlog je izgubio na važnosti.

Pitanja bez odgovora

Zapravo, ni teorija velikog praska nam ne daje odgovore na mnoga pitanja. Na primjer, u umu obična osoba Ne možemo shvatiti činjenicu da je sva materija oko nas jednom bila sabijena u jednu singularnu točku, koja je mnogo manja od atoma. I kako se dogodilo da se ta superčestica zagrijala do te mjere da je krenula reakcija eksplozije.

Sve do sredine 20. stoljeća teorija o svemiru koji se širi nikada nije eksperimentalno potvrđena, pa stoga nije imala raširen V obrazovne ustanove. Sve se promijenilo 1964. godine, kada su dva američka astrofizičara - Arno Penzias i Robert Wilson - odlučili proučavati radio signale sa zvjezdanog neba.

Skeniranje zračenja nebeska tijela, naime Kasiopeja A (jedan od najsnažnijih izvora radio emisije na zvjezdanom nebu), znanstvenici su primijetili neki vanjski šum koji je stalno ometao bilježenje točnih podataka o zračenju. Kamo god usmjerili svoju antenu, bez obzira u koje doba dana započinju svoje istraživanje - ova karakteristika i stalna buka uvijek ih je pratio. Donekle razljućeni, Penzias i Wilson odlučili su proučiti izvor te buke i neočekivano došli do otkrića koje je promijenilo svijet. Otkrili su reliktnu radijaciju, koja je odjek tog istog Velikog praska.

Naš se svemir hladi puno sporije od šalice vrućeg čaja, a CMB sugerira da je materija oko nas nekoć bila vrlo vruća, a sada se hladi kako se svemir širi. Tako su zaostale sve teorije vezane uz hladni Svemir, a konačno je prihvaćena teorija Velikog praska.

Georgy Gamow je u svojim radovima pretpostavio da bi u svemiru bilo moguće otkriti fotone koji postoje od Velikog praska; sve što je bilo potrebno bila je naprednija tehnička oprema. Reliktno zračenje potvrdilo je sve njegove pretpostavke o postojanju Svemira. Također je bilo moguće utvrditi da je starost našeg Svemira približno 14 milijardi godina.

Kao i uvijek, kada praktični dokaz bilo kakve teorije, odmah se pojavljuju mnoga alternativna mišljenja. Neki su fizičari ismijavali otkriće kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja kao dokaz Velikog praska. Iako su Penzias i Wilson dobili Nobelovu nagradu za svoje povijesno otkriće, bilo je mnogo onih koji se nisu slagali s njihovim istraživanjem.

Glavni argumenti u korist neuspjeha širenja Svemira bile su nedosljednosti i logičke pogreške. Primjerice, eksplozija je podjednako ubrzala sve galaksije u svemiru, no umjesto da se udaljava od nas, galaksija Andromeda se polako ali sigurno približava mliječna staza. Znanstvenici sugeriraju da će se ove dvije galaksije sudariti jedna s drugom za samo 4 milijarde godina. Nažalost, čovječanstvo je još uvijek premlado da odgovori na ova i druga pitanja.

Teorija ravnoteže

Fizičari danas nude različite modele postojanja Svemira. Mnogi od njih ne podnose ni običnu kritiku, dok drugi dobivaju pravo na život.

Krajem 20. stoljeća američki astrofizičar Edward Tryon, zajedno sa svojim australskim kolegom Warrenom Kerryjem, predložio je temeljnu novi model Universe, i to neovisno jedan o drugom. Znanstvenici su svoje istraživanje temeljili na pretpostavci da je sve u Svemiru uravnoteženo. Masa uništava energiju i obrnuto. Ovaj princip se počeo nazivati principom Nultog svemira. Unutar ovog Svemira, nova materija nastaje u točkama singularnosti između galaksija, gdje su privlačnost i odbojnost materije uravnoteženi.

Teorija o Nultom svemiru nije raznesena u paramparčad jer su znanstvenici nakon nekog vremena uspjeli otkriti postojanje tamna tvar- misteriozna tvar koja čini gotovo 27% našeg svemira. Drugih 68,3% Svemira čini misterioznija i misterioznija tamna energija.

Zahvaljujući gravitacijski učinci tamna energija i zaslužan je za ubrzanje širenja svemira. Inače, prisutnost tamne energije u svemiru predvidio je sam Einstein, koji je vidio da nešto u njegovim jednadžbama ne može konvergirati; Stoga je u jednadžbe uveo kozmološku konstantu - Lambda član, zbog čega je potom sebe više puta optuživao i mrzio.

Dogodilo se da je teoretski prazan prostor u Svemiru ipak ispunjen nekim posebnim poljem, što Einsteinov model stavlja u djelo. U trezvenom umu i prema logici tog vremena, postojanje takvog polja je bilo jednostavno nemoguće, ali zapravo njemački fizičar jednostavno nije znao kako opisati tamnu energiju.

***
Možda nikada nećemo saznati kako i od čega je nastao naš Svemir. Još će teže biti utvrditi što se događalo prije njezina postojanja. Ljudi su skloni bojati se onoga što ne mogu objasniti, pa je moguće da će do kraja vremena i čovječanstvo vjerovati u božanski utjecaj na stvaranje svijeta oko nas.