Большой Взрыв — рождение Вселенной

0
161
views

Миллиарды миллиардов галактик, Вселенная такая огромная, что мы не можем себе даже представить что означают эти цифры. Но 14 млрд. лет назад всего этого не существовало, до Большого Взрыва. Большой Взрыв — это источник пространства и времени. Мы совершим путешествие в пространстве и времени с момента начала и до конца существования самой Вселенной.

Все во Вселенной состоит из вещества, созданного в первые секунды Большого Взрыва: каждая звезда, каждая планета, каждый атом, каждая травинка, каждая капля воды… Вода очень древняя: атомы водорода образовались в первые мгновения после Большого Взрыва, затем появилось все остальное. Большой Взрыв это определяющею событие для нашей Вселенной и для всего в ней, тайны нашего прошлого, нашего настоящего и нашего будущего спрятаны в одном этом моменте. Чтобы разгадать тайны Большого Взрыва, нам нужно выйти за пределы нашей Солнечной системы и даже за пределами нашей галактики.

Путешествуя глубже в космос мы на самом деле видим прошлое и получаем большую возможность увидеть само начала истории Вселенной. Пролетая первые зарождающиеся галактики и первые звезды, мы приближаемся к моменту когда родилась Вселенная и сталкиваемся с самым большим вопросом в науке. Это святой Грааль физики, ученые хотят знать почему произошел взрыв, что взорвалось и что было до взрыва. Чтобы найти ответы на эти вопросы, люди построили машину размером с город, чтобы воспроизвести условия создания Вселенной, а так же космические телескопы чтобы проникнуть далеко в наше прошлое. И ученые близки к ответам на давние вопросы: для чего мы существуем, откуда мы появились и есть ли у нашей  Вселенной начало и конец, и если да, то как они выглядят. Если мы найдем ответы на эти вопросы, это будет победа человеческого разума, мы узнаем замысел Божий.

Происхождение Большого Взрыва — это самая большая загадка всех времен, и чем больше мы узнаем, тем таинственнее она становится. Астрономам нравится думать что наша Вселенная уникальна, однако теперь они не так уверены в этом. Возможно существует множество Вселенных, существует так же вероятность, что наш Большой Взрыв лишь один из множества Больших Взрывов, может существовать бесчисленное множество Вселенных, в которых возможно есть и другие места, где сейчас происходит Большой Взрыв. Впрочем есть лишь одна Вселенная, которую мы знаем и понять ее не так просто.

В конце 20-х годов 20-го века все, что нам известно об устройстве Вселенной было перевернуто с ног на голову. До этого момента наука считала Вселенную статичной, неизменной, в 1929 году все изменилось. В обсерватории на горе Вилсон над Лос-Анджелесом, астроном Эдвин Хаббл обнаружил что галактики не статичны, и они не только двигаются, но и удаляется от Земли с невероятной скоростью. Это было первое настоящее свидетельство Большого Взрыва. Все галактики удаляются от нас, и как не странно, те что в 2 раза дальше от нас удаляется два раза быстрее, те что в три раза дальше от нас — удаляются в три раза быстрее и так далее. Это явление стало известно как закон Хаббла, его открытие по-прежнему начальная точка исследования Большого Взрыва. Хаббл убедительно продемонстрировал, увидев движение галактик, что Вселенная расширяется.

Теоретически расширяющаяся Вселенная должна была начаться в одной точке. Измеряя скорость расширения Вселенной, астрономы подсчитали когда она впервые зародилась и что Вселенной 13 млрд.700тыс. млн. лет. Но как они это сделали? Когда вы смотрите взрыв на записи, вы нажимаете на стоп и отматываете назад, чтобы посмотреть когда это произошло, тоже самое и в космология, ученые могут отмотать пленку назад и подсчитать, что все образовалась в результате космического взрыва, и даже сказать когда это случилось.

Большой Взрыв - 14,7 млрд. лет назад
Большой Взрыв — 14,7 млрд. лет назад

Вам не нужно быть астрономом чтобы увидеть прошлое: если взглянуть в ночное небо — вы увидите звезды, находящиеся в миллионах световых лет от нас, что означает, что свет от этих звезд шел до нас миллионы лет. Если посмотреть назад достаточно далеко, то можно увидеть начало Вселенной. Космический телескоп Хаббл, названный в честь выдающегося астронома, позволяет нам посмотреть далеко в глубь Вселенной, назад во времени и приблизиться к моменту Большого Взрыва. Впрочем для ученых возврат во времени к моменту Большого Взрыва был лишь первым шагом. Когда люди впервые слышат о теории Большого Взрыва, они спрашивают где он произошел? На самом деле он произошел везде, потому что в тот момент сама Вселенная была невероятно мала. Это одно из самых трудных и абстрактных  понятий. Вот и еще одно: что было до Большого Взрыва? Древние философы задавались вопросом, как могло что-то появится из ничего. Поразительно то, что законы физики позволяет этому случится, это означает что вся наша Вселенная, все что мы видим, все что значимо для нас сегодня, могло появиться из ничего.

Телескоп Хаббл
Космический телескоп Хаббл

Это одно из самых больших препятствий для понимания Большого Взрыва. Во первых нужно поверить в допущение что что-то возникло из ничего. Момент создания невозможно описать на языке людей, нам лишь известно что из ничего мы перешли в состоянии практически безграничной плотности и безграничной температуры, и безграничной силы. Понимание того как ничто превратилась в нечто, может быть самой большой загадкой нашей Вселенной, если это понять, то вы начинаете понимать и Большой Взрыв, когда появились время и пространство и когда один большой взрыв породил все.

В начале истории Вселенной абсолютное ничто превращается во все.  Но все было единственной точкой, безгранично маленькой, невообразимо горячей сверхплотной частицей чистой энергии. Большой Взрыв был настолько огромный, что из одной точки размером меньше одного атома он породил все вещество и всю энергию, которая существует во всех четырехстах миллиардах галактик которые мы видим в нашей Вселенной. В то время вся Вселенная, которую мы могли видеть, в диаметре была миллион миллиардной частью сантиметра, все было сжато в невероятно горячем и плотном месте. Да пока еще даже не вещество, а точка мощнейшей энергии. Это было начало Вселенной и всего в ней. Все было просто, все известные нам силы были одинаковыми, Вселенная была аморфной структурой. В момент создания начали обретать форму все законы физики, все силы, управляющие нашей Вселенной. Первой появившейся силой была гравитация, в тот момент была предрешена судьба Вселенной, ее размеры структура и все ее содержимое.

Карлос Френк изучает как гравитация формировала Вселенную. Он создавал разные искусственные Вселенные на суперкомпьютере, и каждой из них давал разную гравитацию. В первой его Вселенной было слишком мало гравитации и в результате ничего не создалось. Гравитация спасла нашу Вселенную, что бы она была слабее — наша Вселенная была бы очень скучной, все бы в ней разлеталось так быстро, что галактики не формировались бы. Затем он запрограммировал Вселенную со слишком большой гравитацией. Если бы гравитация была сильнее, Вселенная тоже бы не получилось, все закончилось бы черными дырами. Гравитация должна была быть именно такой, какая она есть. К счастью для нас в результате Большого Взрыва образовалась правильная сила гравитации.

Беспорядки после появления гравитации, все еще спустя долю секунды после Большого Взрыва, взрывная волна энергии расширила нашу Вселенную во всех направлениях с невероятной скоростью. За долю секунды все во Вселенной расширилась под действием невероятно мощной силы. Ученые считают, что менее чем за миллион миллион миллион миллионную долю секунды, пространство расширилось под действием силы с коэффициентом больше чем миллион миллион миллион миллионов раз. Это быстрее скорости света. Ну разве это не нарушает один из законов физики? Даже школьники знают что нельзя двигаться быстрее скорости света, однако здесь есть лазейка: ничто может двигаться быстрее света, ничто в данном случае — пустой космос.

Эта идея является головной болью даже для лучших умов науки,  но крайне важна для понимания начала истории Вселенной. Ученые считают, что Вселенная расширялась от размера атома до теннисного мяча за миллион миллион миллион миллионную долю секунды, может показаться что это немного, но это тоже самое если мяч для гольфа за тоже время расширится до размеров Земли. А это значит что Вселенная расширялась быстрее скорости света. Столько всего происходило так быстро в начале истории Вселенной, потому  что все было так близко, что для описания этих событий нужна была новая единица времени — она называется планковским временем.

Чтобы понять какое короткое планковское время, просто представьте: в одной секунде больше единиц планковского времени, чем всех секунд с момента Большого Взрыва. Это трудно представить, в году более 31 млн. секунд, а с момента Большого Взрыва прошло 14 млрд. лет. Умножьте 31556926 на 14 млрд. и у вас получится просто огромное число. Это на столько маленькая временная шкала, что вся человеческая интуиция не сможет это осознать. Если взглянуть на часы и измерить одну секунду в еденицах планковского времени, то получится миллиард миллиард миллиард миллиард миллиардов планковских единиц времени.

Расширение Вселенной
Большой Взрыв — расширение Вселенной

Прошло всего несколько планковских едениц времени после Большого Взрыва. Спустя всего долю секунды Вселенная такая маленькая, что могла уместиться на вашей ладони. За следующую крошечную долю секунды она расширяется до размеров Земли, затем двигаясь со скоростью, превышающей скорость света, она становится больше нашей Солнечной системы, и это все еще бушующая масса сверх разогретой энергии. Она горячее, плотнее, мощнее всего что мы имеем сейчас во Вселенной. Даже внутри звезды спокойно и невозмутимо по сравнение с силой в первое мгновение после Большого Взрыва. Температуры были такими высокими, что даже атомы разрушились бы, их разорвало бы на части. Температура была триллионы градусов, и по мере расширения, Вселенная начала так же быстро остывать. Снижение температуры привело к следующему этапу в эволюции Вселенной.

Первичная энергия взрыва превращалась в крошечные субатомные частицы. Это переход энергии в вещество предсказал еще Альберт Эйнштейн, задолго до того, как начали говорить о Большом Взрыве. Это научное уравнение знает каждый школьник, очень знакомая формула: E=mc2 . Она имеет отношение к созданию Вселенной, она говорит о том, что поскольку энергию можно превратить в вещество, а вещество в энергию, все что мы имеем во Вселенной можно получить из чистой энергии. Уравнение Эйнштейна имело огромное значение, благодаря ему были созданы первые ядерные бомбы. Во время ядерного взрыва небольшое количество вещества превращается в огромное количество энергии. Во время образования Вселенной происходила обратное: чистая энергия трансформировалась в частицы вещества. В начале не нужно было создавать вещество, нужна была энергия, одна лишь энергия может привести к созданию целой Вселенной.

За долю секунды после Большого Взрыва начали обретать форму строительные камни нашей Вселенной. Но это первое вещество не похоже на то, что мы видим сегодня. Вещество менялось с эволюцией Вселенной, то что мы сегодня считаем нормальным веществом было совсем другим в первые мгновения после Большого Взрыва. Все это из-за экстремальных условий, пока еще не было атомов, но были крошечные субатомные частицы. Первые мгновения после Большого Взрыва Вселенная была такой раскаленной и плотный, в ней было столько энергии, и частицы все время образовывались, энергия и материя трансформировались туда и обратно в этом горячем и плотном супе. Это первое вещество было слишком не стабильным, чтобы начать формировать Вселенную какой мы ее знаем.

Представьте час пик на большом центральном вокзале в большом городе, как супер раскаленную Вселенную сразу после взрыва. Пассажиров, спешащих через главный зал как субатомные частицы. Если взглянуть на большую толпу людей, их движение может показаться беспорядочным. Их беспорядочное причудливое движение очень похоже на то, что происходило с частицами во Вселенной в первые мгновения после Большого Взрыва. Экстремальная температура новорожденной Вселенной питала субатомные частицы: они появлялись, исчезали, они носились с невероятной скоростью. Настоящий хаос, как люди: если они взволнованы — быстро бегают, чтобы успеть на поезд, но в итоге они успокоятся и будут двигаться медленнее. То же самое происходило и с нашей Вселенной, частицы двигались очень быстро, но по мере остывания Вселенной они стали двигаться медленнее и в каком то смысле менее беспорядочно. По мере остывания Вселенной частицы перестали вновь превращаться в энергию. Появлялось все больше и больше субатомных частиц. Но Вселенная была все еще раскаленной, неистовой. Все это происходило за долю секунды которую нельзя было различить, теперь Большой Взрыв переходит в следующую критическую фазу — титаническую борьбу между веществом и тем, что может разрушить Вселенную еще до момента ее образования — антивеществом.

Все во Вселенной состоит из вещества, от крошечного камня до самых крупных звезд. Все вещество которое будет существовать, была создано из чистой энергии Большого Взрыва. Уравнение Эйнштейна E=mc2 говорит о превращении энергии в вещество. Но это всего лишь теория, сегодня наука способна проверить эту теорию.

В ЦЕРН в Швейцарии, находится самая большая в мире машина, она размером с город и разработана для воссоздания условий миллионной доли секунды после Большого Взрыва. Чтобы проникнуть на меньший уровень, как не парадоксально, но нам нужны более крупные машины, другого способа нет. Большие машины означает маленькая физика, которая возвращает нас в прошлое и приближает к истокам возникновения самой истории. Эта огромная машина называется Коллайдер, она разработана чтобы вернуть нас к первым долям секунды после Большого Взрыва.

Это круглый бетонный туннель, диаметром 3 м. 80 см. и длиной 27 км.. Коллайдер заставляет крошечные частицы вещества сталкиваются друг с другом почти на скорости света. За долю секунды это столкновение создает турбокомпрессорную энергию, похожую на взрывную силу Большого Взрыва. Затем на короткий промежуток времени эта энергия трансформируется в вещество также, как и почти 14 млрд. назад. Но чтобы увидеть такие столкновения этой машине нужен огромный детектор — высотой с пятиэтажное здание и весом более 7 тыс. тонн, столько же весит Эйфелева башня. Но каким бы большим он не был, он не может видеть сами частицы нового вещества, они существуют лишь долю секунды и двигаются так быстро, что он может записать лишь их следы. В этих частицах много энергии, они двигаются очень-очень быстро и поэтому нужен очень большой детектор, чтобы точно отследить передвижение этих частиц. Именно для большего разрешения нужен такой большой детектор. Он работает точно так же как и камера: чем больше пикселей — тем лучше картинка. Тоже самое и здесь, детектор — это камера размером с пятиэтажный дом. Ученые надеются, что он покажет как энергия трансформируется в вещество, но не любое вещество, а то, которое появилось около 14 млрд. лет назад после Большого Взрыва. Мгновения после Большого Взрыва были критическими для рождения Вселенной, потому что чистая энергия также произвела одно из самых опасных явлений во Вселенной — антивещество.

Антивещество — это зеркальное отражение обычного вещества, однако у вещества один заряд, а у антивещества противоположный. Если бы был античеловек, сделанный из антивещества, этот человек в принципе выглядел бы как и обычный человек, с таким же характером, абсолютно одинаковый, до того момента пока эти двое не решат пожать друг другу руку. В тот момент они разнесут все в клочья в гигантском ядерном взрыве. Вещество с положительным зарядом сталкиваются с антивеществом с отрицательным зарядом, судьба Вселенной зависит от этого эпического столкновения, равное количество вещества и антивещества уничтожат друг друга, и это плохо. Вселенная с равным количеством вещества и антивещества равна Вселенной с отсутствием любого вещества, потому, что вещество и антивещество аннигилируют и превратиться в естественные излучения. Не будет ничего интересного, ни звезд, ни галактик…

Это космическая битва и победит сторона с большей силой. Силы были почти равны, но победитель был один. На каждый миллиард частиц антивещества приходился миллиард и одна частица вещества. Это был момент создания, одна лишняя частица вещества в каждом небольшом объеме выживала, чтобы породить все вещество которое сегодня мы видим в звездах и галактиках. Одна на миллиард может показаться небольшим количеством, но этого хватило чтобы создать Вселенную. Все что нас окружает: атомы нашего тела, атомы звезд — это всего лишь остатки от древнего столкновения между веществом и антивеществом. Само по себе антивещество довольно безвредно, фейерверк начинается лишь когда оно вступает в контакт с веществом.

С поправкой в пару единиц планковского времени Вселенная существует одну секунду, это по прежнему очень необычное место. Однако вещество выиграло в битве с  антивеществом, пришло время строить Вселенную. Она все еще невероятно раскаленная и расширяется невероятно быстро. Когда возраст Вселенной был всего одна секунда, частицы не сильно отличались от частиц, которые мы видим сегодня. Не было ни атомов, ни всего, что мы видим перед собой. Однако все начинает меняться, температура продолжает падать и примитивные частицею начинает замедляться, соединяясь друг с другом и образуя атомы первых элементов. Первым элементом был водород, затем в течение последующих 3 минут Вселенная начала создавать еще два элемента: гелий и литий. Мы перешли от бесконечно маленькой Вселенной до Вселенной размером в несколько световых лет. Первые три минуты все существенно интересное уже случилось во Вселенной, но это не возможно было бы увидеть.

Если мы взглянем на ночное небо, то мы буквально посмотрим на миллиарды лет назад, нам кажется, что так было всегда, но нет. Спустя 380 тыс. лет после Большого Взрыва Вселенная начала становиться прозрачною, а до этого она была молочною. Это был темный молочный суп свободных электронов. Молодая Вселенная должна была достаточно остыть, чтобы электроны замедлились и прикрепились к новым атомам. Потребовалось много времени для образования всех атомов водорода, гелия и лития. Ученые подсчитали, что электронам понадобилось 380 тыс. лет чтобы достаточно замедлиться и тогда Вселенная смогла приступить к массовому образованию атомов. Когда это произошло — молочный туман рассеялся, первый свет устремился по Вселенной. Около 14 миллиардов лет спустя два молодых ученых В Нью-Джерси случайно уловили его.

В 1964 году Анро Пензиас и Роберт Уилсон отслеживали радиосигналы во Вселенной. Где бы они не искали, везде был слышен необычный фоновый шум. Сначала они заподозрили свое оборудование, на антенне был голубиный помет и они решили что возможно он приводил к появлению этого странного сигнала. Но когда они почистили антенну — загадочный шум остался. Пензиас рассказал об этом в принстонском университете и один человек из задних рядов сказал «вы обнаружили либо эффект голубиного помета, либо создание Вселенной». На самом деле это был момент создания почти 14 млрд. лет назад, когда первые атомы получили свои электроны. В тот момент молочное облако рассеялось и впервые стала видна новая Вселенная.

Чтобы лучше увидеть это важное событие, NASA запустила спутник для изучения космического фона во Вселенной, его направили в космос, где он замерял температуру во Вселенной. Измеряй разницу температуры в космосе, он создал первую карту нашей молодой Вселенной. Мы получили великолепные снимки изображения молодой Вселенной, когда ей было 380 тыс. лет. Были и проблемы, изображение было очень смазанным, результаты исследования этого спутника были недостаточно хорошими. Тогда NASA запустила еще один более современный спутник — микроволновый анизотропный модуль Уилкинсона. Он сделал самое детальное изображение молодой Вселенной, 380 тыс. лет после Большого Взрыва.

Красные и желтые места более теплые, а голубые и зеленые — более холодные.  Эта разница температур является ключом к будущей структуре Вселенной. Видны крошечные вариации температуры, они отражают небольшие вариации плотности, в одном месте больше вещества, в другом меньше. Как модель для создания нашей Вселенной, это изображение показывает нам где больше вещества, а где меньше. Места без вещества станут пустым космосом, месте с более плотным веществом станут стройплощадкой галактик, звезд и планет. Эти более плотные места образуют галактики, если бы не было этих колебаний плотности, нас бы с вами здесь тоже сегодня бы не было.

Вот уже нашей Вселенной 380 тыс. лет и она шириной триллионы триллионов километров. Облака водорода и гелия плывут по космосу, пройдет еще 200 млн. лет прежде чем эти газы образуют первые звезды. Первые звезды зажгли во Вселенной пожалуй самые потрясающий фейерверк. Вселенная перешла из темных веков в это великолепие, когда первые звезды осветили Вселенную и она засверкала. Как будто зажгли гирлянду на елке. Вселенная начала зажигаться во всех направлениях пока не получилось красивая мозаика, которую мы видим сегодня

Зажигалось все больше и больше звезд. Спустя 1 миллиард лет после Большого Взрыва образовалась первая галактика. В течении последующих 8 миллиардов лет множество других галактик обрели форму. Затем примерно 5 млрд. лет назад в тихом уголке одной из таких галактик гравитация начало притягивать газ и пыль. В итоге они соединились и образовали звезду — наше Солнце. Спустя 9 млрд. лет после Большого Взрыва родилась наша крошечная Солнечная система, а с ней планета Земля. Все что есть во Вселенной существует благодаря Большому Взрыву. В течение 14 млрд. лет после Большого Взрыва образовались галактики, наполненные звездами, планетами и лунами, и все это время Вселенная продолжала расширяться.

Астрономы знают, что космос довольно большой, по меньшей мере 150 млрд. световых лет в диаметре. Вселенная может быть бесконечной, она может буквально продолжаться вечно. В принципе может вообще ничего не быть, Вселенная может быть безграничной, без внешних границ, может быть замкнута сама на себе. Может даже если мы посмотрим далеко вперед, то увидим свой затылок. Мы можем никогда не узнать породил ли Большой Взрыв Вселенную, которая продолжается бесконечно. но нам известно, что Большой Взрыв еще не закончился, он продолжается и по сей день, мы продолжаем взрывается, в том смысле что Вселенная продолжает расширяться.  Одно из удивительных открытий, сделанных в последние несколько лет, связано с тем, что наша Вселенная не замедляется, как когда то думали, а наоборот — ускоряется, она набирает скорость.

Темная энергия
Что же такое темная энергия?

Теперь ученые считают, что существует нечто вроде темной энергии, энергии ничего, которая удаляет галактики друг от друга и убивает Вселенную. Астрономы не видят эту разрушительную силу, они понятия не имеем почему она существует, но это может означать конец всего, что было создано Большим Взрывом. Если темная энергия будет продолжать удалять галактики друг от друга — через 100 миллиардов лет наша галактика Млечный путь может стать одиноким аванпостом, большинство наших галактический соседи не будет видно, звезды сгорят и галактики станут темными, даже атомы разлетятся на части. Рождение Вселенной, Большой Взрыв закончится в одно мгновение. Впрочем смерть нашей Вселенной будет продолжаться практически вечно. Великий философ западного мира Вуди Аллен как-то заметил: вечность это ужасно долго, особенно близко к концу.

Конец Вселенной — это такая же темная тайна, как и Большой Взрыв. Она может разрушиться сама по себе, подобно лопнувшему шарику, когда из него выходит воздух. или большим сжатием, противоположным Большому Взрыву, или она закончится когда расшириться и станет холодно и темно, это не известно. Или если Вселенная закончится, она может привести к другому большому Взрыву, возможно подобное уже случалось и мы в одной из длинной череды Вселенных. Некоторые ученые верят в непрерывный Генезис — непрекращающийся процесс, когда Вселенные сталкиваются, расходятся, рождают новые Вселенные, возможно с другими законами физики в каждой из них. Возможно такое происходило и не впервые, возможно это цикличный процесс, он происходит по кругу, в итоге мы исчезнем и все начнется заново.

Одна Вселенная или много, все они начинается с Большого Взрыва. Все что делает нас людьми, атомы в наших телах, все что приводит к трагедиям в нашей жизни, вся красота, все что вызывает радость и любовь, все появилось благодаря процессам, произошедшим 14 млрд. лет назад. Если мы действительно хотим понять себя на каком-то фундаментальном уровне -мы должны понять Большой Взрыв. 14 млрд. лет назад Большой Взрыв создал время и пространство, всю нашу огромную Вселенную, все в ней, в том числе и нас. Некоторые люди спрашивают какое это имеет отношение к ним? Большой Взрыв дал нам все, что мы видим вокруг себя, галактики, звезды, он запустил процесс создания элементов, которые есть во Вселенной, даже законы физики, в чем уверены многие ученые, возникли в момент создания. Все началось с Большого Взрыва, одного короткого моменты во времени, 14 млрд. лет назад, он скрывает ответы на самые главные вопросы нашего прошлого, настоящего и будущего. Каждое открытие на один шаг приближает нас к пониманию того, как устроена Вселенная.

 

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here