wd wp Пошук:

Вялікі выбух

Запыт «Тэорыя вялікага выбуху» перанакіроўваецца сюды; гл. таксама іншыя значэнні.

Касмалогія
Аб'екты і працэсы, якія вывучаюцца
Назіраемыя працэсы
Тэарэтычныя пошукі
Паводле тэорыі Вялікага выбуху, Сусвет ў момант узнікнення быў у надзвычайна шчыльным і гарачым стане, які называюць касмалагічнай сінгулярнасцю

Вялі́кі вы́бух (англ.: Big Bang) — гіпатэтычны пачатак пашырэння Сусвету, перад якім Сусвет знаходзіўся ў сінгулярным стане.

Звычайна зараз аўтаматычна злучаюць тэорыю Вялікага выбуху з мадэллю гарачага Сусвету, але гэтыя канцэпцыіі незалежныя адна ад адной. Гістарычна існавала ўяўленне об халодным пачатковым Сусвеце каля Вялікага выбуху. Менавіта спалучэнне тэорыі Вялікага выбуху з тэорыяй гарачага Сусвету, якое падмаццоўваецца існаваннем рэліктавага выпраменьвання, разглядаецца далей.

Сучасныя ўяўленні тэорыі Вялікага выбуху і тэорыі гарачага Сусвету

Паводле сучасных уяўленняў, назіраны намі цяпер Сусвет узнік 13,77 ± 0,059 млрд гадоў назад[1][2][3] з некаторага пачатковага сінгулярнага стану і з тых часоў бесперапынна пашыраецца і астуджаецца. Згодна вядомым абмежаванням па прымянімасці сучасных фізічных тэорый, найболей раннім момантам, які можна апісаць, лічыцца момант Планкаўскай эпохі з тэмпературай прыкладна 1032 К (Планкаўская тэмпература) і шчыльнасцю каля 1093 г/см³ (Планкаўская шчыльнасць). Ранні Сусвет уяўляў сабою высока-аднароднае і ізатропнае асяроддзе з незвычайна высокай шчыльнасцю энергіі, тэмпературай і ціскам. У выніку расшырэння і астуджэння ў Сусвеце адбыліся фазавыя пераходы, аналагічныя кандэнсацыі вадкасці з газу, але ў дачыненні да элементарным часціц.

Прыблізна праз 10−35 секунд пасля наступлення Планкаўскай эпохі (Планкаўскі час — 10−43 секунд пасля Вялікага выбуху, у гэты час гравітацыйнае ўзаемадзеянне адлучылася ад астатніх фундаментальных узаемадзеянняў) фазавы пераход выклікаў экспанентнае расшырэнне Сусвету. Гэты перыяд атрымаў назву Касмічнай інфляцыі. Пасля заканчэння гэтага перыяду будаўнічы матэрыял Сусвету ўяўляў сабою кварк-глюонную плазму. Праз некаторы час тэмпература ўпала да значэнняў, пры якіх стаў магчымы наступны фазавы пераход, які называецца барыягенезісам. На гэтым этапе кваркі і глюоны злучыліся ў барыёны, такія як пратоны і нейтроны. Пры гэтым адначасна адбывалася асіметрычнае ўтварэнне як матэрыі, якая пераважала, так і антыматэрыі, якія ўзаемна анігілявалі, ператвараючыся ў выпраменьванне.

Далейшае падзенне тэмпературы прывяло да наступнага фазавага перахода — утварэння фізічных сіл і элементарных часціц у іх сучаснай форме. Пасля чаго наступіла эпоха нуклеасінтэзу, пры якой пратоны, злучаючыся з нейтронамі, утварылі ядры дэйтэрыя, гелія-4 і яшчэ некалькіх лёгкіх ізатопаў. Пасля далейшага падзення тэмпературы і расшырэння Сусвету надышоў наступны пераходны момант, пры якім гравітацыя стала дамінантнай сілай. Праз 380 тысяч гадоў пасля Вялікага выбуху тэмпература зменшылася настолькі, што стала магчымым існаванне атамаў вадарода (да гэтага працэсы іанізацыі і рэкамбінацыі пратонаў з электронамі знаходзіліся ў раўнавазе).

Пасля эры рэкамбінацыі матэрыя стала празрыстай для выпрамянення, якое, свабодна разыходзячыся ў прасторы, дайшло да нас у выглядзе рэліктавага выпраменьвання.

Праблема пачатковай сінгулярнасці

Экстрапаляцыя назіранага расшырэння Сусвету назад у часе прыводзіць, пры выкарыстанні агульнай тэорыі адноснасці і некаторых іншых альтэрнатыўных тэорый гравітацыі, да бясконцай шчыльнасці і тэмпературы ў канечны момант часу ў мінулым. Памеры Сусвету тады былі роўныя нулю — ён быў сціснуты ў кропку. Гэты стан называецца касмалагічнай сінгулярнасцю (часта касмалагічную сінгулярнасць вобразна называюць «нараджэннем» Сусвету). Немагчымасць пазбегнуць сінгулярнасці ў касмалагічных мадэлях агульнай тэорыі адноснасці была даказана, у ліку іншых тэарэм пра сінгулярнасці, Р. Пенроўзам і С. Хокінгам у канцы 1960-х гадоў.

Тэорыя Вялікага выбуху не дае ніякай магчымасці гаварыць пра што-небудзь, што папярэднічала гэтаму моманту (таму што наша матэматычная мадэль прасторы-часу ў момант Вялікага выбуху губляе прымянімасць, пры гэтым тэорыя зусім не адмаўляе магчымасць існавання чаго-небудзь да Вялікага выбуху). Гэта сігналізуе пра недастатковасць апісання Сусвету класічнай агульнай тэорыяй адноснасці.

Наколькі блізка да сінгулярнасці можна экстрапаляваць вядомую фізіку, з’яўляецца прадметам навуковых дэбатаў, але практычна агульнапрынята, што дапланкаўскую эпоху разглядаць вядомымі метадамі нельга. Праблема існавання сінгулярнасці ў дадзенай тэорыі з’яўляецца адным са стымулаў пабудовы квантавай і іншых альтэрнатыўных тэорый гравітацыі, якія імкнуцца вырашыць гэту праблему.

Існуе некалькі гіпотэз пра ўзнікненне бачнага Сусвету (некаторыя сабраны ў відэа BBC: Горизонт. Что было до большого взрыва?):

Далейшая эвалюцыя Сусвету

Паводле тэорыі Вялікага выбуху, далейшая эвалюцыя залежыць ад эксперыментальна вымернага параметра — сярэдняй шчыльнасці рэчыва ў сучасным Сусвеце. Калі шчыльнасць не перасягае некаторага (вядомага з тэорыі) крытычнага значэння, Сусвет будзе пашырацца вечна, калі ж шчыльнасць больш крытычнай, тое працэс пашырэння некалі спыніцца і пачнецца зваротная фаза сціскання, якая вяртае да зыходнага сінгулярнага стану. Сучасныя эксперыментальныя дадзеныя адносна велічыні сярэдняй шчыльнасці яшчэ недастаткова надзейныя, каб зрабіць адназначны выбар паміж двума варыянтамі будучыні Сусвету.

Ёсць шэраг пытанняў, на якія тэорыя Вялікага выбуху адказаць пакуль не можа, аднак асноўныя яе палажэнні абгрунтаваны надзейнымі эксперыментальнымі дадзенымі, а сучасны ўзровень тэарэтычнай фізікі дазваляе цалкам верагодна апісаць эвалюцыю такой сістэмы ў часе, з выключэннем самага пачатковага этапу — парадку сотай долі секунды ад «пачатку свету». Для тэорыі важна, што гэта нявызначанасць на пачатковым этапе фактычна аказваецца неістотнай, бо стан Сусвету, узніклы пасля праходжання дадзенага этапу, і яго наступную эвалюцыю можна апісаць цалкам верагодна.

Гісторыя развіцця ўяўленняў пра Вялікі выбух

Гісторыя тэрміна

Спачатку тэорыя Вялікага выбуху звалася «дынамічнай эвалюцыявальнай мадэллю». Упершыню тэрмін «Вялікі выбух» (Big Bang) ужыў Фрэд Хойл у сваёй лекцыі ў 1949 (сам Хойл прытрымліваўся гіпотэзы «бесперапыннага нараджэння» матэрыі пры пашырэнні Сусвету). Ён сказаў:

«Гэта тэорыя заснавана на здагадцы, што Сусвет паўстала падчас аднаго-адзінюткага магутнага выбуху і таму існуе толькі канчатковы час… Гэта ідэя Вялікага выбуху здаецца мне зусім нездавальняльнай».

Крытыка тэорыі

Апроч тэорыі Сусвету, які пашыраецца была таксама тэорыя, што Сусвет стацыянарны, то бок не эвалюцыянуе і не мае ні пачатку, ні канца ў часе. Частка прыхільнікаў такога пункту погляду адпрэчваюць пашырэнне Сусветам, а чырвонае зрушэнне тлумачаць гіпотэзай пра «старэнне» святла. Аднак, як высветлілася, гэта гіпотэза супярэчыць назіранням, прыкладам, назіранай залежнасці працягласці выбліскаў звышновых ад адлегласці да іх[11][12][13]. Іншы варыянт, што не адмаўляе пашырэння Сусвету, пададзены тэорыяй стацыянарнага Сусвету Ф. Хойла. Яна таксама дрэнна дапасуецца з назіраннямі[13].

Апроч таго, у тэорыі Вялікага выбуху не разглядаецца пытанне пра прычыны ўзнікнення сінгулярнасці, ці матэрыі і энергіі для яе ўзнікнення, звычайна проста пастулюецца яе безпачатковасць. Лічыцца, што адказ на пытанне пра існаванне і паходжанне пачатковай сінгулярнасці дасць тэорыя квантавай гравітацыі.

Ёсць таксама некаторы лік назіральных фактаў, дрэнна ўзгодненых з ізатропнасцю і аднастайнасцю назіранага Сусвету: наяўнасць пераважнага кірунку кручэння галактык[14][15], неаднастайнасці ў размеркаванні галактык на вялікіх даступных маштабах, вось зла.

У афіцыйнай навуцы СССР тэорыя Вялікага выбуху спачатку была ўспрынята з насцярогай. Так, у 1955 г. адзін савецкі аўтар пісаў: «Марксісцка-ленінская дактрына пра бясконцы Сусвет з’яўляецца фундаментальнай аксіёмай у падставе савецкай касмалогіі… Адмаўленне ці ўнікненне гэтай тэзы… няўхільна вядзе да ідэалізму і фідэізму, то бок, у канчатковым выніку, да адмаўлення касмалогіі і, такім чынам, не мае нічога агульнага з навукай»[16]. Хоць тэорыя Вялікага выбуху і была, урэшце, успрынята савецкімі навукоўцамі і філосафамі, і ўсё ж да самога распаду СССР у філасофскіх слоўніках быў замацаваны пастулат пра бясконцасць і вечнасці матэрыі. Пры гэтым дэкларавалася, што тэорыя Вялікага выбуху справядлівая толькі для Метагалактыкі, а Метагалактыка — гэта яшчэ не ўвесь Сусвет, «Вялікі Выбух» не пачаў Сусвет, а ўсяго толькі чарговы пераход нястворнай і незнішчальнай матэрыі з аднаго стану ў іншы[17]. У 3-м выданні Вялікай савецкай энцыклапедыі сказана: «Факт узаемнага выдалення галактык, складнікаў Метагалактыкі, сведчыць пра тое, што некаторы час таму назад яна знаходзілася ў якасна іншым стане і была шчыльнейшай… Узрост Метагалактыкі часам прымаюць за ўзрост Сусвету, што характэрна для прыхільнікаў атаяснення Метагалактыкі з Сусвету ў цэлым. Сапраўды, гіпотэза пра існаванне ў Сусвеце многіх метагалактык, размешчаных проста на некаторых адлегласцях адзін ад аднаго, не знаходзіць ніякіх пацверджанняў. Аднак вынікае прымаць да ўвагі магчымасць складанейшых суадносін паміж Метагалактыкай і Сусветам у цэлым і нават паміж асобнымі мета галактыкамі: у гэтак вялікіх аб’ёмах прасторы прынцыпы эўклідавай геаметрыі апынаюцца ўжо недастасоўнымі. Гэтыя суадносіны могуць быць складаны і ў тапалагічным дачыненні. Нельга выключаць і магчымасць таго, што кожная зараджаная элементарная часціца можа быць эквівалентная цэлай сістэме галактык, то бок складацца з такой сістэмы. Магчымасці такіх, складанейшых суадносін, павінны таксама ўлічвацца касмалогіяй. Таму яшчэ дачасу казаць, што ёсць якія-небудзь дадзеныя пра ўзрост Сусвета у цэлым»[18].

Тэорыя і рэлігія

22 лістапада 1951 года Папа Рымскі Пій XII абвясціў, што тэорыя Вялікага выбуху не супярэчыць каталіцкім уяўленням пра стварэнне свету[19][20].

У праваслаўі таксама існуе станоўчае дачыненне да гэтай тэорыі[21]. Кансерватыўныя пратэстанцкія хрысціянскія канфесіі таксама віталі тэорыю Вялікага Выбуху, як падтрымную гістарычную інтэрпрэтацыю навукі пра стварэнне[22]. Некаторыя мусульмане сталі паказваць на тое, што ў Каране ёсць згадванні Вялікага выбуху[23][24]. Паводле індуісцкай навукі, у свету няма пачатку і канца, ён развіваецца цыклічна[25][26], аднак у «Энцыклапедыі індуізму» гаворыцца, што тэорыя напамінае, што ўсё адбылося ад Брахмана, які «менш атама, але больш самага велічэзнага»[27].

У Пісьмах бахаі сцвярджаецца, што Сусвет не мае пачатку, аднак усе элементы адбыліся з некаторай адзінай субстанцыі — то бок, быў прадказаны нейкі аналог тэорыі Стывена Хокінга пра «канчатковы, але бязмежны» Сусвету[28]: «Ведайце, што адна з самых складаных для зразумення духоўных праўд ёсць тая, што існы свет — гэты бясконцы Сусвет — не мае пачатку… Мусібыць, што спачатку матэрыя была адзіная, і што адзіная матэрыя выяўлялася па-рознаму ў кожным элеменце. Так была створана шматстатнасць формаў, і розныя выгляды праявы матэрыі, аднойчы паўстаўшы, засталіся ў якасці сталых, так што кожны элемент знайшоў сваю індывідуальнасць. Але гэта сталасць была не даканцовым, і цалкам і ў дасканаласці ўжыццявілася толькі па сканчэнні вельмі доўгага перыяду часу»[29].

Заўвагі

  1. How Old is the Universe?(англ.) . НАСА (19 июля 2010 года). Архівавана з першакрыніцы 23 жніўня 2011. Праверана 28 кастрычніка 2010.

  2. Komatsu, E.; et al. (2009). “Five-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe Observations: Cosmological Interpretation”. Astrophysical Journal Supplement 180 (2): 330. doi:10.1088/0067-0049/180/2/330. Bibcode2009ApJS..180..330K.

  3. Menegoni, E.; et al. (2009). “New constraints on variations of the fine structure constant from CMB anisotropies”. Physical Review D 80 (8): 087302. doi:10.1103/PhysRevD.80.087302. Bibcode2009PhRvD..80h7302M.
  4. Линде, Андрей Дмитриевич Nonsingular Regenerating Inflationary Universe(англ.) . — 1982.
  5. Смолин, Ли The fate of black hole singularities and the parameters of the standard models of particle physics and cosmology(англ.) . — 1992.
  6. J. Khoury, B.A. Ovrut, P.J. Steinhardt, N. Turok The Ekpyrotic Universe: Colliding Branes and the Origin of the Hot Big Bang(англ.)  // Physical Review. — 2001. — № D64. — ISSN 123522.
  7. Einstein, Albert Die Grundlage der allgemeinen Relativittstheorie(ням.)  // Annalen der Physik. — 1916. — № 7. — P. 769—822. — ISSN 1521-3889.
  8. Wirtz, C. De Sitters Kosmologie und die Radialbewegungen der Spiralnebel // Astronomische Nachrichten, Bd. 222, S. 21 (1924)
  9. Cosmic Microwave Background Timeline Нацыянальная лабараторыя ім. Лоўрэнса ў Берклі
  10. Seven-Year Wilson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Sky Maps, Systematic Errors, and Basic Results (нявызн.) (PDF) (недаступная спасылка). nasa.gov. Архівавана з першакрыніцы 16 жніўня 2012. Праверана 9 сакавіка 2012.
  11. Wright E.L. Errors in Tired Light Cosmology.

  12. Overduin J.M., Wesson P.S. The light/dark universe: light from galaxies, dark matter and dark energy. — World Scientific Publishing Co., 2008. — ISBN 9812834419.
  13. 1 2 P. J. E. Peebles The Standard Cosmological Model in Rencontres de Physique de la Vallee d’Aosta (1998) ed. M. Greco, p. 7
  14. Учёные нашли след вращения Вселенной при рождении Архівавана 18 лютага 2012.
  15. ScienceDirect — Physics Letters B : Detection of a dipole in the handedness of spiral galaxies with redshifts
  16. Лорен Грэхэм. Естествознание, философия и науки о человеческом поведении в Советском Союзе
  17. В.Скосарь. Краткая история представлений о Вселенной. Зигзаги космологической мысли
  18. Вселенная

  19. Ferris, T. (1988). Coming of age in the Milky Way. William Morrow and Company. pp. 274, 438. ISBN 978-0-688-05889-0. http://books.google.com/?id=a8nuAAAAMAAJ. , citing Berger, A. (1984). The Big bang and Georges Lemaître: proceedings of a symposium in honour of G. Lemaître fifty years after his initiation of big-bang cosmology, Louvainla-Neuve, Belgium, 10–13 October 1983. D. Reidel]. p. 387. ISBN 978-90-277-1848-8. http://books.google.com/?id=eYHvAAAAMAAJ.
  20. Pope Pius XII. Ai soci della Pontificia Accademia delle Scienze, 22 novembre 1951 - Pio XII, Discorsi(нявызн.)  (недаступная спасылка). Tipografia Poliglotta Vaticana (2 лістапада 1951). Архівавана з першакрыніцы 10 верасня 2011. Праверана 23 лютага 2012.
  21. Константин Пархоменко. Первый день Творения (нявызн.). Сотворение мира и человека.. Архівавана з першакрыніцы 23 лістапада 2010. Праверана 22 чэрвеня 2012.

  22. Russell, R.J. (2008). Cosmology: From Alpha to Omega. Fortress Press. ISBN 9780800662738. http://books.google.com/?id=IvlKa6frm2EC&pg=PA40&dq=rejected+God+Fred+Hoyle+big+bang#v=onepage&q=rejected%20God%20Fred%20Hoyle%20big%20bang&f=false. “Conservative Protestant circles have also welcomed Big Bang cosmology as supporting a historical interpretation of the doctrine of creation.”

  23. Diane Morgan (2010). Essential Islam: a comprehensive guide to belief and practice. ABC-CLIO. http://books.google.com/books?id=U94S6N2zECAC&pg=PA18&dq=Islam+big+bang+quran&hl=en&sa=X&ei=1b1RT460O4G90AGCpun-DQ&ved=0CFcQ6AEwBA#v=onepage&q=Big%20bang&f=false. “Although the Quran is not intended to be a textbook on physics, many Muslim commentators search through it for passages that seem to parallel findings made by modern science, in an effort to show the timeless wisdom of the book. Some of these parallels are said to include references to the Big Bang, antimatter, rotating stars, radioactive fusion, tectonic plates, and the ozone layer.”

  24. Helaine Selin (1997). Encyclopædia of the history of science, technology, and medicine in non-western cultures. Springer Press. http://books.google.com/books?id=raKRY3KQspsC&pg=PA456&dq=islam+quran+big+bang&hl=en&sa=X&ei=Tb9RT8ORFo-dgQf55MniDQ&ved=0CHQQ6AEwCQ#v=onepage&q=islam%20quran%20big%20bang&f=false. “Subjects ranging from relativity, quantum mechanics, and the big bang theory to the entire field of embryology and much of modern geology have been discovered in the Qur’an.”

  25. Sushil Mittal, G. R. Thursby (2004). The Hindu World. Psychology Press. http://books.google.com/books?id=fz6KBkgEacAC&pg=PA284&dq=hindu+big+bang&hl=en&sa=X&ei=g8NRT_PnN4qmgwfH08HwBQ&ved=0CDoQ6AEwAjgK#v=onepage&q=hindu%20big%20bang&f=false. “In the Vedic cosmogonies, the question of what caused the primordial desire does not arise; like the Big Bang of modern cosmology, the primal impulse is beyond all time and causation, so it makes no sense to ask what preceded it or what caused it. However, in the Hindu cosmology which we find in the Puranas and other non-Vedic Sanskrit texts, time has no absolute beginning; it is infinite and cyclic and so is kama.”

  26. John R. Hinnells (2010). The Routledge companion to the study of religion. Taylor & Francis. http://books.google.com/books?id=RyuJ_BfJki8C&pg=PA118&dq=hindu+big+bang+eternal+universe&hl=en&sa=X&ei=ucVRT5KFO4GFgweaqfDADQ&ved=0CDYQ6AEwAQ#v=onepage&q=hindu%20big%20bang%20eternal%20universe&f=false. “There are also other cosmological models of the universe besides the Big bang model, including eternal universe theories - views more in keeping with Hindu cosmologies than with traditional theistic concepts of the cosmos.”

  27. Sunil Sehgal (1999). Encyclopædia of Hinduism: T-Z, Volume 5. Sarup & Sons. http://books.google.com/books?id=-3OhTtBUBdgC&pg=PA297&dq=hindu+big+bang&hl=en&sa=X&ei=hMVRT9HNMcXrggexud3ZDQ&ved=0CEwQ6AEwBQ#v=onepage&q=hindu%20big%20bang&f=false. “The theory is known as the ‘Big Bang theory’ and it reminds us of the Hindu idea that everything came from the Brahman which is “subtler than the atom, greater than the greatest” (Kathopanishad-2-20).”
  28. «Finite but unbounded universe… with no edge in space, no beginning or end in time.» Carl Sagan, Introduction to Hawking, Brief History of Time, p. x
  29. Абдул-Баха. «Ответы на некоторые вопросы», гл. 47. Эта книга была впервые опубликована в 1908 г.

Літаратура

Спасылкі

Тэмы гэтай старонкі (6):
Касмалогія
Вікіпедыя:Істотныя артыкулы
Старонкі з няправільным сінтаксісам спасылак на крыніцы
Касмалагічныя мадэлі
Астрафізіка
Нявырашаныя праблемы сучаснай фізікі