Теория большого взрыва для чайников

Пробуем рассказать сложную космологическую теорию самыми простыми словами. Теория большого взрыва — почему о ней все говорят, и действительно ли Вселенная началась из точки?

О чём Теория большого взрыва (ТБЗ) — определение

Эта теория широко известна, но её часто понимают неправильно. Заблуждение в том, что ТБЗ якобы описывает происхождение Вселенной. Но это не совсем так.

Она не затрагивает причины появления Вселенной, а также того, что находится за её пределами и что было до большого взрыва.

Кто придумал Теорию большого взрыва

Впервые этот термин в 1949 году с издевательским подтекстом употребил астрофизик Фред Хойл, который был противником представлений о расширяющейся Вселенной. Но словосочетание закрепилось и вошло в дальнейший обиход.

Однако одну из важнейших предпосылок к теории открыл астроном Эдвин Хаббл в 1920-х годах.

На тот момент уже было известно, что звёзды постепенно удаляются от Земли, при чём с разной скоростью. Хаббл пришёл к заключению, что скорость звёзд оказалась пропорциональной их расстоянию от Земли. Другими словами, чем дальше звезда находилась от Земли, тем быстрее она удалялась. Учёный предположил, что это происходит по причине расширения самой Вселенной: звёзды не «улетают» от нас, а само пространство между всеми объектами в космосе увеличивается.

Это положило начало дискуссий по нескольким направлениям, в том числе и касательно эволюции Вселенной. Так, если она расширяется, значит когда-то она была в некотором исходном сверхплотном состоянии, с которого начался весь процесс.

А взрыва-то и не было

На самом деле о «взрыве» говорить тоже некорректно. Теория описывает скорее сверхбыстрое расширение Вселенной из невероятно маленького объёма на миллиарды световых лет. Скорость расширения могла быть даже быстрее скорости света, но это не был взрыв в классическом понимании (и даже не «хлопок»).

Если речь о взрыве не идёт, то и центра у него и не было. Получается, что Вселенная расширяется равномерно сразу во всех точках пространства, а не из одного конкретного места.

Теория большого взрыва — суть

В самые ранние моменты Большого взрыва вся энергия и пространство были сжаты до нулевого объёма и бесконечной плотности. Астрофизики называют это сингулярностью.

Но около 13,8 млрд лет назад произошло стремительное расширение. За несколько секунд из сингулярности (условная точка, где было ВСЁ сконцентрировано) Вселенная увеличилась в несколько миллионов раз. Из-за расширения она стала менее плотной и остыла, а материя получила возможность формироваться.

Одним из результатов Большого взрыва стало образование четырех основных сил во Вселенной:

• Электромагнетизм.
• Сильная ядерная сила.
• Слабая ядерная сила.
• Гравитация.

В начале Большого взрыва все эти силы были частью единой силы, но расширение Вселенной привело к их разделению.

Первая секунда: как выглядела Вселенная и что произошло в момент расширения

Самые ранний момент, который могут смоделировать учёные, относится к t = 1 x 10^-43 секунд (t — время после начала Вселенной). То есть мы можем представить, что происходило на 0.0000000000000000000000000000000000000000001 секунде Большого взрыва.

Это была однородная, плотная и горячая область размером всего 1x 10^-33 см (0.000000000000000000000000000000001 см). Для понимания сегодня тот же участок космоса простирается на миллиарды световых лет.

Теоретики Большого взрыва считают, что на этом этапе материя и энергия были неразделимы. Как говорилось выше, четыре первичные силы вселенной также были едины.

• Этап инфляции. За несколько долей секунды Вселенная расширилась почти вдвое.
• Этап Бариогенеза. После 1 x 10^-35 секунды материя и энергия разъединились. Появилась материя и антиматерия, которые аннигилировали друг друга (фактически уничтожили). Но частиц материи было немного больше, и за счёт этого позже сформировались все объекты, известные нам сегодня.
• Этап космологии частиц. После 1 x 10^-11 секунды Единая сила распалась на четыре, а кроме выживших частиц материи, были фотоны, но не было света из-за всё ещё большой плотности. Эту фазу учёные могут воссоздать с помощью ускорителей частиц.
• Стандартная космология. После 0,01 секунды Вселенная продолжала расширяться и охлаждаться, а субатомные частицы, образовавшиеся во время бариогенеза, начали связываться друг с другом. Они образовали нейтроны и протоны.

К тому времени, когда прошла целая секунда, эти частицы могли образовать ядра легких элементов, таких как водород (в форме его изотопа дейтерия), гелий и литий. Этот процесс известен как нуклеосинтез. Но Вселенная была еще слишком плотной и горячей, чтобы электроны могли присоединиться к этим ядрам и образовать устойчивые атомы.

Как эволюционировала Вселенная на протяжении следующих 13 млрд лет, мы решили подробно рассказать в отдельной статье.

Зачем нужна Теория большого взрыва

По большей части это даёт возможность стоить другие теории в области изучения Вселенной:

• Оценка возраста Вселенной.
• Эволюция Вселенной.
• Какой формы Вселенная.
• Сколько ещё будет длиться вселенское расширение, и что будет в конце.

Теория большого взрыва — кратко

ТБЗ не объясняет, почему и из чего возникла Вселенная. Эта теория о том, как происходило её расширение в первые секунды, а уже на основе этого строится модель эволюции Вселенной до текущего состояния.