Теория большого взрыва критика. История теории большого взрыва.

Теория большого взрыва критика. История теории большого взрыва.

Самое раннее упоминание большого взрыва относится к началу 20-го века и связано с наблюдениями за космосом. В 1912 году американский астроном весто слайфер провел серию наблюдений за спиральными галактиками (которые изначально представлялись туманностями) и измерил их доплеровское красное смещение. Почти во всех случаях наблюдения показали, что спиральные галактики отдаляются от нашего млечного пути.

В 1922 году выдающийся российский математик и космолог Александр Фридман вывел из уравнений Эйнштейна для общей теории относительности так называемые уравнения Фридмана. Несмотря продвижения Эйнштейном теории в пользу наличия космологической постоянной, работа Фридмана показала, что вселенная скорее находится в состоянии расширения.

В 1924 году измерения Эдвина хаббла дистанции до ближайшей спиральной туманности показали, что эти системы на самом деле являются действительно другими галактиками. В то же время хаббл приступил к разработке ряда показателей для вычета расстояния, используя 2, 5-метровый телескоп хукера в обсерватории маунт Вилсон. К 1929 году хаббл обнаружил взаимосвязь между расстоянием и скоростью удаления галактик, что впоследствии стало законом хаббла.

В 1927 году бельгийский математик, физик и католический священник Жорж леметр независимо пришел к тем же результатам, какие показывали уравнения Фридмана, и первым сформулировал зависимость между расстоянием и скоростью галактик, предложив первую оценку коэффициента этой зависимости. Леметр считал, что в какой-то период времени в прошлом вся масса вселенной была сосредоточена в одной точке (атоме.

Эти открытия и предположения вызывали много споров между физиками в 20-х и 30-х годах, большинство из которых считало, что вселенная находится в стационарном состоянии. Согласно устоявшейся в то время модели, новая материя создается наряду с бесконечным расширением вселенной, равномерно и равнозначно по плотности распределяясь на всей ее протяженности. Среди ученых, поддерживающих ее, идея большого взрыва казалась больше теологической, нежели научной. В адрес леметра звучала критика о предвзятости на основе религиозных предубеждений.

Следует отметить, что в то же время существовали и другие теории. Например, модель вселенной Милна и циклическая модель. Обе основывались на постулатах общей теории относительности Эйнштейна и впоследствии получили поддержку самого ученого. Согласно этим моделям вселенная существует в бесконечном потоке повторяющихся циклов расширений и коллапсов.

После второй мировой войны между сторонниками стационарной модели вселенной (которая фактически была описана астрономом и физиком Фредом хойлом) и сторонниками теории большого взрыва, быстро набиравшей популярность среди научного сообщества, разгорелись жаркие дебаты. По иронии судьбы, именно хойл вывел фразу "Большой Взрыв", впоследствии ставшую названием новой теории. Произошло это в марте 1949 года на британском радио BBC.

В конце концов дальнейшие научные исследования и наблюдения все больше и больше говорили в пользу теории большого взрыва и все чаще ставили под сомнение модель стационарной вселенной. Обнаружение и подтверждение реликтового излучения в 1965 году окончательно укрепили большой взрыв в качестве лучшей теории происхождения и эволюции вселенной. С конца 60-х годов и вплоть до 1990-х астрономы и космологи провели еще больше исследований вопроса большого взрыва и нашли решения для многих теоретических проблем, стоящих на пути у данной теории.

Среди этих решений, например, работа Стивена хокинга и других физиков, которые доказали, что сингулярность являлась неоспоримым начальным состоянием общей относительности и космологической модели большого взрыва. В 1981 году физик Алан гут вывел теорию, описывающую период быстрого космического расширения (эпохи инфляции), которая решила множество ранее нерешенных теоретических вопросов и проблем.

В 1990-х наблюдался повышенный интерес к темной энергии, которую рассматривали как ключ к решению многих нерешенных вопросов космологии. Помимо желания найти ответ на вопрос о том, почему вселенная теряет свою массу наряду с темной матерей (гипотеза была предложена еще в 1932 году Яном оортом), также было необходимо найти объяснение тому, почему вселенная по-прежнему ускоряется.

Дальнейший прогресс изучения обязан созданию более продвинутых телескопов, спутников и компьютерных моделей, которые позволили астрономам и космологам заглянуть дальше во вселенной и лучше понять ее истинный возраст. Развитие космических телескопов и появление таких, как, например, Cosmic Background Explorer (или Cobe), космический телескоп хаббла, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (Wmap) и космическая обсерватория планка, тоже внесло бесценный вклад в исследование вопроса.

Сегодня космологи могут с довольно высокой точностью проводить измерения различных параметров и характеристик модели теории большого взрыва, не говоря уже о более точных вычислениях возраста окружающего нас космоса. А ведь все началось с обычного наблюдения за массивными космическими объектами, расположенными во многих световых годах от нас и медленно продолжающих от нас отдаляться. И несмотря на то, что мы понятия не имеем, чем это все закончится, чтобы выяснить это, по космологическим Меркам на это потребуется не так уж и много времени.

Научная критика теории большого взрыва. Холодный Большой Взрыв и сжимающаяся Вселенная

Стандартная модель Большого Взрыва говорит, что после того, как вся материя взорвалась из сингулярности, она раздулась в горячую и плотную Вселенную и начала медленно остывать в течение миллиардов лет. Но эта сингулярность создает ряд проблем, когда ее пытаются впихнуть в общую теорию относительности и квантовую механику, поэтому космолог Криштоф Веттерих из Университета Гейдельберга предположил, что Вселенная могла начаться с холодного и огромного пустого пространства, которое становится активным лишь потому, что сжимается, а не расширяется в соответствии со стандартной моделью.

В этой модели, красное смещение, наблюдаемое астрономами, может быть вызвано увеличением массы вселенной по мере сжатия. Свет, излученный атомами, определяется массой частиц, больше энергии проявляется по мере движения света в голубую часть спектра и меньше — в красную.

Главная проблема теории Веттериха в том, что ее невозможно подтвердить измерениями, поскольку мы сравниваем лишь соотношения различных масс, а не самих масс. Один физик пожаловался, что эта модель сродни утверждению, что не Вселенная расширяется, а линейка, которой мы ее измеряем, сжимается. Веттерих говорил, что не считает свою теорию заменой Большому Взрыву; он лишь отмечал, что она соотносится со всеми известными наблюдениями Вселенной и может быть более «естественным» объяснением.

Теория большого взрыва кратко. Что было до Большого Взрыва?

Теория Большого Взрыва включает очень интересное понятие — сингулярность. Держу пари, это заставляет вас задаться вопросом: что это такое — сингулярность? Астрономы, физики и другие ученые также задаются этим вопросом. Сингулярности, как полагают, есть в ядрах черных дыр. Черная дыра — это область интенсивного гравитационного давления. Это давление, в соответствии с теорией, настолько интенсивно, что вещество сжимается, пока у него не появляется бесконечная плотность. Эту бесконечную плотность и называют сингулярностью . Наша Вселенная, как предполагают, началась как одна из этих бесконечно маленьких, бесконечно горячих и бесконечно плотных сингулярностей. Однако мы еще не подошли к самому Большому Взрыву. Большой Взрыв — это момент, в котором эта сингулярность внезапно «взорвалась» и начала расширяться и создала нашу Вселенную.

Теория «Большого Взрыва» казалось бы подразумевает, что время и пространство существовали прежде, чем возникла наша Вселенная. Однако Стивен Хокинг, Джордж Эллис и Роджер Пенроз (и др.) развивали в конце 1960-х теорию, которая пыталась объяснить, что время и пространство не существовали до расширения сингулярности. Другими словами, ни время, ни пространство не существовали, пока не существовала Вселенная.

В чём суть теории Большого взрыва?

Отвечает астрофизик, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Института астрономии РАН (ИНАСАН) Николай Чугай :

— В астрофизике под Большим взрывом понимают взрывной процесс, в котором родилась наша Вселенная. В основе этой идеи лежит наблюдаемый факт разбегания галактик, обнаруженный в конце двадцатых годов прошлого века американским астрофизиком Хабблом . Разбегание галактик означает, что в прошлом вселенная была плотной.

В сороковых годах XX века стало понятно, — это прежде всего пришло в голову российскому астрофизику Георгию Гамову , который работал в США — что Вселенная в далёком прошлом была не только плотной, но и очень горячей, настолько, что в ней могли происходить термоядерные реакции синтеза химических элементов из смеси протонов, нейтронов и электронов. Ядро водорода состоит из одного протона, поэтому можно сказать, что, согласно мысли Гамова, вначале был только водород. Это и в современной Вселенной наиболее распространённый химический элемент. Всё остальное, в том числе и гелий, — следующий по распространённости элемент — возникло в результате ядерных реакций. Гамов рассчитал условия, при которых в первые несколько минут после взрыва образовалось современное количество гелия, и пришёл к выводу, что за время жизни Вселенной первичное горячее излучение должно было остыть до 5 градусов по шкале Кельвина (ноль этой шкалы соответствует температуре -273 градуса по Цельсию). В 1964 году эта догадка блестяще подтвердилась: американские радиоастрономы Пензиас и Вилсон обнаружили это излучение в сантиметровом диапазоне как однородный фон неба. Позднейшие измерения со спутников показали что температура этого фона (реликтового излучения) равна 2,7 градуса Кельвина.

Реликтовое излучение — решаюший аргумент в пользу теории Большого взрыва. Свечение реликтового излучения даёт нам понять очень многие вещи, в том числе и зарождение галактик и скоплений галактик. Дело в том, что сначала Вселенная была абсолютно однородной. Но в процессе расширения небольшие начальные возмущения плотности стали усиливаться благодаря гравитационному самопритяжению, подобно тому, как планета притягивается к Солнцу, камень падает на землю. Сила гравитации заставляет эти неоднородности становиться ещё плотнее. Так образовались галактики и скопления галактик, звёзды и планеты.

• © NASA
• © NASA
• © NASA
• © NASA
• © NASA
• © NASA
• © NASA
• © NASA
• © NASA
• © NASA

Таким образом, Вселенная родилась в результате взрыва, была очень горячей сначала, в процессе расширения остыла, сохранив остаток тепла в виде трехградусного реликтового излучения.

В этом, по сути, и заключается теория Большого взрыва, которая объясняет наблюдаемую Вселенную.

Теория большого взрыва физика. Альтернативная теория Большого взрыва

Роберт Дикке, американский физик, известен своими работами в области астрофизики, атомной физики, космологии и гравитации. И одной интересной идеей. Совсем коротко идею Дикке можно назвать «Большой взрыв, но не такой, каким мы его знаем».

Дикке смущала мысль, что вся материя во Вселенной могла быть создана за долю секунды во время Большого взрыва, но ему не казалось правдоподобным и то, что материя создается непрерывно в промежутках между галактиками . Впрочем, существовал еще и третий вариант — так называемая циклическая Вселенная.

Согласно этой теории, количество материи во Вселенной остается неизменным, но после фазы расширения наступает фаза сжатия: Вселенная доходит до горячего и плотного состояния, как перед Большим взрывом, и вновь расширяется, возрождаясь, словно Феникс.

Массивное скопление галактик под названием Abell 1689 и множество более отдаленных галактик; сфотографировано космическим телескопом «Хаббл». Фото из книги «Интерстеллар. Наука за кадром»

Однако, понял Дикке, если бы эта модель была реальной, то не было бы двух видов звезд — Населения I и Населения II, молодых и старых звезд. А они были. Значит, Вселенная вокруг нас все-таки развилась из горячего и плотного состояния. Даже если это был не единственный в истории Большой взрыв.

Этапы развития вселенной после большого взрыва. Развитие Вселенной после Большого Взрыва

В одном мгновении видеть вечность…

(Уильям Блейк)

Согласно теории Большого взрыва, Вселенная в момент образования была в чрезвычайно плотном и горячем состоянии, называемом космологической сингулярностью.

Сразу после взрыва вещество стало разлетаться во всех направлениях. С тех самых времен плотность вещества и температура уменьшались. Через 400 000 лет после большого взрыва образовались атомы, вселенная стала прозрачна и внешне было похожа на ту, что мы видим сегодня. На самом деле внешний вид той молодей вселенной еще довольно сильно отличался от теперешнего. Вселенная было совершенно темной. Не было ни звезд, ни галактик, ни планет. Только отдельно летающие атомы и реликтовое излучение. Такое существование вселенной продолжалось несколько сотен миллионов лет .

Описанная картина горячей Вселенной на ранней стадии развития была предложена ученым Джорджем (Г. А.) Гамовым в знаменитой работе, которую Гамов написал в 1948 г. вместе со своим аспирантом Ральфом Альфером. вселенная большой взрыв космологический

Вся Вселенная как целое могла продолжать расширяться и охлаждаться, но в тех областях, плотность которых была немного выше средней, расширение замедлялось из-за дополнительного гравитационного притяжения. В результате некоторые области перестали расширяться и начали сжиматься. В процессе сжатия под действием гравитационного притяжения материи, находящейся снаружи этих областей, могло начаться их медленное вращение. С уменьшением размеров коллапсирующей области ее вращение ускорялось, подобно тому, как ускоряется вращение фигуриста на льду, когда он прижимает руки к телу. Когда наконец коллапсирующая область стала достаточно малой, скорости ее вращения должно было хватить для уравновешивания гравитационного притяжения - так образовались вращающиеся дискообразные галактики. Те области, которые не начали вращаться, превратились в овальные объекты, называемые эллиптическими галактиками. Коллапс этих областей тоже прекратился, потому что, хотя отдельные части галактики стабильно вращались вокруг ее центра, галактика в целом не вращалась.

Большого взрыва не было, а Черные дыры не существуют – доказано математически

Черные дыры уже давно захватили воображение публики и стали предметом массовой культуры. Они являются последним неизвестным - самые черные и самые плотные объекты во вселенной, которые не может покинуть даже свет.И, как будто это не является столь странным для начала, но теперь в эту смесь можно добавить новый ингредиент: они не существуют.Путем слияния двух, казалось бы, противоречивых теорий, Лаура Мерсини-Хоутон, профессор физики Университета Северной Каролины-Chapel Hill в колледже искусств и наук, доказала математически, что черные дыры никогда не возникали. Работа не только вынуждает исследователей переосмыслить ткань пространства-времени, но и переосмыслить происхождения Вселенной."Я до сих пор не могу отойти от шока", сказала Мерсини-Хоутон. "Мы изучали эту проблему в течение более чем 50 лет, и это решение дает нам много пищи для размышления".В течение многих десятилетий считалось, что черные дыры, образуются, когда массивная звезда коллапсирует под действием собственной гравитации, превращаясь в точку пространства. Это та точка, где гравитационное притяжение черной дыры настолько сильно, что ничто не может избежать ее.В 1974 году Стивен Хокинг использовал квантовую механику, чтобы показать, что черные дыры излучают. С тех пор ученые обнаружили отпечатки пальцев в космосе.

Черная дыра

Но теперь Мерсини-Хоутон описывает совершенно новый сценарий. Она и Хокинг, оба соглашаются, что, когда звезда коллапсирует под действием собственной гравитации, она производит излучения Хокинга. Тем не менее, в своей новой работе, Мерсини-Хоутон показывает, что, выделяя это излучение, звезда также изливает массу. Настолько, что, как ее не сжимать она не может стать черной дырой.Перед тем как черная дыра может сформироваться, умирающая звезда разбухает в последний раз, а затем взрывается. Сингулярность никогда не образуется и никакой горизонт событий не возникает. Главный вывод из ее работы таков: нет такой вещи, как черная дыра.Документ, который был недавно представлен на ArXiv, онлайн хранилище работ в области физики, которые не рецензируются, предлагает точные численные решения этой проблемы. Работа была сделана в сотрудничестве с Харальдом Пайффером, экспертом по относительности чисел в Университете Торонто.Экспериментальные данные могут в один прекрасный день обеспечить физическое доказательство по поводу того, что черные дыры во Вселенной не существуют. Но сейчас, Мерсини-Хоутон говорит, математически это доказано.Многие физики и астрономы считают, что наша Вселенная возникла из сингулярности, которая начала расширяться с момента Большого взрыва. Однако, если сингулярность не существует, то физики должны переосмыслить свои идеи относительно Большого Взрыва и был ли он.

Центр большого взрыва. Где находится центр Вселенной?

То есть по теории Большого взрыва вселенная начала расширяться. А где находится точка или координаты места начала этого взрыва?
Вопросы о центре Вселенной возникают довольно часто, и причина — в словосочетании «Большой Взрыв», которое является переводом английского термина «Big Bang» - дословно - «Большой Бум». Этот термин был придуман известным физиком Фредом Хойлом, который таким образом выразил свое саркастическое отношение к идее возникновения Вселенной. Космологи сарказма не уловили и после того, как лекции Хойла были опубликованы, термин стал широко употребляться.
На русский язык Big Bang правильнее было бы перевести как «Большой хлопок», что, вероятно, точнее соответствует уничижительному смыслу, который хотел вложить в него Хойл. Русский перевод — Большой взрыв — выглядит более солидно и потому кажется более физичным, что многих вводит в заблуждение. Раз был взрыв, значит, было и место взрыва, и то, что взорвалось… На самом деле у расширения Вселенной центра быть не должно. Здесь самая популярная аналогия - надуваемый воздушный шарик. Его поверхность расширяется, но никакого центра у этого расширения нет.
Математическая модель пространства-времени в момент Большого взрыва теряет применимость: при этом теория вовсе не отрицает возможность существования чего-либо до Большого взрыва, а размеры Вселенной тогда равнялись нулю - она была сжата в точку. Это состояние называется космологической сингулярностью. Многие ученые полушутя-полусерьезно называют космологическую сингулярность «рождением» (или «сотворением») Вселенной, которое произошло, по современным представлениям 13,7 ± 0,13 млрд. лет назад.
Большой Взрыв не случился где-то и когда-то - он породил не только Вселенную как материю, но и само пространство-время. Вселенная не разлетается от некоторой начальной точки отсчета, которую можно было бы принять за центр, она расширяется во всех точках пространства. Не существует какого-то конкретного "центра" Вселенной, с точки зрения наблюдателя центр там, где находится наблюдатель.