Современные представления теории Большого взрыва и теории горячей Вселенной

1948 — выходит работа Г. А. Гамова о «горячей вселенной», построенная на теории расширяющейся вселенной Фридмана. По Фридману, вначале был взрыв. Он произошёл одновременно и повсюду во Вселенной, заполнив пространство очень плотным веществом, из которого через миллиарды лет образовались наблюдаемые тела Вселенной — Солнце, звёзды, галактики и планеты, в том числе Земля и всё что на ней. Гамов добавил к этому, что первичное вещество мира было не только очень плотным, но и очень горячим. Идея Гамова состояла в том, что в горячем и плотном веществе ранней Вселенной происходили ядерные реакции, и в этом ядерном котле за несколько минут были синтезированы лёгкие химические элементы. Самым эффектным результатом этой теории стало предсказание космического фона излучения. Электромагнитное излучение должно было, по законам термодинамики, существовать вместе с горячим веществом в «горячую» эпоху ранней Вселенной. Оно не исчезает при общем расширении мира и сохраняется — только сильно охлаждённым — и до сих пор. Гамов и его сотрудники смогли ориентировочно оценить, какова должна быть сегодняшняя температура этого остаточного излучения. У них получалось, что это очень низкая температура, близкая к абсолютному нулю. С учётом возможных неопределённостей, неизбежных при весьма ненадёжных астрономических данных об общих параметрах Вселенной как целого и скудных сведениях о ядерных константах, предсказанная температура должна лежать в пределах от 1 до 10 К. В 1950 году в одной научно-популярной статье (Physics Today, № 8, стр. 76) Гамов объявил, что скорее всего температура космического излучения составляет примерно 3 К.

1955 — Советский радиоастроном Тигран Шмаонов экспериментально обнаружил шумовое СВЧ излучение с температурой около 3K.[2]

1964 — американские радиоастрономы А. Пензиас и Р. Вилсон открыли космический фон излучения и измерили его температуру: и она оказалась равной именно 3 К. Это было самое крупное открытие в космологии со времён открытия Хабблом в 1929 году общего расширения Вселенной. Теория Гамова была полностью подтверждена. В настоящее время это излучение носит название реликтового; термин ввёл советский астрофизик И. С. Шкловский.

2003 — спутник WMAP с высокой степенью точности измеряет анизотропию реликтового излучения. Вместе с данными предшествующих измерений (COBE, Космический телескоп Хаббла и др.), полученная информация подтвердила космологическую модель ΛCDM и инфляционную теорию. С высокой точностью был установлен возраст Вселенной и распределение по массам различных видов материи (барионная материя — 4 %, тёмная материя — 23 %, тёмная энергия — 73 %).

2009 — запущен спутник Планк, который в настоящее время измеряет анизотропию реликтового излучения с ещё более высокой точностью.

Критика теории Большого взрыва

Некоторые противники теории Большого взрыва считают, что Вселенная стационарна, то есть не эволюционирует, и не имеет ни начала, ни конца во времени. Сторонники такой точки зрения отвергают  расширение Вселенной, а красное смещение объясняют гипотезой о «старении» света. Однако, как выяснилось, эта гипотеза противоречит наблюдениям, например, наблюдаемой зависимости продолжительности вспышек сверхновых от расстояния до них.

Существует  также точка зрения о том, что  законы Большого Взрыва действуют лишь в наблюдаемой нами части Вселенной (Метагалактике).

Кроме того, ТБВ не дает удовлетворительного  ответа на вопрос о причинах возникновения  сингулярности, или материи/энергии  для её возникновения, обычно просто постулируя её безначальность.

Расширение Вселенной

Расширение  Вселенной — явление, предсказываемое общей теорией относительности и состоящее в однородном и изотропном расширении космического пространства в масштабах всей Вселенной. Экспериментально расширение Вселенной наблюдается в виде выполнения закона Хаббла. Началом расширения Вселенной наука считает так называемый Большой взрыв.

Расширение  Вселенной - всего лишь гипотеза с  большим числом допущений. Одно из из них - расчет скорости изменения расположения объектов во Вселенной на основе наблюдений при помощи различных телескопов. Однако это не значит что наблюдаемый  закон движения можно экстраполировать на другие периоды времени.

Вселенная расширяется?! Вряд ли что-нибудь подобное приходило в голову даже самым  великим философам, астрономам, физикам  прошлого. И в те времена, когда  ученые признавали геоцентрическую  систему мира (Вселенная, в центре которой мыслили Землю), и позднее - когда утвердилась гелиоцентрическая  система Коперника (в центре этой системы находилось Солнце), считалось, что Вселенная ограничена "сферой неподвижных звезд". Датский астроном Тихо Браге (1546-1601), который прославился  исключительной точностью своих  наблюдений, многие годы был убежден, что во Вселенной ничего особенного не происходит, что она не изменяется со временем, что над Землей вечно  сияли и будут сиять звезды привычных нам созвездий. Хотя он, конечно, наблюдал такие необычные  явления на небе, как "падающие звезды" (метеоры) или кометы. А однажды  вечером - это было 11 ноября 1572 года, - возвращаясь из алхимической лаборатории, 26-летний Тихо увидел в созвездии  Кассиопеи яркую звезду, которой  там раньше не было. Современные  астрономы называют эту взорвавшуюся звезду его именем - Сверхновая Тихо. Ну а тогда появившееся в небе светило, которое было ярче Венеры и  видно даже днем, показалось Тихо Браге  чудом. "Я был настолько поражен этим зрелищем, - записал он, - что не постыдился подвергнуть сомнению то, что видели мои собственные глаза... Не было ли это величайшим из чудес, которые случались когда-либо со времен начала мира?.."

Однако  ни это столь удивительное открытие, ни многие другие, сделанные в последующие  столетия, не изменили отношения ученых ко Вселенной в целом. Величайший из физиков ХХ века Альберт Эйнштейн первоначально тоже пришел к выводу о неизменности (статичности) и замкнутости Вселенной. Он говорил, что в мире, напоминающем поверхность шара, световой луч способен совершить "круговселенское" путешествие. С присущей ему скоростью (300 000 км/с) он может отправиться в это путешествие из какой-нибудь точки, а потом, вдоволь нагулявшись среди сотен или даже тысяч миллиардов галактик, вернуться через десятки миллиардов лет к месту своего старта. Правда, Эйнштейн через некоторое время признал, что Вселенная совсем не такая...

Вспомните радугу, иногда украшающую небо. Ее цвета  плавно переходят из одного в другой: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Сама природа словно демонстрирует нам спектр света  Солнца. Капельки воды, содержащиеся в  воздухе, подобно стеклянным призмам, разлагают сложный белый цвет на простые цвета. Причем у каждого  из цветов своя длина волны: наибольшая - у красного, наименьшая - у фиолетового. Еще интереснее рассматривать спектр Солнца с помощью специального прибора - спектроскопа. Тогда видна не только радужная полоска, но и темные линии (они пересекают ее), излучаемые различными химическими элементами, из которых  состоит вещество Солнца.

Для ученых исследование спектра Солнца, звезд  и других небесных тел - источник важнейшей  информации о небесных телах и  вообще о Вселенной. Ведь с помощью  спектров узнают не только, из чего состоят  те или иные небесные тела, но и их температуру, магнитные поля и многое другое. А еще по спектру можно  узнать, приближается или удаляется  от нас данная звезда (или галактика). Если приближается, то линии в ее спектре смещены к фиолетовому  концу, а если удаляется - к красному. При этом можно определить и скорость движения по лучу зрения. Эту скорость так и называют - лучевая скорость.

В самом  начале ХХ века единственным астрономом, который измерял лучевые скорости галактик, был молодой бакалавр одного из американских университетов Весто  Мелвин Слайфер. Обсерватория, где он фотографировал спектры галактик, находилась в Аризонской пустыне. В 1912 году Слайферу удалось сфотографировать спектр Туманности Андромеды (с выдержкой почти  в 7 часов) и измерить ее лучевую скорость. К огромному удивлению Слайфера и Ловелла, оказалось, что Туманность Андромеды приближается к нам  со скоростью 300 км/с. В последующие  два года Слайфер определил лучевые  скорости еще нескольких десятков туманностей  и убедился, что почти все они  удаляются от нас со скоростями 1000-2000 км/с. Работу Слайфера продолжили астрономы  на крупнейших американских обсерваториях, таких, как Маунт Вилсон и Ликская. Там удалось определить скорости большого числа галактик. Оказалось, что некоторые из них удаляются  от нас со скоростью в десятки  тысяч километров в секунду!

К сожалению, время этих исследований пришлось на период первой мировой войны, когда  ученые Европы и Америки были плохо  осведомлены о работах друг друга. Например, далеко не сразу европейцы  узнали об открытиях Слайфера и об открытиях других американских астрономов. А американцы какое-то время не знали  о работах Альберта Эйнштейна, которым  суждено было стать основой космологии - учения о Вселенной в целом. Поэтому  некоторые важные результаты оказывались  незамеченными, открытия "переоткрывались" и т.д. Но и европейских, и американских астрономов в эти годы очень интересовала одна проблема: существует ли связь  между скоростями удаления галактик и расстоянием до этих звездных систем? Определенный ответ удалось получить Эдвину Хабблу. И именно он вошел  в историю астрономии как человек, открывший расширение Вселенной.

В 1929 году Эдвин Хаббл работал на обсерватории Маунт Вилсон и открыл свой великий закон (закон Хаббла). Он установил простую зависимость между красным смещением галактик и расстоянием до них. Открытие расширяющейся Вселенной было одним из великих интеллектуальных переворотов двадцатого века.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Каждой исторической эпохе присущ свой горизонт науки, своя ограниченность представлений о природе вещей, явлений, окружающих человека. На протяжении тысячелетий человек не мог охватить взглядом свою планету. И первоначально  он создавал примитивные космологические представления типа: «Земля держится на трех слонах» (или на черепахе, в зависимости от того, что он видел перед собой)...    

 Благодаря усилиям Н. Коперника, И. Кеплера и И. Ньютона более 300 лет назад горизонт астрономии был расширен за орбиту планеты Сатурн. В. Гаршель отодвинул его до края Галактики, а совсем недавно Хаббл — в далекое межгалактическое пространство. Ныне нельзя не испытывать чувство гордости от того, что человеческий разум оказался способным раскрывать тайны далеких звезд и галактик, устанавливать законы их строения и развития.    

 Но с каждым годом перед  человеком встают все более  сложные вопросы, затрагивающие фундаментальные свойства материи и конкретные формы ее существования. Симметрична ли Вселенная относительно вещества и антивещества? Состоят ли элементарные частицы из более простых? Неизменны ли на самом деле так называемые постоянные величины — постоянная тяготения С, постоянная Планка h, скорость света с и другие? И почему они имеют именно такие, а не другие численные значения? И если некоторые из них медленно изменяются, то как  это влияет на развитие Вселенной и ее отдельных составные частей.        

 Да, сегодня нам известно  уже многое о строении Вселенной  и ее отдельных' объектов. Но... с каждым годом расширяется  горизонт науки, расширяются пределы  в пространстве и времени, до которых проникает человеческий разум. И, как говорил римский философ Сенека, несомненно, что на долю наших потомков" останется большая часть истин, еще не открытых...

 

Список используемой литературы

 

1. www.yandex.ru
2. www.google.ru
3. Чернин А.Д. Космология: Большой Взрыв.-М., 2007