1. Ейнштейн і Всесвіт
2. Теорія, яка змінила світ
3. Звідки з'явилися водень і гелій
4. Спроби воскресити стаціонарну Всесвіт Ейнштейна
5. Питання без відповідей
6. теорія рівноваги

«Для мене життя занадто коротке, щоб турбуватися про речі мені непідвладні і, може, навіть нездійсненних. Ось питають: «А раптом Землю поглине чорна діра, або виникне спотворення простору-часу - це ж привід для хвилювання?» Моя відповідь: «ні», - тому що ми про це дізнаємося, тільки коли воно досягне нашого ... нашого місця в просторі -часу. Ми отримуємо поштовхи, коли природа вирішує, що настав час: будь то швидкість звуку, швидкість світла, швидкість електричних імпульсів - ми завжди будемо жертвами тимчасової затримки між навколишнім нас інформацією і нашою здатністю її отримати »

Ніл Деграссі Тайсон

Час - дивовижна штука. Воно дарує нам минуле, сьогодення і майбутнє. Через часу у всього, що нас оточує, є вік. Наприклад, вік Землі становить приблизно 4,5 мільярда років. Приблизно стільки ж років тому загорілася і найближча до нас зірка - Сонце. Якщо ця цифра здається вам дивною, не варто забувати, що задовго до утворення нашої рідної Сонячної системи з'явилася галактика, у якій ми живемо - Чумацький шлях. за останніми оцінками вчених , Вік Чумацького шляху становить 13,6 мільярдів років. Але ж ми точно знаємо, що у галактик теж є минуле, а космос просто величезний, тому потрібно дивитися ще далі. І це міркування неминуче приводить нас до моменту, коли все почалося - Великого Вибуху.

Ейнштейн і Всесвіт

Сприйняття навколишнього світу людьми завжди було неоднозначним. Хтось до цих пір не вірить в існування величезної Всесвіту навколо нас, хтось вважає Землю плоскою. До наукового прориву в 20 столітті існувала всього пара версій походження світу. Прихильники релігійних поглядів вірили в божественне втручання і творіння вищого розуму, незгодних іноді спалювали. Була й інша сторона, яка вірила, що навколишній нас світ, так само як і Всесвіт, нескінченний.

Для багатьох людей все змінилося тоді, коли в 1917 році з доповіддю виступив Альберт Ейнштейн, представивши широкій публіці працю свого життя - Загальну теорію відносності. Геній 20-го століття пов'язав простір-час з матерією космосу за допомогою виведених їм рівнянь. В результаті цього виходило, що Всесвіт кінцева, незмінна в розмірах і має форму правильного циліндра.

На зорі технічного прориву спростувати слова Ейнштейна не міг ніхто, оскільки його теорія була занадто складна навіть для найвидатніших умів початку 20 століття. Оскільки інших варіантів не було, модель циліндричної стаціонарного Всесвіту була прийнята науковим співтовариством як загальноприйнята модель нашого світу. Втім, прожити вона змогла лише кілька років. Після того, як фізики змогли оговтатися від наукових праць Ейнштейна і почали розбирати їх по поличках, паралельно з цим почали вноситися корективи в теорію відносності і конкретні розрахунки німецького вченого.

У 1922 році в журналі «Известия фізики» раптово виходить стаття російського математика Олександра Фрідмана, в якій той заявляє, що Ейнштейн помилився і наш Всесвіт не стаціонарний. Фрідман пояснює, що твердження німецького вченого щодо незмінності радіуса кривизни простору - помилки, насправді радіус змінюється щодо часу. Відповідно, Всесвіт повинен розширюватися.

Більш того, тут же Фрідман навів свої припущення щодо того, як саме може розширюватися Всесвіт. Всього моделі було три: пульсуюча Всесвіт (припущення того, що Всесвіт розширюється і стискується з якоїсь періодичністю в часі); розширюється Всесвіт з маси і третя модель - розширення з точки. Оскільки в ті часи інших моделей не існувало, за винятком божественного втручання, то фізики швидко взяли на замітку всі три моделі Фрідмана і почали розробляти їх в своєму напрямку.

Робота російського математика злегка вразила Ейнштейна, і в тому ж році він публікує статтю, в якій висловлює свої зауваження щодо праць Фрідмана. У ній німецький фізик намагається довести вірність своїх розрахунків. Сталося це досить непереконливо, і коли біль від удару по самооцінці трохи спала, Ейнштейн випустив ще одну замітку в журналі «Известия фізики», в якій сказав:

«У попередній замітці я піддав критиці названу вище роботу. Однак моя критика, як я переконався з листа Фрідмана, повідомленого мені паном Крутковим, грунтувалася на помилку в обчисленнях. Я вважаю результати Фрідмана правильними і проливають нове світло ».

Вченим довелося визнати, що всі три моделі Фрідмана появи і існування нашого Всесвіту абсолютно логічні і мають право на життя. Всі три пояснюються зрозумілими математичними розрахунками і не залишають питань. Крім одного: з чого б Всесвіту починати розширюватися?

Теорія, яка змінила світ

Заяви Ейнштейна і Фрідмана привели до того, що вчене співтовариство серйозно задалося питанням походження Всесвіту. Завдяки загальної теорії відносності з'явився шанс пролити світло на наше минуле, і фізики не забули цим скористатися. Одним з учених, який спробував уявити модель нашого світу, став астрофізик Жорж Леметр з Бельгії. Примітний той факт, що Леметр був католицьким священиком, але при цьому займався математикою і фізикою, що для нашого часу справжній нонсенс.

Жорж Леметр зацікавився рівняннями Ейнштейна, і з їх допомогою зміг обчислити, що наш Всесвіт з'явилася в результаті розпаду якоїсь суперчастіци, яка перебувала поза простором і часом до початку поділу, яке можна фактично вважати вибухом. При цьому фізики відзначають, що Леметр першим пролив світло на народження Всесвіту.

Теорія вибухнув суператома влаштувала не тільки вчених, але також і духовенство, яке було дуже невдоволено сучасними науковими відкриттями, під які доводилося придумати нові тлумачення Біблії. Великий вибух не вступав в істотні суперечності з релігією, можливо на це вплинуло виховання самого Леметра, який присвятив своє життя не тільки науці, але і служінню Богу.

• 22 листопада 1951 Папа Римський Пій XII зробив заяву , Що Теорія великого вибуху не конфліктує з Біблією і католицькими догмами про виникнення світу. Православні священнослужителі також заявили, що відносяться до цієї теорії позитивно. Цю теорію щодо нейтрально сприйняли і прихильники інших релігій, деякі з них навіть сказали, що в їх священних писаннях є згадки про Великий Вибух.

Втім, незважаючи на те, що Теорія Великого Вибуху на даний момент є загальноприйнятою космологічної моделлю, вона завела багатьох вчених у глухий кут. З одного боку, вибух суперчастіци відмінно вписувався в логіку сучасної фізики, але з іншого в результаті такого вибуху могли утворитися, в основному, лише важкі метали, зокрема залізо. Але, як виявилося, Всесвіт складається, в основному, з надлегких газів - водню і гелію. Щось не сходилося, тому фізики продовжили роботу над теорією походження світу.

• Спочатку терміна «Великий вибух» не існувало. Леметр і інші фізики пропонували лише нудне назву «динамічна еволюціонує модель», що викликало позіхання у студентів. Лише в 1949 році на одній зі своїх лекцій британський астроном і космолог Фрейд Хойл вимовив:

«Ця теорія заснована на припущенні, що Всесвіт виник в процесі одного-єдиного потужного вибуху і тому існує лише кінцеве час ... Ця ідея Великого вибуху здається мені абсолютно незадовільною».

З тих пір цей термін став широко використовуватися в наукових колах і поданні широкої громадськості про будову Всесвіту.

Звідки з'явилися водень і гелій

Наявність легких елементів поставило фізиків в глухий кут, і багато прихильників Теорії Великого Вибуху поставили собі за мету знайти їх джерело. Протягом багатьох років їм не вдавалося домогтися особливих успіхів, поки в 1948 році геніальний вчений Георгій Гамов з Ленінграда нарешті не зміг встановити цей джерело. Гамов був одним з учнів Фрідмана, тому із задоволенням взявся за розробку теорії свого викладача.

Гамов постарався уявити життя Всесвіту в зворотному напрямку, і відмотав час до того моменту, коли вона тільки почала розширюватися. На той час, як відомо, людство вже відкрило принципи термоядерного синтезу, тому теорія Фрідмана-Леметра отримала право на життя. Коли Всесвіт була зовсім маленькою, вона була дуже гарячою, згідно із законами фізики.

На думку Гамова, через всього секунду після Великого вибуху, простір нового Всесвіту заповнили елементарні частинки, які почали взаємодіяти один з одним. В результаті цього почався термоядерний синтез гелію , Який зміг розрахувати для Гамова математик з Одеси Ральф Ашер Альфер. Згідно з підрахунками Альфера, вже через п'ять хвилин після Великого вибуху Всесвіт був заповнений гелієм на стільки, що навіть переконаним противникам Теорії Великого Вибуху доведеться змиритися і прийняти цю модель, як основну в космології. Своїми дослідженнями Гамов не тільки відкрив нові шляхи вивчення Всесвіту, але також воскресив теорію Леметра.

• Незважаючи на стереотипи про вчених, їм не можна відмовити в романтизмі. Свої дослідження щодо теорії Супергорячей Всесвіту в момент Великого вибуху Гамов опублікував в 1948 році в роботі «Походження хімічних елементів». Як колег-помічників він вказав не лише Ральфа Ашера Альфера, але і Ханса Бете - американського астрофізика і майбутнього лауреата Нобелівської премії. На обкладинці книги вийшло: Альфер, Бете, Гамов. Нічого не нагадує?

Втім, незважаючи на те, що праці Леметра отримали друге життя, фізики досі не могли відповісти на найбільш хвилюючий питання: а що було до Великого Вибуху?

Спроби воскресити стаціонарну Всесвіт Ейнштейна

Не всі вчені були згодні з теорією Фрідмана-Леметра, але, незважаючи на це, їм доводилося викладати в університетах загальноприйняту космологічних моделях. Наприклад астроном Фред Хойл, який сам же і запропонував термін «Великий Вибух», насправді вважав, що ніякого вибуху не було, і присвятив своє життя спробам це довести.
Хойл став одним з тих учених, які в наш час пропонують альтернативні погляд на сучасний світ. Більшість фізиків досить прохолодно ставляться до заяв подібних людей, але це анітрохи їх не бентежить.

Щоб засоромити Гамова і його обгрунтування Теорії Великого Вибуху, Хойл разом з однодумцями вирішили розробити свою модель походження Всесвіту. За її основу вони взяли пропозиції Ейнштейна про те, що Всесвіт стаціонарне, і внесли деякі корективи, що пропонують альтернативні причини розширення Всесвіту.

Якщо прихильники теорії Леметра-Фрідмана вважали, що Всесвіт виник з однієї єдиної надщільного точки з нескінченно малим радіусом, то Хойл припустив, що матерія утворюється постійно з точок, які знаходяться між віддаляються один від одного галактиками. У першому випадку, з однієї частинки утворилася весь Всесвіт, з її нескінченним числом зірок і галактик. В іншому випадку, одна точка дає речовини стільки, скільки достатньо для виробництва всього однієї галактики.

Неспроможність теорії Хойла в тому, що він так і не зміг пояснити, звідки береться та сама речовина, яке продовжує створювати галактики, в яких знаходяться сотні мільярдів зірок. Фактично Фред Хойл пропонував всім повірити, що структура Всесвіту виникає з нізвідки. Незважаючи на те, що багато фізиків намагалися знайти рішення теорії Хойла, нікому так і не вдалося цього зробити, і через пару десятиліть ця пропозиція втратило свою актуальність.

Питання без відповідей

Насправді Теорія Великого Вибуху також не дає нам відповіді на багато питань. Наприклад, в розумі звичайної людини не може вкластися той факт, що вся навколишня матерія колись була стиснута в одну точку сингулярності, яка за своїми розмірами набагато менше атома. І як так вийшло, що ця суперчастіца нагрілася до такої міри, що запустилася реакція вибуху.

До середини 20 століття теорія Всесвіту, що так і не була підтверджена експериментально, тому не мала широкого поширення в навчальних закладах. Все змінилося в 1964 році, коли двоє американських астрофізиків - Арно Пензіас і Роберт Вільсон - не вирішили зайнятися дослідженням радіосигналів зоряного неба.

Скануючи випромінювання небесних тіл, а саме Кассіопеї А (один з найпотужніших джерел радіовипромінювання на зоряному небі) вчені помітили якийсь сторонній шум, який постійно заважав зафіксувати точні дані по випромінюванню. Куди б вони не направили свою антену, в який би час доби вони не починали свої дослідження - цей характерний і постійний шум завжди переслідував їх. Розлютившись до певної міри, Пензиас і Вільсон вирішили вивчити джерело цього шуму і несподівано зробили відкриття, яке змінило світ. Вони відкрили реліктове випромінювання, яке є відлунням того самого Великого Вибуху.

Наш Всесвіт остигає набагато повільніше, ніж чашка гарячого чаю, і реліктове випромінювання свідчить про те, що колись навколишнє нас матерія була дуже гаряча, і тепер охолоджується в міру розширення Всесвіту. Таким чином, всі теорії, пов'язані з холодною Всесвіту, залишилися за бортом, і на озброєння була остаточно прийнята Теорія Великого Вибуху.

У своїх працях Георгій Гамов припускав, що в космосі вдасться виявити фотони, які існують з моменту Великого Вибуху, потрібно лише більш досконале технічне оснащення. Реліктове випромінювання підтверджувало все його припущення щодо існування Всесвіту. Також з його допомогою вдалося встановити, що вік нашого Всесвіту становить приблизно 14 мільярдів років.

Як і завжди, при практичному доведенні будь-якої теорії, відразу виникає безліч альтернативних думок. Деякі фізики з насмішкою сприйняли відкриття реліктового випромінювання як свідчення Великого Вибуху. Незважаючи на те, що Пензиас і Вільсон стали лауреатами Нобелівської премії за своє історичне відкриття, з'явилося безліч незгодних з їх дослідженнями.

Основними аргументами на користь неспроможності розширення Всесвіту стали розбіжності і логічні помилки. Наприклад, вибух равноускоріл все галактики в космосі, проте замість того, щоб віддалятися від нас, галактика Андромеди повільно, але впевнено наближається до Чумацького Шляху. Вчені припускають, що ці дві галактики зіткнуться між собою всього через якихось 4 мільярди років. На жаль, людство поки занадто молодо, щоб відповісти на це та інші питання.

теорія рівноваги

У наш час фізики пропонують різні моделі існування Всесвіту. Багато з них не витримують навіть простий критики, інші ж отримують право на життя.

В кінці 20 століття астрофізик з Америки Едвард Трайон разом зі своїм колегою з Австралії Уорреном Керрі запропонували принципово нову модель Всесвіту, при цьому зробили це незалежно один від одного. В основу своїх досліджень вчені поклали припущення, що у Всесвіті все врівноважено. Маса знищує енергію, і навпаки. Такий принцип стали називати принципом Нульовий Всесвіту. В рамках цієї Всесвіту нова речовина виникає в точках сингулярності між галактиками, де тяжіння і відштовхування матерії врівноважено.

Теорію Нульовий Всесвіту не рознесли в пух і прах тому, що через деякий час вчені змогли відкрити існування темної матерії - загадкової субстанції, з якої майже на 27% складається наш Всесвіт. Ще 68,3% Всесвіту складає більш таємнича і загадкова темна енергія.

Саме завдяки гравітаційними ефектами темної енергії і приписують прискорення розширення Всесвіту. До слова, наявність темної енергії в космосі передбачив ще сам Ейнштейн, який бачив, що в його рівняннях щось не сходиться, Всесвіт не виходило зробити стаціонарної. Тому він ввів в рівняння космологічні постійну - Лямбда-член, за що потім неодноразово себе вініл і ненавидів.

Так виходило, що пусте в теорії простір у Всесвіті все ж заповнене якимось особливим полем, яке і приводить в дію модель Ейнштейна. У тверезому розумі і відповідно до логіки тих часів, існування такого поля було просто неможливим, але на ділі німецький фізик просто не знав, як описати темну енергію.

***
Можливо, ми ніколи не дізнаємося, як і з чого виник наш Всесвіт. Ще складніше буде встановити, що було до її існування. Люди схильні боятися того, що не можуть пояснити, тому не виключено, що до кінця часів людство буде вірити в тому числі і в божественне вплив на створення оточуючого нас світу.