Большой взрыв и происхождение Вселенной. Загадки Вселенной: что было во Вселенной до Большого взрыва?

Даже современные ученые не могут с точностью сказать, что было во Вселенной до Большого взрыва. Существует несколько гипотез, приоткрывающих завесу тайны над одним из самых сложных вопросов мироздания.

Происхождение материального мира

До XX века существовало только две теории происхождения Вселенной. Сторонники религиозной точки зрения считали, что мир был создан богом. Ученые, наоборот, отказывались признавать рукотворность Вселенной. Физики и астрономы были сторонниками идеи о том, что космос существовал всегда, мир был статичен и все останется таким же, как миллиарды лет назад.

Однако ускорившийся научный прогресс на рубеже веков привел к тому, что у исследователей появились возможности для изучения внеземных просторов. Некоторые из них первыми попытались ответить на вопрос, что было во Вселенной до Большого взрыва.

Исследования Хаббла

XX столетие разрушило многие теории прошлых эпох. На освободившемся месте появились новые гипотезы, объяснившие доселе непонятные тайны. Все началось с того, что ученые установили факт расширения Вселенной. Сделано это было Эдвином Хабблом. Он обнаружил, что далекие галактики отличаются по своему свету от тех космических скоплений, которые находились ближе к Земле. Открытие этой закономерности легло в основу закона расширения Эдвина Хаббла.

Большой взрыв и происхождение Вселенной были изучены, когда стало ясно, что все галактики «убегают» от наблюдателя, в какой бы точке он ни был. Как это можно было объяснить? Раз галактики движутся, значит, их толкает вперед некая энергия. Кроме того, физики вычислили, что все миры когда-то находились в одной точке. Из-за некоего толчка они начали двигаться во все стороны с невообразимой скоростью.

Это явление и получило название «Большой взрыв». И происхождение Вселенной было объяснено именно с помощью теории об этом давнем событии. Когда оно случилось? Физики определили скорость движения галактик и вывели формулу, по которой они вычислили, когда произошел первоначальный «толчок». Точных цифр никто назвать не возьмется, но приблизительно это явление имело место около 15 миллиардов лет назад.

Появление теории Большого взрыва

Тот факт, что все галактики являются источниками света, означает, что при Большом взрыве выделилось огромное количество энергии. Именно она породила ту самую яркость, которую миры теряют по ходу своего отдаления от эпицентра произошедшего. Теория Большого взрыва впервые была доказана американскими астрономами Робертом Вильсоном и Арно Пензиасом. Они обнаружили электромагнитное реликтовое излучение, температура которого равнялась трем градусам по кельвиновской шкале (то есть -270 по Цельсию). Эта находка подтвердила идею о том, что сначала Вселенная была крайне горячей.

Теория Большого взрыва ответила на многие вопросы, сформулированные в XIX веке. Однако теперь появились новые. Например, что было во Вселенной до Большого взрыва? Почему она так однородна, в то время как при таком огромном выбросе энергии вещество должно разлететься во все стороны неравномерно? Открытия Вильсона и Арно поставили под сомнения классическую Евклидову геометрию, так как было доказано, что пространство имеет нулевую кривизну.

Инфляционная теория

Новые поставленные вопросы показывали, что современная теория возникновения мира отрывочна и неполна. Однако долгое время казалось, что продвинуться дальше открытого в 60-е годы будет невозможно. И только совсем недавние исследования ученых позволили сформулировать новый важный принцип для теоретической физики. Это было явление сверхбыстрого инфляционного расширения Вселенной. Оно было изучено и описано с помощью квантовой теории поля и общей теории относительности Эйнштейна.

Так что было во Вселенной до Большого взрыва? Современная наука называет этот период «инфляцией». Вначале было только поле, которое заполняло все воображаемое пространство. Его можно сравнить со снежком, пущенным вниз по склону снежной горы. Ком будет катиться вниз и увеличиваться в размерах. Точно так же поле из-за случайных колебаний на протяжении невообразимого времени меняло свою структуру.

Когда образовалась однородная конфигурация, произошла реакция. В ней и заключаются самые большие загадки Вселенной. Что было до Большого взрыва? Инфляционное поле, которое совсем не походило на нынешнюю материю. После реакции начался рост Вселенной. Если продолжить аналогию со снежным комом, то вслед за первым из них вниз покатились другие снежки, также увеличивавшиеся в размерах. Момент Большого взрыва в этой системе можно сравнить с той секундой, когда огромная глыба рухнула в пропасть и, наконец, столкнулась с землей. В это мгновение выделилось колоссальное количество энергии. Она не может иссякнуть до сих пор. Именно за счет продолжения реакции от взрыва наша Вселенная растет и сегодня.

Материя и поле

Сейчас Вселенная состоит из невообразимого количества звезд и других космических тел. Эта совокупность материи источает огромную энергию, что противоречит физическому закону сохранения энергии. О чем он гласит? Суть этого принципа сводится к тому, что на протяжении бесконечного времени сумма энергии в системе остается неизменной. Но как это может сочетаться с нашей Вселенной, которая продолжает расширяться?

Инфляционная теория смогла ответить на этот вопрос. Крайне редко разгадываются подобные загадки Вселенной. Что было до Большого взрыва? Инфляционное поле. После возникновения мира на его место пришла привычная нам материя. Однако помимо нее во Вселенной также существует гравитационное поле, которое обладает отрицательной энергией. Свойства этих двух сущностей противоположны. Так компенсируется энергия, исходящая от частиц, звезд, планет и другой материи. Эта взаимосвязь также объясняет, почему Вселенная до сих пор не превратилась в черную дыру.

Когда Большой взрыв только произошел, мир был слишком мал, чтобы в нем что-то могло коллапсировать. Теперь же, когда Вселенная расширилась, на отдельных ее участках появились локальные черные дыры. Их гравитационное поле поглощает все окружающее. Из него не может выбраться даже свет. Собственно из-за этого подобные дыры становятся черными.

Расширение Вселенной

Даже несмотря на теоретическое обоснование инфляционной теории, до сих пор непонятно, как выглядела Вселенная до Большого взрыва. Человеческое воображение не может представить себе этой картины. Дело в том, что инфляционное поле является нематериальным. Оно не поддается объяснению привычными законами физики.

Когда произошел Большой взрыв, инфляционное поле начало расширяться в темпе, который превысил скорость света. Согласно физическим показателям, во Вселенной нет ничего материального, что могло бы двигаться быстрее этого показателя. Свет распространяется по существующему миру с запредельными цифрами. Инфляционное поле же распространилось с еще большей скоростью, как раз в силу своей нематериальной природы.

Размер Вселенной до Большого взрыва был микроскопическим. Чтобы измерить ее нынешний размер, математикам приходится возводить цифры в огромные степени. Согласно общей теории относительности, наблюдатель, находящийся внутри материального мира, не может увидеть, что происходит за его пределами. Это правило распространяется и на то, что было до Большого взрыва во Вселенной. Фото в учебниках по астрономии может изображать только вымысел художников.

Частицы и античастицы

Вселенная расширилась настолько, что даже свет не успевает добраться до самых ее далеких уголков. В то же время инфляционное поле за пределами мира продолжает существовать, хотя оно и недоступно человеку, живущему в материальном мире. Увеличивающаяся Вселенная охлаждается по мере своего роста. Температура излучения падает, из-за того что длина волны становится больше, а значит, на нее нужно тратить больше энергии.

Состояние Вселенной до Большого взрыва было однородным. Но когда она начала расширяться, в ней появились новые элементы и частицы. Это кварки, нейтроны, протоны, электроны и фотоны. Существуют и античастицы, число которых не может быть равно числу обычных частиц. Если бы это тождество имело место, то вся Вселенная сама собой бы уничтожилась.

Природа сделала все необходимое для того, чтобы количество частиц было чуть большим количества античастиц. Благодаря этому соотношению и существует материальный мир. Реликтовое излучение, которое продолжает распространяться по просторам Вселенной, возникло как раз в результате взаимоуничтожения некоторых частиц и античастиц. В научном лексиконе этот процесс называется аннигиляцией. Со временем энергия реликтового излучения падает. Сейчас она примерно в десять тысяч раз меньше, чем аналогичный показатель элементарных массивных частиц.

Возникновение физических законов

Когда возраст Вселенной достиг одной минуты, нейтроны и протоны начали объединяться в гелий, тритий и дейтерий. Это были первые вещества, возникшие в материальном мире. Процесс синтеза происходил благодаря ядерным реакциям. В XX веке физики изучили этот феномен и даже научились его приручать. Так как при ядерной реакции выделяется колоссальное количество энергии, человечество приспособило этот процесс для своих экономических нужд. Появились атомные электростанции. Сегодня они питают энергией тысячи городов.

Ядерная реакция также была использована в качестве оружия. В конце Второй мировой войны американцы впервые сбросили атомные бомбы на Японию. Смертоносность удара заключалась как раз в огромном выделении энергии. Но показатели, зафиксированные в Хиросиме, ничтожно малы по сравнению с теми процессами, которые имели место в первые минуты существования материального мира.

Благодаря тому, что современные ученые уже много знают о ядерной реакции, использованной в экономике и на войне, исследователи смогли восстановить приблизительную картину того, какая была Вселенная до Большого взрыва. С помощью математических подсчетов было вычислено, сколько элементов и каких появилось в первые минуты после начала реакции в инфляционном поле.

Удивителен и другой факт. Все расчеты ученых, опирающихся на современные показатели природы, оказались в точности применимы к модели появления Вселенной. Это «совпадение» говорит о том, что законы физики начали действовать сразу после появления материального мира. С тех пор все непреложные формулы ни разу не изменились. Они действуют и сейчас. Так, например, можно сказать о теории относительности Эйнштейна. Неоспоримость законов облегчает труд ученых, пытающихся понять, что было до Большого взрыва во Вселенной.

Зарождение галактик

С помощью теории Большого взрыва ученым удалось объяснить возникновение галактик. Когда мир только появился, все расстояния внутри него стремительно становились больше. Однако в некоторых местах этот процесс приобретал особенные формы. Связано это было с тем, что в разных пространственных точках энергетическая плотность имела отличные показатели.

Из-за этого в некоторых участках одной большой Вселенной скопилось больше частиц. Данный процесс был подробно описан американскими учеными XX века. В научно-популярной форме теория была объяснена в серии фильмов «Вселенная до Большого взрыва. По следам тайны».

В участках с большей плотностью энергии заметно колебалась температура. Это явление было признаком сжатия материи гравитационным полем. Инфляционный период породил области с большей плотностью. После возникновения Вселенной гравитационное поле воздействовало на данные участки с возросшей интенсивностью. Именно здесь зародились галактики – скопления звезд, вокруг которых образовались планеты. Наша Земля полностью вписывается в данную систему. Она крутится вокруг собственной звезды (Солнца) и входит в галактику Млечный путь.

Современное состояние Вселенной

Текущий период эволюции Вселенной как нельзя лучше подходит для существования жизни. Ученые затрудняются определить, сколько будет продолжаться этот временной отрезок. Но если кто и брался за такие расчеты, то получавшиеся цифры были никак не меньше сотен миллиардов лет. Для одной человеческой жизни подобный отрезок настолько велик, что даже в математическом исчислении его приходится записывать с помощью использования степеней. Настоящее изучено гораздо лучше, чем предыстория Вселенной. Что было до Большого взрыва, в любом случае останется только предметом теоретических изысканий и смелых расчетов.

В материальном мире даже время остается величиной относительной. Например, квазары (вид астрономических объектов), существующие на расстоянии 14 миллиардов световых лет от Земли, отстают от нашего привычного «сейчас» на те самые 14 миллиардов световых лет. Этот временной разрыв колоссален. Его сложно определить даже математически, не говоря уже о том, что отчетливо представить себе подобное с помощью человеческого воображения (даже самого пылкого) просто невозможно.

Современная наука может теоретически объяснить себе всю жизнь нашего материального мира, начиная с первых долей секунд его существования, когда только что произошел Большой взрыв. Полная история Вселенной дополняется до сих пор. Астрономы открывают новые удивительные факты с помощью модернизированного и улучшенного исследовательского оборудования (телескопов, лабораторий и т. д.).

Однако существуют и так и не понятые явления. Таким белым пятном, например, является темная материя и ее темная энергия. Сущность этой скрытой массы продолжает будоражить сознание самых образованных и передовых физиков современности. Кроме того, так и не возникло единой точки зрения о причинах того, почему во Вселенной частиц все-таки больше, чем античастиц. По этому поводу было сформулировано несколько фундаментальных теорий. Некоторые из этих моделей пользуются наибольшей популярностью, но ни одна из них пока не принята международным научным сообществом в качестве непреложной истины.

В масштабе всеобщего знания и колоссальных открытий XX столетий эти пробелы кажутся совсем незначительными. Но история науки с завидной регулярностью показывает, что объяснение таких «малых» фактов и явлений становится основой для всего представления человечества о дисциплине в целом (в данном случае речь идет об астрономии). Поэтому будущим поколениям ученых, безусловно, будет чем заняться и что открывать в области познания природы Вселенной.