Існує безліч питань про походження нашого світу:
- Що було до Великого вибуху?
- Де саме він стався?
- Чому він відбувся?
Ці запитання не лише інтригують, а й формують підґрунтя для найважливіших наукових досліджень сучасності. Нижче розглянемо, у чому полягає суть теорії Великого вибуху, як вона пояснює народження простору й часу та якими доказами підтверджується.
- Що таке Великий вибух і чому він важливий?
- Що відбувалося під час Великого вибуху?
- Що було до Великого вибуху?
- Де стався Великий вибух?
- Куди розширюється Всесвіт?
- Як довести, що Великий вибух справді відбувся?
- Як вдалося підрахувати, що Великий вибух стався 13,8 мільярдів років тому?
- 1. Вік найстаріших зірок
- 2. Швидкість розширення (стала Габбла)
- 3. Вимірювання реліктового випромінювання та густини
Що таке Великий вибух і чому він важливий?
Під терміном «Великий вибух» науковці мають на увазі дві взаємопов’язані речі: подію, що поклала початок нашому Всесвітові, та теорію, яка описує його ранню еволюцію. Згідно з цією моделлю, близько 13,8 мільярдів років тому весь космос перебував у стані надзвичайно великої густини й температури, яку називають космологічною сингулярністю. У цей момент простір і час існували в особливому, незбагненному для нашого розуміння вигляді. Коли стався Великий вибух, почали формуватися знайомі нам закони фізики, а простір і час набули свого нинішнього вигляду.
Що відбувалося під час Великого вибуху?
Науковці можуть доволі детально простежити історію Всесвіту від перших секунд після його появи. Але період від нульового моменту до приблизно 10−4310^{-43}10−43 секунди називають планківською епохою. Саме тоді (через надзвичайні температуру й густину) чотири фундаментальні взаємодії – гравітація, електромагнетизм, сильна та слабка ядерні сили – існували як єдина неподільна сила.
- Гравітація – відповідає за взаємне притягання масивних об’єктів.
- Електромагнетизм – взаємодія заряджених частинок.
- Сильна взаємодія – утримує кварки разом у протонах і нейтронах.
- Слабка взаємодія – забезпечує процеси ядерних реакцій усередині зірок.
Після 10−4310^{-43}10−43 секунди температура почала знижуватися, і першим «відокремився» гравітаційний вплив. Далі розділилася електросильна взаємодія на сильну та електрослабку. Приблизно до 10−3210^{-32}10−32 секунди Всесвіт зазнав різкого «роздування» – це пояснює, як з надзвичайно маленького об’єму він став неймовірно великим. У цей період зникає антиматерія, а до 10−610^{-6}10−6 секунди уже існують усі чотири фундаментальні сили окремо, а простір заповнений кварками, лептонами та фотонами. Потім кварки починають об’єднуватися в елементарні частинки (протони і нейтрони).
Усього за 1 секунду після Великого вибуху Всесвіт зріс до розміру в мільярди кілометрів і охолов настільки, що зміг сформувати перший атом – водень. Приблизно через 3 хвилини після початку триває епоха нуклеосинтезу, коли протони та нейтрони все ще активно об’єднуються, утворюючи ядра. Однак, аби виникли перші зірки, має минути близько 500 мільйонів років.
Що було до Великого вибуху?
Питання «Що було до Великого вибуху?» належить до найскладніших, оскільки у космологічній сингулярності закони фізики, що нам відомі, просто не діють. Прямі свідчення про події «до» не збереглися. Однак існують різні гіпотези:
- Циклічна модель: припускає, що після розширення станеться зворотний процес – Велике стискання.
- Модель мультиверсу: у ній наш Всесвіт – лише один із багатьох паралельних світів.
Наразі жодна з цих концепцій не стала загальноприйнятою, оскільки брак прямих доказів не дає остаточної відповіді.
Де стався Великий вибух?
Часто постає запитання «Де саме трапився Великий вибух?». Відповідь досить несподівана: у будь-якій точці простору. Річ у тім, що простір, який ми зараз бачимо, колись був стиснутим до невимовних масштабів. Тому Великий вибух не є «вибухом» у звичному розумінні – це одночасне розширення простору в усіх напрямках. І, певною мірою, цей процес триває досі.
Куди розширюється Всесвіт?
Ключове питання: «Куди ж усе розширюється?». Відповідь: Всесвіт не розширюється «в щось», він розширюється сам по собі, бо поза ним нічого не існує, а меж також немає. Коли ми говоримо «розширення Всесвіту», маємо на увазі, що відстані між гравітаційно непов’язаними об’єктами збільшуються. Самі ж галактики «тримаються» на розтягнутій «тканині» простору – як намальовані крапки на повітряній кульці, якщо її надувати.
Як довести, що Великий вибух справді відбувся?
- Розбігання галактик
Ще у 1920-х роках астроном Едвін Габбл виявив, що галактики віддаляються одна від одної зі швидкістю, пропорційною до їхньої відстані. Якщо «прокрутити» цей процес назад у часі, отримаємо картину дуже щільного й малого за розмірами Всесвіту. - Реліктове випромінювання
Це майже однорідний фон у мікрохвильовому діапазоні, який наповнює весь космос. Він є «відлунням» гарячої первинної плазми, що існувала невдовзі після Великого вибуху. З часом високоенергетичні фотони охолонули до мікрохвиль, але збереглися і спостерігаються сучасними телескопами з усіх напрямків.
Як вдалося підрахувати, що Великий вибух стався 13,8 мільярдів років тому?
1. Вік найстаріших зірок
Світ не може бути молодшим за зорі, що в ньому містяться. Тому астрономи досліджують кулясті скупчення, де зібрані одні з найдавніших зірок. Їхній вік становить від 11 до 14 мільярдів років, що й формує нижню межу віку Всесвіту.
2. Швидкість розширення (стала Габбла)
Закон Габбла стверджує, що швидкість розбігання галактик залежить від відстані до них. Існує поняття сталої Габбла – це коефіцієнт розширення. Якщо припустити, що цей показник не змінювався з часом, то, «відмотавши» процес назад, отримаємо оціночну дату початку Великого вибуху – 13,8 мільярдів років тому.
3. Вимірювання реліктового випромінювання та густини
Дані від апарату WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) та місії Planck забезпечують ще точніші підрахунки. Наприклад, WMAP визначив, що Великий вибух стався близько 13,772 мільярдів років тому, а місія Planck уточнила вік Всесвіту до приблизно 13,813 мільярдів років.
Найкраще, що можна сказати про початок нашого Всесвіту: Великий вибух – це не вибух у звичному розумінні, а раптове й одночасне розширення простору, яке триває й нині. Хоча події до Великого вибуху залишаються загадкою, сама модель має міцне підґрунтя спостережень: розбігання галактик і реліктове випромінювання. Завдяки вивченню найстаріших зірок та аналізу космічного фону вчені встановили вік нашого світу приблизно в 13,8 мільярдів років. Що ж відбувалося до моменту нульового відліку – залишається відкритим питанням для теоретичної фізики та безмежної людської уяви.
Тож, чи можна з упевненістю стверджувати, що Всесвіт народився з Великого вибуху?
Загалом, так. Наукова спільнота вважає це найвірогіднішим сценарієм, але шукає все нові та нові свідчення і не припиняє висувати альтернативні гіпотези. Пошуки відповідей тривають, адже таємниця, що була «до», відкрита для найсміливіших припущень і відкриттів.
