Но это современное понимание истории и эволюции космоса, как объясняет один из космологов.
Что такое Большой взрыв?
Проще говоря, это современная концепция, описывающая историю и развитие Вселенной. Но важно уточнить: это не теория её возникновения. Мы пока не понимаем сам момент зарождения космоса.
Тем не менее, теория Большого взрыва утверждает, что вся наблюдаемая Вселенная — каждое атомное ядро, каждая звезда и каждая галактика, занимающая пространство более чем в 90 миллиардов световых лет, — когда-то были сжаты в объём не больше персика.
И это был очень горячий персик.
В начале
На протяжении веков философы и учёные считали, что Вселенная неизменна. Да, планеты и звёзды движутся, иногда они взрываются, но в целом космос всегда остаётся одинаковым.
Эта идея была настолько укоренена, что в неё поверил даже Эйнштейн. В начале XX века он применил свою новую теорию гравитации — общую относительность — к модели Вселенной. Его уравнения показывали, что космос не может быть статичным. Он должен либо расширяться, либо сжиматься. Чтобы сохранить привычное представление о неизменности, Эйнштейн ввёл в свои расчёты дополнительный параметр — «космологическую постоянную».
Через несколько лет астроном Эдвин Хаббл сделал открытие, которое потрясло науку. Сначала он доказал, что существуют галактики за пределами Млечного Пути. Более того, они находятся на огромных расстояниях. Например, ближайшая к нам галактика Андромеды удалена более чем на 2,5 миллиона световых лет. Затем он обнаружил, что все галактики в среднем удаляются от нас.
Учёные пытались объяснить это по-разному. Одни считали, что свет «устает» в пути. Другие думали, что Хаббл ошибся в расчётах расстояний. Но новые наблюдения показали, что удаляются не только галактики от нас, но и друг от друга. Пространство между ними растёт. Мы живём во Вселенной, которая расширяется.
Иными словами, Вселенная вела себя именно так, как предсказывали уравнения Эйнштейна. Если бы только он им доверился с самого начала.
Первые шаги к теории
Бельгийский католический священник и астроном Жорж Леметр ещё до Хаббла предложил идею, которую позже назовут «теорией Большого взрыва». Он предположил, что весь космос был когда-то сжат в «первоначальный атом», который взорвался и начал расширяться, образовав современную Вселенную.
Учёные изначально скептически восприняли эту гипотезу, подозревая, что в неё проникли религиозные мотивы. Но наблюдения Хаббла и расчёты Эйнштейна постепенно укрепили доверие к этой идее. По-настоящему признанной она стала лишь в 1950-е годы.
Основная мысль теории заключалась в том, что Вселенная не постоянна. Она изменяется, была иной в прошлом и будет другой в будущем. Для науки того времени это был радикальный поворот. Но зато его можно было проверить.
Если в прошлом космос был меньше, он должен был обладать большей плотностью и температурой. В какой-то момент всё вещество было настолько сжато, что находилось в состоянии плазмы. В этой форме электроны отделяются от атомов. Когда же Вселенная расширялась и остывала, плазма превращалась в нейтральный газ. При этом выделялось излучение, которое должно было сохраниться до наших дней.
И действительно, в 1964 году инженеры Арно Пензиас и Роберт Уилсон, работая над новым микроволновым приёмником, случайно открыли это излучение. Оно стало известно как реликтовое микроволновое излучение — след того времени, когда Вселенная охлаждалась после состояния плазмы.
Современное понимание
Сегодня, спустя полвека, модель Большого взрыва остаётся единственной, способной объяснить колоссальный объём данных. Космология как отдельная наука появилась именно благодаря этим открытиям. Она показывает, что теория объясняет расширение космоса, реликтовое излучение, обилие лёгких элементов, образование галактик и многое другое.
По современным оценкам, Вселенная возникла примерно 13,77 миллиарда лет назад. Её наблюдаемая часть сегодня простирается на 90 миллиардов световых лет. Мы пока не знаем, что происходило в самые первые мгновения, когда действовали экстремальные законы физики. Но дальнейшие события описаны достаточно хорошо.
В первые доли секунды произошла инфляция — стремительное расширение, заложившее основу для образования галактик и звёзд. В течение первых 20 минут образовались водород и гелий.
Через 380 тысяч лет Вселенная остыла настолько, что плазма превратилась в газ, а в космосе появилось реликтовое излучение. Спустя сотни миллионов лет загорелись первые звёзды. Галактики начали объединяться в скопления и нити, формируя космическую паутину, которую мы наблюдаем и сегодня.
Тёмные загадки
Современная версия теории получила название CDM-модель. Эта аббревиатура фактически означает, что у нас ещё очень много вопросов.
CDM — это «холодная тёмная материя». Она составляет около 80% массы каждой галактики, но не взаимодействует со светом. Учёные не знают, из чего она состоит, но её гравитационное влияние очевидно.
Греческая буква обозначает космологическую постоянную Эйнштейна. В конце 1990-х два коллектива астрономов обнаружили, что расширение Вселенной не замедляется, а ускоряется. Лучшее объяснение этому эффекту — тёмная энергия, та самая «ошибка» Эйнштейна. Сегодня считается, что материя (и обычная, и тёмная) составляет лишь 32% всего содержания Вселенной. Остальное — это тёмная энергия, начавшая доминировать около 5 миллиардов лет назад. Она продолжает разрывать космическую паутину.
Итог
Перед учёными остаётся множество задач: понять природу тёмной материи и тёмной энергии, изучить процесс формирования структур, заглянуть в самые первые мгновения после Большого взрыва. Но за сто лет работы теория подарила человечеству стройную и убедительную картину истории Вселенной.
Наш космос был меньше и горячее в прошлом. И он продолжает расширяться в будущее.
