Происхождение Вселенной. Теория «Большого Взрыва»

         Примечательно, что все эти оценки возраста Вселенной согласуются между собой. Также они все требуют ускоренного расширения Вселенной, иначе космологический возраст оказывается слишком малым.

         Согласно современным научным данным (результаты WMAP9), оно составляет 13,830 ± 0,075 млрд лет. Новые данные, полученные с помощью мощного телескопа-спутника «Планк», принадлежащего Европейскому космическому агентству, показывают, что возраст Вселенной составляет 13,798 ± 0,037 миллиарда лет

 

Теории доказывающие существование Мультивселенной

 

1) Бесконечность вселенных

   

    Ученые пока точно  не уверены, какую форму имеет  пространство-время, но, вероятнее  всего, эта физическая модель имеет плоскую форму (в противоположность сферической форме) и простирается бесконечно. Если пространство-время бесконечно, в какой-то точке оно должно повторяться. Это связано с тем, что частицы могут выстраиваться в пространстве и времени определенными способами, а число этих способов ограничено. Таким образом, если вы посмотрите достаточно далеко, вы сможете наткнуться на другой вариант себя же, вернее, на бесконечное число вариантов. Некоторые из этих близнецов будут делать то, что делаете вы, когда как другие будут носить другую одежду, у них будет другая работа, они будут делать другой выбор в жизни. Размеры нашей вселенной сложно представить. Частицы света преодолевают расстояние от ее центра до края за 13,7 миллиардов лет. Именно столько лет назад имел место Большой Взрыв. Пространство-время за пределами этого расстояния может рассматриваться, как отдельная вселенная. Таким образом, многочисленные вселенные существуют одна рядом с другой, представляя собой бесконечно гигантское лоскутное одеяло.

 

2) Пузырчатая гигантская  вселенная

 

         В научном  мире имеются и другие теории  развития вселенных, в том числе  теория под названием Хаотическая теория инфляции. Согласно этой теории, вселенная быстро стала расширяться после Большого Взрыва. Этот процесс напоминал раздутие воздушного шарика, который наполняют газом.

         Хаотическая теория инфляции впервые была предложена специалистом по космологии Александром Виденкиным. Эта теория предполагает, что некоторые части пространства перестают, когда как другие продолжают расширяться, таким образом позволяя образовываться изолированным "пузырчатым вселенным".

         Наша собственная  вселенная представляет собой  всего лишь маленький пузырь  в огромном пространстве космоса,  в котором существует бесконечное  число таких же пузырей. В  некоторых из этих пузырчатых  вселенных законы физики и фундаментальные постоянные могут отличаться от наших. Эти законы могли бы показаться для нас более, чем странными.

 

3) Параллельные вселенные

 

         Еще одна  теория, которая вытекает из теории  струн, заключается в том, что  существует понятие параллельных  вселенных. Идея о существовании  параллельных миров связана с  вероятностью того, что имеется  намного больше измерений, чем  мы можем представить. По нашим  представлениям сегодня существуют 3 пространственных измерения и 1 временное.

Физик Брайан Грин из Университета Колумбии описывает это так: "Наша вселенная – один "блок" из огромного количества "блоков", плавающих в пространстве со множеством измерений". Также согласно этой теории, вселенные не всегда являются параллельными и не всегда оказываются вне нашей досягаемости. Порой они могут вклиниваться друг в друга, вызывая повторные Большие Взрывы, которые возвращают вселенные в исходное положение снова и снова.

 

4) Дочерние вселенные 

 

Теория квантовой механики, которая  строится на понятиях крошечного мира субатомных частиц, предполагает еще  один способ образования множественных  вселенных. Квартовая механика описывает  мир в условиях вероятностей, при  этом избегая делать окончательные  выводы.   

 Математические модели, согласно этой теории, могут предполагать все возможные исходы ситуации. Например, на перекрестке, где вы можете повернуть направо или налево, настоящая вселенная формирует две дочерние вселенные, в одной из которых вы можете пойти направо, а в другой - налево.

 

   5) Математические вселенные

 

Ученые долгое время спорили, является ли математика полезным инструментом для описания вселенной или же она сама по себе является фундаментальной  реальностью и наши наблюдения - всего лишь несовершенные представления об истинной математической природе. 
Если последнее верно, возможно, определенная математическая структура, которая формирует нашу вселенную, не является единственным вариантом. Другие возможные математические структуры могут существовать независимо в отдельных вселенных.

"Математическая структура  - это то, что вы можете описать  совершенно независимо от наших  знаний и понятий, - говорит Макс Тегмарк, профессор Массачусетского технологического института, автор этой гипотезы. – Лично я верю, что где-то есть такая вселенная, которая может существовать совершенно независимо от меня и будет продолжать существовать, даже если в ней нет людей". [4]

Модель расширяющейся Вселенной

 

Наиболее  общепринятой в космологии является модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной, построенная на основе общей теории относительности и теории тяготения, созданной Альбертом Эйнштейном в 1916 году. В основе этой модели лежат два предположения: 1) свойства Вселенной одинаковы во всех ее точках (однородность) и направления (изотропность); 2) наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна. Из этого следует так называемая кривизна пространства и связь кривизны с плотностью массы (энергии). Космология, основанная на этих постулатах, — релятивистская (относительная).

Важным  пунктом данной модели является ее нестационарность. Это определяется двумя постулатами теории относительности: 1) принципом относительности, гласящим, что во всех инерционных системах все законы сохраняются вне зависимости от того, с какими скоростями, равномерно и прямолинейно движутся эти системы друг относительно друга; 2) экспериментально подтвержденным постоянством скорости света.

Из  принятия теории относительности вытекало в качестве следствия (первым это  заметил петроградский физик  и математик Александр Александрович  Фридман в 1922 году), что искривленное пространство не может быть стационарным: оно должно или расширяться, или сжиматься. На этот вывод не было обращено внимания вплоть до открытия американским астрономом Эдвином Хабблом в 1929 году так называемого «красного смещения».

Красное смещение — это понижение частот электромагнитного излучения: в видимой части спектра линии смещаются к его красному концу. Обнаруженный ранее эффект Доплера гласил, что при удалении от нас какого-либо источника колебаний, воспринимаемая нами частота колебаний уменьшается, а длина волны соответственно увеличивается. При излучении происходит «покраснение», т. е. линии спектра сдвигаются в сторону более длинных красных волн.

Так вот, для всех далеких источников света красное смещение было зафиксировано, причем, чем дальше находился источник, тем в большей степени. Красное  смещение оказалось пропорционально  расстоянию до источника, что и подтверждало гипотезу об удалении их, т. е. о расширении Метагалактики — видимой части  Вселенной.

Красное смещение надежно подтверждает теоретический  вывод о нестационарности области нашей Вселенной с линейными размерами порядка нескольких миллиардов парсек на протяжении по меньшей мере нескольких миллиардов лет. В то же время кривизна пространства не может быть измерена, оставаясь теоретической гипотезой.

Составной частью модели расширяющейся Вселенной  является представление о Большом Взрыве, происшедшем где-то примерно 12 —18 млрд. лет назад. «Вначале был взрыв. Не такой взрыв, который знаком нам на Земле и который начинается из определенного центра и затем распространяется, захватывая все больше и больше пространства, а взрыв, который произошел одновременно везде, заполнив с самого начала все пространство, причем каждая частица материи устремилась прочь от любой другой частицы». [5]

Начальное состояние Вселенной (так называемая сингулярная точка): бесконечная плотность массы, бесконечная кривизна пространства и взрывное, замедляющееся со временем расширение при высокой температуре, при которой могла существовать только смесь элементарных частиц (включая фотоны и нейтрино). Горячесть начального состояния подтверждена открытием в 1965 году реликтового излучения фотонов и нейтрино, образовавшихся на ранней стадии расширения Вселенной.

Возникает интересный вопрос: из чего же образовалась Вселенная? Чем было то, из чего она возникла. В Библии утверждается, что Бог создал все из ничего. Зная, что в классической науке сформулированы законы сохранения материи и энергии, религиозные философы спорили о том, что значит библейское «ничего», и некоторые в угоду науке полагали, что под ничем имеется в виду первоначальный материальный хаос, упорядоченный Богом.

Как это ни удивительно, современная  наука допускает (именно допускает, но не утверждает), что все могло  создаться из ничего. «Ничего» в научной терминологии называется вакуумом. Вакуум, который физика XIX века считала пустотой, по современным научным представлениям является своеобразной формой материи, способной при определенных условиях «рождать» вещественные частицы.

Современная квантовая механика допускает (это  не противоречит теории), что вакуум может приходить в «возбужденное состояние», вследствие чего в нем может образоваться поле, а из него (что подтверждается современными физическими экспериментами) — вещество.

Рождение  Вселенной «из ничего» означает с современной научной точки зрения ее самопроизвольное возникновение из вакуума, когда в отсутствии частиц происходит случайная флуктуация(отклонение). Если число фотонов равно нулю, то напряженность поля не имеет определенного значения (по «принципу неопределенности» Гейзенберга): поле постоянно испытывает флуктуации, хотя среднее (наблюдаемое) значение напряженности равно нулю.

Флуктуация  представляет собой появление виртуальных  частиц, которые непрерывно рождаются и сразу же уничтожаются, но так же участвуют во взаимодействиях, как и реальные частицы. Благодаря флуктуациям, вакуум приобретает особые свойства, проявляющиеся в наблюдаемых эффектах.

Итак, Вселенная могла образоваться из «ничего», т. е. из «возбужденного вакуума». Такая гипотеза, конечно, не является решающим подтверждением существования Бога. Ведь все это могло произойти в соответствии с законами физики естественным путем без вмешательства извне каких-либо идеальных сущностей. И в этом случае научные гипотезы не подтверждают и не опровергают религиозные догмы, которые лежат по ту сторону эмпирически подтверждаемого и опровергаемого естествознания.

На  этом удивительное в современной  физике не кончается. Отвечая на просьбу  журналиста изложить суть теории относительности в одной фразе, Эйнштейн сказал: «Раньше полагали, что если бы из Вселенной исчезла вся материя, то пространство и время сохранились бы; теория относительности утверждает, что вместе с материей исчезли бы также пространство и время». Перенеся этот вывод на модель расширяющейся Вселенной, можно заключить, что до образования Вселенной не было ни пространства, ни времени.

Отметим, что теория относительности соответствует  двум разновидностям модели расширяющейся  Вселенной. В первой из них кривизна пространства-времени отрицательна или в пределе равна нулю; в  этом варианте все расстояния со временем неограниченно возрастают. Во второй разновидности модели кривизна положительна, пространство конечно, и в этом случае расширение со временем заменяется сжатием. В обоих вариантах теория относительности согласуется с нынешним эмпирически подтвержденным расширением Вселенной.

Досужий ум неизбежно задается вопросами: что  же было тогда, когда не было ничего, и что находится за пределами расширения. Первый вопрос, очевидно, противоречив сам по себе, второй выходит за рамки конкретной науки. Астроном может сказать, что как ученый он не вправе отвечать на такие вопросы. Но поскольку они все же возникают, формулируются и возможные обоснования ответов, которые являются не столько научными, сколько натурфилософскими.

Так, проводится различие между терминами  «бесконечный» и «безграничный». Примером бесконечности, которая не безгранична, служит поверхность Земли: мы можем идти по ней бесконечно долго, но тем не менее она ограничена атмосферой сверху и земной корой  снизу. Вселенная также может  быть бесконечной, но ограниченной. С  другой стороны, известна точка зрения, в соответствии с которой в  материальном мире не может быть ничего бесконечного, потому что он развивается  в виде конечных систем с петлями  обратной связи, которыми эти системы  создаются в процессе преобразования среды.

 

Модель пульсирующей Вселенной

 

  Теория пульсирующей Вселенной  предполагает, что в начале тоже был взрыв, как и в модели расширяющейся Вселенной, но расширение не будет продолжаться вечно, а в последствие сменится сжатием. Как считается, это произойдет из-за того, что разлетающиеся галактики замедляют свой бег, тормозясь взаимным гравитационным притяжением. В один из моментов галактики остановятся и начнут вновь сближаться. Кончится все должно тем же, с чего и начиналось: образованием сверхкомпактного объекта и новым Большим взрывом. Таким образом, согласно этой теории, Вселенная пульсирует. Будущее: холодная Вселенная. С другой стороны, еще отнюдь не известно, достаточно ли вещества во Вселенной, чтобы гравитация смогла остановить разлет галактик. Больше того, по современным подсчетам вещества как раз не хватает, в 10 раз меньше, чем того требует теория пульсирующей Вселенной. Если вещества и впрямь нет, то, со временем, Вселенная остынет, исчерпав все горючее. Остывшая и вечно расширяющаяся Вселенная будет темной, холодной и безжизненной. Одна из задач космологии - поиск скрытой массы, неизлучающего свет вещества, которое может быть распределено в галактиках и их окрестностях и которое может перевешивать светящееся вещество (звезды) в десятки раз. Если эти очень трудоемкие поиски увенчаются успехом, то можно будет оправдать теорию пульсирующей Вселенной. Все-таки, это очень неоптимистично, если Вселенную ожидает вечный холод... Наука, изучающая эволюцию Вселенной, называют космологией. Основные задачи, которые стоят перед ней, это объяснение на основе наблюдательных фактов и теоретических моделей происхождения Вселенной и предсказание ее будущего. В этой научной области применяются все новейшие достижения теоретической, в том числе и ядерной, физики. Наблюдение за отдаленными галактиками и их скоплениями, за другими объектами дальнего космоса ведется с помощью самой современной техники, исследуются излучение всех длин волн...