Inilalarawan ng Big Bang Theory ang proseso. The Big Bang Theory and the Origin of the Universe - paglalarawan, mga larawan at mga video
Ang teorya ng Big Bang ay may malakas na katunggali sa kasalukuyang dekada - ang cyclic theory.
Ang teorya ng Big Bang ay pinagkakatiwalaan ng karamihan ng mga siyentipiko na nag-aaral maagang kasaysayan ng ating Uniberso. Ito ay talagang nagpapaliwanag ng maraming at hindi sumasalungat sa pang-eksperimentong data sa anumang paraan. Gayunpaman, kamakailan lamang ay mayroon itong katunggali sa anyo ng isang bago, paikot na teorya, na ang mga pundasyon ay binuo ng dalawang nangungunang klaseng pisiko - ang direktor ng Institute for Theoretical Science sa Princeton University, Paul Steinhardt, at ang nagwagi ng Maxwell Medal at ang prestihiyosong internasyonal na TED Prize, si Neil Turok, direktor ng Canadian Institute advanced na pananaliksik sa larangan ng teoretikal na pisika (Perimeter Institute for Theoretical Physics). Sa tulong ni Propesor Steinhardt, sinubukan ng Popular Mechanics na pag-usapan ang cyclic theory at ang mga dahilan ng paglitaw nito.
Ang pamagat ng artikulong ito ay maaaring hindi mukhang isang napakatalino na biro. Ayon sa pangkalahatang tinatanggap na kosmolohiyang konsepto, ang teorya ng Big Bang, ang ating Uniberso ay bumangon mula sa isang matinding estado ng pisikal na vacuum na nabuo ng isang pagbabago-bago ng kabuuan. Sa ganitong estado, walang oras o espasyo ang umiral (o sila ay nasalikop sa isang space-time foam), at lahat ng pangunahing pisikal na pakikipag-ugnayan ay pinagsama-sama. Nang maglaon ay naghiwalay sila at nakakuha ng independiyenteng pag-iral - unang grabidad, pagkatapos ay malakas na pakikipag-ugnayan, at pagkatapos ay mahina at electromagnetic.
Ang sandali bago ang mga pagbabagong ito ay karaniwang tinutukoy bilang zero time, t=0, ngunit ito ay purong kumbensyon, isang pagkilala sa mathematical formalism. Ayon sa pamantayang teorya, ang tuluy-tuloy na paglipas ng panahon ay nagsimula lamang matapos ang puwersa ng grabidad ay naging independyente. Ang sandaling ito ay karaniwang iniuugnay sa halagang t = 10 -43 s (mas tiyak, 5.4x10 -44 s), na tinatawag na oras ng Planck. Ang mga modernong teoryang pisikal ay sadyang hindi nagagawang makabuluhang gumana sa mas maikling panahon (pinaniniwalaan na nangangailangan ito ng quantum theory of gravity, na hindi pa nagagawa). Sa konteksto ng tradisyunal na kosmolohiya, walang saysay na pag-usapan ang nangyari bago ang unang sandali ng panahon, dahil ang oras sa ating pag-unawa ay wala pa noon.
Ang teorya ng Big Bang ay pinagkakatiwalaan ng karamihan ng mga siyentipiko na nag-aaral sa unang bahagi ng kasaysayan ng ating Uniberso. Ito ay talagang nagpapaliwanag ng maraming at hindi sumasalungat sa pang-eksperimentong data sa anumang paraan. Gayunpaman, kamakailan ay mayroon itong katunggali sa anyo ng isang bago, paikot na teorya, na ang mga pundasyon ay binuo ng dalawang nangungunang physicist - ang direktor ng Institute for Theoretical Science sa Princeton University, Paul Steinhardt, at ang nagwagi ng Maxwell Medal at ang prestihiyosong internasyonal na TED Prize, si Neil Turok, direktor ng Canadian Institute for Advanced Study in Theoretical Sciences (Perimeter Institute for Theoretical Physics). Sa tulong ni Propesor Steinhardt, sinubukan ng Popular Mechanics na pag-usapan ang cyclic theory at ang mga dahilan ng paglitaw nito.
Inflationary cosmology
Isang mahalagang bahagi ng karaniwang teorya ng kosmolohiya ay ang konsepto ng inflation (tingnan ang sidebar). Matapos ang pagtatapos ng inflation, ang gravity ay dumating sa sarili nitong, at ang Uniberso ay patuloy na lumawak, ngunit sa isang bumababa na bilis. Ang ebolusyon na ito ay tumagal ng 9 bilyong taon, pagkatapos nito ay naglaro ang isa pang anti-gravity field ng hindi pa kilalang kalikasan, na tinatawag na dark energy. Muli nitong dinala ang Uniberso sa isang rehimen ng exponential expansion, na tila mapangalagaan sa mga susunod na panahon. Dapat pansinin na ang mga konklusyong ito ay batay sa mga astrophysical na pagtuklas na ginawa sa pagtatapos ng huling siglo, halos 20 taon pagkatapos ng pagdating ng inflationary cosmology.
Ang inflationary interpretation ng Big Bang ay unang iminungkahi mga 30 taon na ang nakakaraan at maraming beses na itong pino mula noon. Ang teoryang ito ay nagpapahintulot sa amin na malutas ang ilang mga pangunahing problema na hindi nakayanan ng nakaraang kosmolohiya. Halimbawa, ipinaliwanag niya kung bakit tayo nakatira sa isang Uniberso na may patag na Euclidean geometry - ayon sa mga klasikal na Friedmann equation, ito mismo ang dapat na maging sa exponential expansion. Ipinaliwanag ng teorya ng inflation kung bakit ang cosmic matter ay butil-butil sa mga kaliskis na hindi hihigit sa daan-daang milyong light years, ngunit pantay na ipinamamahagi sa malalaking distansya. Nagbigay din siya ng interpretasyon ng kabiguan ng anumang mga pagtatangka na makita ang mga magnetic monopole, ang napakalaking particle na may isang magnetic pole na inaakalang ginawa nang sagana bago ang pagsisimula ng inflation (inflation stretched outer space so much that the originally high. ang density ng mga monopole ay nabawasan sa halos zero, at sa gayon ay hindi matukoy ng aming mga device ang mga ito).
Di-nagtagal pagkatapos lumitaw ang inflationary model, napagtanto ng ilang mga teorista na ang panloob na lohika nito ay hindi sumasalungat sa ideya ng permanenteng maramihang kapanganakan ng parami nang parami ng mga bagong uniberso. Sa katunayan, ang quantum fluctuations, tulad ng kung saan may utang tayo sa pagkakaroon ng ating mundo, ay maaaring lumitaw sa anumang dami kung naroroon ang angkop na mga kondisyon. Posible na ang ating uniberso ay lumabas mula sa fluctuation zone na nabuo sa naunang mundo. Sa parehong paraan, maaari nating ipagpalagay na balang araw at sa isang lugar sa ating sariling Uniberso ay bubuo ang isang pagbabago-bago na "pumutok" sa isang batang uniberso ng isang ganap na naiibang uri, na may kakayahang cosmological "panganganak." Mayroong mga modelo kung saan ang gayong mga uniberso ng anak na babae ay patuloy na bumangon, na nagmumula sa kanilang mga magulang at nakahanap ng kanilang sariling lugar. Higit pa rito, hindi kinakailangan na ang parehong mga pisikal na batas ay itinatag sa gayong mga mundo. Ang lahat ng mga mundong ito ay "naka-embed" sa isang solong space-time continuum, ngunit sila ay hiwalay dito na hindi nila naramdaman ang presensya ng isa't isa. Sa pangkalahatan, pinahihintulutan ng konsepto ng inflation—sa katunayan, pwersa!—na maniwala na sa napakalaking megacosmos ay maraming uniberso na nakahiwalay sa isa't isa na may iba't ibang istruktura.
Alternatibo
Gustung-gusto ng mga theoretical physicist na makabuo ng mga alternatibo sa kahit na ang pinaka-karaniwang tinatanggap na mga teorya. Lumitaw din ang mga kakumpitensya para sa modelo ng Big Bang inflation. Hindi sila nakatanggap ng malawakang suporta, ngunit mayroon at mayroon pa rin silang mga tagasunod. Ang teorya ni Steinhardt at Turok ay hindi ang una sa kanila at tiyak na hindi ang huli. Gayunpaman, ngayon ito ay binuo nang mas detalyado kaysa sa iba at mas mahusay na nagpapaliwanag sa mga naobserbahang katangian ng ating mundo. Mayroon itong ilang bersyon, ang ilan sa mga ito ay batay sa teorya ng quantum string at multidimensional space, habang ang iba ay umaasa sa tradisyonal na quantum field theory. Ang unang diskarte ay nagbibigay ng mas malinaw na mga larawan ng mga proseso ng kosmolohiya, kaya't magtutuon tayo dito.
Ang pinaka-advanced na bersyon ng string theory ay kilala bilang M-theory. Inaangkin niya na ang pisikal na mundo ay may 11 dimensyon - sampung spatial at isang beses. Ang mga lumulutang dito ay mga puwang ng mas mababang sukat, ang tinatawag na branes. Ang ating Uniberso ay isa lamang sa mga brane na ito, na may tatlong spatial na sukat. Ito ay puno ng iba't ibang mga quantum particle (mga electron, quark, photon, atbp.), Na talagang bukas na vibrating string na may isang solong spatial na dimensyon - haba. Ang mga dulo ng bawat string ay mahigpit na naayos sa loob ng tatlong-dimensional na brane, at ang string ay hindi maaaring umalis sa brane. Ngunit mayroon ding mga saradong string na maaaring lumipat sa kabila ng mga hangganan ng branes - ito ay mga graviton, quanta ng gravitational field.
Paano ipinapaliwanag ng cyclic theory ang nakaraan at hinaharap ng uniberso? Magsimula tayo sa kasalukuyang panahon. Ang unang lugar ay nabibilang na ngayon sa madilim na enerhiya, na nagiging sanhi ng ating Uniberso na lumawak nang husto, na pana-panahong nagdodoble sa laki nito. Bilang resulta, ang density ng bagay at radiation ay patuloy na bumabagsak, ang gravitational curvature ng espasyo ay humihina, at ang geometry nito ay nagiging mas at mas flat. Sa susunod na trilyong taon, ang laki ng Uniberso ay magdodoble nang humigit-kumulang isang daang beses at ito ay magiging isang halos walang laman na mundo, ganap na walang mga materyal na istruktura. May isa pang three-dimensional na brane sa malapit, na nahiwalay sa amin ng isang maliit na distansya sa ika-apat na dimensyon, at ito rin ay sumasailalim sa isang katulad na exponential stretching at flattening. Sa lahat ng oras na ito, ang distansya sa pagitan ng mga branes ay nananatiling halos hindi nagbabago.
At pagkatapos ang mga parallel branes na ito ay nagsisimulang magkalapit. Ang mga ito ay itinutulak patungo sa isa't isa ng isang force field, ang enerhiya nito ay nakasalalay sa distansya sa pagitan ng mga branes. Ngayon ang density ng enerhiya ng naturang larangan ay positibo, kaya ang espasyo ng parehong branes ay lumalawak nang malaki - samakatuwid, ang patlang na ito ang nagbibigay ng epekto na ipinaliwanag ng pagkakaroon ng madilim na enerhiya! Gayunpaman, ang parameter na ito ay unti-unting bumababa at bababa sa zero sa isang trilyong taon. Ang parehong branes ay patuloy pa ring lalawak, ngunit hindi exponentially, ngunit sa isang napakabagal na bilis. Dahil dito, sa ating mundo ang density ng mga particle at radiation ay mananatiling halos zero, at ang geometry ay mananatiling flat.
Bagong cycle
Pero ang ending lumang kwento- panimula lamang sa susunod na cycle. Ang mga branes ay gumagalaw patungo sa isa't isa at kalaunan ay nagbanggaan. Sa yugtong ito, ang density ng enerhiya ng interbrane field ay bumaba sa ibaba ng zero, at nagsisimula itong kumilos tulad ng gravity (hayaan kong ipaalala sa iyo na ang gravity ay may negatibong potensyal na enerhiya!). Kapag ang mga branes ay napakalapit, ang interbrane field ay magsisimulang palakihin ang mga pagbabago-bago ng kabuuan sa bawat punto sa ating mundo at i-convert ang mga ito sa mga macroscopic deformation ng spatial geometry (halimbawa, isang milyon ng isang segundo bago ang banggaan, ang tinantyang laki ng naturang mga deformation ay umabot sa ilang metro). Pagkatapos ng banggaan, sa mga zone na ito ang bahagi ng leon ng kinetic energy na inilabas sa panahon ng impact ay inilabas. Bilang isang resulta, doon na lumilitaw ang pinakamainit na plasma na may temperatura na humigit-kumulang 1023 degrees. Ang mga rehiyong ito ang nagiging mga lokal na gravitational node at nagiging mga embryo ng mga galaxy sa hinaharap.
Pinapalitan ng naturang banggaan ang Big Bang ng inflationary cosmology. Napakahalaga na ang lahat ng bagong lumitaw na bagay na may positibong enerhiya ay lilitaw dahil sa naipon na negatibong enerhiya ng interbrane field, samakatuwid ang batas ng konserbasyon ng enerhiya ay hindi nilalabag.
Ang teorya ng inflationary ay nagbibigay-daan para sa pagbuo ng maramihang anak na uniberso, na patuloy na umuusbong mula sa mga umiiral na.
Paano kumikilos ang gayong larangan sa mapagpasyang sandali na ito? Bago ang banggaan, ang density ng enerhiya nito ay umabot sa isang minimum (at negatibo), pagkatapos ay nagsisimulang tumaas, at sa panahon ng banggaan ito ay nagiging zero. Ang mga branes pagkatapos ay nagtataboy sa isa't isa at nagsimulang maghiwalay. Ang densidad ng enerhiya ng interbrane ay sumasailalim sa isang reverse evolution—muli itong nagiging negatibo, zero, positibo. Pinayaman ng materya at radiation, ang brane ay unang lumalawak sa isang bumababang bilis sa ilalim ng impluwensya ng pagpepreno ng sarili nitong gravity, at pagkatapos ay muling lumipat sa exponential expansion. Nagtatapos ang bagong cycle tulad ng nauna - at iba pa ang ad infinitum. Ang mga cycle na nauna sa atin ay naganap din sa nakaraan - sa modelong ito, ang oras ay tuluy-tuloy, kaya't ang nakaraan ay umiiral nang higit sa 13.7 bilyong taon na ang nakalipas mula noong huling pagpapayaman ng ating brane na may materya at radiation! Kung mayroon man silang simula, tahimik ang teorya.
Ipinapaliwanag ng cyclic theory ang mga katangian ng ating mundo sa isang bagong paraan. Mayroon itong patag na geometry dahil napakalaki ng pag-uunat nito sa dulo ng bawat cycle at bahagyang nagde-deform bago magsimula ang isang bagong cycle. Ang mga pagbabago sa dami, na nagiging mga pasimula ng mga kalawakan, ay bumangon nang magulo, ngunit sa karaniwan ay pantay-pantay - samakatuwid, ang kalawakan ay puno ng mga kumpol ng bagay, ngunit sa napakalaking distansya ito ay medyo homogenous. Hindi namin matukoy ang mga magnetic monopole dahil lamang ang maximum na temperatura ng bagong panganak na plasma ay hindi lalampas sa 10 23 K, at ang pagbuo ng naturang mga particle ay nangangailangan ng mas mataas na enerhiya - sa pagkakasunud-sunod ng 10 27 K.
Ang sandali ng Big Bang ay isang banggaan ng mga branes. Ang isang malaking halaga ng enerhiya ay inilabas, ang mga brane ay lumilipad, ang pagbagal ng paglawak ay nangyayari, ang bagay at radiation ay lumalamig, at ang mga kalawakan ay nabuo. Ang pagpapalawak ay pinabilis muli dahil sa positibong interbrane density ng enerhiya, at pagkatapos ay bumagal, ang geometry ay nagiging flat. Ang mga branes ay naaakit sa isa't isa, at bago ang banggaan, ang mga pagbabago sa kabuuan ay pinalaki at nababago sa mga deformasyon ng spatial geometry, na sa hinaharap ay magiging mga embryo ng mga kalawakan. Ang isang banggaan ay nangyayari at ang cycle ay magsisimula muli.
Isang mundong walang simula at wakas
Ang cyclical theory ay umiiral sa ilang bersyon, tulad ng inflation theory. Gayunpaman, ayon kay Paul Steinhardt, ang mga pagkakaiba sa pagitan nila ay puro teknikal at interesado lamang sa mga espesyalista, ngunit ang pangkalahatang konsepto ay nananatiling hindi nagbabago: "Una, sa aming teorya ay walang sandali ng simula ng mundo, walang singularidad. May mga pana-panahong yugto ng matinding produksyon ng bagay at radiation, na ang bawat isa ay maaaring, kung ninanais, ay tinatawag na Big Bang. Ngunit alinman sa mga yugtong ito ay hindi minarkahan ang paglitaw ng isang bagong uniberso, ngunit isang paglipat lamang mula sa isang ikot patungo sa isa pa. Parehong umiiral ang espasyo at oras bago at pagkatapos ng alinman sa mga sakuna na ito. Samakatuwid, natural na magtanong kung ano ang estado ng mga pangyayari 10 bilyong taon bago ang huling Big Bang, kung saan sinusukat ang kasaysayan ng uniberso.
Ang pangalawang pangunahing pagkakaiba ay ang kalikasan at papel ng madilim na enerhiya. Ang inflationary cosmology ay hindi hinulaan ang paglipat ng pagbagal ng pagpapalawak ng Uniberso sa isang pinabilis. At nang matuklasan ng mga astrophysicist ang hindi pangkaraniwang bagay na ito sa pamamagitan ng pagmamasid sa mga pagsabog ng malalayong supernovae, hindi alam ng karaniwang kosmolohiya kung ano ang gagawin dito. Ang hypothesis ng madilim na enerhiya ay inilagay lamang upang itali ang mga kabalintunaan na resulta ng mga obserbasyong ito sa teorya. At ang aming diskarte ay mas mahusay na na-secure sa pamamagitan ng panloob na lohika, dahil ang madilim na enerhiya ay naroroon sa amin mula pa sa simula at ang enerhiya na ito ang nagsisiguro sa paghahalili ng mga cosmological cycle." Gayunpaman, gaya ng sinabi ni Paul Steinhardt, ang cyclic theory ay mayroon ding mga kahinaan: “Hindi pa natin nakukumbinsi na ilarawan ang proseso ng banggaan at rebound ng mga parallel branes na nagaganap sa simula ng bawat cycle. Ang iba pang mga aspeto ng cyclic theory ay mas mahusay na binuo, ngunit narito mayroon pa ring maraming mga kalabuan na dapat alisin.
Pagsubok sa pamamagitan ng pagsasanay
Ngunit kahit na ang pinakamagandang teoretikal na modelo ay nangangailangan ng pang-eksperimentong pag-verify. Maaari bang kumpirmahin o pabulaanan ang cyclic cosmology sa pamamagitan ng pagmamasid? "Ang parehong mga teorya, inflationary at cyclical, ay hinuhulaan ang pagkakaroon ng relict gravitational waves," paliwanag ni Paul Steinhardt. - Sa unang kaso, nagmula ang mga ito mula sa pangunahing pagbabago-bago ng kabuuan, na, sa panahon ng inflation, ay kumakalat sa buong kalawakan at nagbibigay ng panaka-nakang pagbabagu-bago sa geometry nito - at ito, ayon sa pangkalahatang teorya ng relativity, ay gravitational waves. Sa aming senaryo, ang pangunahing sanhi ng naturang mga alon ay mga pagbabago-bago rin ng dami - ang parehong mga iyon na pinalakas kapag nagbanggaan ang mga branes. Ipinakita ng mga kalkulasyon na ang bawat mekanismo ay bumubuo ng mga alon na may partikular na spectrum at tiyak na polariseysyon. Ang mga alon na ito ay tiyak na mag-iiwan ng mga imprint sa cosmic microwave radiation, na nagsisilbing isang napakahalagang mapagkukunan ng impormasyon tungkol sa maagang espasyo. Sa ngayon, ang mga naturang bakas ay hindi pa natagpuan, ngunit malamang na ito ay gagawin sa loob ng susunod na dekada. Bilang karagdagan, ang mga pisiko ay nag-iisip na tungkol sa direktang pagpaparehistro ng mga relict gravitational wave gamit ang spacecraft, na lilitaw sa dalawa hanggang tatlong dekada."
Radikal na alternatibo
Noong 1980s, gumawa ng makabuluhang kontribusyon si Propesor Steinhardt sa pagbuo ng karaniwang teorya ng Big Bang. Gayunpaman, hindi ito naging hadlang sa kanya mula sa paghahanap ng isang radikal na alternatibo sa teorya kung saan napakaraming trabaho ang namuhunan. Tulad ng sinabi mismo ni Paul Steinhardt sa Popular Mechanics, ang hypothesis ng inflation ay talagang nagbubunyag ng maraming mga misteryo sa kosmolohikal, ngunit hindi ito nangangahulugan na walang saysay na maghanap ng iba pang mga paliwanag: "Noong una ay interesado lang ako sa pagsisikap na maunawaan ang mga pangunahing katangian ng ating mundo nang hindi gumagamit ng inflation. Nang maglaon, nang pag-aralan ko nang mas malalim ang isyung ito, nakumbinsi ako na ang teorya ng inflation ay hindi kasing perpekto gaya ng sinasabi ng mga tagasuporta nito. Noong unang nilikha ang inflationary cosmology, umaasa kaming ipapaliwanag nito ang paglipat mula sa paunang magulong estado ng bagay tungo sa kasalukuyang nakaayos na Uniberso. Ginawa niya ito - ngunit higit pa. Ang panloob na lohika ng teorya ay nangangailangan ng pagkilala na ang inflation ay patuloy na lumilikha ng isang walang katapusang bilang ng mga mundo. Walang mali dito kung ang kanilang pisikal na istraktura ay kinopya ang ating sarili, ngunit ito mismo ang hindi nangyayari. Halimbawa, sa tulong ng hypothesis ng inflation, posible na ipaliwanag kung bakit tayo nakatira sa isang patag na mundo ng Euclidean, ngunit ang karamihan sa iba pang mga uniberso ay tiyak na hindi magkakaroon ng parehong geometry. Sa madaling salita, bumuo kami ng isang teorya upang ipaliwanag ang aming sariling mundo, at ito ay nawala sa kontrol at nagbunga ng walang katapusang pagkakaiba-iba kakaibang mundo. Ang kalagayang ito ay hindi na nababagay sa akin. Bukod dito, hindi maipaliwanag ng pamantayang teorya ang likas na katangian ng naunang estado na nauna sa exponential expansion. Sa ganitong diwa, ito ay hindi kumpleto gaya ng pre-inflationary cosmology. Sa wakas, wala itong masabi tungkol sa kalikasan ng madilim na enerhiya, na nagtutulak sa pagpapalawak ng ating Uniberso sa loob ng 5 bilyong taon."
Ang isa pang pagkakaiba, ayon kay Propesor Steinhardt, ay ang pamamahagi ng temperatura ng background microwave radiation: "Ang radiation na ito, na nagmumula sa iba't ibang bahagi ng kalangitan, ay hindi ganap na pare-pareho sa temperatura, mayroon itong higit at hindi gaanong pinainit na mga zone. Sa antas ng katumpakan ng pagsukat na ibinigay ng modernong kagamitan, ang bilang ng mga mainit at malamig na zone ay humigit-kumulang pareho, na tumutugma sa mga konklusyon ng parehong mga teorya - inflationary at cyclical. Gayunpaman, hinuhulaan ng mga teoryang ito ang mas banayad na pagkakaiba sa pagitan ng mga zone. Sa prinsipyo, maaari silang makita ng European Planck space observatory na inilunsad noong nakaraang taon at iba pang mga bagong teknolohiya. sasakyang pangkalawakan. Umaasa ako na ang mga resulta ng mga eksperimentong ito ay makakatulong sa pagpili sa pagitan ng inflationary at cyclical theories. Ngunit maaari ring mangyari na ang sitwasyon ay nananatiling hindi tiyak at wala sa mga teorya ang tumatanggap ng hindi malabo na pang-eksperimentong suporta. Well, kailangan nating gumawa ng bago."
Karamihan sa mga astronomo ay sumusuporta sa ideya na ang uniberso ay nagmula sa isang "bubble" na libu-libong beses na mas maliit kaysa sa ulo ng isang pin, ngunit hindi kapani-paniwalang mainit at siksik. Halos 13.8 bilyong taon na ang nakalilipas ito ay sumabog, at ang kaganapang ito ay tinatawag na "Big Bang". Sa sandaling iyon, nagsimulang umiral ang espasyo, oras, enerhiya at bagay. Sa isang napakaikling panahon, ang Uniberso ay lumawak mula sa laki ng isang subatomic na particle hanggang sa laki ng isang orange, at pagkatapos ay patuloy na lumawak, unti-unting nakuha ang modernong hitsura nito. Ang Big Bang ang nagpapaliwanag sa iba't ibang mga parameter ng Uniberso na alam natin ngayon, at ang Big Bang ang nagpasiya kung paano ito bubuo sa hinaharap at marahil ay mamatay ng bilyun-bilyong taon mula ngayon. Ang pag-aaral ng Big Bang ay isang paghahanap ng sagot sa tanong kung ano ang simula ng "lahat" at kung ano ang magiging katapusan nito.
Mga unang sandali
Nagtataka ang mga astrophysicist kung ano ang nasa simula ng Uniberso at kung ano ang bago nito. Salamat sa pisikal at mathematical na pananaliksik, ang ilang mga sagot sa mga naturang tanong ay nakuha na. Ngunit ang mga sagot na nagbibigay-kasiyahan sa mga teoretikal na pisiko ay hindi palaging naiintindihan ng pangkalahatang publiko at naililipat sa ating pang-araw-araw na katotohanan. Sa madaling salita, ang ilang mga konsepto ay dapat tanggapin "sa pamamagitan ng kahulugan" nang hindi sinusubukang maghanap ng mga empirical na halimbawa sa Uniberso ngayon na magbibigay-daan sa amin na maunawaan kung ano ang nangyari sa mga unang sandali pagkatapos ng Big Bang.
Magsimula
Sa simula ng oras at espasyo, malamang na nagkaroon ng "gravitational singularity," iyon ay, kung ano ang maaari nating tukuyin bilang isang geometric point kung saan ang gravitational field ay umabot sa isang walang katapusang malaking magnitude. Gravitational singularities, na ang pagkakaroon nito ay itinatadhana ng pangkalahatang teorya ng relativity ni Albert Einstein, ay nabubuo kapag ang density ng bagay ay napakataas na nagiging sanhi ng pagbagsak ng space-time. Ang singularidad ay napakahirap isipin bilang isang bagay na konkreto; maaari itong ilarawan pangunahin sa pamamagitan ng mga konseptong matematikal. Palibhasa'y iminungkahi na ang uniberso ay ipinanganak mula sa Big Bang, ang ilang mga mananaliksik ay nagtaka kung mayroon nang bago nito. Ang problema ay kumplikado sa pamamagitan ng katotohanan na ang Big Bang ay nagbunga hindi lamang sa espasyo, kundi pati na rin sa oras mismo, kaya't sa pangkalahatang teorya ng relativity ay pinag-uusapan natin ang tungkol sa "space-time" bilang isang solong kabuuan. Ito ay humantong sa amin sa ideya na ang Big Bang ay hindi nangyari sa "bakanteng espasyo", na pagkatapos ay napuno ng lumalawak na Uniberso, ngunit mismong lumikha ng parehong espasyo at oras.
Panahon ni Planck
Ang lumitaw kaagad pagkatapos ng Big Bang ay nagkaroon ng ganoong presyon at temperatura na ang pag-uugali nito ay hindi mailarawan gamit ang mga batas na gumagana sa modernong Uniberso. Ang yugto kaagad pagkatapos ng Big Bang ay tinatawag na "Planck era" pagkatapos ng German scientist na si Max Planck. Sinasaklaw nito ang panahon mula sa Big Bang hanggang sa oras na 10 × -43 degrees s pagkatapos nito (ang oras na ito ay tinatawag na "Planck time"). Sa napakaikling panahon na ito, ang Uniberso ay umabot sa sukat na 10 × - 33 degrees cm, at ang temperatura ay bumaba sa 10 × 32 degrees ° C, iyon ay, sa isang daang libong bilyon bilyong degree.
Ang pinakamaliit na espasyo
Upang tukuyin ang bahaging ito, gumawa si Planck ng medyo simpleng konklusyon. Tinanong niya ang kanyang sarili kung mayroong pinakamababang wavelength sa ibaba na walang makukuhang impormasyon, iyon ay, isang minimum na halaga sa ibaba kung saan ang konsepto ng espasyo ay naging walang kabuluhan.
Dahil ang mga gamma ray ay may pinakamaikling electromagnetic wavelength (ito ay 10 × -33 degrees cm), nahulaan ni Planck na para sa mas maiikling wavelength ay walang paraan upang makakuha ng kumpletong pisikal na impormasyon. Ang gamma ray na naglalakbay sa bilis ng liwanag ay naglalakbay sa 10 × -43 degrees s. isang distansya na 10 × -33 degrees cm Ang mas maikling panahon ay lampas sa saklaw ng pagsukat. Samakatuwid, sa pagitan ng zero point ng Big Bang at ang katapusan ng panahon ng Planck, walang pisikal na impormasyon tungkol sa Uniberso sa unang yugto ng pag-unlad ang maaaring makuha.
Di-nagtagal pagkatapos ng Big Bang
Sa pagtatapos ng panahon ng Planck, ang puwersa ng grabidad ay humiwalay sa kabuuang enerhiya na magagamit sa Uniberso at naging independyente. Kaagad pagkatapos nito, ito ay ang turn ng malakas na pakikipag-ugnayan ng nuklear (pinapanatili ang atomic nuclei sa isang matatag na estado), na, kasama ang mga puwersa ng grabidad, pakikipag-ugnayan ng electromagnetic at mahinang pakikipag-ugnayan (ang huli ay responsable para sa radioactive decay) ay isa sa apat na pangunahing puwersa na naroroon sa kalikasan. Sa kanilang tulong, ang mga particle ay nagpapalitan ng enerhiya. Ang lahat ng ito mula noong Big Bang ay tumagal ng hanggang 10 × -36 degrees ng s.
Inflation
Sa puntong ito, nagsimula ang "panahon ng inflation". Ito ay tinawag na gayon dahil sa yugtong ito ang Uniberso ay sumailalim sa isang napakabilis na pagpapalawak - "inflation" (mula sa Ingles hanggang sa pag-inflate - "pag-inflate"). Sa loob ng ilang bilyong bahagi ng isang segundo, pinalaki ng Uniberso ang laki nito ng 10 × 50 factor. Sa panahon ng inflationary na tumagal mula sa Big Bang hanggang 10 × -32 s. Ang "quantum fluctuations" ay naobserbahan, sanhi ng kusang pagbuo ng mga pares ng particle/antiparticle, na nagbibigay sa space-time ng medyo hindi regular at kumplikadong hugis. Ang mga pagbabagu-bagong ito ay naging batayan ng mga kaguluhan ng gravitational ng homogeneity, na, na hindi gaanong mahalaga sa una, ay lumago sa paglipas ng panahon at kalaunan ay nabuo ang mga higanteng istruktura ng kosmiko na naobserbahan ngayon, tulad ng mga kalawakan at kumpol ng mga kalawakan. Ang mga partikulo ng materya at antimatter, na nagbabanggaan, ay kapwa nawasak at gumawa ng radiation. Gayunpaman, sa larong ito ng pagkawasak, isang labis na bagay ang napanatili: ito ang bumubuo sa modernong Uniberso.
Quark
Mga 10×-35 s pagkatapos ng Big Bang, nagsimulang mabuo ang mga unang particle - quark, antiquark, W particle, Z particle at electron.
Ang kumbinasyon ng ilang quark ay kasunod na nabuo ang mga proton, neutron at ang kanilang mga antiparticle. Ang mga proton at antiproton ay naglipol sa isa't isa, na gumagawa ng electromagnetic radiation. Sa sandaling ito lamang naghiwalay ang mahinang nuklear at electromagnetic na pakikipag-ugnayan.
Ang mga phenomena na ito ay naganap sa pagitan ng 10×-32 at 10×-5 s pagkatapos ng Big Bang, nang nabuo ang unang atomic nuclei. Sa kanilang pagsilang, nagsimulang mangibabaw ang matter sa radiation na nangingibabaw noon. Gayunpaman, ang temperatura ng Uniberso ay umabot sa isa pang 10 bilyong degree, kaya ang radiation at matter ay naging isa't isa.
Mga 300 libong taon lamang pagkatapos ng Big Bang, nang bumaba ang temperatura sa 3300°C, ang Uniberso, na dati ay walang anyo na ulap, ay naging transparent sa electromagnetic radiation. At pagkatapos ay nagsimulang mabuo ang mga unang atomo ng hydrogen, helium at lithium - ang pinakamagaan na elemento ng Uniberso.
Radiation sa background
Mga 300 libong taon pagkatapos ng Big Bang, lumitaw ang cosmic background radiation - ang pinakamalapit na radiation sa Big Bang na natatanggap natin ngayon. Ito ang unang uri ng radiation na, sa ngayon ay mahinang Uniberso, ay hindi agad nakukuha ng atomic o subatomic particle, ngunit gumagala sa espasyo sa anyo ng mga photon. Mula sa sandaling ito, ang pangunahing bagay ay nagsisimulang unti-unting mabuo sa mga bituin, quasar at mga kalawakan. Ngayon, sa tulong ng pinakamakapangyarihang mga teleskopyo, sinusubukan naming tingnan ang mga bagay na ito - ang pinakaluma at pinakamalayo sa ating Uniberso. Anumang karagdagang impormasyon na nakuha mula sa kanila ay maaaring magbigay-daan sa amin upang mas maunawaan ang pinakamahiwagang sandali sa ating kasaysayan - ang Big Bang.
Mga modelo ng Uniberso
Noong 1920s, ang ideya ng isang sansinukob kung saan ang nakakasuklam at kaakit-akit na mga puwersa ng gravitational ay nasa isang maselan na balanse, na ginawang posible ng "kosmolohikal na pare-pareho" na haka-haka na ipinakilala ni Albert Einstein sa kanyang pangkalahatang teorya ng relativity, ay popular sa mga cosmologist. Ipinakilala niya ang pare-parehong ito upang ipaliwanag ang pagkakaroon ng isang salungat na puwersa ng bagay, na dapat na balansehin ang pagkahumaling ng gravitational. Ito ay kinakailangan upang makakuha ng isang equilibrium cosmological model - isang ari-arian na itinuturing na pangunahing para sa lahat ng mga modelo ng ating Uniberso.
Extension
Samantala, napansin ng maraming astronomo na karamihan sa mga kalawakan ay nagpakita ng mga redshifted na linya sa kanilang light spectrum, isang phenomenon na kilala bilang "redshift." Ang katotohanang ito ay nagpapahiram simpleng paliwanag, kung ito ay pinaghihinalaang bilang resulta ng Doppler effect - ang parehong bagay dahil sa kung saan ang tunog ng umuurong na sirena ay maririnig na mas mababa kaysa sa isang paparating na sirena. Ang lahat ng ito ay may katuturan kung ipagpalagay natin na ang mga kalawakan ay lumalayo sa isa't isa. Ang isang pangunahing kontribusyon sa pananaliksik na ito ay ginawa ng Aleman na astronomo na si Karl Wirtz: nang mapag-aralan nang detalyado ang tungkol sa apatnapung mga kalawakan, natuklasan niya na ang mahina ang kanilang liwanag, mas malayo sila sa atin, mas malakas ang pulang pagbabago sa kanilang spectra. Nangangahulugan ito na mas mabilis na lumalayo ang mas malalayong galaxy kaysa sa mga kalapit. Ngunit upang kumbinsihin ang kawastuhan ng mga konklusyon ni Wirtz, kinailangan naming maghintay para sa pananaliksik ni Edwin Hubble.
Hindi matatag na espasyo
Ang Russian mathematician na si Alexander Friedman at ang Belgian na astronomer na si Georges-Henri Lemaitre ay napagpasyahan na, sa kabila ng pagpapakilala ng isang cosmological constant, ang Uniberso ni Einstein ay hindi matatag at ang isang maliit na pagbabago ay sapat na upang maging sanhi ng paglawak o pag-urong nito nang walang katiyakan. Ang mga obserbasyon ni Hubble ay humantong sa konklusyon na ang Uniberso ay lumalawak. Binuo din ni Lemaitre ang teorya na ang Uniberso ay nagmula sa "primordial atom" na nagbunga ng lahat. Sa kabila ng maraming data na sumusuporta sa teoryang ito, ito ay sumailalim sa matinding pagpuna. Gayunpaman, ang ideya ay hindi namatay; sa kabaligtaran, ito ay suportado ng physicist na si George Gamow, na theoretically nakumpirma ang posibilidad ng kapanganakan ng Universe bilang isang resulta ng isang napakalaking pagsabog.
Nakatigil na Uniberso
Samantala, ang isa pang astronomo, si Fred Hoyle, ay naglagay ng ideya na ang Uniberso ay maaaring lumawak sa isang "steady state": ang mga kalawakan ay lumalayo sa isa't isa, ngunit ang mga bagong bagay ay patuloy na nalilikha sa espasyo sa pagitan nila. Si Hoyle ang ironically na tinawag na "Big Bang" ang hypothesis ng kanyang mga kasamahan. Ngunit sa huli, sinuportahan ng siyentipikong mundo ang Big Bang hypothesis na iniharap ni Gamow, at noong huling bahagi ng 1960s ay binago ito sa isang tiyak na teorya, na kinumpirma noong huling bahagi ng 1990s ng COBE at WMAP satellite.
Radiation sa background
Ilang daang segundo pagkatapos ng Big Bang, ang radius ng Uniberso ay ilang light minutes lang, at kasama na ang matter pangunahing elemento atoms - mga electron, proton, neutron na nakikipag-ugnayan sa isa't isa, at gayundin ang mga neutrino at photon (mga partikulo na naglilipat ng enerhiya). Nang bumaba ang temperatura sa humigit-kumulang 3300°C ilang daang libong taon pagkatapos ng Big Bang, ang bilang ng mga banggaan sa pagitan ng mga photon at iba pang mga particle ay bumaba, at ang mga photon ay nagsimulang kumalat nang malaya sa buong Uniberso.
Lalong lumalamig
Ang pagpapalawak ay nangangailangan ng karagdagang pagbaba sa temperatura, sa kalaunan ay bumaba sa 3 K, iyon ay, tatlong degree lamang sa itaas ng absolute zero (-273 ° C). Ang temperaturang ito ay "naka-imprint" sa mga gumagala na photon, na, na bumabagsak nang paunti sa iba pang mga particle sa isang lalong hindi gaanong siksik na Uniberso, ay nakaligtas hanggang sa araw na ito. Ngayon sila ay itinuturing na pinakamahalagang saksi ng mga panahong iyon. Ito ay mga gumagala na photon na bumubuo sa tinatawag na "background cosmic radiation." Natuklasan ito noong 1964 ng mga radio astronomer na sina Arno Penzias at Robert Wilson, na ginawaran ng Nobel Prize sa Physics noong 1978.
Nabuksan nang hindi sinasadya
Sa katunayan, ang mga mananaliksik ay nagse-set up ng isang bagong uri ng antenna para sa pagtanggap ng mga microwave. Sa panahon ng trabaho, ang mga siyentipiko ay nakatanggap ng hindi kilalang radiation, at sa una ay nagpasya sila na ito ay mula sa terrestrial na pinagmulan. Ngunit sa lalong madaling panahon napagtanto nina Penzias at Wilson na sila ay "nakikinig" sa cosmic radiation, ang pagkakaroon ng kung saan si Gamow at ang kanyang mga kasamahan ay inakala noong 1948 - isang bagay tulad ng "echo" ng Big Bang. Ang pagtuklas ng background radiation ay napakalaking kahalagahan, dahil ang karaniwang modelo ng Uniberso ay naglaan para sa pagkakaroon ng isang pare-parehong signal sa loob nito, na nagpapalaganap sa isang haba ng daluyong ng halos isang milimetro at tumagos sa buong espasyo Ito mismo ang natuklasan ng mga siyentipiko.
Mula sa mga satellite
Ang pagtuklas ng Penzias at Wilson ay nasubok nang maraming beses sa mga nakaraang taon, ngunit palaging nakumpirma. Ang mga pagsubok ay isinagawa mula sa sakay ng mga lobo (halimbawa, ang eksperimento sa Boomerang, na isinagawa nang magkasama ng Italya at USA). Tatlong satellite (COBE, WMAP at Planck) ay partikular na idinisenyo upang pag-aralan ang background radiation at gumawa ng mahusay na mga resulta, lalo na ang huling dalawa, na naging posible upang masukat ang radiation at makakuha ng mga detalye na dati ay hindi naa-access. Salamat sa pagsusuri ng data na natanggap mula sa mga satellite, ang mga pagkakaiba sa temperatura ng background radiation ay natuklasan lamang ng isang daang libo ng isang degree. Ang maliit na "ripple" na ito ay tulad ng genetic code ng isang buhay na nilalang: tinutukoy nito ang ebolusyon ng Uniberso.
Ang pagtuklas ng background radiation ay naging pinakamahalagang ebidensya na pabor sa modelo ng Big Bang, na nagbaon sa teorya ni Hoyle ng isang nakatigil na Uniberso.
Mga pagdududa na lumitaw
Kung talagang mauunawaan natin kung paano nangyari ang Big Bang, sasagutin natin ang isang libong tanong na hindi nasasagot tungkol sa pagsilang ng Uniberso at ang istraktura nito. Ngunit wala pang mga sagot sa mga tanong na ito, sa kabila ng mga pinaka-modernong instrumento sa pagtatapon ng mga astronomo. Pangunahin at karamihan kumplikadong isyu- paano at bakit nangyari ang Big Bang.
Ang ating mga kakayahan sa pag-aaral ng nakaraan ng Uniberso ay umaabot hanggang sa lalim ng panahon at huminto, gaya ng nabanggit na, sa puntong 10 × -43 s pagkatapos ng Big Bang. Ang teoretikal na pisika lamang ang makakaunawa sa nangyari bago ang sandaling ito, at ang mga bagong hypotheses lamang ang magdadala sa atin sa oras "bago" ang Big Bang.
Madilim na bagay at madilim na enerhiya
Ang isa pang mahalagang paksa na maaaring ipaliwanag ng Big Bang ay ang pinagmulan ng dark matter at dark energy. 5% lamang ng uniberso ang binubuo ng mga bagay na maaari nating obserbahan tradisyonal na paraan, halimbawa, sa pamamagitan ng teleskopyo, at lumilitaw sa atin sa anyo ng mga bituin, nebulae, mga kalawakan. Ang natitira ay 27% dark matter at 68% dark energy. Tungkol sa dark matter, ilang partikular na hypotheses ang iniharap ngayon: ang bagay na ito ay hindi nakikita, nakikita nito ang presensya nito sa mga kalawakan at mga kumpol ng kalawakan dahil sa gravitational force nito, maaari itong binubuo ng ilang hindi pa kilalang uri ng mga particle, neutrino (kung ang kanilang masa ay hindi zero) o mga bituin na napakababa ng liwanag.
Ang dark energy naman ay misteryo pa rin. Ang nalalaman tungkol dito ay na ito ay gumaganap bilang isang salungat na puwersa at nagiging sanhi ng paglawak ng Uniberso sa isang pabilis na bilis, sa halip na humina, tulad ng inaasahan kung ang enerhiya na ito ay hindi umiiral.
Redshift
Habang hinahamon ng ilang tanong ang mga nag-aaral sa pinagmulan ng uniberso, hinahamon naman ng iba ang teorya mismo ng Big Bang. Ang una sa mga tanong na ito ay may kinalaman sa redshift ng liwanag mula sa mga kalawakan. Ang ilang mga astrophysicist, kabilang ang American astronomer na si Halton Arp, ay naniniwala na ang red shift ay sanhi hindi lamang ng pag-alis ng mga galaxy, kundi pati na rin ng isang phenomenon na nauugnay sa mismong kalikasan ng mga naobserbahang bagay. Kung gayon, ang bahagi ng suporta kung saan nakasalalay ang teorya ng pagpapalawak ng Uniberso ay babagsak. Ang mga sumusuporta pa rin sa teorya ni Fred Hoyle tungkol sa isang nakatigil na uniberso ay ibinabatay ang kanilang mga polemiko sa mismong thesis na ito. Kung tama si Arp, ang teorya ng Big Bang ay hindi na kailangan para ipaliwanag ang kapanganakan ng Uniberso. Gayunpaman, ang iminungkahi ni Arp ay natugunan ng mga rebuttal mula sa mga tagasuporta ng teorya ng pagpapalawak ng Uniberso.
Paikot na Uniberso
Ang mga teorya ng Big Bang at ang nakatigil na Uniberso ay hindi lamang ang nagpapaliwanag sa pagkakaroon ng ating mundo. Mayroong kahit isa pang teorya na nagmumungkahi ng paikot na pag-iral ng Uniberso. Ayon sa teoryang ito, sa tuwing sasapit ang Uniberso sa pagtatapos ng ebolusyon nito, ito ay "nagsisimulang muli" sa isang bagong Big Bang. Marahil, sa bawat muling pagsilang, ang Uniberso ay "nakakalimutan" ang mga katangian ng nakaraan nito at bumubuo ng mga bagong pisikal na batas na ipinanganak sa yugto ng implasyon.
Ang agham na nag-aaral sa Uniberso bilang isang solong kabuuan at ang Metagalaxy bilang bahagi ng Uniberso ay tinatawag kosmolohiya. Si George Gamow, isang American theoretical physicist, ay nagmumungkahi na ang ating Uniberso, i.e. Metagalaxy, ipinanganak sa isang mainit na estado na may temperatura na humigit-kumulang 10 32 K. Tinawag ni Gamow ang modelong ito "Big Bang Cosmology".
Nagtrabaho si Gamow sa modelong ito sa loob ng 10 taon. Noong 1948 inilathala niya ang teorya " Big Bang" Ayon sa teorya "Big Bang" lumalawak ang ating Uniberso. Nagsimula na ang pagpapalawak 15 bilyong taon na ang nakalilipas mula sa unang napakainit na estado. Ayon sa teoryang ito, sa unang sandali ang bagay ng Uniberso ay nasa isang estado ng pisikal na vacuum. Ang pisikal na vacuum ay nasa isang hindi matatag, nasasabik na estado, dahil ito ay nagkaroon napakalaking enerhiya: w=, kung saan ang g/cm 3 ay ang density ng vacuum matter, at Sa– bilis ng liwanag. Ang enerhiya ay lumilikha ng napakalaking presyon. Sa isang sandali sa oras 10 43 s., Dahil sa napakalaking presyon, nagsisimula ang vacuum inflation, i.e. ang vacuum ay nagsisimulang mawalan ng enerhiya. Mula sa sandaling 10 ─43 s. hanggang sa 10 ─35 s, ang vacuum matter ay lumalawak nang husto at ang laki nito ay tumataas ng 10 50 beses. Sa pagitan ng oras mula 10 ─35 s hanggang 10 ─32 s, phase transition, ibig sabihin, ang "Big Bang", kung saan ang vacuum na estado ng bagay ay dumaan epekto ng lagusan nagiging isang mainit na siksik na Uniberso na may temperatura 10 32 K, na may bagay sa anyo mga electromagnetic wave(mga radio wave, infrared, visible, ultraviolet, x-ray at gamma ray).
Kaya, ang ating Uniberso ay ipinanganak sa anyo ng isang bolang apoy, na tinawag "Ilem"(Greek ylem - pangunahing bagay). Ang Ilem ay isang neutral na gas ng electromagnetic waves at elementary particles.
Dahil sa mabilis mga extension, bagay ng sansinukob lumalamig at ang hitsura ng mga particle mula sa radiation ay nagsisimula. Sa simula, ang bilang ng mga particle at antiparticle ay pantay. Pagkatapos ito ang mangyayari kusang paglabag symmetry, ito ay humahantong sa pamamayani ng mga particle sa mga antiparticle. Sa mga unang segundo pagkatapos ng pagsabog sila ay ipinanganak hadrons(mga baryon at meson). Pagkatapos ng humigit-kumulang 1000 s pagkatapos ng pagsabog ang temperatura ay nagiging humigit-kumulang 10 10 K at ang pagkakapantay-pantay ng mga konsentrasyon ng mga proton at neutron ay nilabag sa kadahilanang ang haba ng buhay ng mga proton ay pantay. 10 31 taong gulang, at ang buhay ng neutron ay tumatagal ng humigit-kumulang 800 s. Ang mga neutron ay nabubulok at ang mga ratio ay itinatag: 77% proton at 22% neutron. Sa pagitan ng oras mula 1000 s hanggang 10,000 s, ang pagbuo ng light hydrogen at helium atoms ay nangyayari. Halos lahat ng mga neutron ay napupunta sa pagbuo ng isang helium nucleus, at ang sumusunod na relasyon ay itinatag: 77% hydrogen at 22% helium.
Hinahati ng mga siyentipiko ang agwat ng oras para sa pagbuo ng Uniberso sa apat na "panahon" alinsunod sa umiiral na anyo ng pagkakaroon ng bagay.
1. Panahon ni Hadron tumatagal ng 0.0001 segundo. Ang panahon ng hadron ay ang panahon ng mabibigat na particle. Ang density ng butil ay ρ>10 14 g/cm 3, at ang temperatura T>10 12 K. Sa pagtatapos ng panahon, ang isang biglaang paglabag sa simetrya ay nangyayari, ang pagkakapantay-pantay ng mga particle at antiparticle. Ang dahilan ng pagkasira ng simetrya ay itinuturing na hindi pag-iingat ng singil sa baryon. Bilang resulta, para sa bawat milyong (10 6) antiparticle, mayroong isang milyong plus isang (10 6 +1) na particle.
2. Panahon ng mga lepton. Ang tagal ng panahon ay mula 0.0001 s hanggang 10 s, ang temperatura ay mula 10 10 K hanggang 10 12 K, ang density ay mula 10 4 hanggang 10 14 g/cm 3 . Sa panahong ito, ang pangunahing papel ay ginagampanan ng mga maliliit na particle, nakikibahagi sa mga reaksyon sa pagitan ng mga proton at neutron. Ang magkaparehong pagbabagong-anyo ng mga proton sa mga neutron at kabaliktaran ay nagaganap. Ang mga mu-mesons, electron, neutrino at ang kanilang mga antiparticle ay unti-unting naipon. Sa pagtatapos ng panahon ng mga lepton ay nangyayari pagpuksa ng mga particle at antiparticle. Kaya, sa Uniberso, nawawala ang mga antiparticle, nag-iiwan ng mga particle at radiation. Ang Uniberso ay nagiging transparent sa mga electron neutrino. Ang mga neutrino na ito ay nakaligtas hanggang ngayon.
3. Ang panahon ng radiation. Ang tagal nito ay 70 milyong taon, bumababa ang temperatura mula 10 10 K hanggang 3000 K, at ang density mula 10 4 hanggang 10 -21 g/cm 3. Sa simula ng panahon ng radiation, ang bilang ng mga proton at neutron ay humigit-kumulang pantay. Habang bumababa ang temperatura, ang halaga may mga proton pa dahil sa pagkabulok ng neutron. Sa pagtatapos ng panahon, lumitaw ang mga kondisyon para sa pagbuo ng mga pangunahing atomo, bilang isang resulta kung saan nagsisimula ang isang bagong panahon - ang panahon ng bagay.
4. Ang panahon ng sangkap. Nagsimula ang panahong ito 70 milyong taon pagkatapos ng "Big Bang" na may temperatura na humigit-kumulang 3000K at may density na humigit-kumulang 10 4 g/cm 3 . Sa simula ng panahon, ang density ng radiation at ang density ng bagay (mga partikulo) ay pantay - mga 10 −26 g / cm 3, sila ay nasa mga kondisyon ng thermal equilibrium. Sa ekwilibriyo hindi nagaganap ang proseso ng ebolusyon, ibig sabihin. bagay ay hindi maaaring maging mas kumplikado. Gayunpaman, habang lumalawak ang Uniberso, lumalamig ang bagay at lumalamig ang radiation ayon sa iba't ibang batas. Ang temperatura ng bagay ay bumababa sa kabaligtaran na proporsyon sa parisukat ng laki ng Uniberso: T substance ~1/R 2. Ang temperatura ng radiation ay bumababa sa kabaligtaran na proporsyon sa laki ng Uniberso: T radiation ~1/R. Kaya naman, ang sangkap ay lumalamig nang mas mabilis. Ang uniberso ay gumagalaw mula sa isang estadong ekwilibriyo patungo sa isang estadong hindi balanse. Mga kapangyarihan ang gravity ay lumilikha ng kawalang-tatag, at lumilikha ng magulong paggalaw shock waves. Ang lahat ng ito ay humahantong sa pagkapira-piraso ng bagay ng Uniberso. Ang maliliit at malalaking ulap ng gas ay nabuo, na binubuo ng radiation, elementarya na mga particle, hydrogen at helium atoms. Sa pagitan ng oras mula 3 oras hanggang 3 milyong taon, ang mga bituin ay nabubuo mula sa maliliit na ulap, at ang buong mga kalawakan ay nabuo mula sa malalaking ulap.
Ang mekanismo ng pagbuo ng mga bituin, Amerikanong siyentipiko na si Trumpler (1930) unang ipinaliwanag ang katotohanan na ang gas at alikabok na ulap ay pumipilit at umiinit, ang presyon at temperatura sa loob ay tumataas, na nagpapabagal sa compression. Sa 20 milyong degrees ito ay nagsisimula reaksyong nuklear, isang pagsabog ang nangyari at isang bagong bituin ang lilitaw. Ginawa ng ating Araw ang paglalakbay na ito sa humigit-kumulang 1 milyong taon, mga 5 bilyong taon na ang nakalilipas.
Ang Astrophysicist, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Chief Researcher sa Institute of Astronomy ng Russian Academy of Sciences (INASAN) na si Nikolai Chugai ay sumagot:
— Sa astrophysics, ang Big Bang ay nauunawaan bilang ang sumasabog na proseso kung saan ipinanganak ang ating Uniberso. Ang ideyang ito ay batay sa naobserbahang katotohanan ng pag-urong ng kalawakan, na natuklasan noong huling bahagi ng twenties ng huling siglo. American astrophysicist na si Hubble. Ang pag-urong ng mga kalawakan ay nangangahulugan na ang uniberso ay siksik sa nakaraan.
Sa mga apatnapu't ng ika-20 siglo ay naging malinaw na ito ang unang bagay na naisip Russian astrophysicist na si Georgy Gamow, na nagtrabaho sa USA - na ang Uniberso sa malayong nakaraan ay hindi lamang siksik, ngunit napakainit din, kaya't ang mga thermonuclear na reaksyon ng synthesis ng mga elemento ng kemikal mula sa pinaghalong mga proton, neutron at mga electron ay maaaring mangyari dito. Ang hydrogen nucleus ay binubuo ng isang proton, kaya masasabi natin na, ayon sa pag-iisip ni Gamow, sa simula ay mayroon lamang hydrogen. Ito rin ang pinakakaraniwan sa modernong Uniberso. elemento ng kemikal. Ang lahat ng iba pa, kabilang ang helium, ang susunod na pinaka-masaganang elemento, ay nagmula sa mga reaksyong nuklear. Kinakalkula ni Gamow ang mga kondisyon kung saan nabuo ang modernong dami ng helium sa unang ilang minuto pagkatapos ng pagsabog, at dumating sa konklusyon na sa panahon ng buhay ng Uniberso, ang pangunahing mainit na radiation ay dapat na lumamig sa 5 degrees Kelvin (zero nito ang sukat ay tumutugma sa temperatura na -273 degrees Celsius ). Noong 1964, ang hula na ito ay napakahusay na nakumpirma: American radio astronomers Penzias At Wilson natuklasan ang radiation na ito sa hanay ng sentimetro bilang isang pare-parehong background ng kalangitan. Ang mga huling sukat mula sa mga satellite ay nagpakita na ang temperatura ng background na ito ( radiation ng background ng cosmic microwave) ay katumbas ng 2.7 degrees Kelvin.
Ang CMB radiation ay isang mapagpasyang argumento na pabor sa teorya ng Big Bang. Ang glow ng cosmic microwave background radiation ay nagbibigay-daan sa amin na maunawaan ang maraming bagay, kabilang ang pagsilang ng mga kalawakan at mga kumpol ng mga kalawakan. Ang katotohanan ay sa una ang Uniberso ay ganap na homogenous. Ngunit sa panahon ng proseso ng pagpapalawak, nagsimulang tumindi ang maliliit na paunang densidad dahil sa pagkahumaling sa sarili ng gravitational, tulad ng pagkaakit ng isang planeta sa Araw, ang isang bato ay bumagsak sa lupa. Ang puwersa ng grabidad ay nagiging sanhi ng mga iregularidad na ito upang maging mas siksik. Ito ay kung paano nabuo ang mga kalawakan at kumpol ng mga kalawakan, bituin at planeta.
Pagkatapos ng mahiwagang kosmolohiyang singularidad ay darating ang hindi gaanong mahiwagang panahon ng Planck (0 -10 -43 s). Mahirap sabihin kung anong mga proseso ang naganap sa maikling sandali na ito ng bagong silang na Uniberso. Ngunit tiyak na alam na sa pagtatapos ng sandali ng Planck, ang impluwensya ng gravitational ay nahiwalay mula sa tatlong pangunahing pwersa, na pinagsama sa isang solong grupo ng Great Unification.
Upang mailarawan ang naunang sandali, kailangan ang isang bagong teorya, ang bahagi nito ay maaaring ang modelo ng loop quantum gravity at string theory. Lumalabas na ang panahon ng Planck, tulad ng cosmological singularity, ay bumubuo ng isang napakaikling agwat sa tagal, ngunit makabuluhan sa pang-agham na timbang, sa magagamit na kaalaman sa unang bahagi ng Uniberso. Sa loob din ng panahon ng Planck ay may mga kakaibang pagbabagu-bago ng espasyo at oras. Upang ilarawan ang quantum chaos na ito, maaari nating gamitin ang imahe ng mga bumubula na quantum cell ng space-time.
Kung ikukumpara sa panahon ng Planck, lumilitaw ang mga karagdagang kaganapan sa ating harapan sa maliwanag at maliwanag na liwanag. Sa panahon mula 10 -43 s hanggang 10 -35 s, ang mga puwersa ng grabidad at ang Great Unification ay kumikilos na sa batang Uniberso. Sa panahong ito, ang malakas, mahina at electromagnetic na mga impluwensya ay isa at nabuo ang puwersang larangan ng Great Unification.
Nang lumipas ang 10 -35 s mula noong Big Bang, ang Uniberso ay umabot sa temperatura na 10 29 K. Sa sandaling ito, humiwalay ang malakas na interaksyon mula sa electroweak na interaksyon. Ito ay humantong sa pagkasira ng simetrya, na naganap sa iba't ibang bahagi ng Uniberso. May posibilidad na ang Uniberso ay nahahati sa mga bahagi na nabakuran sa isa't isa ng mga depekto sa espasyo-oras. Ang iba pang mga depekto ay maaari ding umiral doon - mga cosmic string o magnetic monopole. Gayunpaman, ngayon hindi natin ito makikita dahil sa isa pang dibisyon ng kapangyarihan ng Grand Unification - cosmological inflation.
Sa oras na iyon, ang Uniberso ay napuno ng isang gas ng mga graviton - hypothetical quanta ng gravitational field at boson ng Grand Unified force. Kasabay nito, halos walang pagkakaiba sa pagitan ng mga lepton at quark.
Nang magkaroon ng paghihiwalay ng mga puwersa sa ilang bahagi ng Uniberso, isang huwad na vacuum ang nalikha. Ang enerhiya ay natigil sa isang mataas na antas, na pinipilit ang espasyo na doble bawat 10 -34 s. Kaya, lumipat ang Uniberso mula sa quantum scales (isang bilyong trilyon ng isang trilyon ng isang sentimetro) hanggang sa sukat ng bola na may diameter na humigit-kumulang 10 cm Bilang resulta ng panahon ng Great Unification, isang phase transition ng naganap ang pangunahing bagay, na sinamahan ng isang paglabag sa pagkakapareho ng density nito. Ang panahon ng Great Unification ay natapos humigit-kumulang 10?34 segundo mula sa sandali ng Big Bang, kung kailan ang density ng matter ay 10 74 g/cm³ at ang temperatura ay 10 27 K. Sa puntong ito ng oras, ang malakas na interaksyon ng nuklear ay hiwalay sa pangunahing pakikipag-ugnayan, na nagsisimulang gumanap ng mahalagang papel sa mga nilikhang kundisyon. Ang paghihiwalay na ito ay humantong sa susunod na yugto ng paglipat at malakihang pagpapalawak ng Uniberso, na humantong sa isang pagbabago sa density ng bagay at ang pamamahagi nito sa buong Uniberso.
Ang isa sa mga dahilan kung bakit kakaunti ang alam natin tungkol sa estado ng Uniberso bago ang inflation ay ang mga sumunod na pangyayari ay lubos na nagbago nito, na nakakalat ng mga pre-inflationary particle hanggang sa pinakamalayong sulok ng Uniberso. Samakatuwid, kahit na ang mga particle na ito ay napanatili, ang pagtuklas ng mga ito sa modernong bagay ay medyo mahirap.
Sa mabilis na pag-unlad ng Uniberso, ang mga malalaking pagbabago ay nagaganap, at kasunod ng panahon ng Great Unification ay dumating ang panahon ng inflation (10 -35 - 10 -32). Ang panahong ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng napakabilis na pagpapalawak ng batang Uniberso, iyon ay, inflation. Sa maikling sandaling iyon, ang Uniberso ay isang karagatan ng maling vacuum na may mataas na density ng enerhiya, salamat sa kung saan naging posible ang pagpapalawak. Kasabay nito, ang mga parameter ng vacuum ay patuloy na nagbabago dahil sa mga pagsabog ng quantum - pagbabagu-bago (space-time foaming).
Ipinapaliwanag ng inflation ang likas na katangian ng pagsabog sa panahon ng Big Bang, iyon ay, kung bakit naganap ang mabilis na paglawak ng Uniberso. Ang batayan para sa paglalarawan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ang pangkalahatang teorya ng relativity at quantum field theory ni Einstein. Upang ilarawan ang hindi pangkaraniwang bagay na ito, nagtayo ang mga physicist ng hypothetical inflator field na pumupuno sa lahat ng espasyo. Salamat sa mga random na pagbabagu-bago, kinuha ito sa iba't ibang mga halaga sa mga arbitrary na spatial na rehiyon at sa iba't ibang oras. Pagkatapos ang isang homogenous na pagsasaayos ng isang kritikal na sukat ay nabuo sa patlang ng inflator, pagkatapos kung saan ang spatial na rehiyon na inookupahan ng pagbabagu-bago ay nagsimulang mabilis na tumaas sa laki. Dahil sa pagnanais ng inflator field na sakupin ang isang posisyon kung saan ang enerhiya nito ay minimal, ang proseso ng pagpapalawak ay nakakuha ng isang pagtaas ng karakter, bilang isang resulta kung saan ang Uniberso ay nagsimulang tumaas sa laki. Sa sandali ng pagpapalawak (10 -34), ang maling vacuum ay nagsimulang maghiwa-hiwalay, bilang isang resulta kung saan ang mga particle at antiparticle ng mataas na enerhiya ay nagsimulang mabuo.
Ang panahon ng hadron ay darating sa kasaysayan ng Uniberso, isang mahalagang katangian kung saan ay ang pagkakaroon ng mga particle at antiparticle. Ayon sa mga modernong konsepto, sa unang microsecond pagkatapos ng Big Bang, ang Uniberso ay nasa estado ng quark-gluon plasma. Ang mga quark ay mga bahagi ng lahat ng mga hadron (proton at neutron), at ang mga neutral na particle, mga gluon, ay mga tagadala ng malakas na interaksyon, na nagsisiguro sa pagdikit ng mga quark sa mga hadron. Sa mga unang sandali ng Uniberso, ang mga particle na ito ay nabuo pa lamang at nasa isang malaya, gas na estado.
Ang chromoplasm ng mga quark at gluon ay karaniwang inihahambing sa likidong estado ng nakikipag-ugnayan na bagay. Sa yugtong ito, ang mga quark at gluon ay napalaya mula sa hadronic matter at maaaring malayang gumagalaw sa buong espasyo ng plasma, na nagreresulta sa pagbuo ng color conductivity.
Sa kabila ng napakataas na temperatura, ang mga quark ay lubos na nakagapos, at ang kanilang paggalaw ay kahawig ng paggalaw ng mga atomo sa isang likido kaysa sa isang gas. Gayundin, sa ilalim ng gayong mga kondisyon, ang isa pang yugto ng paglipat ay nangyayari, kung saan ang mga light quark na bumubuo sa bagay ay nagiging walang masa.
Ang mga obserbasyon ng CMB ay nagpakita na ang paunang kasaganaan ng mga particle kumpara sa bilang ng mga antiparticle ay isang bale-wala na bahagi ng kabuuan. At ang mga sobrang proton na ito ay sapat na upang lumikha ng bagay ng Uniberso.
Ang ilang mga siyentipiko ay naniniwala na mayroon ding pagtatago ng bagay sa panahon ng hadron. Ang carrier ng nakatagong masa ay hindi kilala, ngunit ang mga elementarya na particle tulad ng mga axion ay itinuturing na pinaka-malamang.
Habang umuunlad ang pagsabog, bumaba ang temperatura at pagkatapos ng isang ikasampu ng isang segundo ay umabot sa 3*10 10 degrees Celsius. Sa isang segundo - sampung libong milyong degree, at sa labintatlong segundo - tatlong libong milyon. Ito ay sapat na para sa mga electron at positron upang magsimulang mapuksa nang mas mabilis. Ang enerhiya na inilabas sa panahon ng paglipol ay unti-unting nagpabagal sa bilis ng paglamig ng Uniberso, ngunit ang temperatura ay patuloy na bumababa.
Ang panahon mula 10-4 - 10 s ay karaniwang tinatawag na panahon ng mga lepton. Kapag ang enerhiya ng mga particle at photon ay bumaba ng isang daang beses, ang bagay ay napuno ng mga lepton-electron at positron. Ang panahon ng lepton ay nagsisimula sa pagkabulok ng mga huling hadron sa mga muon at muon neutrino, at nagtatapos pagkaraan ng ilang segundo, nang ang enerhiya ng photon ay biglang nabawasan at ang pagbuo ng mga pares ng electron-positron ay tumigil.
Mga isang daan ng isang segundo pagkatapos ng Big Bang, ang temperatura ng Uniberso ay 10 11 degrees Celsius. Ito ay mas mainit kaysa sa gitna ng anumang bituin na alam natin. Napakataas ng temperaturang ito na wala sa mga bahagi ng ordinaryong bagay, mga atomo at molekula, ang maaaring umiral. Sa halip, ang batang Uniberso ay binubuo ng elementarya na mga particle. Ang isa sa mga particle na ito ay mga electron, mga particle na may negatibong sisingilin na bumubuo sa mga panlabas na bahagi ng lahat ng mga atomo. Ang iba pang mga particle ay mga positron, mga particle na may positibong charge na may mass na eksaktong katumbas ng mass ng isang electron. Bilang karagdagan, mayroong isang neutrino iba't ibang uri- mga makamulto na particle na walang mass o electrical charge. Ngunit ang mga neutrino at antineutrino ay hindi naglipol sa isa't isa, dahil ang mga particle na ito ay nakikipag-ugnayan nang mahina sa isa't isa at sa iba pang mga particle. Kung kaya't dapat pa rin silang matagpuan sa paligid natin, at maaari silang maging magandang paraan pagsubok sa modelo ng mainit na unang bahagi ng Uniberso. Gayunpaman, ang enerhiya ng mga particle na ito ay masyadong mababa ngayon upang obserbahan ang mga ito.
Sa panahon ng mga lepton, mayroong mga particle tulad ng mga proton at neutron. At sa wakas, nagkaroon ng liwanag sa Uniberso, na, ayon sa quantum theory, ay binubuo ng mga photon. Sa proporsyonal, mayroong isang libong milyong mga electron bawat neutron at proton. Ang lahat ng mga particle na ito ay patuloy na ipinanganak mula sa purong enerhiya, at pagkatapos ay nilipol, na bumubuo ng iba pang mga uri ng mga particle. Ang densidad sa unang bahagi ng Uniberso sa ganoong kataas na temperatura ay apat na libong milyong beses na mas malaki kaysa sa tubig.
Gaya ng nabanggit kanina, sa panahong ito nangyayari ang masinsinang paggawa ng iba't ibang uri ng ghost neutrino, na tinatawag na relict neutrino, sa mga reaksyong nuklear.
Nagsisimula ang panahon ng radiation, sa simula kung saan ang Uniberso ay pumasok sa panahon ng radiation. Sa simula ng panahon (10 s), ang radiation ay masinsinang nakipag-ugnayan sa mga sisingilin na particle ng mga proton at electron. Dahil sa pagbaba ng temperatura, lumamig ang mga photon, at bilang resulta ng maraming pagkalat sa mga umuurong na particle, bahagi ng kanilang enerhiya ang natangay.
Mga isang daang segundo pagkatapos ng Big Bang, bumaba ang temperatura sa isang libong milyong digri, na siyang temperatura ng pinakamainit na bituin. Sa ilalim ng gayong mga kondisyon, ang enerhiya ng mga proton at neutron ay hindi na sapat upang labanan ang malakas na atraksyon ng nukleyar, at nagsisimula silang pagsamahin sa isa't isa, na bumubuo ng nuclei ng deuterium - mabigat na hydrogen. Pagkatapos, ang Deuterium nuclei ay magkakabit ng iba pang mga neutron at proton at magiging helium nuclei. Pagkatapos, nabuo ang mas mabibigat na elemento - lithium at beryllium. Ang pangunahing pagbuo ng atomic nuclei ng nascent substance ay hindi nagtagal. Pagkaraan ng tatlong minuto, nagkalat ang mga particle nang napakalayo kaya naging bihira na ang mga banggaan. Ayon sa mainit na modelo ng Big Bang, humigit-kumulang isang-kapat ng mga proton at neutron ay naging mga atom ng helium, hydrogen at iba pang mga elemento. Ang natitirang elementarya na mga particle ay nabulok sa mga proton, na kumakatawan sa nuclei ng ordinaryong hydrogen.
Ilang oras pagkatapos ng Big Bang, huminto ang pagbuo ng helium at iba pang elemento. Sa loob ng isang milyong taon, patuloy na lumawak ang Uniberso at halos wala nang nangyari. Ang bagay na umiiral sa oras na iyon ay nagsimulang lumawak at lumamig. Makalipas ang ilang sandali, pagkatapos ng daan-daang libong taon, bumaba ang temperatura sa ilang libong digri, at ang enerhiya ng mga electron at nuclei ay naging hindi sapat upang madaig ang electromagnetic attraction na kumikilos sa pagitan nila. Nagsimula silang magbanggaan sa isa't isa, na bumubuo ng mga unang atomo ng hydrogen at helium (Larawan 2).
Mga artikulo sa paksa
