Теория большого взрыва

Средняя плотность Вселенной  в результате расширения постепенно понижается. Из этого следует, что  в прошлом плотность Вселенной  была больше, чем в настоящее время. Можно предположить, что в глубокой древности (примерно десять миллиардов лет назад) плотность Вселенной была очень большой.

Кроме того высокой должна была быть и температура, настолько  высокой, что плотность излучения  превышала плотность вещества. Иначе говоря энергия всех фотонов содержащихся в 1 куб. см была больше суммы общей энергии частиц, содержащихся в 1 куб. см. На самом раннем этапе, в первые мгновения “Большого Взрыва” вся материя была сильно раскаленной  и густой смесью частиц, античастиц и высокоэнергичных гамма-фотонов. Частицы при столкновении с соответствующими античастицами аннигилировали, но  возникающие гамма-фотоны моментально материализовались в частицы и античастицы.

Подробный анализ показывает, что температура вещества Т понижалась во времени в соответствии с простым соотношением :

 

                                      

 

Зависимость температуры  Т от времени t дает нам возможность  определить, что например, в момент, когда возраст Вселенной исчислялся всего одной десятитысячной секунды,  её температура представляла  один  биллион Кельвинов.

А далее хочу привести отрывок из книги Стивена Вайнберга  «Первые три минуты». 
«В начале был взрыв, взрыв который произошел одновременно везде, заполнив с самого начало всё пространство, причём каждая частица материи устремилась прочь    от любой другой частицы.

Примерно через одну сотую долю секунды температура  Вселенной была равна примерно  10 в 11-ой  градусов. Вещество, разлетавшееся в разные стороны в таком взрыве, состояло из различных типов элементарных частиц. Один тип частиц, присутствовавших в больших количествах, - электроны, отрицательно заряженные частицы, которые переносятся электрическим током и образуют внешние части всех атомов и молекул нашей теперешней Вселенной. Другой тип частиц, имевшихся в изобилии на ранней стадии, - позитроны, положительно заряженные частицы с массой, в точности равной массе электрона. В ранней Вселенной число позитронов почти точно равнялось числу электронов. Вдобавок к электронам и позитронам было примерно одинаковое количество нейтрино различных типов -  призрачных частиц, не имеющих вообще ни массы, ни электрического заряда. Наконец, Вселенная была заполнена светом. Его не следует рассматривать отдельно от частиц - квантовая теория говорит нам, что свет состоит из частиц нулевой массы и нулевого электрического заряда, известных под названием фотонов. Каждый фотон несет определенную порцию энергии и импульса, зависящую от длины волны света. Чтобы описать тот свет, который заполнял раннюю Вселенную, мы можем сказать, что число и средняя энергия фотонов были примерно такими же, как у электронов, позитронов или нейтрино. Эти частицы — электроны, позитроны, нейтрино, фотоны   непрерывно рождались из чистой энергии и затем весьма быстро вновь аннигилировали. Поэтому число этих частиц не было предопределено заранее, а определялось балансом между процессами рождения и аннигиляции. Из этого баланса можно вывести, что плотность такого космического супа при температуре сотни тысяч миллионов градусов была примерно в четыре тысячи миллионов раз больше, чем у воды. Кроме того, имелась небольшая примесь более тяжелых частиц — протонов и нейтронов (Протоны положительно заряжены; нейтроны чуть тяжелее и электрически нейтральны.). Пропорции составляли примерно один протон и один нейтрон на каждую тысячу миллионов электронов, или позитронов, или нейтрино, или фотонов. Это число - тысяча миллионов фотонов на одну ядерную частицу — является критической величиной, которая должна браться из наблюдений в целях построения стандартной модели Вселенной. Открытие космического фона излучения, в действительности представляло собой измерение этого числа. В процессе развития взрыва температура падала, достигнув через одну десятую секунды тридцати тысяч миллионов  градусов Цельсия, через одну секунду - десяти тысяч миллионов градусов и через четырнадцать секунд — трех тысяч миллионов градусов. Это уже было достаточно прохладно для того, чтобы электроны и позитроны начали аннигилировать быстрее, чем они могли рождаться вновь фотонами или нейтрино. Энергия, выделявшаяся при такой аннигиляции вещества, постепенно замедляла скорость охлаждения Вселенной, но температура продолжала падать, достигнув на конец одной тысячи миллионов градусов в конце первых трех минут. Тут уже стало достаточно прохладно для того, чтобы протоны и нейтроны начали образовывать сложные ядра, начиная с ядра тяжелого водорода (дейтерия), состоящего из одного протона и одного нейтрона. Плотность была все еще достаточно велика (чуть меньше плотности воды), так что эти легкие ядра были способны быстро объединяться в более стабильные легкие ядра, такие, как ядра гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. В конце первых трех минут Вселенная содержала главным образом свет, нейтрино и антинейтрино. Кроме того, имелось небольшое количество ядерного материала, состоявшего к этому моменту примерно на 73 процента из ядер водорода и на 27 из ядер гелия, и столь же малое количество электронов, оставшихся от эры электрон-позитронной аннигиляции. Эта материя продолжала расширяться, становясь постепенно холоднее и разреженнее. Значительно позже, через несколько сотен тысяч лет, стало уже достаточно холодно для того, чтобы электроны смогли объединиться с ядрами, образовав атомы водорода и гелия. Образовавшийся газ начал под действием гравитации образовывать сгустки, которые, в конце концов, сконденсировались, образовав галактики и звезды нынешней Вселенной. Однако звезды начали свою жизнь как раз с теми составными элементами, которые были изготовлены в первые три минуты». 

 

 

 

 

 

 

5. КРИТИКА СОВРЕМЕННОЙ ТЕОРИИ «БОЛЬШОГО ВЗРЫВА»

По современным представлениям, наблюдаемая нами сейчас Вселенная возникла около 15 миллиардов лет назад из некоторого начального "сингулярного" состояния с бесконечно большими температурой и плотностью и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается.

Наша вселенная является реально существующим объектом, а не философским понятием, и не может быть создана из объекта, находящегося в сингулярном состоянии. Это противоречит здравому смыслу. Объект может сжиматься в сторону бесконечности, но как только сжатие закончится, у любого объекта будут реально существующие параметры.

Такое понятие, как температура, вообще неприемлемо к такому объекту. Мы ведь не считаем элементарные частицы  горячими, если они не разогнаны  до высоких скоростей. А элементарные частицы имеют более высокую  энергию, чем фотоны. Температура - это броуновское движение молекул. Этих самых молекул у данного объекта и не было.

Согласно этой теории Большого Взрыва, дальнейшая эволюция зависит от измеримого экспериментально параметра r - средней плотности вещества в современной Вселенной. Если r меньше некоторого (известного из теории) критического значения rc, Вселенная будет расширяться вечно; если же r > rc , то процесс расширения когда-нибудь остановится и начнется обратная фаза сжатия, возвращающая к исходному сингулярному состоянию.

Если и сейчас Вселенная расширяется, а значит, плотность материи недостаточна для создания такого мощного гравитационного поля, которое заставило бы нашу Вселенную сжиматься, то в будущем плотность материи станет ещё меньше, а, соответственно уменьшится и гравитационное поле. И вообще, никакого влияния гравитационного поля, на структуру Вселенной не заметно. Под влиянием гравитационного поля, движение галактик, должно быть искривлено. Физики преувеличивают значение гравитации на эволюцию Вселенной.

Разбегание галактик происходит равномерно по всем сторонам. Это возможно только в том случае, если наша Вселенная не имеет общего центра вращения. Иначе с разных сторон, галактики бы удалялись и приближались с разной скоростью. Из закона Хаббла можно сделать вывод: «Наша Вселенная не имеет общей точки вращения, а, значит, гравитационное поле не сможет заставить Вселенную сжаться. Это сделают другие силы».

Все нужные сведения и  закономерности из этих разделов являются надежно установленными, поэтому  получаемую с их помощью информацию относительно эволюции системы можно считать вполне достоверной. Принципиальные трудности возникают лишь при попытке продвинуться еще ближе к "началу мира", т.е. внутрь первой сотой доли секунды.

Здесь явное желание  выдать желаемое за действительное. Физики не только не знают первые минуты Большого Взрыва, но не могут объяснить и современное состояние Вселенной. Они не знают, как возникли спиральные галактики, как сохраняют свою структуру, как эти галактики эволюционируют и как становятся шаровыми галактиками. Да и какие силы могут заставить Вселенную сжаться, тоже не знают. И какие силы, заставляют Вселенную, расширяется, для физиков тоже тёмный лес.

По данным современной  наблюдательной астрономии звезды во Вселенной группируются в галактики, которые, в свою очередь, также образуют скопления. Представление о порядках величин дают следующие цифры: наша Галактика содержит ~ 1011 звезд и имеет форму линзы диаметром 80 тысяч световых лет и толщиной ~ 30 тысяч световых лет.

Да все спиральные галактики имеют форму линзы, а вот толщина этих "линз" прямопропорциональна термоядерным процессам, происходящим в галактиках. Этот феномен современная физика объяснить не может, так как считает, что элементарные частицы состоят из кварков. На самом деле элементарные частицы состоят из кванта энергии и вакуума, имеющего сложное строение. Именно вакуум превращает волну в корпускулу. При термоядерной реакции выделяется не только энергия, но и вакуум, со всеми его структурами, в том числе и с носителем гравитационного поля. Этот тип гравитации называется «Линейным». Именно Линейная гравитация притягивает звёзды к плоскости спиральных галактик. Уменьшатся термоядерные реакции в галактике, и галактики, из спиральных, будут превращаться в шаровые.

Данные наблюдений показывают, что в крупных масштабах Вселенная однородна и изотропна. Грубо говоря, это означает, что в любой сфере с фиксированным достаточно большим диаметром (достаточным считается число ~ 300 миллионов световых лет) содержится приблизительно одинаковое число галактик. Утверждение об однородности и изотропности Вселенной в больших масштабах принято называть Космологическим Принципом.

Однородность и изотропность вселенной никак не вяжется с  взрывным процессом. Ни при одном  взрыве такого быть не может. Это возможно только в том случае, когда всё вещество Вселенной, возникло по всему объёму Вселенной, а не из одной точки.

Количественным итогом этих наблюдений является сформулированный в 1929 году Хабблом "закон разбегания", согласно которому, все галактики (в среднем) удаляются от нас, и скорость этого разбегания u приблизительно пропорциональна расстоянию R до рассматриваемой галактики.

Если бы галактики  удалялись от нас, то никакого Космологического Принципа не могло бы быть. Галактики  удаляются не от нас, а друг от друга.

Наглядной моделью такого разбегания может послужить надуваемый резиновый шарик с нанесенными  хаотически на его поверхность точками - "галактиками": при надувании  все эти точки будут удаляться  друг от друга в точном соответствии с законом Хаббла.

В резиновый шарик  надувают газ, а что надувается в  нашу вселенную, что бы она расширялась? Точки "разбегаются на поверхности  шарика (на плоскости), а наша Вселенная увеличивается во всём объёме. Это хороший образ, но он не объясняет природы данного явления. К образным примерам прибегают тогда, когда нет реальных знаний. Наша Вселенная увеличивается в объёме за счёт термоядерных реакций, происходящих в звёздах. Как только термоядерные реакции замедлятся, Вселенная начнёт сжиматься.

Это модель "двумерного замкнутого мира". Аналогичный "открытый мир" можно представить в виде резиновой плоскости с нанесенными точками, равномерно растягивающейся во всех направлениях.

И опять это плоскость. И опять это образ. Никакое  образное сравнение, не может заменить знание природы расширения вселенной. Удаление галактик связано не только с расстоянием, но и с термоядерными процессами, происходящими в галактиках. Но уже в конце сороковых годов появились первые работы физиков-теоретиков, в которых предсказывалось, что в настоящий момент вся Вселенная должна быть заполнена равновесным электромагнитным излучением с эффективной температурой в несколько градусов Кельвина.

Это означает, что взрыв  был не точечным, а равномерным  по всему объёму Вселенной.

Вследствие того же эффекта Доплера излучение прямо по направлению движения должно казаться немного более горячим, а в обратном направлении - более холодным. Эти небольшие (порядка 10- 3 от основной величины) вариации температуры были обнаружены экспериментально, и они имеют характерную угловую зависимость. По этим данным можно вычислить скорость движения Земли относительно этого "нового эфира", образованного фоном реликтового излучения. В итоге получается значение порядка 600 км/с.

           

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наши дни с полным основанием называют золотым веком астрофизики - замечательные и чаще всего неожиданные открытия в мире звезд следуют сейчас одно за другим. Солнечная система стала последнее время предметом прямых экспериментальных, а не только наблюдательных исследований.  Полеты межпланетных космических станций, орбитальных лабораторий, экспедиции на Луну принесли множество новых конкретных знаний о Земле, околоземном пространстве, планетах, Солнце.

Мы живем в эпоху  поразительных научных открытий и великих свершений. Самые невероятные фантазии неожиданно быстро реализуются. С давних пор люди мечтали разгадать тайны Галактик, разбросанных в беспредельных просторах Вселенной. Приходится только поражаться, как быстро наука выдвигает различные гипотезы и тут же их опровергает.  Однако астрономия не стоит на месте: появляются новые способы наблюдения, модернизируются старые.

В пользу теории «Большого  взрыва» говорят: реликтовое излучение, характер распространения химических элементов во Вселенной. Но все же остаются много неразрешенных вопросов на которые мы пока не в состоянии дать ответ.

Во-первых, теория не  дает ответа на следующие вопросы:

1. Что заставило вещество Вселенной расширяться?
2. Что происходило до начала расширения, до момента сингулярности?
3. Конечны ли пространство и масса? Откуда они берутся?

Во-вторых, допускается разбегание некоторых частиц со скоростями, в несколько раз превышающими скорость света. Так же в теории указываются ограничения на возможную плотность вещества (не более 10⁹⁶), хотя с другой стороны выдвигается гипотеза о первоначальной точечности Вселенной, а следовательно и все-таки о бесконечной плотности (т.к. масса бесконечна).

В-третьих, довольно абстрактно, альтернативно рассматриваются такие вопросы, плотно примыкающие к теории «Большого взрыва», как границы и открытость Вселенной, евклидова и неевклидова модель Вселенной.

Наконец, не находят веского фактического  подтверждения (хотя по теоретическим выкладкам все получается хорошо и главное – «удобно» ) существование таких частиц как гипероны, мезоны.

То есть все методы анализа полученных данных, исследования, выдвижения гипотез осуществляются при довольно высокой степени  допущений. Такая степень не позволительна  для гипотезы, хотя может быть и  подходит для столь глобальной теории.

Остается только верить или надеяться, что космология когда-либо заполнит эти «белые дыры», сделает свои выводы обоснованными и по возможности фактически подтвержденными.

Кстати, о «белых дырах». Вероятнее всего, именно их изучение позволит нам узнать ответы на многие вопросы, потому что существует гипотеза: именно белые дыры являются кусками первозданной сингулярности, первозданного ядра расширения.

В этом направлении, по-видимому, и стоит ждать новых открытий в данной области, т.к. данный вопрос в целом является еще не полностью изученным и требует серьёзных исследований.

Да, сегодня нам известно уже многое о строении Вселенной  и ее отдельных' объектов. Но... с каждым годом расширяется горизонт науки, расширяются пределы в пространстве и времени, до которых проникает человеческий разум. И, как говорил римский философ Сенека, несомненно, что на долю наших потомков останется большая часть истин, еще не открытых...