Большой взрыв. Именно так мы называем великое начало всего, что мы видим вокруг себя. Это очень звучная формулировка события, которое, вероятно, является самым важным из когда-либо происходивших.
Но откуда мы знаем, что Большой взрыв действительно произошёл? Может быть это просто выдумка учёных в попытке объяснить необъяснимые явления, происходящие в космосе? Нет. Есть чёткие научные данные, которые не оставляют места для сомнений в правильности теории Большого взрыва.
Существует три основных факта, которые это подтверждают.
Факт 1. Вселенная расширяется
Это первое из основных свидетельств, которые говорят нам, что в какой-то момент всё, что мы видим в космосе, было «сконцентрировано» в одной точке.
Расширение Вселенной было открыто Эдвином Хабблом в 20-х годах прошлого века. Этот астроном, один из самых знаменитых за всю историю человечества, посвятил свою научную деятельность изучению туманностей. В ходе своих исследований он обнаружил, что за пределами нашей Галактики что-то есть. И еще ему удалось выяснить, что большие небесные объекты двигались. И не просто двигались: они удалялись от одной и той же точки! Но и это еще не всё. Потому что чем дальше они находились, тем быстрее они удалялись!
Наблюдения Хаббла показали, что Вселенная расширяется. Что, собственно, и натолкнуло учёного на мысль, что в какой-то момент времени она была сосредоточена в одной точке. Это стало понятно после того, как Эдвин Хаббл описал скорость каждого объекта, измерив её в соответствии с его «красным смещением». Этот процесс происходит, когда источник света увеличивает свою длину волны. Из-за того, что он удаляется от нас.
Факт 2. Фоновое излучение
В 1948 году физики Гамов, Альфер и Герман предсказали существование особого вида космического излучения – реликтового (фонового). Однако зафиксировать его не удавалось. Это произошло в 1965 году, когда инженеры Арно Пензиас и Роберт Уилсон построили радиометр (прибор, который они намеревались использовать для проверки спутниковой связи), и обнаружили шум, от которого не могли избавиться.
Спустя несколько лет и благодаря тому, что другие исследователи тоже искали излучение, предсказанное теорией, Пензиасу и Уилсону удалось не только подтвердить своё открытие, но и измерить предполагаемую температуру фонового излучения. Она оказалась равна 2,8 Кельвина. Что очень близко к абсолютному нулю.
Но что такое фоновое излучение? Это непрекращающийся шум во Вселенной. Ничто иное, как «эхо» начала времён.
Факт 3. Состав Вселенной
Хотя в нашей повседневной жизни мы привыкли иметь дело с множеством самых разных химических элементов, правда состоит в том, что это, на самом деле, лишь исключение, подтверждающее правило. Потому что Вселенная на 3/4 состоит из водорода. Недостающая 1/4 – это почти всё гелий. Эти два элемента – самые лёгкие из всех существующих. Фактически, они отвечают за 98% общей массы Вселенной. (Если не брать в расчёт массу гипотетической темной материи, природу которой учёные до сих пор не понимают).
То, что мы видим каждый день, является во Вселенной чем-то очень редким. Это было доказано в 1950-х годах, когда исследователи поняли, что редкие «атомы» возникают только в результате процессов, происходящих в звёздах. Наблюдаемые количества материи во Вселенной точно совпадают с теми, которые можно было бы ожидать, если бы она достаточно остыла в течение трех минут после Большого взрыва. Так показывают расчёты.
Большой взрыв
Итак, мы рассмотрели три основных доказательства того, что Большой взрыв действительно когда-то произошёл. В какой-то момент времени Вселенная была, грубо говоря, маленьким шаром энергии, наполненным супом из частиц. Хотя это очень трудно описать, мы должны понимать, что в то время не было ни времени, ни пространства. По крайней мере в том виде, в каком мы их знаем. Эта сингулярность (где значения стремятся к бесконечности) вдруг «взорвалась» и расширилась до величины, которую мы просто не можем себе представить. Именно в этот момент «появилась» Вселенная, пространство и время.
За этим событием последовало хаотическое безумие субатомных частиц, движущихся с релятивистскими скоростями в растущем пространстве. Космос испытал то, что известно как космическая инфляция. Это был период экспоненциального расширения всего, что существует. Чуть позже всё остыло. Во время этого процесса произошло явление под названием «бариогенез», которое наука до конца не понимает. По неизвестной причине материя и антиматерия распределились асимметрично. И антиматерия встречается в космосе, насколько сегодня известно, гораздо реже обычной материи.
По мере дальнейшего охлаждения Вселенной субатомные частицы и фундаментальные силы обретали определённую форму, что выражалось в появлении известных нам физических законов (более или менее). Когда Вселенная остыла, она перестала быть колоссальной массой излучения и превратилась в концентрированные области массы. Через 300 000 лет появились первые атомы. В этот момент излучение отделилось от атомов, создав фоновое излучение, которое мы и видим.
Атомы создали материю, сжимающуюся под действием гравитации. Появились первые звёзды и звёздные системы. До этого также появилась всем известная тёмная материя. А также таинственная тёмная энергия. С тех времён прошло примерно 13,8 миллиарда лет. Это долгий период времени. Который начался с чего-то, о чем мы пока мало что знаем.