From Wikipedia, the free encyclopedia
Вялі́кі вы́бух (англ.: Big Bang) — гіпатэтычны пачатак пашырэння Сусвету, перад якім Сусвет знаходзіўся ў сінгулярным стане.
Звычайна зараз аўтаматычна злучаюць тэорыю Вялікага выбуху з мадэллю гарачага Сусвету, але гэтыя канцэпцыіі незалежныя адна ад адной. Гістарычна склалася ўяўленне пра халодны пачатковы Сусвеце паблізу Вялікага выбуху. Менавіта спалучэнне тэорыі Вялікага выбуху з тэорыяй гарачага Сусвету, якое падмаццоўваецца існаваннем рэліктавага выпраменьвання, разглядаецца далей.
Паводле сучасных уяўленняў, назіраны намі цяпер Сусвет узнік 13,77 ± 0,059 млрд гадоў назад[1][2][3] з некаторага пачатковага сінгулярнага стану і з тых часоў бесперапынна пашыраецца і астуджаецца. Згодна вядомым абмежаванням па прымянімасці сучасных фізічных тэорый, найболей раннім момантам, які можна апісаць, лічыцца момант Планкаўскай эпохі з тэмпературай прыкладна 1032 К (Планкаўская тэмпература) і шчыльнасцю каля 1093 г/см³ (Планкаўская шчыльнасць). Ранні Сусвет уяўляў сабою высока-аднароднае і ізатропнае асяроддзе з незвычайна высокай шчыльнасцю энергіі, тэмпературай і ціскам. У выніку расшырэння і астуджэння ў Сусвеце адбыліся фазавыя пераходы, аналагічныя кандэнсацыі вадкасці з газу, але ў дачыненні да элементарным часціц.
Прыблізна праз 10−35 секунд пасля наступлення Планкаўскай эпохі (Планкаўскі час — 10−43 секунд пасля Вялікага выбуху, у гэты час гравітацыйнае ўзаемадзеянне адлучылася ад астатніх фундаментальных узаемадзеянняў) фазавы пераход выклікаў экспанентнае расшырэнне Сусвету. Гэты перыяд атрымаў назву Касмічнай інфляцыі. Пасля заканчэння гэтага перыяду будаўнічы матэрыял Сусвету ўяўляў сабою кварк-глюонную плазму. Праз некаторы час тэмпература ўпала да значэнняў, пры якіх стаў магчымы наступны фазавы пераход, які называецца барыягенезісам. На гэтым этапе кваркі і глюоны злучыліся ў барыёны, такія як пратоны і нейтроны. Пры гэтым адначасна адбывалася асіметрычнае ўтварэнне як матэрыі, якая пераважала, так і антыматэрыі, якія ўзаемна анігілявалі, ператвараючыся ў выпраменьванне.
Далейшае падзенне тэмпературы прывяло да наступнага фазавага перахода — утварэння фізічных сіл і элементарных часціц у іх сучаснай форме. Пасля чаго наступіла эпоха нуклеасінтэзу, пры якой пратоны, злучаючыся з нейтронамі, утварылі ядры дэйтэрыя, гелія-4 і яшчэ некалькіх лёгкіх ізатопаў. Пасля далейшага падзення тэмпературы і расшырэння Сусвету надышоў наступны пераходны момант, пры якім гравітацыя стала дамінантнай сілай. Праз 380 тысяч гадоў пасля Вялікага выбуху тэмпература зменшылася настолькі, што стала магчымым існаванне атамаў вадарода (да гэтага працэсы іанізацыі і рэкамбінацыі пратонаў з электронамі знаходзіліся ў раўнавазе).
Пасля эры рэкамбінацыі матэрыя стала празрыстай для выпрамянення, якое, свабодна разыходзячыся ў прасторы, дайшло да нас у выглядзе рэліктавага выпраменьвання.
Экстрапаляцыя назіранага расшырэння Сусвету назад у часе прыводзіць, пры выкарыстанні агульнай тэорыі адноснасці і некаторых іншых альтэрнатыўных тэорый гравітацыі, да бясконцай шчыльнасці і тэмпературы ў канечны момант часу ў мінулым. Памеры Сусвету тады былі роўныя нулю — ён быў сціснуты ў кропку. Гэты стан называецца касмалагічнай сінгулярнасцю (часта касмалагічную сінгулярнасць вобразна называюць «нараджэннем» Сусвету). Немагчымасць пазбегнуць сінгулярнасці ў касмалагічных мадэлях агульнай тэорыі адноснасці была даказана, у ліку іншых тэарэм пра сінгулярнасці, Р. Пенроўзам і С. Хокінгам у канцы 1960-х гадоў.
Тэорыя Вялікага выбуху не дае ніякай магчымасці гаварыць пра што-небудзь, што папярэднічала гэтаму моманту (таму што наша матэматычная мадэль прасторы-часу ў момант Вялікага выбуху губляе прымянімасць, пры гэтым тэорыя зусім не адмаўляе магчымасць існавання чаго-небудзь да Вялікага выбуху). Гэта сігналізуе пра недастатковасць апісання Сусвету класічнай агульнай тэорыяй адноснасці.
Наколькі блізка да сінгулярнасці можна экстрапаляваць вядомую фізіку, з'яўляецца прадметам навуковых дэбатаў, але практычна агульнапрынята, што дапланкаўскую эпоху разглядаць вядомымі метадамі нельга. Праблема існавання сінгулярнасці ў дадзенай тэорыі з'яўляецца адным са стымулаў пабудовы квантавай і іншых альтэрнатыўных тэорый гравітацыі, якія імкнуцца вырашыць гэту праблему.
Існуе некалькі гіпотэз пра ўзнікненне бачнага Сусвету (некаторыя сабраны ў відэа BBC: Горизонт. Что было до большого взрыва?):
Паводле тэорыі Вялікага выбуху, далейшая эвалюцыя залежыць ад эксперыментальна вымернага параметра — сярэдняй шчыльнасці рэчыва ў сучасным Сусвеце. Калі шчыльнасць не перасягае некаторага (вядомага з тэорыі) крытычнага значэння, Сусвет будзе пашырацца вечна, калі ж шчыльнасць больш крытычнай, тое працэс пашырэння некалі спыніцца і пачнецца зваротная фаза сціскання, якая вяртае да зыходнага сінгулярнага стану. Сучасныя эксперыментальныя дадзеныя адносна велічыні сярэдняй шчыльнасці яшчэ недастаткова надзейныя, каб зрабіць адназначны выбар паміж двума варыянтамі будучыні Сусвету.
Ёсць шэраг пытанняў, на якія тэорыя Вялікага выбуху адказаць пакуль не можа, аднак асноўныя яе палажэнні абгрунтаваны надзейнымі эксперыментальнымі дадзенымі, а сучасны ўзровень тэарэтычнай фізікі дазваляе цалкам верагодна апісаць эвалюцыю такой сістэмы ў часе, з выключэннем самага пачатковага этапу — парадку сотай долі секунды ад «пачатку свету». Для тэорыі важна, што гэта нявызначанасць на пачатковым этапе фактычна аказваецца неістотнай, бо стан Сусвету, узніклы пасля праходжання дадзенага этапу, і яго наступную эвалюцыю можна апісаць цалкам верагодна.
Спачатку тэорыя Вялікага выбуху звалася «дынамічнай эвалюцыявальнай мадэллю». Упершыню тэрмін «Вялікі выбух» (Big Bang) ужыў Фрэд Хойл у сваёй лекцыі ў 1949 (сам Хойл прытрымліваўся гіпотэзы «бесперапыннага нараджэння» матэрыі пры пашырэнні Сусвету). Ён сказаў:
«Гэта тэорыя заснавана на здагадцы, што Сусвет паўстала падчас аднаго-адзінюткага магутнага выбуху і таму існуе толькі канчатковы час… Гэта ідэя Вялікага выбуху здаецца мне зусім нездавальняльнай».
Апроч тэорыі Сусвету, які пашыраецца была таксама тэорыя, што Сусвет стацыянарны, то бок не эвалюцыянуе і не мае ні пачатку, ні канца ў часе. Частка прыхільнікаў такога пункту погляду адпрэчваюць пашырэнне Сусветам, а чырвонае зрушэнне тлумачаць гіпотэзай пра «старэнне» святла. Аднак, як высветлілася, гэта гіпотэза супярэчыць назіранням, прыкладам, назіранай залежнасці працягласці выбліскаў звышновых ад адлегласці да іх[11][12][13]. Іншы варыянт, што не адмаўляе пашырэння Сусвету, пададзены тэорыяй стацыянарнага Сусвету Ф. Хойла. Яна таксама дрэнна дапасуецца з назіраннямі[13].
Апроч таго, у тэорыі Вялікага выбуху не разглядаецца пытанне пра прычыны ўзнікнення сінгулярнасці, ці матэрыі і энергіі для яе ўзнікнення, звычайна проста пастулюецца яе безпачатковасць. Лічыцца, што адказ на пытанне пра існаванне і паходжанне пачатковай сінгулярнасці дасць тэорыя квантавай гравітацыі.
Ёсць таксама некаторы лік назіральных фактаў, дрэнна ўзгодненых з ізатропнасцю і аднастайнасцю назіранага Сусвету: наяўнасць пераважнага кірунку кручэння галактык[14][15], неаднастайнасці ў размеркаванні галактык на вялікіх даступных маштабах, вось зла.
У афіцыйнай навуцы СССР тэорыя Вялікага выбуху спачатку была ўспрынята з насцярогай. Так, у 1955 г. адзін савецкі аўтар пісаў: «Марксісцка-ленінская дактрына пра бясконцы Сусвет з'яўляецца фундаментальнай аксіёмай у падставе савецкай касмалогіі… Адмаўленне ці ўнікненне гэтай тэзы… няўхільна вядзе да ідэалізму і фідэізму, то бок, у канчатковым выніку, да адмаўлення касмалогіі і, такім чынам, не мае нічога агульнага з навукай»[16]. Хоць тэорыя Вялікага выбуху і была, урэшце, успрынята савецкімі навукоўцамі і філосафамі, і ўсё ж да самога распаду СССР у філасофскіх слоўніках быў замацаваны пастулат пра бясконцасць і вечнасці матэрыі. Пры гэтым дэкларавалася, што тэорыя Вялікага выбуху справядлівая толькі для Метагалактыкі, а Метагалактыка — гэта яшчэ не ўвесь Сусвет, «Вялікі Выбух» не пачаў Сусвет, а ўсяго толькі чарговы пераход нястворнай і незнішчальнай матэрыі з аднаго стану ў іншы[17]. У 3-м выданні Вялікай савецкай энцыклапедыі сказана: «Факт узаемнага выдалення галактык, складнікаў Метагалактыкі, сведчыць пра тое, што некаторы час таму назад яна знаходзілася ў якасна іншым стане і была шчыльнейшай… Узрост Метагалактыкі часам прымаюць за ўзрост Сусвету, што характэрна для прыхільнікаў атаяснення Метагалактыкі з Сусвету ў цэлым. Сапраўды, гіпотэза пра існаванне ў Сусвеце многіх метагалактык, размешчаных проста на некаторых адлегласцях адзін ад аднаго, не знаходзіць ніякіх пацверджанняў. Аднак вынікае прымаць да ўвагі магчымасць складанейшых суадносін паміж Метагалактыкай і Сусветам у цэлым і нават паміж асобнымі мета галактыкамі: у гэтак вялікіх аб'ёмах прасторы прынцыпы эўклідавай геаметрыі апынаюцца ўжо недастасоўнымі. Гэтыя суадносіны могуць быць складаны і ў тапалагічным дачыненні. Нельга выключаць і магчымасць таго, што кожная зараджаная элементарная часціца можа быць эквівалентная цэлай сістэме галактык, то бок складацца з такой сістэмы. Магчымасці такіх, складанейшых суадносін, павінны таксама ўлічвацца касмалогіяй. Таму яшчэ дачасу казаць, што ёсць якія-небудзь дадзеныя пра ўзрост Сусвета у цэлым»[18].
22 лістапада 1951 года Папа Рымскі Пій XII абвясціў, што тэорыя Вялікага выбуху не супярэчыць каталіцкім уяўленням пра стварэнне свету[19][20].
У праваслаўі таксама існуе станоўчае дачыненне да гэтай тэорыі[21]. Кансерватыўныя пратэстанцкія хрысціянскія канфесіі таксама віталі тэорыю Вялікага Выбуху, як падтрымную гістарычную інтэрпрэтацыю навукі пра стварэнне[22]. Некаторыя мусульмане сталі паказваць на тое, што ў Каране ёсць згадванні Вялікага выбуху[23][24]. Паводле індуісцкай навукі, у свету няма пачатку і канца, ён развіваецца цыклічна[25][26], аднак у «Энцыклапедыі індуізму» гаворыцца, што тэорыя напамінае, што ўсё адбылося ад Брахмана, які «менш атама, але больш самага велічэзнага»[27].
У Пісьмах бахаі сцвярджаецца, што Сусвет не мае пачатку, аднак усе элементы адбыліся з некаторай адзінай субстанцыі — то бок, быў прадказаны нейкі аналог тэорыі Стывена Хокінга пра «канчатковы, але бязмежны» Сусвету[28]: «Ведайце, што адна з самых складаных для зразумення духоўных праўд ёсць тая, што існы свет — гэты бясконцы Сусвет — не мае пачатку… Мусібыць, што спачатку матэрыя была адзіная, і што адзіная матэрыя выяўлялася па-рознаму ў кожным элеменце. Так была створана шматстатнасць формаў, і розныя выгляды праявы матэрыі, аднойчы паўстаўшы, засталіся ў якасці сталых, так што кожны элемент знайшоў сваю індывідуальнасць. Але гэта сталасць была не даканцовым, і цалкам і ў дасканаласці ўжыццявілася толькі па сканчэнні вельмі доўгага перыяду часу»[29].
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.