Великий вибух: відмінності між версіями

'''Вели́кий ви́бух''' ({{lang-en|Big Bang Theory}}) — [[фізична космологія|фізико-космологічна]] теорія про ранню стадію еволюції [[Всесвіт|Всесвіту]] з надзвичайно щільного та гарячого стану, який існував приблизно 13,8 мільярда років тому. Теорія ґрунтується на [[екстраполяція|екстраполяції]] в минуле факту розбігання [[галактика|галактик]] за [[закон Габбла|законом Габбла]] та на [[рівняння Фрідмана|моделі Всесвіту]], запропонованій ГеоргіемГеоргієм Антоновичем Гамовим.

Одним з наслідків «великого вибуху» є те, що умови сьогоднішнього Всесвіту відрізняються від умов у минулому ій майбутньому. На підставі цієї моделі, [[1948]] року [[Джордж Гамов]] якісно спрогнозував існування [[Реліктове випромінювання|космічної мікрохвильової фонової радіації]], яку невдовзі (у шістдесятих роках XX-го сторіччя) було виявлено і яка стала підтвердженням теорії «Великого вибуху» на противагу [[теорія стаціонарного Всесвіту|теорії стаціонарного всесвіту]].

Теорію зародження ій еволюції Всесвіту, яку сьогодні називають «теорією великого вибуху», запропонував [[1931]] року бельгійський абат і астроном [[Жорж Леметр]]<ref>L' invention du big bang,J.-P. Luminet, Editions du seuil, Paris, 1997.</ref>. Знаючи про розбігання галактик, про що свідчили спостереження [[Едвін Хаббл|Едвіна Габбла]], та незалежно отримавши [[рівняння Фрідмана]], Леметр припустив, що розбігання галактик можна екстраполювати в минуле, звівши все до єдиної точки, яку абат називав «первинним атомом».

Теорія Великого вибуху виходить із гіпотези однаковості [[закон природи|законів фізики]] в усьому Всесвіті, а також із [[космологічний принцип|космологічного принципу]], за яким Всесвіт однорідний та ізотропний. Припущення однорідності Всесвіту може викликати подив, оскільки [[речовина]] в ньому зосереджена в зірках, де її густина дуже велика порівняно з міжзоряним простором, однак космологія розглядає Всесвіт у такому масштабі, в якому можна знехтувати окремими неоднорідностями іта вважати, що [[Матерія (фізика)|матерія]] розподілена доволі однорідно.

Про початковий стан Всесвіту в момент Великого вибуху мало що відомо. Екстраполяція стану Всесвіту в минуле передбачає існування моменту, при якому матерія мала нескінченну густину і температуру, а будь-які точки простору були нескінченно близькими одна до одної. Проте така екстраполяція спирається на відомі нам закони фізики, тоді як за деяким критичним порогом енергій ці закони перестають бути застосовуваними - загальна теорія відносності не здатна описати сингулярність, так само як Ньютонівська механіка перестає діяти при великих швидкостях. Такі екстраординарні умови існували у період від початкової сингулярності до 10⁻⁴³ [[секунда|с]] після великого вибуху. Цей період має назву планківська епоха через те, що порядок величин, які визначали умови Всесвіту, співставимийспівставний з [[одиниці Планка|планківськими величинами]] — Всесвіт мав планківську густину іта планківську температуру, сама епоха тривала [[час Планка|планківський час]], тощо.

В цей час усі фундаментальні взаємодії були об'єднані в одну. Масштаби процесів, що в той час визначали динаміку Всесвіту, були порівнянні з квантовими флуктуаціями простору-часу<ref>[http://universeadventure.org/eras/era1-plankepoch.htm The Planck Epoch]{{ref-en}}</ref>, тобто Всесвіт перебував у стані квантового хаосу, тому сама концепція часу в цей період не є достатньо придатною ій чіткою (ймовірно, в рамках таких дрібних періодів часу, поняття "до" і "після" втрачають сенс)<ref name="nuclphys">[http://nuclphys.sinp.msu.ru/nuclsynt/n13.htm ДОЗВЕЗДНАЯ СТАДИЯ ЭВОЛЮЦИИ ВСЕЛЕННОЙ]{{ref-ru}}</ref>. [[Квантова теорія гравітації]], коли вона буде побудована, дозволить краще описати цей період.<ref>[http://www.whillyard.com/science-pages/planck-epoch.html Astronomy & Cosmology - The Early Universe]{{ref-en}}</ref>

Ця епоха почалася тоді, коли температура Всесвіту впала нижче 10²⁷ кельвінів, і гравітація відокремилася від інших фундаментальних взаємодій. Наразі існує кілька [[Теорії великого об'єднання|теорій великого об'єднання]], що мають описувати умови цього періоду часу, проте жодна зіз цих теорій не є підтвердженою ій загальноприйнятною, тому в описанніописі цієї епохи досі є багато білих плям.

Ймовірно, в цей період виникли перші частинки ій античастинки.<ref>[http://www.physicsoftheuniverse.com/topics_bigbang_timeline.html TIMELINE OF THE BIG BANG]{{ref-en}}</ref>

Ця епоха тривала приблизно 10⁻³⁶ секунд. Під час неї всесвітВсесвіт був заповнений найбільш елементарними частинками — кварками, лептонами іта векторними бозонами. Усі ці частинки не мали маси, аромату, електричного іта кольорового заряду, а лептонне іта баріонне число не зберігаєтьсязберігалося.<ref name="nuclphys"/> Частинки активно взаємодіють між собою за допомогою сили Великого Об'єднання, (носіями якої є [[X та Y бозони]]) іта гравітації.

Кінець епохи відбувається після відокремлення [[сильна взаємодія|сильної взаємодії]] від [[електрослабка взаємодія|електрослабкої]]. Це відокремлення, так само як і відокремлення гравітації, відбувається завдяки механізму [[спонтанне порушення симетрії|спонтанного порушення симетрії]]. Після відокремлення X та Y бозони отримали великі маси (до 10¹⁵ ГеВ), і швидко розпалися. Інші частинки лишаються безмасовими, аж до розділення слабкої іта електромагнітної взаємодії.<ref name="nuclphys"/>

Однією з космологічних проблем є надзвичайна ізоторопністьізотропність Всесвіту. Точки простору, що зараз знаходяться на протилежних кінцях видимого всесвітуВсесвіту, в кінці планківської епохи мали б знаходитися на відстані 10⁻³ см. Але за планківський час світло може пройти лише 10⁻³⁶ сантиметрів, тобто, ці райони не могли впливати одинодне на одного, і між ними не могла встановитися термодинамічна рівновага. Тим не менше, виміри показують, що умови на протилежних кінцях Всесвіту майже однакові з великою точністю. Тому, за сучасними уявленнями, після епохи великого об'єднання, настав період експоненційного росту Всесвіту. Упродовж цієї епохи, Всесвіт розширився принаймні в 10²⁶ разів, і в результаті, весь наш видимий всесвітВсесвіт утворився з одного причинно-зв’язного об'єму простору.

Також, інфляційна модель вирішує проблему пласкості простору Всесвіту: за космологічними рівняннями динаміки, відношення густини Всесвіту до критичної (що визначає кривизнувикривлення простору) з часом віддаляється від одиниці. Але це означає, що у ранні епохи Всесвіт мав бути пласким з дуже високою точністю.<ref name="astronet">[http://www.astronet.ru/db/msg/1188458 Модель инфляционной Вселенной]{{ref-ru}}</ref> Інфляційна модель передбачає, що будь-якаяке кривизнавикривлення Всесвіту, що існувалаіснувало до неї, розгладжується майже до нуля.

Третя проблема, що її вирішує ця модель, це проблема первісних флуктуацій, що дали початок утворенню скупчень галактик, а пізніше, галактик і зірок, тобто всесвіту ув тому вигляді, який нам відомий. [[Гравітаційна нестійкість]] пояснює розбиття великих хмар газу на менші, ій далі, аж до зірок. Проте початковий стан нескінченного Всесвіту, рівномірно заповненого газом, не розпадається таким чином. Потрібні затравочнізатравні збурення космологічних масштабів, щоб еволюція Всесвіту відбувалася так, як ми це спостерігаємо. Згідно теорії інфляції, такими збуреннями були квантові флуктуації, що існували у вируючому хаосі простору-часу раннього всесвітуВсесвіту, що збільшилися ув багато разів і стали первісними космологічними флуктуаціями.<ref name="astronet"/>

Під час інфляційної епохи Всесвіт розширювався експоненційно, тобто R(t)=e^H(t)t, де H(t) — стала Габбла тої пори (її значення було дуже великим, від 10³⁶ до 10⁴²), тоді як після неї розширення завжди йшло по степеневому закону R(t)=t^a. Швидкість його розширення значно перевищувала швидкість світла, проте це не є порушенням теорії відносності через те, що це розширення не пов’язане з рухом матерії, а з розширенням самого простору. Це розширення передбачає існування спеціального поля, що називається "[[Інфлятон|інфлатонним]]". Цей період описується рівнянням стану p=-ε<ref name="astronet"/>, тобто, для нього є характерним від’ємний тиск і велика густина [[вакуум]]у.

Наприкінці цієї епохи розмір видимого Всесвіту становив близько 10 сантиметрів. Усі частинки, що існували до неї, були розведені на астрономічні відстані, що пояснює відсутність зараз у спостереженнях таких екзотичних, але стабільних частинок, як [[магнітний монополь]]. Завершення епохи супроводжувалося фазовим переходом вакууму, що мав дуже велику густину (його іноді називають фальшивим вакуумом), в сучасний стан, з густиною порядку 10⁻²⁹ г/см³. Енергія, що була запасена в інфлатонному полі, перейшла в енергію пар частинок-античастинок, що ій утворили всю ту матерію, що ми спостерігаємо навколо. <ref>[http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/430470/Rozhdenie_Vselennoy Рождение Вселенной]{{ref-ru}}</ref>

Під час цієї епохи електрична іта слабка взаємодії ще не розділилися, тому частинки ще не мали маси.

[[Файл:Scheme of nuclear reaction chains for Big Bang nucleosynthesis.svg|міні|Схема реакцій нуклеосинтезу під час великогоВеликого вибуху]]

Через 1 секунду після вибуху температура у всесвітіВсесвіті знизилася нижче мільярда кельвінівКельвінів, і фотони перестали розбивати ядра дейтерію, що утворювалися. З цього почалася епоха первинного нуклеосинтезу, що тривала близько 200 секунд<ref>[http://www.astronet.ru/db/msg/1170612/node59.html Первичный нуклеосинтез ("первые три минуты")]{{ref-ru}}</ref>. Саме в цей період розподіл елементів став таким, який ми можемо спостерігати зараз:

Приблизно через 380 тисяч років після Великого Вибуху температура падає до 3000 кельвінівКельвінів. За цієї температури можуть існувати ій не іонізуватися фотонами нейтральні атоми водню. Таким чином, в цей час Всесвіт перестає бути заповненим плазмою, а стає заповненим нейтральним газом, прозорим для випромінювання. Момент цього переходу називають ''моментом останнього розсіяння''.<ref name="xxi">[http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/430719/astronomiya_vek_xxi_glava_iz_knigi История нашей Вселенной (М. Сажин, О. Сажина)]</ref> Фотони, що в цей момент відірвалися від матерії, продовжили існувати практично без змін аж до сьогодні, і можуть бути спостереженими у вигляді [[реліктове випромінювання|реліктового випромінювання]]. Будь-який спостерігач у Всесвіті, починаючи з моменту останнього розсіяння, бачив би себе у бульбашці, що розширюється зі швидкістю світла, стінки якої випромінюють світло. Така бульбашка має назву ''поверхня останнього розсіяння''. Через розширення Всесвіту фотони реліктового випромінення були розтягнуті і, через це, за останні мільярди років температура цього випромінювання впала з 3000 К до 2,73 К.<ref name="xxi"/>

Темними віками називається період, що тривав від 380 тисяч до 550 мільйонів років після Великого Вибуху<ref>[http://phys.org/news/2015-02-stars-younger-reionization.html Stars are younger: 'Reionization' is more recent than predicted]{{ref-en}}</ref>. У цю епоху, перші зірки ще не утворилися, але матерія охолола настільки, що перестала випромінювати світло — через відсутність яскравих джерел освітлення ця епоха ій отримала назву. Всесвіт у ці часи був заповнений воднем, гелієм, реліктовим випромінюванням і випромінюванням атомарного водню.

Крім теорії [[Розширення Всесвіту]] була також теорія, що [[Теорія стаціонарного Всесвіту|Всесвіт є стаціонарним]], тобто не [[Еволюція|еволюціонує]] іта не має ні початку, ні кінця в часі. Частина прихильників такої точки зору відкидають розширення Всесвіту, а [[червоне зміщення]] пояснюють [[Стомлене світло|гіпотезою про «старіння» світла]]. Однак, як з'ясувалося, ця гіпотеза суперечить спостереженням, наприклад, спостерігається залежність тривалості спалахів [[Супернова|наднових]] від відстані до них<ref name=nedwright>'' Wright EL'' [http://www.astro.ucla.ed/~wright/tiredlit.htm Errors in Tired Light Cosmology].</ref><ref name="overduin-2008">

}}</ref><ref name=Peebles>[[Піблс Джим|P. J. E. Peebles]] [http://arxiv.org/abs/astro-ph/9806201 The Standard Cosmological Model] in Rencontres de Physique de la Vallee d'Aosta (1998) ed. M. Greco, p. 7</ref>. Інший варіант, що не заперечує розширення Всесвіту, представлений [[Теорія стаціонарного Всесвіту|теорією стаціонарного Всесвіту]] [[Фред Хойл|Ф. Хойла]]. Вона також погано узгоджується зі спостереженнями<ref name=Peebles/>.

Крім того, у теорії Великого вибуху не розглядається питання про причини виникнення сингулярності, або матерії та енергії для її виникнення, зазвичай просто постулюється її безначальністьбезпочатковість. Вважається, що відповідь на питання про існування іта походження [[космологічна сингулярність|початкової сингулярності]] має дати теорія [[Квантова гравітація|квантової гравітації]].

}}</ref>. Деякі мусульмани стали вказувати на те, що в Корані є згадки Великого вибуху<ref name="Islam1">{{Cite book