![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/383/3f9/b5f/3833f9b5fcbaf1ccad4fea2825ab1b25.jpg)
Когда учёные говорят о «Большом взрыве», они имеют в виду две возможности. Но корректна лишь одна из них.
Эти теории основаны на гипотезе, по которой вся материя Вселенной была создана в одном большом взрыве в определённый момент в отдалённом прошлом
— Фред Гойл
Если задуматься о начале Вселенной с научной точки зрения, есть одна теория, лучше других описывающая всё, что мы видим: теория Большого взрыва. Но не все соглашаются с тем, что именно означает «Большой взрыв».
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/bc1/f76/0a3/bc1f760a34d0003973001d38f530b806.jpg)
Точнее, некоторые новые утверждения говорят о том, что может быть никакого Большого взрыва и не было. Имеют ли они право на жизнь? И что это может означать?
Чтобы понять это, давайте вернёмся на 100 лет назад, когда мы в первый раз решили детально рассмотреть определённый класс небесных объектов – тусклую спираль и эллиптическую туманность.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/3a4/941/a0f/3a4941a0f557268f86f23ba2861aa29e.jpg)
Сегодня легко посмотреть на эти объекты и сказать: «А, так это ж галактики!». Но сто лет назад это не было настолько понятно. Наши телескопы были слишком плохи, чтобы разглядеть в этих объектах индивидуальные звёзды, из которых они состояли, и поэтому их считали просто разновидностью туманности. Но у них было нечто очень странное: скорость.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/26a/f13/819/26af13819999be0497c9f2f111ac8268.gif)
Видите ли, у каждого элемента есть свой характерный спектр – набор линий, который он поглощает или испускает – и это спектр фиксирован на определённых длинах волн. Водород, к примеру, всегда испускает линии на 656, 486, 434 и 410 нм, каждая из которых связана с переходом атомной энергии. А в этих спиралях и эллиптических туманностях появлялись все линии поглощения, но они были сильно смещены от обычных.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/3c2/9ab/2a7/3c29ab2a7648320553f01846cfa45ae9.jpg)
Самое простое объяснение? Не новые типы элементов или законы физики. Просто эти объекты быстро двигались к нам или от нас. Как у звука – например, сирены полицейской машины – меняется высота, в зависимости от того, двигается он от нас или к нам, так и у удалённого объекта длина волны света будет изменена в зависимости от того, двигается он от нас или к нам.
Если он двигается к нам, свет сдвигается к синему концу спектра. Если от нас – к красному. В начале ХХ века Весто Мелвин Слайфер обнаружил, что у подавляющего большинства спиральных объектов свет был сдвинут в красный спектр, да так сильно, что они двигались быстрее всех известных объектов во Вселенной!
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/4c2/08b/d01/4c208bd01f1f4e12168b4ce35411a1fa.jpg)
Но лишь к 1920 годам люди начали собирать кусочки этой головоломки. Эдвин Хаббл – именем которого назван известный телескоп – наблюдал вспышки в этих спиралях в поисках сверхновых. К своему удивлению, при наблюдении за Андромедой он обнаружил первую, затем вторую, затем третью. А потом он увидел четвёртую в том же месте, где была первая! Он сразу понял, что это была не сверхновая, а переменная звезда. А благодаря пониманию природы переменных звёзд он мог подсчитать расстояние до объекта и обнаружил, что он находится вне нашей галактики.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/1a5/572/603/1a55726033f090925dbcc40cd56bc541.jpg)
Конечно, когда он понял, что в спиральных объектах содержатся звёзды, он не стал на этом останавливаться. Он стал мерить расстояния до десятков других галактик, и, скомбинировав полученные данные с данными Слайфера по скорости, он нашёл нечто примечательное: в среднем, чем дальше от нас была галактика, тем быстрее она отдалялась от нас.
Так и родилась расширяющаяся Вселенная.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/8e3/eb4/e04/8e3eb4e04732ec83ab9c7f3c1407c371.png)
В рамках ОТО пространство-время, наполненное материей или излучением в разных местах – а у нас оно именно такое – не особо хорошо умеет оставаться статичным. Оно либо расширяется, либо сжимается, в зависимости от содержания энергии. Сегодня наша Вселенная расширяется, двигаясь от более плотного состояния в прошлом.
Также это означает, что поскольку энергия света (излучения) зависит от его длины волны, то, если Вселенная раньше была меньше, значит, она была горячее и энергии в ней были выше.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/982/084/7d0/9820847d0f164fb5e80646a7ebccb97e.jpg)
А что, если мы экстраполируем это назад? Представим, что Вселенная такая, какая есть, но сделаем её меньше и горячее в прошлом. Как оно всё было бы, если бы мы отправились в прошлое достаточно далеко?
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/9c1/476/cbc/9c1476cbca904b8035629dd529374582.png)
В итоге можно прийти к такому горячему и плотному состоянию, что атомы не смогут формироваться; везде будет горячая ионизированная плазма.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/561/4b6/ab2/5614b6ab2d0a061dd32489a0fba7f623.jpg)
Ещё раньше не смогут формироваться атомные ядра; протоны и нейтроны будут разлетаться, и создадут море свободных частиц без всякого вещества кроме водорода.
До этого, материя и антиматерия спонтанно создаются парами, создавая все известные (а, возможно, ещё пока даже и не открытые) частицы во Вселенной.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/a4e/3ad/22b/a4e3ad22bc5ea66cf9b7f7ed0a32c7b4.jpg)
И наконец, если мы отправимся ещё дальше в прошлое, где всё было сколь угодно, а возможно, и бесконечно горячим и плотным, мы приходим к сингулярности: месту, где всё время, пространство и энергия сконцентрированы в одной точке. И эта идея, что всё появилось из «космического яйца», из «первозданного атома» или из «сколь угодно горячего и плотного состояния» и известна сегодня под именем Большого взрыва.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/815/731/e3f/815731e3f5878f07383242521d67c47d.jpg)
Вот только это было оригинальное определение Большого взрыва. С тех пор, как эту идею озвучили, мы узнали о Вселенной очень много нового. Конкретно, мы узнали, что кроме материи и излучения, Вселенная также содержит энергию, присущую самому пространству, или тёмную энергию, или космологическую константу, или энергию вакуума (это синонимы).
Сейчас её относительно мало, но на ранних стадиях её было нереально много.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/e0b/693/23f/e0b69323f1ff85cace3ea8ee3a5debd5.png)
Именно так: до эпохи доминирования материи и излучения во Вселенной преобладала энергия, присущая самому пространству. Эту теорию впервые предложили в 1970-1980-х годах, и подтвердили наблюдениями в начале 1990-х. Мы говорим о космологической инфляции (или об инфляционной Вселенной): о времени, когда во Вселенной преобладала не материя с излучением, а энергия, присущая самому пространству.
А Вселенная, в которой преобладает энергия вакуума, или инфляция, развивается не так, как Вселенная с преобладанием материи или излучения.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/792/cd2/b2f/792cd2b2f7d63d866ff04aeff56c08b9.jpg)
Может показаться, что отличаются они в мелочах, но при этом расширяются с заданной скоростью, начиная с какого-то момента. Но так ли это? Посмотрим на самое начало.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/27a/32c/a4a/27a32ca4a88e92b9cddd2236222c9379.jpg)
Синяя и красная линии – традиционный сценарий Большого взрыва, где всё начинается во время t = 0, включая и пространство-время. Но в случае инфляции (жёлтый) мы не доходим до сингулярности. Вместо этого мы можем дойти до сколь угодно малого размера в прошлом, а время идёт назад в бесконечность.
Вселенная, где преобладает материя или излучение, появляется из сингулярности, в момент, когда пространство и время сами появляются впервые, а в инфляционной Вселенной такого момента не существует.
Иначе говоря, та точка, из которой по нашим представлениям появились пространство и время, не обязательно должна быть частью Большого взрыва, даже если в начале Вселенной есть инфляционная фаза.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/dd7/096/d52/dd7096d52e5a5ed5440ec433a9900ebc.jpg)
Когда специалисты по космологии – это подразделение астрофизики, занимающееся рождением и эволюцией Вселенной – говорят про Большой взрыв, они имеют в виду одно из двух:
Горячее, плотное, расширяющееся состояние, из которого возникла наблюдаемая Вселенная, которое расширялось, охлаждалось, и породило элементы, атомы, звёзды, молекулы, планеты и нас.
Изначальную сингулярность, представляющую рождение пространства и времени
Проблема в том, что если в 1960-х эти объяснения были взаимозаменяемыми, то теперь это не так.
Первое объяснение – горячее, плотное, расширяющееся состояние – всё ещё имеет смысл в роли Большого взрыва, но второе – уже нет. По вопросу о том, откуда появились пространство и время, до сих пор идут дебаты с обеих сторон, и эта недавняя работа – всего лишь капля в океане этих споров.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/f72/d09/2ce/f72d092cea67bd9cc29f44bfba8e0305.jpg)
Главное, что нужно из этого уяснить – Большой взрыв, хотя и представляет собою то, откуда появилось всё, что мы видим во Вселенной, но не является самым её началом. Мы можем вернуться назад, до того времени, как это объяснение имеет смысл, в инфляционную Вселенную, и у нас есть достаточно оснований для споров и обсуждения уточнений того, что именно это означает для начала всего того, что мы знаем.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/62a/762/f47/62a762f4721d38c6bc7f2d5b84fea7b5.jpg)
Но был ли Большой взрыв? Согласно первому определению – да, конечно. А если вы используете второе, вам лучше переосмыслить используемый термин. Даже если вы не один его используете – делаете ли вы это правильно?
Комментарии (28)
DancingOnWater
22.07.2016 15:07«Эту теорию впервые предложили в 1970-1980-х годах, и подтвердили наблюдениями в начале 1990-х. Мы говорим о космологической инфляции»
А вот теперь с этого места по-подробнее.
Мне лишь известно, что в 90-х открыли ускорение расширения Вселенной. Наличие инфляционной стадии пока ничем не подтверждено.rombell
22.07.2016 19:15Ну просто сейчас нет другого разумного способа объяснить космологическую равномерность реликтового излучения. Взрыв из сингулярности дал бы принципиально бОльшую неоднородность.
Alex_ME
23.07.2016 01:51Каждый раз говорят, что инфляция объясняет большую однородность вселенной. Что флуктуации квантового поля (что это вообще за зверь такой?) были инфляцией «растянуты» до огромных размеров и «остыли», что наблюдаемая вселенная возникала из области пространства, настолько маленькой, что была однородной, поэтому она такая однородная. Но разве в сингулярности — бесконечно малой точке — были неоднородности? Или они неизбежно возникли бы в ходе расширения вселенной из этой точки не с экспотенциальной скоростью?
rombell
23.07.2016 06:57Флуктуации всех полей происходят всегда и везде, соласно нашему нынешнему пониманию мироустройства. При больших плотностях это должно, по идее, приводить 1) к сильному комкованию материи; 2) к возникновению разного рода волн. При расширении с досветовой скоростью разные части успевают провзаимодействовать, и следы этого взаимодействия мы должны были бы наблюдать как в мироустройстве (распределение материи по метагалактикам), так и в реликтовом излучении. Мы этого не видим.
Второй момент — физикам сильно не нравится сама идея сингулярности, потому что непонятно, как с ней работать. Скрытая в идее инфляции НЕХ кажется более познаваемой, чем абсолютная НЕХ в виде сингулярности.
DancingOnWater
25.07.2016 10:40В курсе, но это совсем не значит, что инфляционную стадию подтвердили наблюдениями.
rombell
25.07.2016 12:58Ну в некотором роде подтвердили — пока нет другой теории, объясняющей однородность. Точно так же любой опыт подтверждает соответствующую теорию (если не противоречит ей), пока нет другой теории, куда он вписался бы.
I-denis
25.07.2016 11:28Возможно я ошибаюсь. Но взрыв без инфляционной стадии дает как раз тотальную однородность. А инфляция растягивает квантовые флуктуации формируя неоднородности, которые и позволяют сформироваться протогалактикам и тд…
rombell
25.07.2016 13:00Ровно наоборот. Без инфляционной стадии всё успевает провзаимодействовать, возникают волны, следы этих волн должны быть видны. Их нет.
В случае инфляционной стадии все неоднородности растягиваются так сильно, что ну его нафиг. А именно6 вся наша наблюдаемая Вселенная — это, видимо, меньше одной исходной неоднородности.
UncleJey
23.07.2016 00:07-3Мне кажется или космологи загнались в своих рассуждениях?
Сильно смущает то наблюдение, что чем дальше галактика, тем она быстрее от нас удаляется. Ну фигня же полная. А вот если предположить что скорость света не постоянна и фотоны «чуть-чуть тормозят» о пространство. То всё сразу встаёт на места. И галактика никуда не расширяется. И тем более не ускоряется. Да всё движется. Но свет от далёких объектов доходит до нас чуть-чуть медленнее чем от близлежащих…turbo_exe
23.07.2016 13:45+1почему фигня? галактика удаляется всё быстрее не потому, что она сама набирает скорость, а потому что само пространство расширяется между нами и ней. и чем больше между нами пространства, тем на большую линейную величину оно суммарно расширяется в единицу времени.
Alex_ME
23.07.2016 01:53+1Это вносит понятность в статьи «Спросите Итана», где он упорно называет БВ — конец фазы инфляционного расширения.
Alex_ME
23.07.2016 01:59Только щас понял.
Пишут: инфляция закончилась 10^-32 с после хм… «Не БВ». Но у того же Итана, он несколько раз говорил — мы не знаем, как долго длилась инфляция. Ведь она оканчивалась в разные моменты в разных областях. И где-то вероятно не закончилась. Откуда это значение 10^-32? Что-то вообще известно про саму стадию инфляции?
rombell
23.07.2016 07:0210-32 — артефакт тех времён, когда начало виделось как БВ-инфляция-расширение, и величина оценивалась как минимальная для достижения видимой равномерности.
Про инфляцию известно только одно: для достижения наблюдаемой равномерности требуется быстрое растяжение примерно вот такого масштаба.
Mad__Max
23.07.2016 22:09Мы не знаем сколько длилась инфляция (и у Итана дам даже есть мысли, что где-то она не закончилась до сих пор) потому что мы не знаем каков настоящий размер вселенной. Даже не знаем конечна ли она вообще или бесконечна. И сколько таких вселенных существует.
Поэтому и нельзя сказать сколько шла инфляция и не приходит ли она где-то еще прямо сейчас в областях недоступных для наблюдения.
10^-32 это как понимаю просто оценки времени того сколько должна была продолжаться инфляционная стадия, чтобы растянуть пространство от планковских параметров (размера/температуры/энергии/плотности) до таких размеров, чтобы оно с учетом последующего обычного (не инфляционного) расширения продолжающегося до сих пор достигла размеров видимой нам сейчас вселенной. (что-то около 44 млрд. световых лет).
Ckpyt
23.07.2016 10:35-1Люди, такой вопрос: у нас есть «кипящий» вакуум — вакуум, в котором постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы.
Не может ли быть так, что темная материя и энергия — лишь проявления этого кипения?
И второй вопрос: материя после большого взрыва осталась из-за электрослабой ассиметрии(вроде бы… не буду утверждать на все 100%). Действует ли этот эффект в кипящем вакууме? Т.е. происходит ли увеличение вещества и в настоящее время?kauri_39
24.07.2016 21:41Вакуум, который «кипит» от непрерывного рождения и уничтожения виртуальных частиц, это и есть тёмная энергия пространства. Это энергетически плотный вакуум. Он обладает антигравитационной силой, которая проявляется в космологических масштабах — с ускорением раздвигает скопления и сверхскопления галактик. Это силу обозначают через L — лямбда-член в уравнениях Эйнштейна, вновь введённый в уравнения после открытия ускоренного расширения Вселенной. И поэтому современная космологическая модель носит аббревиатуру LCDM.
Остальные три буквы обозначают «колд дак маттери» — холодную тёмную материю, которая должна быть во Вселенной для объяснения высокой скорости вращения звёзд в галактиках и галактик в их скоплениях. Без её удерживающей силы те и другие разлетелись бы из своих систем, согласно формул Ньютона, верных в околозвёздном пространстве.
Есть и альтернативное объяснение тёмной энергии и тёмной материи — в моих комментариях на разные темы и в публикации «Почему постоянна космологическая постоянная».
Во втором вопросе, как я его понял, Вы спрашиваете, сохраняется ли преимущество частиц материи перед частицами антиматерии при их рождении из квантов энергии — фотонов — в наше время? Например, кварков перед антикварками? Наверное, не сохраняется. По-моему, оно действовало при первичном, очень плотном эфире (вакууме), который был везде, а не только в точке современного синтеза кварк-глюонной плазмы. Тогда антикварки просто распадались в плотном эфире, а в нынешнем, менее плотном, они выживают, и могут лишь аннигилировать с кварками или быстро превращаться в кварки и обратно внутри мезонов.DancingOnWater
25.07.2016 13:03Нет, это не так, принимая гипотезу, что ТЭ это и есть физвакуум мы нарываемся на драматическое несоответствие плотности энергии (проблема космологической постоянной).
kauri_39
26.07.2016 08:50Тогда что по Вашему ТЭ? У нас физвакуум уже энергетически плотная субстанция, которая вызывает Лэмбовский сдвиг летящих сквозь него частиц материи. Поэтому расширение такого вакуума и приводит в движение скопления галактик — они расходятся друг от друга.
Конечно, не надо нашпиговывать вакуум виртуальными частицами с бесконечно разными энергиями, которые нельзя выявить из-за неопределённости Гейзенберга. То есть приписывать ему почти планковскую плотность энергии. Но и говорить, что Лямбда чуть больше нуля из-за наблюдаемого ускорения в разлёте кластеров тоже не верно. Её значение может быть достаточно великим и может сходиться со значением плотности эфира (энергетически плотного вакуума), следует только допустить расширение этого плотного вселенского эфира в чуть менее плотной внешней среде.
Вот так на качественном уровне решается проблема космологической постоянной. Конечно, физики от КТП и от ОТО будут против, но как иначе им договориться друг с другом и решить эту проблему? А заодно решить проблему квантовой гравитации? В ней ведь тоже не обмен гравитонами происходит, а квантовое поглощение пространства — эфиронов — с выводом их в 5 измерение. Откуда к нам поступают новые эфироны и уплотняют вселенский эфир, вызывая его расширение. Пусть те и другие физики сообща пишут новую Физику.DancingOnWater
26.07.2016 13:19Ох-е, сколько ошибок.
Кстати. Вот это «Без её удерживающей силы те и другие разлетелись бы из своих систем, согласно формул Ньютона, верных в околозвёздном пространстве.» тоже неверно.
imagus
25.07.2016 10:27Темная материя — нет. А темная энергия — это сумма энергий всех этих виртуальных частиц. «Увеличение вещества» в настоящее время не наблюдается.
GrigoryPek
25.07.2016 10:23Мне вот недавно пришла мысль: что если обычная материя является чем-то вроде дефекта чистой энергии вакуума? Скажем, узлами, в которых эта энергия находится в изменённом, специфическом состоянии и следствием чего является снижение потенциала энергии вакуума на величину, затраченную на формирование этих узлов. Самым наглядным проявлением этого пониженного потенциала является гравитация, которая лишь означает стягивание слабых мест-узлов вместе (по аналогии зон низкого давления в газах) под действием «недефектного» (высокого давления) вакуума.
nkie
Вот вы пишите о многих других теориях рождения вселенной кроме большого взрыва. Я слышал еще о циклически сжимающейся — разжимающейся вселенной. В принципе ее трудно отнести к отдельной теории, т.к. она не отменяет первоначального возникновения вселенной также из БВ. Не подскажите, какие еще есть теории?
Singerofthefall
Можете начать отсюда