Из всех обсуждаемых концепций и тем, Большой взрыв – наиболее противоречивое понятие. Конечно, это довольно старая научная теория, присутствующая с 1940-х годов, и уже с 1960-х годов существует несметное количество доказательств в её пользу. Идея проста: у Вселенной было начало. У неё был день рождения. Был день, у которого не было «вчера», когда материя, излучение и расширяющаяся, охлаждающаяся Вселенная, известная нам, не существовали до определённого момента времени. И всё же мы здесь. Что вызывает шквал вопросов у любого пытливого ума. Один из наших читателей как раз обладает таким умом, и он хочет узнать:
Есть ли теории или эксперименты, способные вычислить и доказать наше расположение в космосе относительно точки Большого взрыва? Я думаю, что поскольку с позиции расположения нашей планеты наши возможности наблюдений весьма ограничены, будет непросто определить кривизну пространства. Почему мы думаем, что Большой взрыв произошёл в некоторой точке трёхмерного пространства? Почему мы считаем, что Вселенная – это сфера?
Это очень хорошие вопросы, и все они демонстрируют распространённое представление людей о Вселенной. Но верны ли эти представления?
Эволюция крупномасштабных структур Вселенной
Мы часто считаем, что Большой взрыв был реальным взрывом. И Вселенная действительно напоминала огромный, энергичный и расширяющийся огненный шар на самых ранних её этапах.
• Она была заполнена частицами и античастицами самых разных типов, а также излучением.
• Всё это расширялось и все частицы, античастицы и кванты излучения отдалялись друг от друга.
• Всё это охлаждалось и замедлялось при расширении.
Это и вправду походит на взрыв. На самом деле, если бы вы смогли перенестись в эти первые моменты, и каким-то образом были защищены от всей этой энергии, там даже был бы и звук, который вы можете услышать благодаря следующему видео.
Но я неспроста использую слово «расширение» вместо «взрыва», описывая это явление. Взрыв – это то, что происходит в одной точке пространства, из которой разлетаются осколки. Сверхновая – это взрыв; всплеск гамма-лучей – это взрыв; детонация бомбы – это взрыв; срабатывание гранаты – это взрыв.
Представление художника о взрыве сверхновой 1993J в галактике M81
Но Большой взрыв – это не взрыв [по-английски Большой взрыв, Big Bang, дословно значит «Большой хлопок» – прим. перев.]. Говоря о «горячем Большом взрыве», мы имеем виду самый первый момент, в который Вселенную можно описать, как состояние, содержащее частицы, античастицы и излучение. С этого момента Вселенная начала расширяться и охлаждаться согласно законам Общей теории относительности, и мы пошли по пути уничтожения антиматерии, формирования атомных ядер и нейтральных атомов, и в итоге звёзд, галактик и видимых сегодня крупномасштабных структур. Ключ к первому вопросу в том, чтобы точно понять, что делала Вселенная в этот момент: в момент, который мы впервые можем описать, опираясь на эту платформу горячего Большого взрыва.
Насколько нам известно, никакой особенной начальной точки не было. Не было «источника», из которого началась Вселенная. Все доказательства говорят о контринтуитивном, но от этого не менее истинном заключении: Большой взрыв случился везде одновременно. Доказательств тому предостаточно, и даёт их нам сама Вселенная. Вселенная, судя по крупномасштабным структурам, скоплениям галактик, внешнему виду послесвечения Большого взрыва, средней плотности участков космоса размером более нескольких сотен миллионов световых лет, и т.п., даёт нам два важных наблюдаемых факта. Её свойства повсюду одинаковы, и выглядит она одинаково по всем направлениям. Физически говоря, Вселенная гомогенна и изотропна.
Такие характеристики Вселенной нельзя получить при помощи взрыва – и точка. При взрыве самые быстро движущиеся осколки оказываются самыми удалёнными, но и самыми рассеянными в пространстве. Чем больше расстояние, тем меньше там должно было быть галактик на единицу объёма – но во Вселенной это не так. В случае взрыва можно было бы явно указать его начальную точку. Вселенная работает так, что эта точка была бы всего в нескольких миллионах световых лет от Млечного пути, на границе локальной группы. Статистически, шансы на наличие такой точки, с учётом присутствия во Вселенной более 170 млрд галактик, в 100 раз хуже, чем на победу в лотерее Powerball или Mega Millions.
То, что Вселенная гомогенна и изотропна, говорит о том, что Большой взрыв случился в один момент, примерно 13,8 млрд лет назад, и во всех местах одинаково. Но мы не можем видеть его во всех местах. Мы видим его только там, где находимся. Наш обзор ограничен. Поэтому вы часто можете встретить подобные иллюстрации: как наша Вселенная видится с нашей точки, с нами в центре.
Представление художника об обозримой Вселенной на логарифмической шкале
Но это не значит, что Вселенная – сфера! Мы, на самом деле, можем измерить форму Вселенной, и наложить на неё некоторые ограничения. Если вы выйдете наружу и отправите двух ваших друзей в двух разных направлениях так, что вы сможете видеть друг друга, вы втроём образуете треугольник. Каждый из вас сможет измерить видимый угол между двумя другими. После этого вы можете сложить эти углы и вы получите 180? — именно такова сумма углов треугольника.
Любого треугольника в плоском пространстве.
Но пространство не обязано быть плоским! Оно может обладать отрицательной кривизной, как поверхность седла, когда сумма углов будет меньше 180?. Оно может быть искривлено положительно, как поверхность сферы, когда сумма углов будет больше 180?. Если вы встанете на экваторе в Южной Америке, один ваш друг встанет на экваторе в Африке, а второй – на Северном полюсе, вы обнаружите, что разница углов будет большой. Сумма углов окажется ближе к 270?, чем к 180?. В космосе друзей у нас нет, но у нас есть нечто не хуже: флуктуации фонового излучения. В зависимости от кривизны пространства они должны выглядеть совершенно по-разному.
Мы провели наблюдения, и обнаружили нечто удивительное: Вселенная, насколько мы можем судить, плоская. Очень, очень плоская. Последние данные с экспериментов Planck и Sloan Digital Sky Survey говорят о том, что если Вселенная и искривлена – положительно или отрицательно – то это заметно на масштабе по меньшей мере в 400 больше, чем наблюдаемая нами часть Вселенной. А мы можем видеть её часть диаметром в 92 млрд световых лет.
Так что, Большой взрыв случился везде одновременно, 13,8 млрд лет назад, и наша Вселенная пространственно плоская согласно лучшим нашим измерениям. Большой взрыв произошёл не в какой-то точке, и мы можем судить об этом по крайней изотропности и гомогенности Вселенной. Эти свойства настолько точны, что когда мы натыкаемся на неоднородность с отклонением в 0,01% от среднего значения, мы уже считаем, что что-то не так. Так что, если вы будете утверждать, что Большой взрыв случился именно там, где находитесь вы, и вы стоите прямо в центре всего происходящего, никто вам не возразит. Просто все и всё, во всей Вселенной может сказать о себе то же самое.
Комментарии (28)
QuickJoey
13.06.2017 17:05del
BillFainder
13.06.2017 17:36+2Пространство — время — это единое целое и пространство также способно расширяться и сужаться. На Гиктаймс уже писали об этом в статье о галактике, отдалённой от нас на 30 млрд. световых лет.
К сожалению я слишком слаб для вставки ссылок, поэтому так geektimes.ru/post/199224/
Teemon
14.06.2017 04:24Получается, большой взрыв случился «везде», но при этом говорят, что пространство расширяется. Получается просто раньше всё это «везде» было гораздо меньшего размера? Ведь вторая теория говорит о том, что пространство «раздувается» как воздушный шарик.
Разве мы не можем оценить, куда всё летит и проследить, откуда оно всё летит?NobodyIsHere
14.06.2017 07:50+1Я так понял, в том и проблема, что наблюдая то что мы можем наблюдать с земли — все объекты вокруг нас летят одинаково в разные стороны относительно нас, и одинаково в разные стороны относительно самих себя.
erwins22
14.06.2017 08:33"и одинаково в разные стороны относительно самих себя" — а это как проверено?
NobodyIsHere
14.06.2017 08:40+1если бы они хоть с какой-то вероятностью летели от/в общего центра, то это было бы заметно при наблюдении. однако сейчас мы наблюдаем крайнюю однородность всего вокруг нас — о чем и говорит статья.
erwins22
14.06.2017 08:50это косвенное свидетельство.
NobodyIsHere
14.06.2017 09:44естественно. просто нет очевидного (да и косвенного?) свидетельства обратного
alltiptop
14.06.2017 08:07+2В аналогии с воздушным шариком имеется ввиду его поверхность, а не 3-мерная форма — каждая точка его поверхности отдаляется от другой и чем дальше, тем быстрее отдаляется, при этом никакая из них не движется в пространстве — увеличивается лишь расстояние между ними.
zagayevskiy
14.06.2017 14:26Аналогия с воздушным шариком не такая. Не как будто Вселенная сфера и её раздувает. А как будто вы нарисовали на шарике несколько точек и начали его надувать. Чем больше надуваете, тем больше они друг от друга удаляются. Равномерно, во все стороны. А внутренность шарика мы не учитываем в этом примере.
shadovv76
14.06.2017 09:20не могу задать вопрос Итану, но может и здесь достаточно грамотных людей в данном вопросе…
Как ведет себя свет на периферии расширяющегося пространства?
Ведь расширение пространства происходит со скоростью меньше скорости света и пространство конечно, ИНТУИТИВНО свет где то достигает границ?Anarions
14.06.2017 11:46«Ведь расширение пространства происходит со скоростью меньше скорости света» на больших масштабах — вполне может и быстрее скорости света, поэтому наиболее отдалённые от нас галактики постоянно «вылетают» из нашего горизонта событий — и даже двигаясь со скоростью света до них никогда не долететь.
«пространство конечно» — по современным представлениям, скорее всего бесконечно, хотя это сложный вопрос.
«ИНТУИТИВНО» — интуиция подводит людей на квантовых масштабах и на космологических масштабах. Мы не эволюционировали так чтобы интуитивно понимать происходящие на таких масштабах события.shadovv76
14.06.2017 13:15«вполне может и быстрее скорости света»
а как же постулат, что ничего не может двигаться быстрее скорости света?
dmitry_dvm
14.06.2017 18:11+1Вроде как может, если не переносит информацию, но это не точно — слышал звон. Например если взять ножницы размером с галактику и раздвигать их ручки со скоростью света, то их кончики будут раздвигаться быстрее скорости света (при условии, что лезвия длиннее ручек, естественно). Но это ничего не дает и потому ничему не противоречит.
alexzzam
14.06.2017 19:38Если ножницы нормальные, из железяки (сверхпрочного ультра-кристалла), то не получится. Иначе можно было бы передать информацию на кончике лезвия. При попытке подвигать ручки столкнёмся с обычными трудностями разгона тела до световой скорости.
А вот если ножницы из лазерных лучиков, тогда да. Мы раздвигаем руками две лазерных указки, а пятнышки от них двигаются (когда долетят) по поверхности экзопланеты быстрее скорости света. Но пятнышко от указки информацию не переносит, так что нормально.shadovv76
16.06.2017 08:52друзья, вопрос был в другом.
про скорость света понятно, но есть ли периферия у нашей вселенной?
согласно даже объяснению расширения пространства, имеется начальная область (начало как мы знаем было), которая имела некий начальный размер, а значит и периферийные зоны, которые естественно расширяются, но все равно сохраняют на своих пределах периферийность, т.к. никакое другое пространство там образоваться раньше этого не может…
что касается объяснения, что чем дальше от нас тем быстрее расширение, то я могу уточнить вопрос: речь идет о свете, возникающем непосредственно в той области пространства, которую я назвал периферийной, т.е. там скорость расширения локальная (или как проще скажем наша область периферийная, а значит на ее границах мы рассчитали, что скорость расширения видимой области не превышает скорость света).
я уже не столько прошу точный ответ (его никто не знает, конечно) сколько наиболее вероятное возможное объяснение.Anarions
16.06.2017 11:14но есть ли периферия у нашей вселенной
По современным представлениям — нет. На масштабах доступных нашему наблюдению нет признаков того что вселенная «заканчивается».
которая имела некий начальный размер
По современным представлениям — бесконечный, потому ваши дальнейшие рассуждения ломаются.
что скорость расширения видимой области не превышает скорость света
за то время за которое свет от это «переферийной» для нас (и абсолютно заурядной для другого наблюдателя, находящегося ближе) расстояние между нами увеличилось, скорость расширения тоже увеличилась, и поэтому, возможно, она уже удаляется от нас быстрее скорости света.
mar1admin
14.06.2017 12:26-1Можно нубский вопрос?
А почему, собственно, время не считают особой формой пространства, ещё одной частицей вроде timon? Если бы так и было, это бы легко объясняло и гомогенное расширение с тёмной энергией, ведь приборы, фиксирующие пространство, не могут зафиксировать время как частицу. Да и влияние гравитации на время при такой модели кажутся более логичными, чем искривление пространственно-временного континуума, который не учитывает теорию неопределённости Гейзенберга.Anarions
14.06.2017 13:10+1А почему, собственно, время не считают особой формой пространства
вообще-то считают, нет отдельно времени, нет пространства, есть только пространство-время. (простра?нственно-временно?й конти?нуум)mar1admin
14.06.2017 13:18-1Я, видимо, не совсем правильно выразился. Почему время не считают набором частиц, проходящим сквозь пространство? Не видел ни одной теории, где подобное бы допускалось.
А если такое есть, хотелось бы поглядеть.Anarions
14.06.2017 13:44+1Наверное возникают проблемы с математикой происходящего, возможно такой подход не решает имеющиеся проблемы и лишь создаёт новые.
kauri_39
18.06.2017 15:43-2Вселенная не очень однородна по распределению в ней материи. Есть в ней, например, сверхскопление галактик протяжённостью более 10 млрд световых лет — "Великая стена Геркулес — Северная Корона". Есть сверхскопление галактик в виде кольца или сферы диаметром 5 млрд световых лет. Такие структуры противоречат принятому ранее космологическому принципу (модели) образования Вселенной, согласно которому в ней не может быть структур размером более 1,2 млрд св. лет.
Кроме того, изучение аномалий реликтового излучения позволило некоторым исследователям выделить согласованное движение как минимум 1400 скоплений галактик. Есть такой образ: если видимую нами часть Вселенной представить как лужу воды на столе, и этот стол слегка наклонить, то тёмный поток будет похож на течение лужи к краю стола.
В таком случае, наша часть Вселенной (наш объём Хаббла) расширяется и удаляется от всё-таки существующего центра всей нашей Вселенной. Как здесь сказано, такое может быть, если вся Вселенная более чем в 400 раз больше видимой нами её части:
"Мы провели наблюдения, и обнаружили нечто удивительное: Вселенная, насколько мы можем судить, плоская. Очень, очень плоская. Последние данные с экспериментов Planck и Sloan Digital Sky Survey говорят о том, что если Вселенная и искривлена – положительно или отрицательно – то это заметно на масштабе по меньшей мере в 400 больше, чем наблюдаемая нами часть Вселенной."
А ведь вся Вселенная может быть больше нашей её части и в миллион и в миллиард раз. Тогда кривизна её пространства точно не будет заметна в её микроскопической нашей части.
Тем более, что её расширение происходит не по схеме классического взрыва, как тут напоминают. Плотность энергии вселенской среды — эфира/вакуума — не убывает при её расширении. В этом смысл космологической постоянной. Именно рост плотности этой среды за счёт неизвестного науке процесса (тёмной энергии) вызывает её расширение. Начальным быстрым расширением была инфляционная стадия Большого взрыва, замедляющаяся со временем, а спустя около 6 млрд лет начался "медленный Большой взрыв" — ускоренное расширение Вселенной. Если энергетическая плотность среды постоянна, то и геометрия в ней евклидова, верно?
alltiptop
Его статьи хоть немного отличаются друг от друга?
maslyaev
Нет
Eldhenn
В последнее время картинки стали более уникальными, и больше соответствуют тексту статьи.