Оглавление
- 1 большой взрыв
- 1.1 Большой взрыв и Вселенная
- 1.2 Космологические модели
- 1.3 Реликтовое излучение и возраст Вселенной
- 1.4 Необъясненные аспекты
- 1.5 Особенности моделей
- 1.6 Горизонты и термизация
- 1.7 Временная шкала и сингулярность
- 1.8 Инфляция и бариогенез
- 1.9 Охлаждение и формирование структуры
- 1.10 Формирование структуры
- 1.11 Космическое ускорение
- 1.12 История концепции
- 1.13 Открытие Хаббла и закон Хаббла
- 1.14 Теория Большого взрыва
- 1.15 Развитие теории Большого взрыва
- 1.16 Современные данные и проблемы
- 1.17 Доказательства модели Большого взрыва
- 1.18 Анизотропия реликтового излучения
- 1.19 Изобилие первозданных элементов
- 1.20 Эволюция и распределение галактик
- 1.21 Первичные газовые облака
- 1.22 Другие улики
- 1.23 Будущие наблюдения
- 1.24 Задачи и связанные с ними вопросы
- 1.25 Состав Вселенной
- 1.26 Темная энергия
- 1.27 Темная материя
- 1.28 Проблема горизонта
- 1.29 Магнитные монополи
- 1.30 Проблема плоскостности
- 1.31 Заблуждения о Большом взрыве
- 1.32 Последствия и космология до Большого взрыва
- 1.33 Физические теории и Большой взрыв
- 1.34 Космогония и модели
- 1.35 Конечная судьба Вселенной
- 1.36 Религиозные и философские интерпретации
- 1.37 Дополнительные термины и концепции
- 1.38 Полный текст статьи:
- 2 Большой взрыв
большой взрыв
-
Большой взрыв и Вселенная
- Большой взрыв описывает расширение Вселенной из начального состояния высокой плотности и температуры.
- Впервые сформулирован Александром Фридманом в 1922 году.
- Закон Хаббла установил, что галактики удаляются от Земли со скоростью, ускоряющейся пропорционально расстоянию.
-
Космологические модели
- Различные модели объясняют эволюцию Вселенной от ранних периодов до крупномасштабной формы.
- Модели предсказывают обилие легких элементов, космическое микроволновое фоновое излучение и крупномасштабную структуру.
- Однородность Вселенной объясняется космической инфляцией.
-
Реликтовое излучение и возраст Вселенной
- В 1964 году открыто реликтовое излучение, подтвердившее модели Большого взрыва.
- Возраст Вселенной составляет 13,787±0,020 миллиарда лет.
-
Необъясненные аспекты
- Барионная асимметрия и темная материя остаются необъясненными.
- Темная энергия объясняет ускоренное расширение Вселенной.
-
Особенности моделей
- Модели основаны на универсальности физических законов и космологическом принципе.
- Космологический принцип подтвержден наблюдениями температуры реликтового излучения.
-
Горизонты и термизация
- Наличие горизонтов частиц и будущего зависит от показателя Фридмана–Леметра–Робертсона–Уокера.
- Некоторые процессы в ранней Вселенной не достигли термодинамического равновесия.
-
Временная шкала и сингулярность
- Вселенная была очень горячей и компактной в начале, затем расширялась и охлаждалась.
- Экстраполяция расширения назад во времени приводит к гравитационной сингулярности.
- Возраст Вселенной составляет 13,8 миллиарда лет.
-
Инфляция и бариогенез
- Вселенная была заполнена однородно и изотропно с высокой плотностью энергии и температурами.
- В эпоху Планка все фундаментальные взаимодействия были объединены.
- Инфляция началась через 10-37 секунд, Вселенная росла экспоненциально.
- Инфляция прекратилась через 10-33 секунды, объем Вселенной увеличился в 1078 раз.
- Бариогенез нарушил закон сохранения барионного числа, что привело к преобладанию материи.
-
Охлаждение и формирование структуры
- Плотность и температура Вселенной уменьшались, энергия частиц падала.
- Фазовые переходы привели к разделению электромагнитного и слабого взаимодействий.
- Через 10-6 секунд кварки и глюоны объединились в барионы.
- Через несколько минут после начала расширения нейтроны объединились с протонами, образовав ядра дейтерия и гелия.
- После рекомбинации электроны и ядра объединились в атомы, испускающие реликтовое излучение.
-
Формирование структуры
- После рекомбинации материя гравитационно притягивалась, образуя газовые облака, звезды и галактики.
- Данные WMAP показывают, что темная материя холодная, а барионная материя составляет около 4,6%.
- В расширенной модели темная материя включает горячую темную материю и нейтрино.
-
Космическое ускорение
- Вселенная наполнена темной энергией, которая равномерно пронизывает пространство.
- Темная энергия доминирует в современной Вселенной, составляя 73% общей плотности энергии.
- Расширение Вселенной ускоряется из-за уменьшения плотности материи.
-
История концепции
- Термин “Большой взрыв” был введен Фредом Хойлом в 1949 году.
- Хойл отрицал, что термин был уничижительным, и утверждал, что это был яркий образ.
- Модели Большого взрыва основаны на наблюдениях и теоретических соображениях.
-
Открытие Хаббла и закон Хаббла
- В 1924 году Эдвин Хаббл измерил расстояние до ближайших спиральных туманностей и показал, что они являются другими галактиками.
- В 1929 году Хаббл обнаружил корреляцию между расстоянием и скоростью спада, известную как закон Хаббла.
-
Теория Большого взрыва
- Жорж Леметр предположил, что Вселенная расширяется и что в прошлом она была меньше.
- В 1931 году Леметр предположил, что Вселенная началась с “первобытного атома”.
- В 1949 году Фред Хойл ввел термин “Большой взрыв” для теории Леметра.
-
Развитие теории Большого взрыва
- В 1964 году открытие реликтового излучения подтвердило теорию Большого взрыва.
- В 1981 году Алан Гут ввел инфляцию для объяснения особенностей ранней Вселенной.
- В 1990-х годах наблюдения за шаровыми скоплениями показали, что им около 15 миллиардов лет.
-
Современные данные и проблемы
- Современные данные включают наблюдения за формированием галактик и распределением космических структур.
- Темная материя и темная энергия остаются нерешенными проблемами.
- Инфляция и бариогенез остаются спекулятивными чертами моделей Большого взрыва.
-
Доказательства модели Большого взрыва
- Пензиас и Уилсон получили Нобелевскую премию за открытие реликтового излучения в 1978 году.
- Реликтовое излучение возникает после рекомбинации, когда нейтральный водород становится стабильным.
- В 1989 году COBE измерил спектр реликтового излучения, подтвердив его почти идеальное черное тело.
-
Анизотропия реликтового излучения
- В 2000-2001 годах эксперименты показали, что форма Вселенной почти плоская.
- В 2003 году Уилкинсон получил точные значения космологических параметров, опровергнув некоторые модели космической инфляции.
- В 2009 году запущен космический зонд “Планк” для дальнейших исследований.
-
Изобилие первозданных элементов
- Модели Большого взрыва предсказывают концентрацию изотопов гелия, дейтерия и лития.
- Измеренные концентрации совпадают с предсказанными, за исключением лития, что является космологической проблемой.
-
Эволюция и распределение галактик
- Наблюдения за галактиками и квазарами согласуются с моделями Большого взрыва.
- Первые квазары и галактики сформировались в течение миллиарда лет после Большого взрыва.
-
Первичные газовые облака
- В 2011 году обнаружены облака первичного газа, не содержащие тяжелых элементов.
- Эти облака образовались в первые несколько минут после Большого взрыва.
-
Другие улики
- Возраст Вселенной согласуется с различными оценками, включая реликтовое излучение и сверхновые типа Ia.
- Предсказание о высокой температуре реликтового излучения подтверждено наблюдениями.
-
Будущие наблюдения
- Гравитационно-волновые обсерватории могут обнаружить первичные гравитационные волны.
-
Задачи и связанные с ними вопросы
- Барионная асимметрия: неясно, почему во Вселенной больше материи, чем антивещества.
- Темная энергия: объясняет ускорение расширения Вселенной и кривизну Вселенной.
- Природа темной энергии остается загадкой.
-
Состав Вселенной
- Вселенная состоит на 73% из темной энергии, на 23% из темной материи, на 4,6% из обычной материи и менее чем на 1% из нейтрино.
- Плотность энергии в веществе уменьшается с расширением Вселенной, но плотность темной энергии остается постоянной.
-
Темная энергия
- Темная энергия была объяснена космологической постоянной Эйнштейна и другими теориями.
- Проблема космологической постоянной возникает из-за несоответствия между измеренной плотностью энергии и предсказаниями.
-
Темная материя
- Темная материя составляет до 90% материи во Вселенной и не излучает свет.
- Ее существование подтверждается различными наблюдениями, но ее природа остается загадкой.
-
Проблема горизонта
- Проблема горизонта возникает из-за невозможности распространения информации быстрее света.
- Теория инфляции предлагает решение, объясняющее изотропию реликтового излучения.
-
Магнитные монополи
- Магнитные монополи не были обнаружены, что противоречит теориям Великого объединения.
- Космическая инфляция удаляет точечные дефекты из наблюдаемой Вселенной.
-
Проблема плоскостности
- Вселенная кажется плоской, но любое отклонение от критической плотности увеличивается со временем.
- Проблема требует объяснения, так как Вселенная не достигла тепловой смерти или Большого сжатия.
-
Заблуждения о Большом взрыве
- Модель Большого взрыва не объясняет происхождение Вселенной, а описывает ее нынешнее состояние.
- Расширение пространства — это математическое соглашение, а не реальное расширение.
-
Последствия и космология до Большого взрыва
- Научные экстраполяции возможны только на конечные периоды времени.
- Происхождение Вселенной остается загадкой, но модель Большого взрыва ограничивает некоторые ее характеристики.
-
Физические теории и Большой взрыв
- Современные теории общей теории относительности и квантовой механики неприменимы до эпохи Планка.
- Для исправления требуется разработка правильной трактовки квантовой гравитации.
- Некоторые методы квантовой гравитации предполагают, что время может быть эмерджентным свойством.
-
Космогония и модели
- Простейшие модели предполагают, что Большой взрыв был вызван квантовыми флуктуациями.
- Модели эмерджентной Вселенной описывают малоактивную прошлую эру до Большого взрыва.
- Модели с конечным пространством-временем предполагают, что Большой взрыв представляет собой предел времени без сингулярности.
- Космологические модели бран включают инфляцию, экпиротическую модель и циклическую модель.
- Вечная инфляция предполагает, что вселенская инфляция заканчивается локально, приводя к пузырьковым вселенным.
-
Конечная судьба Вселенной
- До наблюдений за темной энергией рассматривались два сценария будущего Вселенной.
- При критической плотности Вселенная достигла бы максимального размера и начала бы сжиматься.
- При плотности ниже критической расширение замедлилось бы, но не прекратилось бы.
- Современные наблюдения за ускоряющимся расширением предполагают, что Вселенная будет уходить за пределы горизонта событий.
-
Религиозные и философские интерпретации
- Большой взрыв имеет значительное влияние на религию и философию.
- Некоторые полагают, что Большой взрыв подразумевает наличие творца, другие утверждают, что космология делает понятие творца излишним.
-
Дополнительные термины и концепции
- Антропный принцип — гипотеза о разумной жизни и Вселенной.
- Большой скачок — модель происхождения Вселенной.
- Большой кризис — гипотетический сценарий окончательной судьбы Вселенной.
- Холодный Большой взрыв — обозначение абсолютной нулевой температуры в начале Вселенной.
- Космический календарь — метод визуализации хронологии Вселенной.
- Космогония — теория или модель, касающаяся происхождения Вселенной.
- Эврика: стихотворение в прозе — произведение Эдгара Аллана По.
- Будущее расширяющейся Вселенной — сценарий, в котором расширение продолжается вечно.
- Тепловая смерть Вселенной — возможная судьба Вселенной.
- Нестандартная космология — модели Вселенной, отклоняющиеся от научного консенсуса.
- Форма Вселенной — локальная и глобальная геометрия Вселенной.
- Стационарная модель — модель Вселенной, альтернативная модели Большого взрыва.