Большой взрыв
Теория Большого взрыва: когда началось расширение Вселенной, что было в первые секунды и минуты, почему мы называем её горячей и какие наблюдения это подтверждают.
Теория Большого взрыва описывает, как Вселенная развивалась из очень горячего и плотного состояния примерно 13,8 миллиарда лет назад. Название придумал британский астроном Фред Хойл в 1949 году — сам он был сторонником другой теории, и слово вырвалось почти в шутку. Но оно прижилось, хотя и вводит в заблуждение: никакого «взрыва» в уже существовавшем пространстве не было. Это расширение самого пространства.
Три главных доказательства
- Расширение Вселенной. Галактики удаляются друг от друга, и чем дальше, тем быстрее. Это показали бельгийский астроном Жорж Леметр (1927) и Эдвин Хаббл (1929). Если «отмотать» расширение назад, всё вещество окажется в одной точке. Подробнее — на странице «Расширение Вселенной».
- Реликтовое излучение. Остаток раннего горячего света заполняет всё небо. Его температура сегодня — 2,7 К. См. «Реликтовое излучение».
- Количество лёгких элементов. За первые три минуты в ядра успели собраться водород, гелий и следы лития. Расчёты дают около 75 % водорода и 25 % гелия по массе, и именно так выглядит вещество в самых «чистых» газовых облаках.
Хронология
- Первые доли секунды. Вселенная была невообразимо горячей и плотной. Возможно, в этот период была стадия инфляции — очень быстрого расширения; это гипотеза, объясняющая, почему Вселенная такая ровная.
- Около 1 секунды. Остывание до десятка миллиардов градусов. Из кварков уже сложились протоны и нейтроны.
- От 3 до 20 минут. Ядерные реакции соединили протоны и нейтроны в ядра гелия. Потом температура упала слишком низко, и реакции прекратились.
- 380 тысяч лет. Вещество остыло примерно до 3000 К, электроны соединились с ядрами в атомы, и излучение вышло на свободу: Вселенная стала прозрачной. Этот свет мы и видим как реликтовое излучение.
- Сотни миллионов лет. Включились первые звёзды и возникли первые галактики. «Джеймс Уэбб» видит галактики, свет которых вышел меньше чем через 300 миллионов лет после начала.
Чего теория не говорит
Теория описывает развитие Вселенной после первых долей секунды, но не отвечает, что было «до» и почему вообще что-то возникло. Это вопросы, где физика пока не имеет проверенного ответа: нужна квантовая теория гравитации («Общая теория относительности»). У Вселенной нет и «центра взрыва»: расширяется всё пространство одновременно, и из любой галактики кажется, что остальные разлетаются от неё.
Размер наблюдаемой Вселенной — около 93 миллиардов световых лет в поперечнике. Это больше, чем 13,8 миллиарда лет, умноженные на скорость света, потому что пространство расширялось, пока свет шёл. О составе Вселенной — на страницах «Тёмная материя» и «Тёмная энергия».