Сколько лет вселенной после большого взрыва
Перейти к содержимому

Сколько лет вселенной после большого взрыва

  • автор:

Главное событие в истории. Большой взрыв: как все началось, что было раньше и чем закончится Вселенная

большой взрыв

Примерно 13,8 млрд лет назад произошло важнейшее событие за всю историю существования космоса, которое буквально создало само его существование.

Related video

Ученые знают, что Вселенная началась с Большого взрыва 13,8 млрд лет назад. После этого появились миллиарды миллиардов звезд, галактик и планет, большинство из которых мы так и не можем увидеть. Но до сих пор ученые еще очень мало знают о начале всей Вселенной. Физик Джеральд Кливер из Университета Бэйлора, США, рассказал изданию Universe Today о том, что такое Большой взрыв, что было до этого и как может закончиться жизнь нашей Вселенной.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Большой взрыв

По словам Кливера, теория Большого взрыва описывает внезапный рост наблюдаемой Вселенной примерно 13,79 млрд лет назад, когда возраст Вселенной составлял всего от 10 до 43 секунд. Изначальное расширение космоса продолжалось всего от 10 до 32 секунд. В результате стремительного расширения, которое называется космическая инфляция размер наблюдаемой Вселенной увеличился примерно в 10 в 26 степени раз.

Конец всего: 5 вариантов того, как может исчезнуть наша Вселенная

То есть изначально Вселенная представала собой невероятно плотную и горячую точку, которая начала свой рост уже через несколько миллионных долей секунды после Большого взрыва. В это время образовались протоны и нейтроны, которые через несколько минут образовали ядра атомов. Затем потребовалось еще примерно 380 тысяч лет более медленного формирования материи, чтобы электроны начали вращаться вокруг ядер и таким образом образовались первые атомы.

Это были атомы водорода и гелия, которые и сейчас являются самыми распространенными химическими элементами во Вселенной. Прошло еще 150-200 млн лет после Большого взрыва, чтобы из водорода и гелия появились первые звезды. Именно в ядрах этих звезд появились другие химические элементы, которые после того, как происходил взрыв сверхновых, разлетались по космосу и становились основой для других поколений звезд.

"Изучения самого начала Вселенной однажды приведет к полному пониманию того, что произошло во время Большого взрыва. Это важно, ведь таким образом мы сможем точно понять, является ли наша Вселенная одной из множества других Вселенных или нет", — говорит Кливер.

большой взрыв

Что было до Большого взрыва?

По словам Кливера, это одна из самых больших загадок и предмет споров в научном сообществе. Сейчас существует несколько теорий относительно того, что же было до Большого взрыва. Например, некоторые ученые считают, что наша Вселенная на самом деле является частью огромной мультивселенной и возникла из другой Вселенной. Также она могла появиться с обратной стороны черной дыры, которую называют белой дырой. Также теории предполагают вечное существование Вселенной, которая периодически то сжимается, то расширяется.

мультивселенная

Как закончит свое существование наша Вселенная?

По словам Кливера, это еще один спорный вопрос и на этот счет также существует несколько теорий. Самые популярные из них представлены ниже.

Большое замерзание

Эта теория гласит, что расширение Вселенной будет происходить вечно, в результате чего произойдет сильное разрежение газа и пыли, поэтому новые звезды перестанут появляться, а значит исчезнет тепло и излучение. То есть наступит холодная смерть.

Большой разрыв

Эта теория гласит, что темная энергия, которая будет становиться все сильнее и сильнее приведет к разрушению гравитационных связей в материи и она перестанет существовать как единое целое.

Вселенная

Большое сжатие

Эта теория предполагает, что Вселенная будет сжиматься сама по себе, пока не превратится в самую массивную черную дыру из известных. Затем эта черная дыра сама сожмется до изначальной точки, из которой появилась Вселенная.

Большой отскок

Эта теория гласит, что Вселенная будет вечно расширяться, а затем снова сжиматься, что приведет к новому витку расширения. И это будет происходить вечно.

Кливер же считает, что наблюдаемая Вселенная будет расширяться вечно и примерно через 100 млрд лет скопления галактик станут находиться очень далеко друг от друга. Затем галактики в этих скоплениях также разлетятся в разные уголки космоса. Между галактиками останется невообразимая пустота.

Фокус уже писал о том, что ученые выяснили, когда Землю накрыла самая разрушительная геомагнитная буря. Оказалось, что это событие произошло на тысячи лет раньше, чем считалось.

  • Читайте нас в:
  • Читайте в Telegram
  • Читайте в Facebook
  • Читайте в Twitter
  • Читайте в Google news
  • Читайте в Viber
  • Теги:
  • космос
  • астрономия
  • вселенная
  • физика
  • темная энергия
  • большой взрыв
  • ранняя вселенная
  • Поделиться:
  • отправить в Telegram
  • поделиться в Facebook
  • твитнуть
  • отправить в Viber
  • отправить в Whatsapp
  • отправить в Messenger

Вся Вселенная за 1 год

Идея космического календаря принадлежит известному астроному Карлу Сагану. В таком календаре 13,8 миллиарда лет истории Вселенной умещаются в один земной год: Большой взрыв происходит в первую секунду 1 января, а современная эпоха наступает за несколько секунд до полуночи 31 декабря. Мы сделали собственный космический календарь, который поможет вам представить временные промежутки между главными событиями в истории Вселенной, а также осознать, насколько коротка история человечества по космическим меркам. Поделитесь этой инфографикой с друзьями, если она вам понравится! Вы также можете найти ее в нашем Instagram-аккаунте с помощью хэштега #infographics_StarWalk. Подписывайтесь на нас в Instagram, чтобы узнать больше полезной информации из мира астрономии!

От Большого взрыва до наших дней: удивительная история Вселенной

Возраст Вселенной тесно связан с ее размером, но это далеко не все переменные при определении возраста.

24 ноября 2023, пятница 18:08
Fantoci [ ] для раздела Блоги

реклама

Как давно появилась наша Вселенная? Этот фундаментальный вопрос занимал умы ученых на протяжении веков. Исследуя звезды и галактики при помощи все более мощных телескопов, космологи кропотливо собирали крупицы информации, позволившие приоткрыть завесу тайны над загадочным рождением космоса. Когда мы смотрим на звезды, мы видим не только их красоту, но и их историю. Свет, который доходит до наших глаз, покинул эти звезды миллионы или даже миллиарды лет назад. Он несет в себе информацию о том, как они выглядели и двигались в тот далекий момент. Но что, если мы могли бы увидеть еще дальше, до самого начала времени? Как мы можем определить, сколько лет Вселенной, в которой мы живем? Это одна из самых захватывающих и сложных загадок космологии, которую мы попытаемся объяснить в этой статье.

реклама

Такие космические обсерватории, как телескоп "Хаббл" и космический телескоп "Джеймс Уэбб", предоставили человечеству возможность видеть объекты дальше, чем когда-либо прежде. Когда мы смотрим в ночное небо, мы также смотрим в прошлое. По сравнению со Вселенной в целом, Земля довольно молода: ей 4,5 миллиарда лет. Ученые пришли к этому числу благодаря данным радиометрического датирования, которое измеряет скорость радиоактивного распада элементов с известным периодом полураспада. Лунные камни, древние цирконы, метеориты — все они говорят одно и то же: Земле 4,5 миллиарда лет.

Но с того места, где сейчас находится Земля в наблюдаемой Вселенной, наш взгляд простирается более чем на 13 миллиардов лет в прошлое. Далеко за пределами нашей "Местной группы галактик" астрономы обнаружили галактики, настолько бедные металлами и настолько сильно смещенные в красную область, что, по-видимому, они сформировались менее чем через 300 миллионов лет после Большого взрыва, то есть начала нашей известной Вселенной.

Как долго существует Вселенная? По оценкам ученых, возраст Вселенной составляет 13,8 миллиардов лет с погрешностью плюс-минус два процента.

реклама

Но откуда мы это знаем?

Стандартные свечи и лестница космических расстояний

В 1924 году, наблюдая за ночным небом через самый большой на тот момент телескоп в мире, космологи Эдвин Хаббл и Жорж Леметра, сообщили, что почти все галактики удаляются от Земли. Более того, чем дальше находились от нас галактики, тем быстрее они удалялись.

Эдвин Хаббл (слева) и Жорж Леметра (справа) первыми выдвинули гипотезу о расширении Вселенной.

реклама

Современные наблюдения, проведенные с помощью телескопа Хаббла и телескопа имени Джеймса Уэбба, подтвердили эту зависимость между расстоянием и скоростью. Мало того, что большинство галактик удаляются от Земли, они также удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной тому, насколько далеко они находятся друг от друга.

Эдвин Хаббл основывал свои расчеты расстояний на космологической "стандартной свече" — переменных цефеидах: звездах, яркость которых находится в сильной и прямой зависимости от периода их пульсации. Переменные цефеид являются важной ступенькой на "лестнице космических расстояний" — системе, с помощью которой астрономы, опираясь на результаты одного наблюдения, делают логические выводы о вещах, расположенных гораздо дальше, чем могут видеть наши телескопы. Еще древнегреческие астрономы выяснили, что для двух звезд одного типа более удаленная звезда будет меньше на небе, но они не знали того, что известно нам сейчас: некоторые типы звезд при определенной яркости больше других. Поскольку мы знаем истинную светимость переменных цефеид, мы можем точно рассчитать расстояние до них. Это позволяет нам измерять расстояние до объектов, находящихся очень далеко.

Свет нашего Солнца имеет меньшую длину волны, когда он исходит со стороны солнечного диска, вращающегося в нашу сторону, и большую длину волны со стороны, вращающейся в сторону от Земли. Это явление, известное как эффект Доплера, аналогично изменению звука сирены при ее приближении и удалении. Хаббл и его современники заметили, что вращающиеся звезды и галактики, чье собственное движение перемещает их относительно Земли, также демонстрируют этот эффект, растягивая или сжимая длину волны своего света в зависимости от того, приближаются они или удаляются. Чем сильнее выражен доплеровский сдвиг, тем быстрее движется объект.

Имея достаточное количество данных о расстоянии и скорости рецессии, космологи могут рассчитать скорость расширения пространства: H0. Учитывая, что галактики движутся все дальше друг от друга, значит, вначале они были ближе друг к другу. Сближая визуально их траектории, мы можем увидеть, где и когда они начались. Отсюда учёные смогут перемотать космическое время назад, чтобы оценить максимальный возраст Вселенной.

реклама

Космический микроволновый фон

Время начинается для нас с момента Большого взрыва, когда за крохотную долю секунды взрыв непостижимой величины выбросил наружу огромное количество материи и энергии. В течение первых нескольких пикосекунд после Большого взрыва законы физики сильно отличались от тех, которые действуют в нашей системе отсчета. По мере того, как "первичный глюонный суп" расширялся наружу, он охлаждался, но для этого ему пришлось раздвинуть границы наблюдаемой Вселенной.

Космологи используют различные методы для расчета возраста Вселенной, строя математические модели, чтобы обосновать теорию прямыми наблюдениями. Эта модель получена в ходе миссии ЕКА "Планк" по изучению космического микроволнового фона.

После Большого взрыва, в течение первых 380 000 лет или около того, Вселенная была настолько горячей и плотной, что фактически была непрозрачной. Подобно ядру звезды, электроны были так плотно спрессованы вместе, что фотоны не могли никуда уйти. Когда Вселенная остыла и расширилась, фотоны внезапно смогли найти пути наружу.

Само пространство-время выпустило фотоны в виде колоссального взрыва радиации, последние следы которого мы видим в виде космического микроволнового фона — угасающего свечения остаточного излучения, оставшегося после Большого взрыва спустя столько времени.

Небольшая часть космического микроволнового фона (КМФ) поляризована — она колеблется в предпочтительном направлении. Это результат последней встречи этого света с электронами перед началом его космического путешествия. По этой причине поляризация КМФ хранит информацию о распределении материи в ранней Вселенной, и ее картина на небе повторяет крошечные флуктуации, наблюдаемые в температуре КМФ.

Некоторые фотоны реликтового излучения поляризованы, а это означает, что, путешествуя наружу от своего источника, они вибрируют в «предпочтительном» направлении. Характер поляризации говорит астрономам о последнем взаимодействии между этими фотонами и электронами, которые их задержали когда-то давно, поскольку именно там, где было больше всего электронов, материя была наиболее плотно сконцентрирована.

Проблемы и неизвестные

Все вышесказанное заставляет нас полагать, что у нас есть довольно четкое представление о том, сколько лет Вселенной. По мере совершенствования нашей технологии телескопов неопределенность в наших моделях уменьшается. Но поскольку в космологии нет ничего простого, в ней есть и некоторые несоответствия.

1. Противоречие Хаббла

Свет по мнению ученых подчиняется некоему космическому ограничению скорости, обозначаемому как "c", которое было неотъемлемой частью теории относительности Эйнштейна. Однако само пространство-время не может подвергаться такому же ограничению скорости. Возраст Вселенной 13,8 миллиардов лет, но радиус наблюдаемой Вселенной не составляет 13,8 миллиардов световых лет. Вместо этого наблюдаемая Вселенная имеет диаметр около 46,5 миллиардов световых лет. Это связано с тем, что ткань пространства-времени расширялась с тех пор, как свет, который мы видим, покинул свои отдаленные источники. Скорость ее расширения говорит нам о ее возрасте, но наши основные методы измерения этой скорости дают разные ответы.

Преобладающая модель космологии, называемая моделью лямбда-CDM (лямбда для космологической постоянной; CDM для холодной темной материи — подробнее об этом чуть позже), устанавливает верхнюю границу возраста Вселенной: 14,5 миллиардов лет, максимум. В этой модели темная материя и темная энергия имеют решающее значение для объяснения структуры Вселенной в самых крупных масштабах. Но модель также должна учитывать космический микроволновый фон и изменение скорости расширения Вселенной. В этом и есть загвоздка. Различные наблюдательные источники также дают несколько разные значения возраста Вселенной. Это несоответствие является космологической проблемой, известной как "противоречие Хаббла".

И все же разница очень мала. Например, миссия Европейского космического агентства «Планк» — космический телескоп, запущенный для наблюдения за космическим микроволновым фоном, — предоставила данные, указывающие на возраст 13,787 миллиардов лет. Тем временем проект НАСА по исследованию микроволновой анизотропии Уилкинсона (WMAP) рассчитал возраст Вселенной 13,772 миллиарда лет.

2. Расширяющееся пространство-время против "уставшего" света

Вселенная должна быть по меньшей мере такой же старой, как и самое старое в ней существо. Самые старые наблюдаемые галактики имеют сильное красное смещение (z = 11 или больше) и, возможно, сформировались в течение нескольких сотен лет после Большого взрыва. Свет от этих объектов преодолел более 13 миллиардов световых лет, чтобы достичь нас.

Чтобы Вселенная была старше примерно 14 миллиардов лет, нам пришлось бы отказаться от большинства предположений из модели лямбда-CDM, которая в остальном соответствует данным наблюдений. Однако в статье Раджендра Гупта 2023 года возраст Вселенной оценивается примерно в два раза больше — 26,7 миллиарда лет. Что же тогда получается?

Логика этой статьи основана на явлении под названием «уставший свет», которое физик Фриц Цвикки предложил в 1929 году для объяснения красного смещения фотонов от удаленных источников.

Фотоны из источника, удаляющегося от нас, по-видимому, меняются на пути сюда. Их длина волны увеличивается, что мы видим как сдвиг цвета в сторону красного. Между тем свет от источника, приближающегося к Земле, похоже, смещается в сторону более высокоэнергетического, «более синего» конца спектра.

Современная космология объясняет это красное смещение как результат расширения самого пространства, достаточно быстрого, чтобы увеличить длину волны движущегося через него фотона. За столетие, прошедшее с момента первого доклада Хаббла, тысячи исследований миллионов звезд и галактик подтвердили его и наблюдения его коллег, и обосновали теорию относительности, не вызывая сомнений. Но «уставший свет» Цвики предполагает, что фотоны теряют энергию при перемещении в пространстве-времени.

Раджендра Гупта, физик из Университета Оттавы и автор статьи об «уставшем свете» 2023 года, признает, что теория утомленного света противоречит наблюдениям. Однако Гупта сказал: «Позволяя этой теории сосуществовать с расширяющейся Вселенной, становится возможным по-новому интерпретировать красное смещение как гибридное явление, а не просто как следствие расширения». Другими словами, мы не знаем физических законов в других уголках Вселенной.

Некоторые астрономы считают, что темная материя выглядит именно так, но мы пока не может ее запечатлеть.

Темная материя

Погрешности в наших измерениях возраста видимой Вселенной и факт существования хаббловского противоречия не делают наши измерения недействительными. Они действительно показывают нам, что наши общепринятые модели нуждаются в некоторой унификации. На первом месте здесь стоит модель лямбда-CDM. Темная материя все еще остается темной лошадкой, и это еще одна проблема.

До сих пор ведутся жаркие споры о том, как темная материя вписывается в общую картину вещей — и существует ли вообще такое понятие, как темная материя или темная энергия. Некоторые астрономы предложили систему модифицированной ньютоновской динамики в качестве альтернативы холодной темной материи или даже более экзотические модели, включая космологию бран, связанную с теорией струн. Тем не менее, для понимания темной материи потребуются некоторые экстраординарные доказательства: множество наблюдений за частицами-кандидатами темной материи и несколько новых блестящих физических моделей для их объяснения.

Будет ли темная материя подтверждена официально, также повлияет на наши ожидания относительно долгосрочного поведения Вселенной. Скорость расширения Вселенной влияет на ее конечную судьбу: тепловая смерть, Большой разрыв, возможный коллапс в новую всеобъемлющую сингулярность или что-то еще.

Если Вселенная расширяется с постоянной скоростью в равновесии с гравитацией, это может продолжаться вечно. Однако люди не смогут этого увидеть. Примерно через два триллиона лет все галактики за пределами нашего местного сверхскопления окажутся настолько далеко, что мы не сможем их увидеть: за космическим горизонтом. Если темная материя преодолеет гравитацию, что приведет к дальнейшему увеличению скорости расширения Вселенной, это ускорит этот график на два триллиона лет. Если же, напротив, гравитация возобладает над темной энергией, то все, что расширилось во Вселенной в том виде, в котором мы ее знаем, однажды схлопнется обратно в "Большом сжатии".

К счастью, у нас есть достаточно времени, чтобы это выяснить.

Космическая хронология: что произошло после Большого взрыва

Космическая хронология: что произошло после Большого взрыва

Давайте поговорим о том, что произошло после Большого взрыва.

Когда астрономы думают о том, как развивалась Вселенная, они делят прошлое на отдельные эпохи.

Каждая последующая эпоха охватывает разный отрезок времени.

Важные события характеризуют каждый период и ведут непосредственно к следующей эпохе.

Никто на самом деле не знает, как описать Большой взрыв.

Мы можем представить это как гигантский взрыв.

Но типичный взрыв расширяется в космос.

Однако Большой взрыв был космическим взрывом.

Космоса не существовало до Большого Взрыва.

На самом деле Большой Взрыв был не только началом космоса, но и началом энергии и материи.

С момента этого катастрофического начала Вселенная остывает.

Более горячие вещи обладают большей энергией.

А физики знают, что вещи с очень высокой энергией могут переключаться между состояниями материи и энергии.

Таким образом, вы можете думать об этой временной шкале как описывающей, как Вселенная постепенно изменилась от чистой энергии к существованию в виде различных смесей материи и энергии.

И все это началось с Большого Взрыва.

Со времен Большого взрыва произошло многое

Со времен Большого взрыва произошло многое. Наш Млечный Путь — всего лишь одна из миллиардов галактик, эволюционировавших за эти почти 14 миллиардов лет.

Во-первых, примечание о числах: эта временная шкала охватывает огромный диапазон времени — буквально от самого маленького представления о времени до самого большого.

Такие числа занимают много места в строке, если вы продолжаете записывать их в виде строк нулей.

Поэтому ученые этого не делают.

Их научное обозначение основано на выражении чисел, связанных с 10.

Написанные в виде надстрочных индексов, эти «степени» — кратные 10 — обозначаются крошечными числами, написанными справа вверху от 10.

Крошечные числа называются показателями степени.

Они определяют, сколько знаков после запятой идет до или после 1.

Отрицательный показатель степени не означает, что число отрицательное.

Это означает, что число является десятичным.

Итак, 10 -6 равно 0,000001 (6 знаков после запятой, чтобы добраться до 1), а 10 6 1 000 000 (6 знаков после 1).

Вот временная шкала нашей Вселенной, которую наметили ученые.

Она начинается через долю секунды после рождения нашего космоса.

От 0 до 10 -43 секунды (0,000000000000000000000000000000000000000000001 секунды) после Большого взрыва: этот самый ранний период известен как эра Планка.

Она идет от момента Большого взрыва до этой ничтожной доли секунды после него.

Современная физика — наше понимание основных законов энергии и материи — не может описать, что здесь произошло.

Ученые теоретизируют, как объяснить то, что произошло за это время.

Для этого им придется найти закон физики, объединяющий гравитацию, теорию относительности и квантовую механику (поведение материи в масштабе атомов или субатомных частиц).

Этот чрезвычайно короткий период служит важной вехой, потому что только после этого момента мы сможем объяснить эволюцию нашей вселенной.

От 10 -43 до 10 -35 секунд после Большого Взрыва: даже в течение этого крошечного промежутка времени, известного как Эра Великой Объединенной Теории, происходят серьезные изменения.

Самое важное событие: гравитация становится отдельной силой, отдельной от всего остального.

От 10 -35 до 10 -32 секунд после Большого Взрыва: в течение этого короткого отрезка времени, известного как Эра Инфляции, сильное ядерное взаимодействие отделяется от двух оставшихся объединенных взаимодействий: электромагнитного и слабого.

Ученые до сих пор не уверены, как и почему это произошло, но они считают, что это вызвало интенсивное расширение — или «инфляцию» — Вселенной.

Измерения расширения за это время чрезвычайно трудно понять.

Кажется, Вселенная выросла примерно в 100 миллионов миллиардов миллиардов раз. (Это единица, за которой следуют 26 нулей.)

Вещи в этом пункте действительно странные.

Энергия существует, а света, каким мы его знаем, нет.

Это потому, что свет — это волна, которая распространяется в пространстве, а открытого пространства еще нет!

На самом деле, пространство сейчас настолько переполнено высокоэнергетическими явлениями, что сама материя еще не может существовать.

Иногда астрономы называют вселенную в это время «супом», потому что очень трудно представить, насколько густым и энергичным он был бы.

Но даже «суп» — плохой дескриптор.

Космос в это время переполнен энергией, а не материей.

Самое важное, что нужно понять об эре инфляции, это то, что все, что было немного другим до инфляции, позже станет чем-то совершенно другим. (Держитесь за эту мысль — скоро она станет важной!)

Это изображение суммирует некоторые основные события в развитии нашей Вселенной

Это изображение суммирует некоторые основные события в развитии нашей Вселенной, начиная с Большого взрыва и заканчивая сегодняшним днем.

10 -32 до 10 -10 секунд после Большого Взрыва:

В эту электрослабую эру слабое взаимодействие разделяется на собственное уникальное взаимодействие, так что теперь действуют все четыре фундаментальные силы: гравитация, сильное ядерное, слабое ядерное и электромагнитное взаимодействие.

Тот факт, что эти четыре силы теперь независимы, закладывает основу всего, что мы теперь знаем о физике.

Вселенная все еще слишком горячая (слишком полна энергии) для существования какой-либо физической материи.

Но бозоны — субатомные частицы W, Z и Хиггса — стали «носителями» фундаментальных сил.

От 10 -10 до 10 -3 (или 0,001) секунды после Большого Взрыва: эта часть первой секунды известна как Эра Частиц.

И она полна захватывающих изменений.

Вероятно, у вас есть фотография самого себя в детстве, на которой вы начинаете видеть черты, которые действительно похожи на вас.

Возможно, это веснушка, которая образовалась на вашей щеке, или форма вашего лица.

Для космоса это переходное время — от электрослабой эры к эре частиц — таково.

Когда все закончится, некоторые из основных строительных блоков атомов, наконец, сформируются.

Например, кварки станут достаточно стабильными, чтобы объединяться в элементарные частицы.

Однако материи и антиматерии одинаково много.

Это означает, что как только образуется частица, она почти сразу же аннигилирует своей противоположностью из антивещества.

Ничто не длится дольше одного мгновения.

Но к концу этой эры частиц Вселенная достаточно остыла, чтобы начать следующую фазу, которая приближает нас к нормальной материи.

От 10 -3 (0,001) секунды до 3 минут после Большого взрыва: наконец, мы достигли времени — эры нуклеосинтеза — когда мы действительно можем начать обдумывать все вокруг.

По причинам, которые до сих пор никто полностью не понимает, антиматерия теперь стала чрезвычайно редкой.

В результате аннигиляции материи и антиматерии происходят не так часто.

Это позволяет нашей Вселенной расти почти полностью из оставшейся материи.

Пространство тоже продолжает растягиваться.

Энергия Большого взрыва продолжает остывать, и это позволяет начать формироваться более тяжелым частицам, таким как протоны, нейтроны и электроны.

Вокруг все еще много энергии, но «вещество» космоса стабилизировалось и теперь почти полностью состоит из материи.

Протоны, нейтроны, электроны и нейтрино стали многочисленными и начинают взаимодействовать.

Некоторые протоны и нейтроны сливаются в первые атомные ядра.

Однако могут образовываться только самые простые: водород (1 протон + 1 нейтрон) и гелий (2 протона + 2 нейтрона).

К концу первых трех минут Вселенная настолько остыла, что этот первичный ядерный синтез подходит к концу.

Еще слишком жарко, чтобы образовывать сбалансированные атомы (имеется в виду, с положительными ядрами и отрицательными электронами).

Но эти ядра запечатывают состав будущей материи нашего космоса: три части водорода на одну часть гелия.

Это соотношение остается почти таким же и сегодня.

От 3 минут до 380 000 лет после Большого взрыва: обратите внимание, что временные рамки теперь удлиняются и становятся менее конкретными.

Эта так называемая Эра Ядер возвращает аналогию с «супом».

Но теперь это плотный «бульон» из материи: огромное количество субатомных частиц, включая те первичные ядра, объединяющиеся с электронами, чтобы стать атомами водорода и гелия.

Создание атомов значительно меняет организацию вещей, потому что атомы стабильно держатся вместе.

До сих пор «пространство» едва ли было пустым!

Оно было наполнено субатомными частицами и энергией.

Фотоны света существовали, но они не могли путешествовать далеко.

Но атомы — это в основном пустое пространство.

Итак, при этом невероятно важном переходе Вселенная теперь становится прозрачной для света.

Образование атомов буквально открыло пространство.

Сегодня телескопы могут оглянуться назад во времени и фактически увидеть энергию этих первых путешествующих фотонов.

Этот свет известен как космический микроволновый фон — или CMB-излучение (Cosmic Microwave Background).

Оно было датировано приблизительно 400 000 лет спустя после Большого Взрыва.

За исследование того, как космическое микроволновое фоновое излучение служит доказательством современной структуры космоса, Джеймс Пиблз (James Peebles) разделит Нобелевскую премию по физике 2019 года.

Цвета на этом изображении, полученном телескопом Планк

Цвета на этом изображении, полученном телескопом Планк, показывают крошечные температурные различия космического микроволнового фонового излучения. Диапазон цветов показывает разницу температур до 0,00001 Кельвина. По мере того, как Вселенная расширялась, эти вариации стали фоном, из которого в конечном итоге сформировались галактики.

Космические телескопы измерили этот свет.

Среди них COBE (исследование космического фона) и WMAP (микроволновый зонд анизотропии Уилкинсона).

Они измерили температуру космического фона в 3 кельвина (-270º по Цельсию или -460º по Фаренгейту).

Эта фоновая энергия излучается из каждой точки неба.

Вы можете представить это как тепло, исходящее от костра, даже после того, как он потушен.

Длины волн космического микроволнового фонового излучения попадают в микроволновую часть электромагнитного спектра.

Это означает, что он даже «краснее», чем инфракрасный свет.

Поскольку само пространство растянулось во время расширения Вселенной, растянулись и длины волн даже высокоэнергетического света Большого взрыва.

И он все еще там, чтобы его могли увидеть правильные телескопы.

COBE и WMAP обнаружили еще одну удивительную особенность космического микроволнового фонового излучения.

Помните, что в эпоху инфляции любая крошечная разница в космическом «бульоне» увеличивалась.

Космическое микроволновое фоновое излучение, наблюдаемое COBE и WMAP, действительно имеет почти одинаковую температуру по всему небу.

И все же эти приборы зафиксировали крошечные, совсем крошечные различия — вариации в 0,00001 Кельвина!

На самом деле считается, что эти температурные вариации являются источником галактик.

Другими словами, тогдашние крошечные отличия стали со временем — и по мере остывания Вселенной — структурами, из которых начали расти галактики.

Но это заняло время.

Красное смещение

По мере того, как Вселенная расширялась, растяжение пространства также приводило к растяжению света, удлиняя его длину волны.

Это заставляет этот свет краснеть.

Космический телескоп Джеймса Уэбба оптимизирован для обнаружения слабого, раннего — а теперь и инфракрасного — света от некоторых из самых старых звезд и галактик.

Красное смещение

Красное смещение

От 380 000 лет до 1 миллиарда лет после Большого взрыва: в течение этой чрезвычайно долгой эры атомов материя превратилась в то замечательное разнообразие, которое мы знаем сейчас.

Стабильные атомы водорода и гелия медленно дрейфовали пятнами под действием силы тяжести.

Это еще больше опустошило пространство.

И везде, где атомы слипались, они нагревались.

Это было темное время для Вселенной.

Материя и пространство отделились друг от друга.

Свет мог свободно распространяться — просто его было немного.

По мере того как сгустки атомов становились больше и горячее, они в конечном итоге начинали зажигать термоядерный синтез.

Это тот же процесс, который происходил раньше (слияние ядер водорода в гелий).

Но теперь слияние происходило не везде, равномерно.

Вместо этого оно стало концентрироваться во вновь формирующихся центрах звезд.

Новорожденные звезды превратили водород в гелий, затем (со временем) в литий, а еще позже в гораздо более тяжелые элементы, такие как углерод.

Эти звезды будут генерировать больше света.

На протяжении всей эры атомов звезды начали сплавлять водород и гелий в углерод, азот, кислород и другие легкие элементы.

По мере того, как звезды становились старше, они могли существовать с большей массой.

Это, в свою очередь, породило более тяжелые элементы.

В конце концов, звезды смогли вырваться за свои прежние границы и превратиться в сверхновые.

Звезды также начали притягиваться друг к другу в скопления.

Образовались планеты и солнечные системы.

Это уступило место эволюции галактик.

1 миллиард лет до настоящего времени (13,82 миллиарда лет после Большого взрыва): сегодня мы живем в эпоху галактик.

Люди существовали лишь в течение мельчайшей части космического времени.

Сегодня мы видим прекрасные изображения галактик, звезд, туманностей и других структур, разбросанных по небу.

Мы можем видеть, что есть закономерности в том, где заканчиваются эти структуры — они расположены не ровно, а слипаются.

Каждая частица материи продолжает развиваться, от мельчайшего масштаба атомов до самого большого масштаба галактик.

Она меняется даже сейчас.

Эту космическую шкалу времени по-прежнему трудно понять.

Но наука помогает нам понять это.

И когда мы смотрим глубже в космос, как мы это делаем с космическим телескопом Джеймса Уэбба, мы заглядываем дальше во времени — ближе к тому времени, когда все началось.

Заметно отсутствует на этой временной шкале… много вещей, которые мы не можем увидеть или даже обнаружить в это время.

Согласно тому, что физики понимают в математике Вселенной, эти другие части известны как темная энергия и темная материя.

Они могут составлять до ошеломляющих 95 процентов всего материала во Вселенной.

Эта временная шкала охватывает лишь примерно 5 процентов того, что нам известно.

Как вам Большой взрыв вашего мозга?

Если у вас остались вопросы или вы хотите оставить комментарий по этой статье — напишите его в разделе комментариев ниже.

До скорых встреч! Заходите!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *