Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

29: Великий вибух

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    78563

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    У попередніх розділах ми досліджували вміст Всесвіту — планет, зірок і галактик — і дізналися про те, як ці об'єкти змінюються з часом. Але як щодо Всесвіту в цілому? Скільки йому років? Як це виглядало на початку? Як він змінився з тих пір? Якою буде її доля?

    Космологія - це вивчення Всесвіту в цілому і є предметом цієї глави. Історія спостережливої космології дійсно починається в 1929 році, коли Едвін Хаббл опублікував спостереження червоних зрушень і відстаней для невеликої вибірки галактик і показав тодішній революційний результат, що ми живемо в розширюється Всесвіті - той, який в минулому був щільнішим, гарячішим і плавнішим. З цього раннього відкриття астрономи розробили багато прогнозів про походження та еволюцію Всесвіту, а потім перевірили ці прогнози спостереженнями. У цьому розділі ми опишемо те, що ми вже знаємо про історію нашого динамічного Всесвіту, і виділимо деякі таємниці, які залишилися.

    • 29.1: Епоха Всесвіту
      Космологія - це вивчення організації та еволюції Всесвіту. Всесвіт розширюється, і це одна з ключових спостережних відправних точок для сучасних космологічних теорій. Сучасні спостереження показують, що швидкість розширення не була постійною протягом усього життя Всесвіту. Спочатку, коли галактики були близько один до одного, ефекти гравітації були сильнішими, ніж вплив темної енергії, і швидкість розширення поступово сповільнювалася.
    • 29.2: Модель Всесвіту
      Модель, яка є ізотропною і однорідною (скрізь однакова) - досить гарне наближення реальності. Всесвіт розширюється, а це означає, що Всесвіт зазнає зміни масштабів з часом; простір розтягується, а відстані збільшуються на один і той же фактор всюди в даний час. Спостереження показують, що масова щільність Всесвіту менше критичної щільності. Іншими словами, у Всесвіті недостатньо матерії, щоб зупинити розширення.
    • 29.3: Початок Всесвіту
      Всесвіт охолоджується в міру розширення. Енергія фотонів визначається їх температурою, і розрахунки показують, що в гарячій ранній Всесвіті фотони мали стільки енергії, що при зіткненні один з одним вони могли виробляти матеріальні частинки. У міру розширення і охолодження Всесвіту спочатку утворюються протони і нейтрони, потім прийшли електрони і позитрони. Далі в реакціях злиття утворюються ядра дейтерію, гелію та літію.
    • 29.4: Космічний мікрохвильовий фон
      Коли Всесвіт став досить прохолодним, щоб утворити нейтральні атоми водню, Всесвіт став прозорим для випромінювання. Вчені виявили випромінювання космічного мікрохвильового фону (CMB) з цього часу під час спекотного раннього Всесвіту. Вимірювання за допомогою супутника COBE показують, що CMB діє як чорне тіло з температурою 2,73 К. Крихітні коливання CMB показують нам насіння великомасштабних структур у Всесвіті.
    • 29.5: З чого насправді складається Всесвіт?
      Двадцять сім відсотків критичної щільності Всесвіту складається з темної матерії. Щоб пояснити стільки темної матерії, деякі теорії фізики передбачають, що повинні існувати додаткові типи частинок. Один тип отримав назву WIMP (слабо взаємодіючі масивні частинки), і зараз вчені проводять експерименти, щоб спробувати виявити їх в лабораторії. Темна матерія відіграє важливу роль у формуванні галактик.
    • 29.6: Інфляційний Всесвіт
      Модель Big Bang не пояснює, чому CMB має однакову температуру в усіх напрямках. Це також не пояснює, чому щільність Всесвіту настільки близька до критичної щільності. Ці спостереження можна пояснити, якщо Всесвіт пережив період стрімкої експансії, яку вчені називають інфляцією, приблизно через 10—35 секунд після Великого вибуху. Нові грандіозні уніфіковані теорії (НУТ) розробляються для опису фізичних процесів у Всесвіті до і в той час, коли сталася інфляція.
    • 29.7: Антропний принцип
      Останнім часом багато космологів відзначають, що існування людини залежить від того, що багато властивостей Всесвіту - розмір коливань щільності в ранньому Всесвіті, сила тяжіння, структура атомів - були в самий раз. Ідея про те, що фізичні закони повинні бути такими, якими вони є, тому що інакше ми не могли б бути тут, щоб їх виміряти, називається антропним принципом. Деякі вчені припускають, що може існувати мультивсесвіт всесвітів, в яких наша лише одна.
    • 29.E.: Великий вибух (вправи)

    Мініатюра: На цьому малюнку зображений космічний телескоп Джеймса Вебба, який наразі планується запустити в 2018 році. Срібний сонцезахисний козирок затінює основне дзеркало та наукові інструменти. Первинне дзеркало діаметром 6,5 метрів (21 фут). Перед запуском і під час запуску дзеркало буде складатися. Після того, як телескоп буде розміщений на своїй орбіті, наземні контролери будуть командувати йому розгорнути дзеркальні пелюстки. Щоб побачити далекі галактики, світло яких зміщено на великі довжини хвиль, телескоп буде нести кілька приладів для зйомки інфрачервоних зображень і спектрів. (Кредит: модифікація роботи НАСА).