Вчені, яким пощастило відкрити реліктове випромінювання "гарячого Всесвіту", - Арно Пензіас і Роберт Вільсон (США). За це відкриття в 1978 році вони отримали Нобелівську премію.
Семиметрова рупорно-параболічна антена (невеликий радіотелескоп), на якій А. Пензиас і Р. Вільсон - співробітники "Белл телефон лабораторії" виявили реліктове випромінювання.
Малюнок (тут зображений сектор загальної панорами) пояснює, як розвивалася наша Всесвіт (Метагалактика) від Великого вибуху до її сучасного стану.
Поширеність хімічних елементів у Всесвіті
<
>
У тому, що видима картина світобудови може виявитися оманливою, люди переконувалися неодноразово. Так, наприклад, довго-довго здавалося абсолютно очевидним, безперечним, що ні Земля обертається навколо Сонця, а воно ходить навколо нашої Землі.
Потім розсіялася і інше оману: з'ясувалося, що немає ніякої "сфери нерухомих зірок". А адже в її існуванні були впевнені такі видатні вчені світу, як Арістотель, Птолемей, Коперник. Ну а тепер кожен школяр знає, що зірки не прикріплені ні до якої сфери, знаходяться від нас на різних відстанях і рухаються в просторі. Потім, вже в ХХ столітті, астрономи розкрили таємницю численних туманних цяток на небі. Виявилося, що це - зоряні системи, подібні нашій Галактиці, що вони віддаляються і один від одного і від нас. Так поступово людина стала відчувати себе жителем розширення Всесвіту, звучить це якось не дуже зрозуміло, навіть загадково. І усвідомити, що ж все це насправді означає, виявилося зовсім не просто.
У попередній бесіді (див. "Наука і життя" № 12, 1997 г.) вже розповідалося про те, як вчені зрозуміли, що Всесвіт (Метагалактика) складається з багатьох мільярдів галактик, подібних до нашого Чумацького Шляху, і що все галактики з величезними швидкостями віддаляються один від одного. Американський астроном Едвін Хаббл відкрив закон, який назвали його ім'ям, і цей закон допоміг встановити, що чим далі галактика (або якийсь інший позагалактичний об'єкт), тим з більшою швидкістю він віддаляється від нас.
Так ось, галактики, розділені відстанню 1 Мпк (це 3,08.1019 км), біжать один від одного зі швидкістю від 50 до 100 км / с. Таке розширення Всесвіту зараз. Яким воно було колись і яким стане в майбутньому, поки можна лише здогадуватися. Припустимо, в минулому темп розширення був таким же. Тоді вік Метагалактики швидше за все близький до 15 мільярдам років. І це означає, що розширення Метагалактики - найграндіозніша з відомих в даний час явищ природи - почалося приблизно півтора десятка мільярдів років тому.
Що ж тоді сталося? Майже всі сучасні вчені переконані в тому, що почалося з розширення "вогненної кулі", і потім був Великий вибух.
Подумки перенесемося в ту епоху і постараємося представити, як все відбувалося. Це питання досить докладно розбирає розроблена астрофізиками теорія, яку називають теорією "гарячого Всесвіту". Вона виходить з того, що відразу ж, в перші миті після вибуху, Всесвіт заповнило речовина, що володіло величезною температурою і надвеликої щільністю (звідси і назва теорії - "гаряча Всесвіт").
Це надщільного і сверхгорячей речовина фізики і астрофізики називають первинної плазмою. Тут ми повинні зробити невеличкий відступ і дещо пояснити.
Ще стародавні греки здогадувалися про те, що всі навколишні нас тіла і речовини складаються з найдрібніших неподільних частинок - атомів. Стародавні мали рацію. З атомів складаємося ми самі, всі тварини і рослини, і наші будинки, і наша Земля, і Місяць, і Сонце, і зірки. Всі хімічні елементи - водень і гелій, залізо і кремній, вуглець і уран теж складаються з атомів. В основі більшості земних і деяких небесних тіл не просто атоми, а побудовані з атомів молекули, іноді - прості, а іноді і надзвичайно складні.
Така навколишнє нас земна і небесна природа в даний час. Але відразу після Великого вибуху вона була зовсім іншою. Втім, і зараз різні небесні тіла влаштовані неоднаковим чином. Наприклад, на розпеченому Сонце навіть найпростіші молекули зустрічаються рідко і лише там, де температура нижче, ніж звичайна температура сонячної поверхні. Наприклад, на сонячних плямах. А навколо плям і тим більше всередині Сонця так жарко, що там не тільки молекули, але навіть атоми розпадаються на складові їх менш складні частинки (ядра атомів, електрони і т. Д.).
Ми знаємо, що в центрі Сонця температура близько 15 мільйонів градусів. В "гарячого Всесвіту" вона була у багато разів вище. Значить, на початку розширення Всесвіту при такій температурі не могли існувати ніякі хімічні елементи. У первинній плазмі могли бути лише "цеглинки", з яких потім почали складати ся різні хімічні елементи.
У міру розширення Всесвіту температура її речовини зменшувалася. Як тільки вона охолола до 4000 К, в первинної вільної плазмі частки почали об'єднуватися. З таких добре відомих в даний час елементарних частинок, як протони і нейтрони, виникло речовина, що складається з ядер найлегших хімічних елементів - водню (його у Всесвіті 75 відсотків - по масі) і гелію (близько 25 відсотків).
Надалі найбільш значна подія в історії розвитку Метагалактики сталося приблизно через 300 тисяч років, коли температура знизилася до 3 тисяч градусів (тобто стала нижчою за ту, яку ми зараз спостерігаємо в сонячних плямах). Вчені кажуть, що тоді настала "ера радіації". З'явилися умови, при яких середовище стала прозорою для випромінювання (радіації). Радіація немов відірвалася від речовини, з яким до того вона була пов'язана нерозлучно. Випромінювання, як і речовина, охолоджувалося в міру розширення Метагалактики. На початку "ери радіації" його температура була теж приблизно 3 тисячі градусів, а зараз (через мільярди років, що минули з початку розширення Всесвіту) - всього 3-4 градуси. Зауважимо, що мова йде про так званої абсолютної шкалою температур, в якій нуль відповідає мінус 273 градусів за шкалою Цельсія.
Після "ери радіації" настала тривала до сих пір "ера речовини". У ній відбувалося і відбувається розширення Метагалактики. Поступово створилися умови, які підходять для процесу народження галактик з їх зірками і планетами. І, зокрема, нашої Сонячної системи, без якої нас не могло б бути.
Весь цей час щільність розширюється середовища зменшувалася. Буквально через кілька хвилин після початку розширення вона стала близькою до щільності води, ще через кілька годин щільність Всесвіту можна було порівняти з нинішньою щільністю повітря біля поверхні Землі. У наш час середня щільність речовини Метагалактики мізерно мала, вона близька до величини 10_28 кг / мз.
Людині, який вперше знайомиться з теорією "гарячого Всесвіту", все, про що ми тут розповідаємо, може здатися малоправдоподібним казкою. Однак більшість фахівців в області астрофізики і космології відносяться до теорії "гарячого Всесвіту" серйозно і шанобливо. Ось що писав з цього приводу наш відомий фізик-теоретик академік Я. Б. Зельдович: "Теорія" Великого вибуху "в даний момент не має скільки-небудь помітних недоліків. Я б навіть сказав, що вона так само надійно встановлена і вірна, наскільки Правдою було те, що Земля обертається навколо Сонця. обидві теорії займали центральне місце в картині світобудови свого часу, і обидві мали багато противників, які стверджували, що нові ідеї, закладені в них, абсурдні і суперечать здоровому глузду. Але подібні виступи не в змозі перешкоджати успіху але вих теорій ". Щоб так рішуче відстоювати теорію "гарячого Всесвіту", потрібно було мати важливі докази того, що ця теорія вірна і підтверджується даними, отриманими з безпосередніх спостережень.
І такі дані дійсно існують. Ось головні з них.
По-перше, вік небесних тіл, в тому числі і за наше Сонце, менше віку Метагалактики. І це повністю узгоджується з даними теорії "гарячого Всесвіту". По-друге, у Всесвіті до цього дня найбільше водню (близько 75 відсотків) і гелію (близько 25 відсотків). Решта хімічні елементи, що утворилися значно пізніше (наприклад, в ході процесів, що відбуваються всередині зірок), являють собою лише невелику "домішка" до водню і гелію (хоча без цієї "домішки" планети і життя на них ніколи не могли б виникнути). Факт такого кількісного співвідношення хімічних елементів у Всесвіті свідчить на користь теорії "гарячого Всесвіту". І, нарешті, по-третє (може бути, це - найголовніший доказ), - відкриття реліктового випромінювання. Сучасним вченим вдалося виявити то випромінювання, яке колись (в далеку від нас "еру радіації") почало своє самостійне подорож по Всесвіту.
Це найважливіше відкриття було зроблено порівняно недавно. У 1964-1965 роках молоді американські радіоастрономи А. Пензиас і Р. Вільсон займалися налагодженням радіоантени для роботи за програмою супутникового зв'язку. Радіосигналу, який приймала антена, весь час заважав якийсь сторонній шум, від нього неможливо було позбутися. Як потім з'ясувалося, він виявився реліктовим випромінюванням "гарячого Всесвіту", випромінюванням, яке фахівці вже багато років намагалися вловити. Пензиас і Вільсон стали лауреатами Нобелівської премії 1978 року.
Отже, ми познайомили вас з історією народження нашого Всесвіту. Переказали, звичайно, лише в найзагальніших рисах, суть теорії "гарячого Всесвіту". Привели деякі основні докази в її захист.
Є, звичайно, й інші точки зору, що пояснюють виникнення і еволюцію нашого Всесвіту. Але на даному етапі розвитку науки теорія Великого вибуху і "гарячого Всесвіту" досить успішно витримує конкуренцію. Більшості вчених нашого часу вона представляється хоча і дивовижною, але все ж найбільш правдоподібною.
Що ж тоді сталося?
