Утворення Всесвіту

Кінцевий або нескінченний Всесвіт, яка у неї геометрія - ці і багато інші питання повязані з еволюцією Вселеної, зокрема із спостережуваним розширенням. Якщо швидкість "розльоту" галактик збільшиться на 75 км/с на кожний мільйон парсек, то екстраполяція до минулого приводить до дивного результату: приблизно 10-20 млрд. років тому весь Всесвіт був зосереджений в дуже маленькій області. Багато учених вважають, що у той час густина Всесвіту була така ж, як у атомного ядра: Всесвіт був однією гігантською "ядерною краплею". З якихось причин ця "крапля" прийшла в нестійкий стан і вибухнула. Наслідки цього вибуху ми спостерігаємо зараз як системи галактик.

При даній оцінці часу утворення Всесвіту передбачалося, що спостережувана нами зараз картина розльоту галактик відбувалася з однаковою швидкістю і в скільки завгодно далекому минулому. А саме на такому припущенні і заснована гіпотеза первинного Всесвіту - гігантської "ядерної краплі", що прийшла в стан нестійкості.

В даний час космологи припускають, що Всесвіт не розширявся "від крапки до крапки", а як би пульсує між кінцевими межами густини. Це означає, що у минулому швидкість розльоту галактик була менше ніж зараз, а ще раніше система галактик стискалася, тобто Галактики наближалися один до одного з тим більшою швидкістю, ніж більша відстань їх розділяла. Сучасна космологія розташовує ряд аргументів на користь картини "пульсуючого Всесвіту". Такі аргументи носять чисто математичний характер; найголовніший з них - необхідність обліку реально існуючої неоднорідності Вселеної. Вирішити питання, яка з двох гіпотез справедлива, ми зараз не можемо. Буде потрібно величезна робота, щоб вирішити цю одну з найважливіших проблем космології.

Сучасна космологія виникла на початку ХХ в. після створення релятивістської теорії тяжіння. Перша релятивістська модель, заснована на новій теорії тяжіння і претендуюча на опис всього Всесвіту, була побудована А. Эйнштейном в 1917 р. Проте вона описувала статичний Всесвіт і, як показали астрофізичні нагляди, виявилося невірною.

В 1922-1924 рр. радянським математиком А.А. Фридманом були запропоновані загальні рівняння для опису всього Всесвіту, змінного з часом. Зоряні системи не можуть знаходитися в середньому на незмінних відстанях один від одного. Вони повинні або віддалятися, або зближуватися. Такий результат - неминуче слідство наявності сил тяжіння, які очолюють в космічних масштабах. Висновок Фрідмана означав, що Всесвіт повинен або розширюватися, або стискатися. Звідси слідував перегляд загальних уявлень про Всесвіт. В 1929 р. американський астроном Э. Хаббл (1889-1953) за допомогою астрофізичних наглядів відкрив розширення Всесвіту, підтверджуюче правильність висновків Фрідмана.

Моделі Фрідмана служать основою всього подальшого розвитку космології. Вони описують механічну картину руху величезних мас Всесвіту і її глобальну структуру. Якщо колишні космологічні побудови покликані описувати спостережувану тепер структуру Всесвіту з незмінним в середньому рухом світів в ній, то моделі Фрідмана за своєю суттю були еволюційними, звязували сьогоднішній стан Всесвіту з її попередньою історією. З цієї теорії виходить, що у далекому минулому Вселена не була зовсім схожа на спостережувану нами сьогодні. Тоді не було ні окремих небесних тіл, ні їх систем, вся речовина була майже однорідною, дуже щільною, швидко розширялося. Тільки значно пізніше з такої речовини виникли галактики і їх скупчення.

Починаючи з кінцем 40-х років нашого століття, вся більша увага в космології привертає фізика процесів на різних етапах космологічного розширення. У висунутій в цей час Г.А. Гамовим теорії гарячого Всесвіту розглядалися ядерні реакції, що протікали на самому початку розширення Всесвіту в дуже щільній речовині. При цьому передбачалося, що температура речовини була велика і падала з розширенням Всесвіту. Теорія передбачала, що речовина, з якої формувалися перші зірки і галактики, повинна складатися в основному з водню (75%) і гелію (25%), домішка інших хімічних елементів незначна. Інший висновок теорії - в сьогоднішньому Всесвіті повинне існувати слабке електромагнітне випромінювання, що залишилося від епохи великої густини і температури речовини. Таке випромінювання в ході розширення Всесвіту було названо реліктовим випромінюванням.

Тоді ж зявилися принципово нові наглядові можливості в космології: виникла радіоастрономія, розширилися можливості оптичної астрономії. Зараз Всесвіт аж до відстаней в декілька парсек досліджується різними методами.

На сучасному етапі в розвитку космології інтенсивно досліджується проблема початку космологічного розширення, коли густина матерії і енергії частинок була величезною. Керівними ідеями є нові відкриття у фізиці взаємодії елементарних частинок при дуже великих енергіях. При цьому розглядається глобальна еволюція Всесвіту. Сьогодні еволюція Всесвіту всесторонньо обгрунтовується численними астрофізичними наглядами, які спираються на теоретичний базис всієї фізики.