7.4. Гипотеза Большого взрыва

Точно ответить на вопрос о происхождении Вселенной современная наука пока не может (и вряд ли будет в состоянии это сделать в ближайшее время — настолько он сложен). Однако у нее есть на этот счет более или менее обоснованные предположения. Одно из них является в настоящее время наиболее распространенным и достаточно убедительным. Это гипотеза Большого взрыва, идея о котором была предложена еще в 40-е гг. прошлого столетия, а утвердилась в естествознании в 70-е гг.

Наблюдая все существующее вокруг нас, можно заметить одну интересную закономерность: все большое, прежде чем таковым стать, является маленьким. Вы бросаете в землю крохотное зернышко, едва различимое глазом, а из него вырастает мощное дерево, превосходящее породившее его зернышко по своим размерам и массе в миллионы раз. Кроме того, невзрачное зернышко почти бесформенно, и кажется нам предельно простым, невзрачным объектом. А могучее дерево поражает нас красотой и величием своих форм: огромные корни, простирающиеся по земле на многие метры, широкий и высокий ствол, тянущий во все стороны сильные ветви, замысловатого рисунка кора и несчетные мириады разного оттенка листьев, шелестящих на ветру, укрывающих от дождя и спасающих от палящих солнечных лучей. Как то ни удивительно, но это огромное дерево взялось из ничтожного, почти незаметного зернышка. Значит, оно в нем было запрограммировано, уже содержалось в некоем сжатом или свернутом, невидимом состоянии. А человек за девять месяцев до своего рождения является мельчайшим микроорганизмом — клеткой, которую можно разглядеть только в мощный микроскоп. Однако в ней уже заложен весь будущий человеческий организм с руками, ногами, головой и всем прочим. Итак, все большое берется из маленького. Ни одна вещь не является исключением из этого правила. Почему бы не предположить, что данная закономерность распространяется и на Вселенную в целом?

Гипотеза Большого взрыва говорит, что очень давно (приблизительно 20 миллиардов лет назад) Вселенная была невероятно малых размеров. Ее радиус равнялся примерно 10-12 см, что близко к радиусу электрона. Мысленно разделите миллиметр на 100 миллиардов частей. Одна такая часть и есть 10-12 см. Говоря иначе, все бескрайнее невообразимое пространство нынешнего космоса, расстояния в котором измеряются миллионами световых лет, было спрессовано в предельно сжатом объеме, который являлся настолько малым, что его можно было бы назвать словом «ничто». И действительно, что такое одна стомиллиардная часть миллиметра? Почти ничто! Понятно, что плотность вещества в этом ничтожном объеме была колоссальной — приблизительно 1091 г/см3 . Также ясно, что в нем не было ни звезд, ни планет, ни всего прочего, ныне существующего, но все бесконечное многообразие Вселенной было заложено в этот первоначальный микрообъект, обычно называемый сингулярным (от лат. singularis — один, единственный), содержалось в нем потенциально, то есть, неявно, незримо, представляло собой возможность, которая должна была превратиться в действительность. Точно так же, как и большое дерево с многообразием своих форм потенциально содержится в маленьком зернышке. Примерно 20 миллиардов лет назад колоссальная плотность и энергия этого сингулярного объекта привели к Большому взрыву, результатом которого было образование и дальнейшая эволюция всех объектов Вселенной.

Есть и другое предположение о происхождении Большого взрыва. 20 миллиардов лет назад Вселенная была не ничтожно малым объектом, а вакуумом. Это слово переводится с латинского как «пустота». Однако вакуум — это не абсолютное ничто, не небытие. Чтобы подчеркнуть это, часто употребляют понятие физического вакуума, который представляет собой особое состояние материи. Говоря просто, физический вакуум — это такое ничто, в котором потенциально, скрыто, неявно содержится все. Он способен внезапно и резко перестраивать свою структуру, то есть меняться, переходить из одного состояния в другое. Такие переходы называют фазовыми (например, переход воды в пар и лед). В результате одного из фазовых переходов физического вакуума, который и был Большим взрывом, он из пустоты (ничего) превратился во Вселенную (все). Известный отечественный популяризатор науки В.С. Барашенков в своей книге «Кварки, протоны, Вселенная» описывает Большой взрыв следующим образом: «Предполагается, что вся энергия родившегося 20 млрд лет назад мира была заключена в его вакууме... Состояние рождающейся Вселенной напоминало то, что бывает высоко в горах перед грозой: напряженная, густая, потрескивающая сполохами разрядов пустота, которая вот-вот превратится в заполняющий все пространство водяной потоп».

Какой бы ни была Вселенная по различным представлениям до взрыва — сверхплотным микрообъектом или физическим вакуумом, непроизвольно возникает вопрос: а что существовало до этого микрообъекта или вакуума, а также: что находилось вокруг того и другого, или, иначе, где была эта точка или этот вакуум? Такого рода вопросы отпадут, если мы вспомним про теорию относительности. Ее основной идеей является утверждение о том, что материя, пространство и время — это не разные вещи, а, по большому счету, одно и то же и не существуют друг без друга. Когда мы спрашиваем, что было до сверхплотного микрообъекта или вакуума, то автоматически предполагаем, что время существовало само по себе, еще до появления материи. Понятно, что материя родилась из микрообъекта или из вакуума в момент Большого взрыва. Когда мы спрашиваем, где существовал сверхплотный микрообъект или вакуум, то автоматически предполагаем, что пространство существовало само по себе, еще до появления материи. Вспомним, Эйнштейн показал, что не может быть никакого пространства и времени без, помимо или вне материи. А это значит, что спрашивать о том, где находился сингулярный микрообъект или вакуум, равно как и о том, что существовало до того или другого, нельзя, потому что, если до взрыва не было материи, то не было и пространства со временем. А вернее, они являлись или этим сверхплотным микрообъектом, или физическим вакуумом и появились, как и материя, в результате Большого взрыва. В уже упоминавшейся книге В.С. Барашенкова говорится об этом следующее: «Вопрос о том, что было «до начала мира», например, 40 или 50 млрд лет назад, предполагает, что тогда сохранялись условия, к которым приложимо наше понятие времени. На самом же деле для описания процессов вблизи «начала мира» нужны совсем другие мерки. Использовать здесь наши часы так же бессмысленно, как измерять длину и вес тела термометром».

Гипотеза Большого взрыва не является только умозрительным предположением. В пользу нее косвенно говорят различные наблюдения. Так в 1929 г. американский астроном Эдвин Хаббл открыл так называемое красное смещение или, иначе говоря, заметил, что свет далеких галактик несколько краснее ожидаемого, т.е. их излучение смещается в красную сторону спектра. Еще раньше было установлено, что когда некое тело удаляется от нас, то его излучение смещается в красную сторону спектра (красное смещение), а когда оно, наоборот, приближается к нам, то его излучение смещается в фиолетовую сторону спектра (фиолетовое смещение). Таким образом, открытое Хабблом красное смещение свидетельствовало в пользу того, что галактики удаляются от нас и друг от друга с огромными скоростями, т.е., как то ни удивительно, в настоящее время Вселенная расширяется, причем одинаково во всех направлениях, то есть взаимное расположение космических объектов не меняется, а изменяются только расстояния между ними. Точно так же, как не меняется расположение точек на поверхности воздушного шара, но меняются расстояния между ними, когда его надувают. Но если Вселенная расширяется, то обязательно возникает вопрос: а какие же силы сообщают разбегающимся галактикам начальную скорость и дают необходимую энергию. Современная наука предполагает, что исходным моментом и причиной нынешнего расширения Вселенной был Большой взрыв.

Другим косвенным подтверждением гипотезы Большого взрыва является открытое в 1965 г. реликтовое излучение (от лат. relictum — остаток) Вселенной. Это излучение, остатки которого доходят до нас из того далекого времени, когда ни звезд, ни планет еще не было, а вещество Вселенной было представлено однородной плазмой, которая имела колоссальную температуру. Таким образом, раньше Вселенная была намного более теплой, чем в настоящее время. Причиной столь высокой ее температуры в отдаленном прошлом мог быть Большой взрыв. Однако идея о нем продолжает оставаться гипотезой, и ждет своего подтверждения или опровержения от будущих научных исследований.

Вопросы для самопроверки

Как отвечает современная наука на вопрос о происхождении Вселенной?

Что представляла собой Вселенная на момент Большого взрыва, согласно основным научным предположениям?

Существовали ли пространство и время до Большого взрыва по современным представлениям?

Каковы основные косвенные подтверждения гипотезы Большого взрыва?