Теория Большого взрыва для детей / Хабр
Чтобы начать, начните.
— Уильям Вордсворт
Большой взрыв – одно из величайших научных достижений XX века. Сложно представить, но году в 1900-м мы считали, что вся Вселенная – всё, что существует – состоит из нашего Млечного пути и звёзд, планет и туманностей внутри него, и всё это подчиняется ньютоновскому закону гравитации.
Как далеко мы продвинулись за столь короткое время! Большинство из нас слышало с ранних лет, что Вселенная возникла из Большого взрыва, и хотя такое название легко запомнить, кто из нас знает, как объяснить это явление детям, задающим о нём вопросы? В конце концов, большинство из нас с трудом его понимает, учитывая, какая это обескураживающая концепция!
Думаю, что её могут постигнуть дети даже 8 лет от роду, и возможно, ещё меньшего возраста. Представьте себе следующее:
Вселенная – это гонка, а Большой взрыв – это стартовый пистолет.
Если бы вы были ребёнком и хотели бы посоревноваться против взрослого, разве было бы честным начинать гонку с той же позиции и пробегать ту же дистанцию?
Конечно, нет. Если бы мы захотели дать вам шанс на выигрыш, мы бы дали вам фору, чтобы соревнование было честнее.
Это не значит, что гонка получилась бы честной на 100%. Если фора будет слишком большой, вы легко победите, а если слишком маленькой – взрослые догонят вас задолго до финиша. Но если мы не знаем, как быстро вы бегаете, и как быстро бегают взрослые, участвующие в гонке, мы знаем, что фора даст вам шанс.
Во Вселенной гонка идёт не пешком, и соревнуетесь не вы и не взрослый соперник, бегущий к финишу. Гонка идёт между всеми крохотными частичками материи – маленькими частичками, из которых состоим все мы – и гравитацией, той силой, что удерживает нас внизу, где бы мы ни были на Земле.
Так же, как ребёнок с форой, каждый кусочек материи во Вселенной начинает гонку, имея шанс выиграть.
Мы с вами живём здесь потому, что тут, на Земле, вокруг Солнца, в нашей галактике Млечный путь, гравитация победила! Все маленькие кусочки материи, начавшие разбегаться друг от друга, были стянуты гравитацией вместе. За миллиарды лет и после того, как появилось и исчезло множество звёзд, одна небольшая часть галактики сформировала нас!
Но большая часть космоса пуста, и галактики разделяют огромные расстояния! Большинство галактик разбегается друг от друга слишком быстро для того, чтобы гравитация могла стянуть их вместе, и большая часть материи разбегается от галактик и друг от друга. Только в нескольких местах удача улыбнулась гравитации, и она победила; в большинстве случаев маленькие кусочки материи имели слишком большую фору, и теперь они убегают. Сегодня большинство из них находятся слишком далеко друг от друга!
Вселенная – это большое соревнование между маленькими кусочками материи, начавшими разбегаться друг от друга, и гравитацией, пытающейся стянуть их вместе.
Но в большинстве мест материя разбежалась, и большинство отдельных галактик тоже успешно разбегаются друг от друга.
Если бы мы появились раньше, мы бы увидели процесс этой гонки: соревнования между гравитацией, пытающейся стянуть вместе кусочки Вселенной и изначальной быстрой материей, пытающейся убежать. И чем раньше мы перенесёмся в своих мыслях по времени, тем ближе мы будем к началу гонки, которым и был Большой взрыв.
Вселенная – это гонка, а Большой взрыв – это стартовый пистолет.
Происхождение Вселенной. Какие новые версии предлагает наука и религия?
Как возник мир, в котором мы живем? Этот вопрос всегда интересовал человечество. Первоначально ответ на него давала религия. И ответ был простой – мир был создан Богом. Потом наука дала свой ответ, который, как ни странно, в чем-то соответствовал религиозным представлениям. В чем же именно? Вот об этом мы и поговорим.
История вопроса
Тут такое дело. До первой половины ХХ века ученые считали, что Вселенная существовала всегда. Да, что-то все время менялось. Зарождались и умирали звезды и галактики, вместо них появлялись какие-то новые подобные им объекты, но, в целом, в масштабах Вселенной, ничего не изменялось. Хотя, некоторые факты говорили, что здесь что-то не так. Например, согласно теории всемирного тяготения Ньютона, под действием гравитации, все материальные объекты Вселенной – звезды, межзвездный газ и прочая «мелочь» типа планет, должны были притягиваться друг к другу. И если бы Вселенная существовала вечно, то все, находящееся в ней, уже давно бы стянулось в одну точку. И была бы не Вселенная, а такая вселенская «черная дыра». Эти космические монстры давно были предсказаны, а тут, недавно, и фотография одной из них появилась.
Так вот, нет. Ни в какую «черную дыру» бесконечно существующая Вселенная, почему-то не превратилась.
Вот, смотрите, закон всемирного тяготения. Кружатся планеты вокруг Солнца и не падают на него. Да, и это происходит в точности с законами ньютоновской физики. Но если и вся Вселенная устроена так, как наша Солнечная система, то у нее должно быть какое-то «вселенское солнце», какой-то центр притяжения, вокруг которого все и вертится. Но ничего такого обнаружено не было.
Именно эти противоречия сподвигли Эйнштейна на создание Общей Теории Относительности (ОТО), которая должна была «поправить» Ньютоновскую теорию гравитации и объяснить устройство бесконечно существующей Вселенной.
Ничего не получилось. Конечно, ОТО подтвердила себя в массе наблюдений. И не только. Достаточно сказать, что без учета предсказанных ею эффектов не могли бы работать современные системы GPRS. Но вот с объяснением вечно существующей Вселенной — не получилось.
Воздушный шарик
Все изменилось в первой половине ХХ века, когда американский астроном Хаббл, обнаружил удивительное явление. Далекие галактики удаляются от нас. Далее было обнаружено, что чем дальше находится от нас галактика, тем стремительнее она улетает. Это был какой-то воистину вселенский парадокс. Был. Пока замечательный американский физик российского происхождения Георгий Гамов не дал ему удивительно простое, понятное любому школьнику объяснение. Он сказал. Давайте представим себе воздушный шарик, который надувается так, что его радиус растет с постоянной скоростью. И давайте нарисуем несколько точек на поверхности этого шарика. Если какие-то две точки находятся рядом друг с другом, то по мере надувания шарика расстояние между ними будет расти, но медленно. А вот если они далеко друг от друга, то расстояние между ними, по мере надувания шарика, будет расти быстрее. Представьте себе эту картину – и все станет понятно.
Так вот, заключил Гамов, все дело в том, что наша Вселенная расширяется, как тот воздушный шарик. Поэтому, чем дальше от нас находится галактика (точка на воображаемом шарике), тем быстрее она удаляется.
Но если Вселенная расширяется, значит, у нее было какое-то начало. Какая-то точка, из которой все и произошло. Так что же это было за начало? Как эволюционировала наша Вселенная? Что с ней будет потом? Из этих трех вопросов вразумительный ответ сейчас есть только на второй. По первому вопросу и по третьему есть разные мнения. Но пока они ничем не подтверждены. Поэтому и пересказывать их мы не будем.
Ответом на второй вопрос и является «Теория Большого Взрыва», которая сегодня является общепринятой в научном мире и постоянно подтверждается все новыми наблюдаемыми явлениями.
Теория Большого Взрыва
В настоящий момент «Теория Большого Взрыва» разработана в деталях. И все этапы развития Вселенной расписаны, как говорится, « по минутам».
Но прежде чем их перечислять, надо заметить следующее. В понимании большинства людей, которые об этом «Большом взрыве» что-то слышали, дело происходило так. Было нечто, назовем его условно космосом, и потом что-то в нем взорвалось. И из этого и образовалось то, что мы сейчас видим.
Так это или не так? Что там было до «Большого взрыва» и было ли оно вообще, не знает никто. Но надо понимать, хотя и представить себе это очень сложно, что в результате «Большого взрыва» образовалась не только материя, но и само пространство и время, в котором мы живем. Вот вам и творение мира. Действительно творение, действительно мира — пространства, времени и существующей в ней материи.
Так как же все это происходило с точки зрения современной науки? А вот так. Произошел «Большой взрыв», возникла наша Вселенная — такой маленький, невидимый комочек.
Краткая хронология того, что происходило дальше с момента взрыва.
- 10-45, 10-37 секунд – инфляционное расширение, в результате которого пространство немерено расширилось. Любознательный читатель может спросить. А как же теория Относительности? Там же есть скорость света, которую превысить нельзя. А все очень просто. Ограничения теории Относительности относятся к перемещениям любых материальных объектов в нашем пространстве. А тут расширялось само пространство.
- Потом, когда пространство расширилось, в нем сначала возникли кварки и электроны, а потом другие элементарные частицы.
- Атомы образовались примерно через 400 тысяч лет после Начала.
- Через миллиарды лет зародились первые звезды и галактики, а потом планеты.
- Ну, и примерно через десять – одиннадцать миллиардов лет, на этой планете Земля появилась жизнь, которая и эволюционировала в Homo sapiens.
«Теория Большого Взрыва» и
сотворение мираВот мы и насчитали 5 стадий эволюции Вселенной, а могли бы насчитать и больше. Если бы прибавили время превращения этого первоначального Homo sapiens в действительно разумного человека. Получилось бы шесть. Вот все и сложилось, ведь как сказано в Библии, на седьмой день Господь отдыхал.
В апреле в ходе литургии в храме Христа спасителя в Вербное воскресенье патриарх Московский и всея Руси Кирилл, заявил о том, что зарождение Вселенной надо воспринимать, как божественный акт творения. «Никогда не опишут всего нынешние многие ученые, горделиво считающие себя теми, кто познал тайны бытия и не нашел в них Бога», – заявил предстоятель Русской православной церкви. По мнению патриарха, познания науки о Вселенной «ничтожно малы» и дальнейшие изыскания ученых «позволят познать лишь незначительную часть божественной тайны». Предстоятель РПЦ полагает, что ученые склонны усложнять. «Ведь проще всего было бы сказать — ну, божественный акт творения! Но язык не поворачивается у тех, которые считают, что разумом можно все объяснить и таким образом вытеснить Бога из человеческого сознания», – заявил Кирилл.
Что сподобило Патриарха на эти заявления, сказать сложно. Можно отметить только то, что здесь он не был оригинален. Католическая церковь уже несколько лет назад говорила, что «Теория Большого Взрыва» подтверждает библейскую историю сотворения мира. То, что не за семь дней, а за миллиарды лет – это детали. Жившим пару тысяч лет назад необразованным людям, объяснить же было невозможно, что такое миллиарды лет, а семь дней – это понятно. На руках и то – всего десять пальцев, а тут всего семь.
Темная энергия
Теория Большого взрыва стала настоящим прорывом в науке. Она позволила ученым ответить на множество вопросов относительно рождения и эволюции Вселенной. Но одновременно эта теория породила новые загадки. Главная из них заключается в причине самого Большого взрыва. Как он произошел и что было до него? Чем больше исследований проводится в этом направлении, тем больше вопросов возникает у астрофизиков. Ответы на них ждут человечество в будущем.
Сегодня, главными загадками науки являются природа так называемых «темной материи» и «темной энерги».
Темная энергия – это антигравитация, которая и расширяет нашу Вселенную. Природа ее пока не установлена. Но факт существования неопровержимо доказан. И еще есть темная материя. Наблюдения за галактиками показали, что находящиеся в них звезды вращаются намного быстрее, чем предполагали ранее сделанные расчеты.
Сначала ученые предположили, что в центрах галактик находятся сверхмассивные « черные дыры». Но оказалось, что это не так. Сложнейшие компьютерные модели показали, что объяснить наблюдаемые явления можно только предположив, что внутри галактик находятся некие, пока неизвестные, частицы, которые оказывают гравитационное воздействие на окружающую их материю, но не взаимодействуют с электромагнитными волнами, и, потому, являются невидимыми никакими приборами. Отсюда и термин – темная материя.
Так вот. На темную энергию приходится 75% того, что есть во Вселенной. На темную материю – 20%. А на все остальное, что мы наблюдаем – всего лишь 5%. То есть ученые люди более менее представляют себе устройство всего 5% окружающего нас мира.
Современная наука много чего еще не может объяснить. Но если мы посмотрим, что было двести-триста лет назад, и что есть сейчас, то это – земля и небо. И все эти научные открытия приводили к грандиозным изменениям в существовании человеческой цивилизации. Спутники связи, компьютеры, мобильные телефоны, интернет. Да и много чего всего. И откуда все это произошло? Из-за каких-то случайных в свое время исследований. Которые многим были непонятны.
Нынешние исследования устройства и происхождения Вселенной, понимание того, как функционирует окружающий нас физический мир, тоже могут привести к совершенно непредсказуемым результатам.
А религия? Она тоже нужна людям, ищущим опору в этом мире. Это ее основная задача. Поэтому хорошо, что она есть. Но пусть занимается она своим делом. А наука пойдет своим путем.
с чего начался Большой Взрыв?
С чего начался Большой Взрыв? – Пеппи, 8 лет, Канберра.
Это один из двух вопросов, которые мне часто задают (второй вопрос: существуют ли инопланетяне?) Оба вопроса очень хорошие! Пиппи, если коротко, то мы не знаем, с чего начался Большой Взрыв. Это большая загадка.
Большой взрыв — это представление об истории Вселенной, истории пространства и времени, материи («вещества») и энергии. Вселенной около 13,8 миллиардов лет, и из наблюдений, которые мы проводим с помощью телескопов, мы можем сказать, что Вселенная была очень маленькой 13,8 миллиардов лет назад.
Наблюдения также показывают, что в первую долю секунды Вселенная расширялась очень быстро, но затем замедлялась. Через несколько сотен тысяч лет сформировался простейший тип атома: водород. Водород начал формировать звезды и галактики.
Спустя миллиарды лет Земля (и мы) сформировались из атомов, созданных внутри звезд — каждый атом в вашем теле, более сложный, чем водород, был создан звездой в какой-то момент за последние 13,8 миллиарда лет. Все это время Вселенная продолжала расширяться. На самом деле наблюдения говорят нам, что расширение Вселенной ускоряется.
Идея Большого Взрыва согласуется со всеми этими наблюдениями. Поэтому ученые считают, что Большой взрыв — это идея, которая хорошо описывает историю Вселенной.
Однако идея не идеальна. Мы не знаем , почему Вселенная так быстро расширялась в первую секунду, а затем замедлилась. Мы не знаем, почему расширение Вселенной сейчас ускоряется. Мы не знаем, почему у нас есть определенное количество сил, управляющих Вселенной. И мы не знаем, с чего начался Большой Взрыв!
Очень большие телескопы, такие как Murchison Widefield Array, могут проводить наблюдения, которые помогут нам понять, как развивалась Вселенная.
На создание идеи Большого Взрыва ушли сотни лет, и может потребоваться много времени, чтобы улучшить ее или найти лучшую идею. У ученых есть много идей о том, как начался Большой взрыв. Но эти идеи должны согласовываться с нашими наблюдениями за Вселенной.
Будущее очень интересно для всех, кто хочет помочь разобраться в этом. Передовые технологии, которые у нас есть, означают, что мы можем создавать машины, которые сталкивают частицы (крошечные кусочки материала, даже меньше атома) вместе, чтобы показать, что произошло сразу после Большого взрыва. Теперь мы можем строить новые мощные телескопы для детального наблюдения за звездами и галактиками во Вселенной. Мы будем использовать эти машины и телескопы, чтобы увидеть, какие идеи о Большом взрыве верны, а какие нет.
Иногда на разработку новых идей уходит много лет.
Привет, любознательные малыши! У вас есть вопрос, на который вы хотели бы получить ответ от эксперта? Попросите взрослого отправить нам свой вопрос. Они могут:
* Расскажите нам в Твиттере, отметив @ConversationEDU хэштегом #curiouskids, или
* Расскажите нам на Facebook
Пожалуйста, сообщите нам ваше имя, возраст и город, в котором вы живете. При желании вы также можете отправить аудиозапись вашего вопроса. Присылайте столько вопросов, сколько хотите! Мы не сможем ответить на все вопросы, но постараемся.
Что такое Большой взрыв?
Краткий ответ:
Большой взрыв — это то, как астрономы объясняют происхождение Вселенной. Это идея о том, что Вселенная началась как одна точка, затем расширилась и растянулась, чтобы стать такой же большой, как сейчас, — и она все еще растягивается!
Что такое Большой взрыв?
В 1927 году астроному по имени Жорж Леметр пришла в голову грандиозная идея. Он сказал, что очень давно Вселенная началась с одной точки . Он сказал, что вселенная расширила , а расширила , чтобы стать такой же большой, как сейчас, и что она может продолжать растягиваться.
Какая идея!
Вселенная очень велика и существует очень давно. Трудно представить, как все начиналось.
Дополнительная информация
Всего два года спустя астроном по имени Эдвин Хаббл заметил, что другие галактики удаляются от нас. И это еще не все. самых дальних галактик двигались на быстрее , чем близкие к нам.
Это означало, что вселенная была все еще расширяющейся , как и думал Лемэтр . Если вещи расходились, это означало, что давным-давно все было близко друг к другу.
Все, что мы можем видеть сегодня в нашей Вселенной — звезды, планеты, кометы, астероиды — изначально не существовало. Откуда они пришли?
Крошечное, горячее начало
Когда Вселенная зародилась, она была просто горячей, крошечной частиц , смешанной с светом и энергией . Это было совсем не похоже на то, что мы видим сейчас. Когда все расширилось и заняло больше места, оно остыло.
Крошечные частицы, сгруппированные вместе. Они сформировали атомы . Затем эти атомы сгруппировались вместе. За много времени атомы объединились, чтобы сформировать звезд и галактик .
Первые звезды создали более крупные атомы и группы атомов. Это привело к рождению большего количества звезд. В то же время галактики сталкивались и группировались. По мере того, как рождались и умирали новые звезды, формировались такие вещи, как астероидов, комет, планет, и черных дыр !
Очень долгое время
Сколько времени все это заняло? Ну, теперь мы знаем, что Вселенная 13 800 000 000 лет — это 13,8 миллиарда .