Теория большого взрыва о происхождении Вселенной является логическим результатом открытия астрономом Эдвином Хабблом того факта, что Вселенная расширяется. Если бы расширение могло быть обращено вспять, вся Вселенная в какой-то момент времени сжалась бы в одну точку в пространстве. Ученые вывели условия и температуру Вселенной в момент времени, бесконечно близкий к этой сингулярности, на основе наблюдений за современной Вселенной.
Изначальная сингулярность
Сингулярность - это область пространства-времени, в которой материя раздроблена так тесно, что нарушаются законы гравитации, объясняемые общей теорией относительности. В сингулярности объем пространства равен нулю, а его плотность бесконечна. Другими словами, кривизна пространства-времени бесконечна. Ученые считают, что такая сингулярность существует в центре черной дыры, которая возникает, когда сверхмассивное Солнце достигает конца своей жизни и взрывается. Общая теория относительности также требует, чтобы такая сингулярность существовала в начале расширяющейся Вселенной.
Большой взрыв
Большой взрыв - это момент, когда изначальная сингулярность стала вселенной. На основе наблюдений далеких объектов и измерений космического фонового излучения ученые вычислили температуру по планковскому времени, которая составляет 10 миллионов триллионов триллионов триллионных долей второй. В тот момент температура составляла 100 миллионов триллионов триллионов кельвинов (180 миллионов триллионов триллионов градусов по Фаренгейту). Вселенная пережила период ускоренного расширения, который закончился задолго до истечения секунды. К этому времени он остыл до температуры 100 миллиардов кельвинов (180 миллиардов градусов по Фаренгейту).
Первые моменты истории
Примерно через одну секунду после большого взрыва Вселенная была примерно в 400 000 раз плотнее воды, а температура составляла 10 миллиардов кельвинов. Материя состояла в основном из протонов и нейтронов. Через 13,8 секунды температура упала до 3 миллиардов кельвинов, а через три минуты и 45 секунд она упала до 1 миллиарда кельвинов. В этот момент нейтроны и протоны начали образовывать ядра гелия. Первые атомы образовались только через 700 000 лет после Большого взрыва. К тому времени температура упала до нескольких тысяч кельвинов, что было достаточно для того, чтобы протоны и электроны образовали атомы водорода.
Подтверждение теории
Помимо открытия Хабблом расширения Вселенной, которое в первую очередь привело к развитию теории большого взрыва, есть еще две причины для принятия этой теории. Во-первых, он предсказывает, что гелий, образовавшийся во время Большого взрыва, должен составлять 25 процентов массы Вселенной, что и наблюдают астрофизики. Другой заключается в том, что он предсказывает, что температура космического фонового излучения - послесвечение большого взрыва - должно быть на 3 градуса выше абсолютного нуля, и наблюдения также подтвердил это.