Войти
Временная шкала метрического расширения пространства, где пространство, включая гипотетическое ненаблюдаемое части Вселенной, каждый раз круглыми представленными сечениями. Слева резкое расширение происходит в инфляционную эпоху ; а в центре расширения ускоряет (концепция художника; не в масштабе). теория Большого взрыва теория является космологической моделью наблюдаемой вселенной с самых ранних известных периодов до его первой крупномасштабной эволюции. Модель представлена, как вселенная расширилась из начального состояния с высокой плотностью и температурой, и предлагает всестороннее объяснение широкого диапазона явлений, включая обилие легких элементы, космический микроволновый фон (CMB) излучение и крупномасштабную преобразование.
. Существенно, что теория матри с законом Хаббла-Леметра - наблюдение, что чем дальше галактики, тем быстрее они удаляются от Земли. Экстраполируя это космическое расширение назад во времени с использованием известных физики, теория этого состояния с высокой плотностью, предшествует сингулярность, в которой пространство и время теряет смысл. Нет никаких свидетельств каких-либо явлений до сингулярности. Подробные измерения скорости расширения Вселенной показывают, что Большой взрыв произошел примерно на 13,8 миллиардов лет назад, что, таким образом, считается возрастом Вселенной.
После своего первоначального расширения Вселенная достаточно остыла. чтобы образование субатомных частиц, а атомы. Гигантские облака этих первичных элементов - в основном водорода, с некоторыми гелия и лития - позже слились под действием гравитации, образовав ранний звезды и галактики, потомки которых видны сегодня. Помимо этих первичных строительных материалов, астрономы наблюдают гравитационные эффекты неизвестной темной материи, окружающей галактики. Большая часть гравитационного потенциала во вселенной, похоже, находится в этой форме, и теория Большого взрыва и различные наблюдения показывают, что этот гравитационный потенциал не состоит из барионной материи, такой как нормальная атомы. Измерения красных смещений сверхновых показывают, что расширение Вселенной ускоряется, - наблюдение, приписываемое существованию темной энергией.
Жорж Лемэтр впервые в 1927 году, что расширяющаяся вселенная может быть прослежена во времени до единственной точки происхождения, которую он назвал «первичным атомом». В течение нескольких десятилетий научное сообщество было разделено между сторонниками Большого взрыва и конкурирующим с ним устойчивым состоянием, но широкий спектр эмпирических данных доказательно в пользу Большого взрыва, в настоящее время является общепризнанным. 589>"L'Hypothèse de l'atome primitif"; оригинальное эссе Жоржа Лемэтра
Эдвина Хаббла подтвердило посредством анализа галактических красных смещений в 1929 году, что галактики действительно расходятся; это важное наблюдательное свидетельство расширяющейся Вселенной. В 1964 году было обнаружено реликтовое излучение, что стало решающим доказательством в пользу модели горячего взрыва, поскольку эта теория предсказывала однородное фоновое излучение во всей совокупности.
Теория Большого взрыва предлагает исчерпывающее объяснение широкого распространения явлений, содержание легких элементов, реликтового излучения., крупномасштабная структура и закон Хаббла. Теория на двух основных предположениях: универсальных физических и юридических принципов космологического принципа. Универсальность физических моделей - один из основополагающих принципов теории теории относительности. Космологический принцип гласит, что в больших масштабах Вселенная однородна и изотропна.
Эти идеи изначально были приняты как постулаты, но позже были предприняты попытки проверить каждую из них.. стабильная структура тонкой структуры на протяжении большей части Вселенной имеет порядок 10. Кроме того, общая относительность прошла строгие . тесты в масштабе Солнечной системы и двойных звезд.
. Крупномасштабная Вселенная кажется изотропной, если смотреть с Земли. Если он действительно изотропен, то космологический принцип может быть выведен из более простого принципа Коперника, который утверждает, что не существует предпочтительного (или особого) наблюдателя или точки наблюдения. С этой целью космологический принцип был подтвержден до уровня 10 наблюдений за температурой реликтового излучения. В масштабе горизонта реликтового излучения Вселенная была измерена как однородная с верхней границей порядка 10% неоднородности по состоянию на 1995 год.
Расширение Вселенной было выведено из астрономических наблюдений начала двадцатого века. Математически общая теория относительности пространство-время с помощью метрики, которые определяют расстояния, разделяющие близлежащие точки. Точки, которые могут быть галактиками, звездами или другими объектами, указываются с помощью координатной карты или «сетки», которая проложена по всему пространству-времени. Космологический принцип подразумевает, что метрика должна быть однородной и изотропной на больших масштабах, что однозначноет метрику Фридмана - Лемэтра - Робертсона - Уокера (FLRW). Эта метрика содержит масштабный коэффициент, который, как размер вселенной изменяется со временем. Это позволяет сделать выбор системы удобной координат , называемой сопутствующими координатами. В этой системе координат сетка расширяется вместе со вселенной, объекты, которые движутся только из-за расширения вселенной, остаются в фиксированных точках на сетке. Хотя их сопутствующее расстояние () остается постоянным, физическое расстояние между двумя такими движущимися точками увеличивается пропорционально коэффициенту Вселенной.
Большой взрыв - это не взрыв материи движется наружу, заполняя пустую вселенную. Вместо этого само пространство расширяется со временем повсюду и увеличивает физические расстояния между сопутствующими точками. Другими словами, Большой взрыв - это не взрыв в космосе, а его расширение. Локальные метрика FLRW расширяются с помощью той же скорости, что и вся Вселенная.
Важной особенностью пространства-времени Большого взрыва горизонтов является частиц. Прежде всего, сообщается, что в сообщении. Это предел или прошлый горизонт для самых далеких объектов, которые можно наблюдать. И наоборот, поскольку пространство расширяется, а более далекие объекты удаляются все быстрее, свет, излучаемый сегодня, может никогда не «догнать» очень далекие объекты. Это определяет будущий горизонт, который ограничивает события в будущем, на котором мы можем повлиять. Наличие горизонта любого типа зависит от деталей модели FLRW, описывающую нашу Вселенную.
Наше понимание Вселенной с самых ранних времен предполагает, что существует прошлый горизонт, хотя на практике наше мнение таково. также ограничен непрозрачностью Вселенной в ранние времена. Таким образом, наш взгляд не может распространяться дальше назад во времени, хотя горизонт отступает в пространстве. Если расширение Вселенной продолжит ускоряться, есть и будущий горизонт.
 | Графическая временная шкала доступна в. Графическая временная шкала Большого взрыва |
Согласно теории Большого взрыва, Вселенная вначале была очень горячей и очень маленькой, а с тех пор она расширяется и остывает.
Экстраполяция расширения Вселенной во времени с использованием общей теории относительности дает бесконечную плотность и температуру в конечное время в прошлом. Это нерегулярное поведение, известное как гравитационная сингулярность, указывает на то, что общая теория относительности не является адекватным описанием законов физики в этом режиме. Модели, основанные только на общей теории относительности, не могут быть экстраполированы в сторону сингулярности - за пределами так называемой эпохи Планка.
Этуальную сингулярность называют "Большим взрывом". плотная фаза Вселенной. В любом случае «Большой взрыв» как событие в просторечии называется «рождением» Вселенной, поскольку он представляет собой момент в режиме где работают законы физики, как мы их понимаем (в частности, общую теорию относительности и Стандартная модель из физики элементарных частиц ). Основание на измерениях расширения с использованием сверхновых типа Ia и измерений температурных флуктуаций в космическом микроволновом фоне, время, прошедшее с этого события, известное как «возраст Вселенной » - 13,799 ± 0,021 миллиарда лет. Согласие независимых измерений этого возраста поддерживает модель Lambda-CDM (ΛCDM), которая подробно описывает характеристики Вселенной.
Несмотря на то, что в это время она плотная - намного плотнее, чем обычно требуется для образования черные дыры - Вселенная не коллапсировала повторно в сингулярность. Это можно объяснить, если учесть, что обычно используются расчеты и ограничения для гравитационного коллапса обычно основаны на объектах относительно постоянного размера, таких как Звезды, и не применяются к быстро расширяющемуся пространству, такому как Большой взрыв. лжна была очень равномерно распределена с незначительным градиентом плотности.
Ранние фазы Большого взрыва являются предметом множества спекуляций, поскольку астрономические данные о них отсутствуют. В наиболее распространенных моделях Вселенная была заполнена однородно и изотропно с очень высокой плотностью энергии и огромными температурами и давлением, и очень быстро расширялась и охлаждалась. Период от 0 до 10 секунд после расширения, эпоха Планка, фаза, в которой четыре фундаментальные силы - электромагнитная сила, сильная ядерная сила, слабая ядерная сила и гравитационная сила были объединены в одно целое. На этой стадииеленная была всего около 10 метров в ширину и, следовательно, температура Вселенной примерно 10 градусов по Цельсию. Эпоха Планка сменилась эпохой великого объединения, начинающейся в 10 секунд, когда гравитация отделилась от других сил, когда температура Вселенной упала. На этой стадии слишком горячая для создания каких-либо частиц.
Примерно через 10 секунд после начала расширения фазовый переход вызвал космическую инфляцию, во время которой Вселенная росла экспоненциально, не ограничиваясь неизменность скорости света, и температура упала в 100000 раз. Микроскопические квантовые флуктуации, произошли которые из-за принципа неопределенности Гейзенберга, были усилены до семян, которые позже сформируют крупномасштабную преобразованную Вселенную. Примерно через 10 секунд Эпоха электрослабого воздействия начинается, когда сильное ядерное взаимодействие отделяется от других сил, при этом остаются только электромагнитное взаимодействие и слабое ядерное взаимодействие.
Инфляция остановилась на уровне отметка от 10 до 10 секунд, когда объем Вселенной увеличился как минимум в 10 раз. Повторный нагрев происходил до тех пор, пока Вселенная не достижима температуры, необходимой для образования кварк-глюонной плазмы а также все остальные элементарные частицы. Температура была настолько высока, что случайные движения частиц происходили с релятивистскими скоростями, и пары частей-античастица всех видов непрерывно создавались и разрушались в столкновениях. В какой-то момент неизвестная реакция под названием бариогенез нарушила сохранение барионного числа, что привело к очень небольшому избытку кварков и лептонов над антикварками и антилептонами - порядка 30 миллионов. Это привело к преобладанию материи над антивеществом в современной Вселенной.
Панорамный вид всего ближнего инфракрасного неба показывает галактик за Млечным. Путь. Галактики имеют цветовую кодировку красное смещение.. Вселенная продолжала уменьшаться в плотности и понижаться в температуре, следовательно, типичная энергия каждой частицы уменьшалась. Нарушающие симметрию фазовые переходы приводят фундаментальные силы физики и параметры частиц частиц в их нынешнюю форму, при этом электромагнитная сила и слабая ядерная сила разделяются примерно через 10 секунд. Примерно через 10 секунд картина становится менее умозрительной, поскольку энергии частиц падают до значений, которые достигаются в ускорителях частиц. Примерно через 10 секунд кварки и глюоны объединились с образованием барионов, таких как протоны и нейтроны. Небольшой избыток кварков над антикварками привел к небольшому избытку барионов над антибарионами. Температура теперь недостаточно высока для создания новых пар протон-антипротон (аналогично нейтронам-антинейтронам), поэтому последовала массовая аннигиляция, в результате чего остался только один из 10 исходных протонов и нейтронов, и ни одна из их античастиц. Аналогичный процесс произошел примерно за 1 секунду для электронов и позитронов. После этих аннигиляций оставшиеся протоны, нейтроны и электроны больше не двигались релятивистски, и в плотности энергии Вселенной преобладали фотоны (с незначительным вкладом от нейтрино ).
Через несколько минут после начала расширения, когда температура около миллиарда кельвинов и плотность вещества во Вселенной сопоставима с текущей плотностью атмосферы Земли, нейтроны в сочетании с протонами образуют во Вселенной ядра дейтерия и гелия в процессе, называемом нуклеосинтезом Большого взрыва (BBN). Большинство протонов оставались несоединенными в виде жидкого водорода.
По мере охлаждения Вселенной энергия покоя плотность материи стала гравитационно доминирующей над плотностью фотонного излучения. Примерно через 379000 лет электроны и ядра объединились в атомы (в основном водород ), которые смогли испускать излучение. Это реликтовое излучение, распространяющееся в космосе в степени беспрепятственно, известно как космический микроволновый фон.
Художник изображает спутник WMAP, собирающий данные, чтобы помочь ученым понять Большой Банг 
Абель 2744 скопление галактик - Пограничные поля Хаббла.В течение длительного периода времени несколько более плотные области равномерно распределенной материи гравитационно притягивали близлежащую материю и, таким образом, стала еще плотнее, образуя газовые облака, звезды, галактики и другие астрономические структуры, наблюдаемые сегодня. Детали этого процесса зависят от количества и типа материи во Вселенной. Четыре возможных типа материи известны как холодная темная материя, теплая темная материя, горячая темная материя и барионная материя. Лучшие доступные измерения, полученные с помощью зонда микроволновой анизотропии Уилкинсона (WMAP), показывают, что данные хорошо согласуются с моделью Lambda-CDM, в которой темная материя считается холодной (теплая темная материя считается из-за ранней реионизации ) и, по оценкам, составляет около 23% материи / энергии Вселенной, в то время как барионная материя составляет около 4,6%. В «расширенной модели», которая включает горячую темную материю в форме нейтрино, тогда, если «физическая барионная плотность» 
Независимые линии свидетельств сверхновых типа Ia и реликтового излучения предполагают, что во Вселенной сегодня преобладает таинственная форма энергии, известная как темная энергия, которая, по-видимому, пронизывает все пространство. Наблюдения показывают, что 73% общей плотности энергии сегодняшней Вселенной находится в этой форме. Когда Вселенная была очень молодой, она, вероятно, была наполнена темной энергией, но с меньшим пространством и всем, что было ближе друг к другу, преобладала гравитация, и она медленно тормозила расширение. Но в конце концов, после нескольких миллиардов лет расширения, растущее изобилие темной энергии привело к тому, что расширение Вселенной стало медленно ускоряться.
Темная энергия в своей простейшей формулировке принимает форму космологической постоянной член в уравнениях поля Эйнштейна общей теории относительности, но его состав и механизм неизвестны, и, в более общем плане, детали его уравнения состояния и связи со Стандартной моделью физики элементарных частиц продолжают исследоваться как посредством наблюдений, так и теоретически.
Вся эта космическая эволюция после инфляционной эпохи может быть строго описана и смоделирована с помощью модели космологии ΛCDM, которая использует независимые рамки квантов. механика и общая теория относительности. Не существует легко проверяемых моделей, которые описывали бы ситуацию примерно до 10 секунд. Очевидно, чтобы преодолеть этот барьер, необходима новая единая теория квантовой гравитации. Понимание этой самой ранней из эпох в истории Вселенной в настоящее время является одной из величайших нерешенных проблем в физике.
Английский язык астроном Фреду Хойлу приписывают создание термина «Большой взрыв» во время выступления в эфире радио BBC Radio вВ марте 1949 года, в котором говорится: «Эти теории были основаны на гипотезе о том, что все дело в Вселенная было создано в результате одного большого взрыва в определенное время в далеком прошлом».
Широко распространенное мнение, что Хойл, который придерживался альтернативной космологической модели «стационарного », задумал это быть уничижительным, но Хойл прямо отрицал это и сказал, что это просто поразительное изображение, вызванное Подчеркните разницу между двумя моделями.
XDF размер по сравнению с размером Луны (XDF - это небольшой прямоугольник слева от Луны и почти под ней) - несколько тысяч галактик, каждая из которых состоит из миллиардов На этом маленьком представлении несколько звезд. 
XDF (2012) вид - каждое световое пятнышко - это галактика - некоторых из них всего 13,2 лет - вселенная, по оценкам, содержит 200 миллиардов галактик. 
XDF изображение показывает полностью зрелые галактики на переднем плане - почти зрелые галактики от 5 до 9 миллиардов лет назад - протогалактики, сияющие молодыми звездами, больше 9 миллиардов лет. Теория Большого взрыва развивалась на основе наблюдений за структурой Вселенной и теоретических соображений. В 1912 году Весто Слайфер измерил первое доплеровское смещение «спиральной туманности » (спиральная туманность - устаревший термин для обозначения спиральных галактик). туманности удалялись от Земли. Он не понимал космологических последствий этого факта, и действительно, в то время было весьма спорным, были ли эти туманности «островными вселенными» за пределами нашего Млечного Пути. Десять лет спустя Александр Фридман, русский космолог и математик, вывел уравнения Фридмана из поля Эйнштейна. уравнения, показывающие, что Вселенная может расширяться в отличие от модели статической Вселенной, которую в то время отстаивал Альберт Эйнштейн. В 1924 году американский астроном Эдвин Хаббл, измерив большое расстояние до ближайших спиральных туманностей, показало, что эти системы действительно были другими галактиками. Независимо выведя уравнения Фридмана в 1927 году, Жорж Лемэтр, бельгийский физик римско-католический священник предположил, что предполагаемый рецессия туманностей была вызвана расширением туманностей.
В 1931 году Лемэтр дальше и предположил, что очевидное расширение Вселенной, если спроецировать назад во времени, означает, что чем дальше в прошлом, тем меньше была Вселенная, пока в какой-то конечный момент времени в прошлом вся масса Вселенной была сосредоточена в одной точке, «первобытном атоме», где и когда возникла ткань времени и пространства.
Начиная с 1924 года, Хаббл тщательно разработал серию индикаторов расстояний, предшественник лестницы космического расстояния, с использованием 100-дюймового (2,5 м) телескопа Хукера в обсерватории Маунт-Вильсон. Это позволяет ему передать до галактик, красное смещение которое уже было измерено, в основном Слайфер. В 1929 году Хаббл обнаружил корреляцию между законами и скоростью - теперь известную как Хаббла. К тому времени Лемэтр уже показал, что этого следовало ожидать, учитывая космологический принцип.
В 1920-х и 1930-х годах почти каждый крупный космолог предпочитает стационарную Вселенную, и некоторые жаловались, начало подразумеваемый Большим взрывом привнес в физику религиозные концепции; это возражение было позже повторено сторонниками теории стационарного состояния. Это восприятие усиливалось тем фактом, что создатель теории Большого взрыва, Лемэтр, был римско-католическим священником. Артур Эддингтон согласился с Аристотелем в том, что вселенная не имела начала в время, а именно, эта материя вечна. Начало во времени было ему «противно». Лемэтр, однако, не согласился:
«Если бы мир начался с одного кванта, понятия пространства и времени вообще не имели бы никакого значения вначале; они только начали бы разумный смысл, когда исходный квант был разделен на достаточное количество квантов. Если это предположение верно, начало мира произошло незадолго до начала пространства и времени ».
В течение 1930-х годов были предложены другие идеи как нестандартные космологии для объяснения наблюдений Хаббла, включая модель Милна, колеблющуюся вселенную (примененную Фридманом, но поддерживаемую Альбертом Эйнштейном и Ричард К. Толмен ) и гипотеза Фрица Цвикки усталый свет.
После Второй мировой войны появились две различные возможности. Одна из них была стационарная модель Фреда Хойла, согласно которой новая материя будет создаваться по мере расширения Вселенной. В этой модели вселенная примерно одинакова в любой момент времени. Другая была теория Большого взрыва Лемэтра, который отстаивал и развивал Джордж Гамов, который представил BBN и чьи сотрудники Ральф Альфер и Роберт Герман предсказал реликтовое излучение. По иронии судьбы именно Хойл придумал фразу, которая начала к теории Лемэтра, назвав ее «идеей большого взрыва» во время радиопередачи BBC в марте 1949 года. Некоторое время поддержка этих двух теорий разделилась. В конце концов, данные наблюдений, в первую очередь радио количество источников, начали отдавать предпочтение Большому взрыву, а не устойчивому состоянию. Открытие и подтверждение реликтового излучения в 1964 году сделало Большой взрыв лучшей теорией происхождения Вселенной. Большая часть текущей работы по космологии включает в себя понимание того, как образуются галактики в контексте Большого взрыва, понимание физики Вселенной в более ранние и ранние времена и согласование наблюдений с основных теорией.
В 1968 и 1970 годах., Роджер Пенроуз, Стивен Хокинг и Джордж Ф.Р. Эллис опубликовали, которые показывают, что математические сингулярности были неизбежным начальным условием релятивистской модели Большого взрыва. Затем, с 1970-х по 1990-е годы, космологи работали над характеристиками Вселенной Большого взрыва и решением нерешенных проблем. В 1981 году Алан Гут совершил прорыв в теоретической работе по разрешению некоторых нерешенных теоретических проблем теории Большого взрыва, открыв эпоху быстрого расширения в ранней Вселенной, которую он назвал «инфляцией». Между тем, в течение этих десятилетий два вопроса в наблюдательной космологии, которые вызвали много дискуссий и разногласий, касались точных значений Хаббла и плотности материи Вселенной (до открытия темной энергии считалось постоянным предиктором окончательной судьбы Вселенной ).
В середине 1990-х годов наблюдения некоторых шаровых скоплений, по-видимому, показали, что им около 15 миллиардов лет, что противоречил большинству текущих оценок возраста Вселенной (и действительно возрасту Эта проблема была позже решена, когда новое компьютерное моделирование включало эффекты потери массы из-за звездных ветров, указывает на гораздо более молодой возраст шаровых качеств. точно измеряется возраст скоплений, шаровые скопления представляет интерес для космологии как одни из самых старых объектов во Вселенной.
значащий p Прогресс в космологии Большого взрыва был достигнут с конца 1990-х годов в результате достижений в технологии телескопа, а также анализа данных со спутников, таких как Cosmic Background Explorer (COBE), Космический телескоп Хаббла и WMAP. Космологи теперь имеют многих точных и точных измерений модели Большого взрыва и сделали неожиданное открытие, расширение Вселенной, похоже, ускоряется.
Самым ранним и наиболее Более свежие данные включают наблюдения нуклеосинтезом (BBN), открытие и измерение космического микроволнового фона и относительного содержания легких элементов, производимых нуклеосинтезом (BBN), следующим наблюдательным доказательством справедливости является расширение Вселенной согласно закону Хаббла. 199>формирования и эволюции галактик, а также распределения крупномасштабных космических структур.
Точные современные модели Большого взрыва обращаются к различным экзотическим физическим структурам. явления, которые не наблюдались в наземных лабораторных экспериментах, включены Стандартную модель физики элементарных частиц. з этих особенностей темная материя в настоящее время является предметом наиболее активных лабораторных исследований. Остальные проблемы включают в себя проблему каспи-гало и проблему карликовых галактик холодной темной материи. Темная энергия также представляет большой интерес для ученых, но неясно, возможно ли прямое обнаружение темной энергии. Инфляция и бариогенез остаются более спекулятивными особенностями нынешних моделей Большого взрыва. Жизнеспособные количественные объяснения таких явлений все еще находятся в поиске. Это в настоящее время нерешенные проблемы физики.
Наблюдения далеких галактик и квазаров показывают, что эти объекты имеют красное смещение: излучаемый ими свет смещен в сторону более длинных волн. Это можно увидеть, взяв частотный спектр объекта и сопоставив спектроскопический образец линий излучения или поглощения, соответствующих атомам химических элементов, взаимодействующих с легким. Эти красные с равномерно изотропны, равномерно распределены среди наблюдаемых объектов во всех направлениях. Если красное смещение интерпретируется как доплеровское смещение, можно вычислить скорость возврата объекта. Для некоторых галактик можно установить расстояние по космической лестнице расстояний. Когда скорости рецессии в зависимости от расстояний, наблюдается линейная зависимость, как закон Хаббла: 
- скорость разбегания галактики или другого удаленного объекта,
- сопутствующее расстояние до объекта, а
- постоянная Хаббла, измеренная WMAP как 70,4 + 1,3. -1,4 km /s /Мпк.У закона Хаббла есть два возможных объяснения. Либо мы находимся в центре взрыва галактик - что недопустимо в предположении принципа Коперника, - либо Вселенная равномерно расширяется повсюду. Это универсальное расширение было предсказано на основе общей теории относительности Фридманом в 1922 году и Леметром в 1927 году, задолго до того, как Хаббл провел свой анализ и наблюдения 1929 года, и оно остается краеугольным камнем теории Большого взрыва, разработанной Фридманом, Леметром, Робертсоном и Уокером.
Теория требует, чтобы соотношение 
Показано метрическое расширение этого пространства. путем прямых наблюдательных доказательств космологического принципа и принципа Коперника, которые вместе с законом Хаббла не имеют другого объяснения. Астрономические красные смещения чрезвычайно изотропны и однородны, что подтверждает космологический принцип, согласно которому Вселенная выглядит одинаково во всех направлениях, а также многие другие доказательства. Если бы красные смещения были результатом взрыва из центра, удаленного от нас, они не были бы так похожи в разных направлениях.
Измерения влияния космического микроволнового фонового излучения на динамику далеких астрофизических систем в 2000 г. подтвердили принцип Коперника, согласно которому в космологическом масштабе Земля не занимает центральное положение. Радиация от Большого взрыва была явно теплее в прежние времена по всей Вселенной. Равномерное охлаждение реликтового излучения в течение миллиардов лет объяснимо, только если Вселенная испытывает метрическое расширение и исключает возможность того, что мы находимся вблизи уникального центра взрыва.
Спектр космического микроволнового фона, измеренный прибором FIRAS на спутнике COBE, является наиболее точно измеренным черным телом спектр в природе. Точки данных и планки ошибок на этом графике скрыты теоретической кривая. В 1964 году Арно Пензиас и Роберт Уилсон случайно появилось космическое фоновое излучение, всенаправленный сигнал в микроволновом диапазоне. Большое взрыве в 1950 году. В течение 1970-х годов было обнаружено, что излучение соответствует спектру черного тела во всех направлениях; Этот спектр был сдвинут в красную сторону в расширении Вселенной, и сегодня он соответствует примерно 2,725 К. Это склонило чашу весов доказательств в пользу моделей Большого взрыва, и Пензиас и Уилсон были удостоены Нобелевской премии по физике 1978 . 674>Поверхность последнего рассеяния, соответствующая излучению CMB, происходит вскоре после рекомбинации, эпохи, когда нейтральный водород становится стабильным. До этого Вселенная представляла собой горячее плотное море фотонно-барионной плазмы, в котором фотоны быстро рассеивались на свободных заряженных частицах. Достигнув пика около 372 ± 14 тысяч лет, длина свободного пробега фотона становится большой, чтобы достичь сегодняшнего дня, и Вселенная становится прозрачной.
9-летний WMAP-снимок космического микроволнового фонового излучения (2012 г.). Это излучение изотропно примерно до одной из 100000. В 1989 году НАСА запустило COBE, который добился двух больших успехов: в 1990 году высокоточные измерения показали, что Частотный спектр реликтового представляет собой собой почти полное черное тело без отклонений на уровне 1 часть из 10, измеренная остаточная температура составляет 2,726 К (более поздние измерения немного изменили этот показатель до 2,7255 К); Затем, в 1992 году, открытие крошечные флуктуации (анизотропии ) в температуре реликтового излучения на небе на уровне примерно десятой части. Джон С. Мазер и Джордж Смут был удостоен Нобелевской программы по физике 2006 г. за лидерство в этих результатах.
В течение следующего десятилетия анизотропия реликтового излучения исследована с помощью большого количества наземных и аэростатных экспериментов. В 2000–2001 годах в ходе нескольких экспериментов, в первую очередь BOOMERanG, было обнаружено, что форма Вселенной пространственно почти плоская, путем измерения типичного углового размера (размера на небе).
В начале 2003 г. были опубликованы первые результаты исследования анизотропии Уилкинсона, дали наиболее точные значения для некоторых космологических параметров в то время. Результаты опровергли нескольких космической инфляции, но в целом согласуются с теорией инфляции. Космический зонд Planck был запущен в мае 2009 года. В настоящее время продолжаются и другие наземные и аэростатные эксперименты с космическим микроволновым фоном.
Используя модель Большого взрыва, можно рассчитать концентрацию гелия-4, гелия-3, дейтерий и литий- 7 во Вселенной в использовании обычного вещества. Относительные характеристики от одного положения - отношения фотонов к барионам. Это можно рассчитать независимо от детальной структуры флуктуаций реликтового излучения. Прогнозируемые отношения (по массе, а не по количеству) составляют около 0,25 для 
Все измеренные содержания согласуются, по крайней мере, примерно с предсказанными на основе одного значения бариона. -то-фотонное отношение. Согласие отличное для дейтерия, близкое, но формально несовместимое для 
Подробные наблюдения морфологии и распределения галактик и квазаровны согласны с текущим состоянием теории Большого взрыва. Комбинация наблюдений и теории предполагает, что первые квазары и галактики сформировались примерно через миллиард лет после Большого взрыва, и с тех пор формировались более крупные структуры, такие как скопления галактик и сверхскопления.
Популяции звезд стареют наблюдаются очень отличные от близких галактик (наблюдаемых в более позднем состоянии). Более того, галактики, образованные относительно недавно, заметно отличаются от галактик, образовавшихся на аналогичных расстояниях, но вскоре после Большого взрыва. Эти наблюдения - веские аргументы против стационарной модели. Наблюдения за звездообразованием, распределением галактик и квазаров более крупными структурами хорошо согласуются с моделированием Большого взрыва структуры структуры во Вселенной и выполняют детали теории.
Фокальная плоскость телескопа BICEP2 под микроскопом - используется для поиска поляризации в CMB. В 2011 году астрономы демонстрируют то, что они считают нетронутыми облаками первичного газа, анализируя линии спектры далеких квазаров. До этого открытия наблюдалось, что все другие астрономические объекты содержат тяжелые элементы, образующиеся в звездах. Эти два газовых облака не содержат элементов тяжелее водорода и дейтерия. В газовых облаках нет тяжелых элементов, они, вероятно, образовались в первые несколько минут после Большого взрыва во время BBN.
Возраст Вселенной, рассчитанный по расширению Хаббла и реликтовому излучению, теперь хорошо согласуется с другими оценками с использованием возраста самых старых звезд, измеренных применением теории звездной эволюции к шаровым скоплениям и посредством радиометрического датирования отдельных звезд населения II.
Прогнозирование температуры реликтового излучения в прошлом экспериментально подтверждена наблюдениями сильных низких температур в газовых облаках на большом смещении. Это предсказание также означает, что амплитуда эффекта Сюняева - Зельдовича в скоплениях галактик не зависит напрямую от красного с района. Наблюдения показывает, что это происходит примерно так, но этот эффект зависит от свойств кластера.
Будущие гравитационно-волновые обсерватории может обнаруживать исходные гравитационные волны, реликвии ранней Вселенной, менее через секунду после Большого взрыва.
Как и в случае с любыми теорией, в результате развития теории Большого взрыва возник ряд загадок и проблем. Некоторые из этих загадок и проблем были решены, а другие невыясненными. Предлагаемые решения некоторых проблем модели Большого взрыва открыли новые загадки. Например, проблема горизонта, проблема магнитного монополя и проблема плоскостности чаще всего решаются с помощью инфляционной теории, но детали инфляционной вселенной остаются все еще остается нерешенным, и многими, в том числе некоторые основатели теории, говорят, что она была опровергнута. Ниже представлен список загадочных возможностей теории Большого взрыва, которые все еще интенсивно исследуются космологами и астрофизиками.
Пока не понятно, почему во Вселенной больше материи, чем антивещества. Обычно, когда Вселенная была молодой и очень горячей, она находилась в статистическом равновесии и содержала равное количество барионов и антибарионов. Однако показывают, что Вселенная, включая самые далекие ее части, почти полностью из материи. Для объяснения асимметрии была выдвинута гипотеза о процессе, называемый бариогенезом. Для возникновения бариогенеза должны быть выполнены условия Сахарова. Они требуют, чтобы барионное число не сохранялось, чтобы C-симметрия и CP-симметрия были нарушены и чтобы Вселенная вышла из термодинамического равновесия. Все эти условия встречаются в Стандартной модели, но недостаточно сильны, чтобы обеспечить существующую барионную асимметрию.
Измерения соотношения красное смещение - величина для сверхновых типов Ia показывает, что расширение Вселенной ускоряется с тех пор, как Вселенная была примерно вдвое меньше нынешнего возраста. Чтобы объяснить это ускорение, общая теория относительности требует, чтобы большая часть энергии Вселенной состояла из большого отрицательного давления, получившего название «темная энергия».
Темная энергия, хотя и является умозрительной, решает множество проблем. Измерения космического микроволнового фона показывают, что Вселенная очень почти пространственно плоская, и поэтому согласно общей теории относительности вселенная должна иметь почти критическую плотность массы / энергии. Но массовую плотность Вселенной можно измерить по ее гравитационной кластеризации, и обнаружено, что она имеет около 30% критической плотности. Предполагается, что темная энергия не группируется обычным образом, это лучшее объяснение «недостающей» плотности энергии. Темная энергия также помогает объяснить две геометрические формы общей кривизны Вселенной, одна с использованием частоты гравитационных линз, другая с использованием характерного рисунка крупномасштабной структуры в качестве космического правителя.
Отрицательное давление считается своим энергии вакуума, но точная природа и существование темной энергии остается одним из великих загадок Большого взрыва. Результаты команды WMAP в 2008 году соответствуют тем, что Вселенная состоит из 73% темной энергии, 23% темной материи, 4,6% обычной материи и менее 1% нейтрино. Согласно теории, плотность энергии в веществе увеличивается с расширением Вселенной, но плотность темной энергии остается постоянной (или почти постоянной) по мере расширения Вселенной. Следовательно, в прошлом материя составляла большую часть общей энергии Вселенной, чем сегодня, но ее частичный вклад будет падать в далеком будущем, поскольку темная энергия станет еще более доминирующей.
Компонент темной энергии Вселенной был объяснен теоретиками с использованием использования космологическую постоянную Эйнштейна, но также формы распространяясь на более экзотические квинтэссенции или других схематизированных данных. проблема космологической постоянной постоянной, иногда называемая «самой затруднительной проблемой в физике», является результатом несоответствия между измеренной плотностью энергии темной энергии и той, которая наивно предсказана с помощью Планка.
Диаграмма показывает соотношение различных компонентов Вселенной - около 95% составляет темная материя и темная энергия.. В 1970-х и 1980-х годах наблюдения показали, что во Вселенной недостаточно видимой материи, чтобы уязвимую силу гравитационных сил внутри галактик и между ними. Это к мысли, что до 90% вещества во Вселенной - это темная материя, которая не излучает свет и приводит к нормальной барионной материей. Кроме того, предположение, что в основном из нормального вещества, привело к предсказаниям, которые сильно не соответствовали наблюдениям. В частности, Вселенная сегодня гораздо более комковатая и содержит гораздо меньше дейтерия, чем можно было бы объяснить без темной материи. Хотя темная материя всегда вызывала споры, о ней свидетельствуют различные наблюдения: анизотропия реликтового излучения, дисперсии скоростей галактик, крупномасштабные структурные распределения, исследования гравитационного линзирования и рентгеновские измерения скоплений галактик..
Косвенным доказательством существования темной материи является ее гравитационное влияние на другую материю, поскольку в лабораториях не наблюдались частицы темной материи. Было предложено много кандидатов физики элементарных частиц для темной материи.
Кроме того, существуют нерешенные проблемы, связанные с популярной в настоящее время моделью холодной темной материи, которые включают проблемы карликовых галактик и проблему ореола куспи. Были предложены альтернативные теории, которые не требуют большого количества необнаруженного вещества, а вместо этого изменяют законы гравитации, установленные Ньютоном и Эйнштейном; однако ни одна альтернативная теория не была столь успешной, как предложение холодной темной материи в объяснении всех наблюдений.
Проблема горизонта возникает из предпосылки, что информация может перемещаться быстрее, чем свет. Во вселенной конечного образования это устанавливает предел - горизонт частиц - на разделение любых областей пространства, находящихся в причинном контакте. Наблюдаемая изотропия реликтового излучения является проблематичной в этом отношении: если во Вселенной все время до эпохи последнего рассеяния доминировало излучение или материя, горизонтальные частицы в это время соответствовал бы примерно 2 градусам на небе. Тогда не было бы механизма, который заставил бы более широкие области иметь одинаковую температуру.
Разрешение этого очевидного несоответствия предлагает инфляционная теория, в которой однородное и изотропное скалярное энергетическое поле доминирует во Вселенной в очень ранний период. (до бариогенеза). Во время инфляции наблюдается экспоненциальное расширение, и горизонт частиц расширяется намного быстрее, чем предполагалось ранее, находящиеся в противоположных сторонах Вселенной, находящиеся внутри горизонта частиц друг друга. Наблюдаемая изотропия исследуемого излучения следует из того факта, что эта большая область воздействия на контакте до начала инфляции.
Принцип неопределенности Гейзенберга предсказывает, что во время инфляционной фазы будут квантовые тепловые флуктуации, которые можно было бы увеличить до космических масштабов. Эти колебания послужили зародышем всех текущих структур во Вселенной. Инфляция предсказывает, что первичные флуктуации почти масштабно инвариантны и гауссовы, что было точно подтверждено измерениями реликтового излучения.
Если инфляция произошла, экспоненциальное расширение области далеко за пределами наблюдаемого горизонта.
Проблема, связанная с классической проблемой горизонта, возникает из-за того, что в большинстве случаев космологических моделей инфляции инфляция прекращается до нарушения электрослабой симметрии, поэтому инфляция не должна быть в состоянии предотвратить крупномасштабные неоднородности в электрослабом вакууме, поскольку отдаленные части наблюдаемой Вселенной были причинно разделены, когда эпоха электрослабого взаимодействия закончилась.
Возражение против магнитного монополя было высказано в конце 1970-х годов. Теории Великого Объединения (GUT) предсказали топологические дефекты в космосе, которые проявятся как магнитные монополи. Эти объекты могли бы быть обнаружены в быстрой ранней Вселенной. Эта проблема решается с помощью космической инфляции, которая приводит все точечные дефекты из наблюдаемой Вселенной так же, как она приводит геометрию к плоскостности.
геометрия Вселенной определяется тем, является ли космологический параметр Омега меньше, равным или большим чем 1. Сверху отображается вниз закрытая вселенная с положительной кривизной, a гиперболическая вселенная с отрицательной кривизной и плоская вселенная с нулевой кривизной. Проблема плоскостности (также известная как проблема старости) - это проблема наблюдения, связанная с FLRW. Вселенная может иметь положительную, отрицательную или нулевую пространственную кривизну в зависимости от ее общей плотности энергии. Кривизна отрицательна, если ее плотность меньше критической; положительный, если больше; и нуль при критической плотности, и в этом случае пространство называется плоским. Наблюдения показывают, что Вселенная вполне плоская.
Проблема в том, что любое небольшое отклонение от критической плотности со временем увеличивается, и все же сегодня Вселенная остается очень близкой к плоской. Учитывая, что естественной шкалой времени для отклонения от плоскостности может быть планковское время, 10 секунд, тот факт, что Вселенная не достигла ни тепловой смерти, ни Большого сжатия Спустя миллиарды лет требуется объяснение. Например, даже в относительно позднем возрасте, в несколько минут (время нуклеосинтеза), плотность Вселенной должна была быть в пределах одной десятой от ее критического значения, иначе она не существовала бы, как сегодня.
До наблюдений за темной энергией космологи рассматривали два сценария будущего Вселенной. Если бы массовая плотность Вселенной была больше критической плотности, то Вселенная достигла бы максимального размера и затем начала бы коллапсировать. Он снова стал бы плотнее и горячее, и закончился бы состоянием, аналогичным тому, в котором он начался - Большим сжатием.
В качестве альтернативы, если бы плотность во Вселенной была равна или ниже критической плотности, расширение могло бы произойти. замедлиться, но никогда не останавливаться. Звездообразование прекратится с потреблением межзвездного газа в каждой галактике; звезды сгорят, оставив белых карликов, нейтронных звезд и черные дыры. Столкновения между ними приведут к накоплению массы во все большие и большие черные дыры. Средняя температура Вселенной будет очень постепенно асимптотически приближаться к абсолютному нулю - a Big Freeze. Более того, если протоны нестабильны, то барионная материя исчезнет, оставив только излучение и черные дыры. В конце концов, черные дыры испарятся, испустив излучение Хокинга. энтропия Вселенной возрастет до такой степени, что из нее нельзя будет извлечь организованную форму энергии, сценарий, известный как тепловая смерть.
Современные наблюдения ускоренного расширения предполагают, что больше и больше большая часть видимой в настоящее время Вселенной выйдет за пределы нашего горизонта событий и вне связи с нами. Возможный результат неизвестен. Модель Вселенной ΛCDM содержит темную энергию в виде космологической постоянной. Эта теория предполагает, что только гравитационно связанные системы, такие как галактики, останутся вместе, и они тоже будут подвержены тепловой смерти по мере расширения и охлаждения Вселенной. Другие объяснения темной энергии, называемые теориями фантомной энергии, предполагают, что в конечном итоге скопления галактик, звезды, планеты, атомы, ядра и сама материя будут разорваны на части постоянно увеличивающимся расширением в так называемом Большой разрыв.
Одно из распространенных заблуждений о модели Большого взрыва состоит в том, что она полностью объясняет происхождение Вселенной. Однако модель Большого взрыва не описывает, как возникли энергия, время и пространство, а скорее описывает возникновение нынешней Вселенной из сверхплотного и высокотемпературного начального состояния. Было бы ошибкой визуализировать Большой взрыв, сравнивая его размер с обычными предметами. Когда описывается размер Вселенной в момент Большого взрыва, он относится к размеру наблюдаемой Вселенной, а не всей Вселенной.
Закон Хаббла предсказывает, что галактики, находящиеся за пределами расстояния Хаббла, удаляются быстрее, чем скорость легкий. Однако специальная теория относительности не применима за пределами движения в пространстве. Закон Хаббла описывает скорость, которая возникает в результате расширения пространства, а не в пространстве.
Астрономы часто называют космологическое красное смещение доплеровским смещением, которое может привести к неправильному представлению. Несмотря на то, что космологическое красное смещение похоже, оно не идентично классически полученному красному смещению Доплера, потому что большинство элементарных производных красного смещения Доплера не учитывают расширение пространства. Точный вывод космологического красного смещения требует использования общей теории относительности, и хотя обработка с использованием более простых аргументов эффекта Доплера дает почти идентичные результаты для ближайших галактик, интерпретация красного смещения более далеких галактик как из-за простейшего доплеровского красного смещения может вызвать путаницу. 438>
Большой взрыв объясняет эволюцию Вселенной от плотности и температуры, которые намного превышают возможности человечества воспроизвести, поэтому экстраполяции на самые экстремальные условия и самые ранние времена обязательно более умозрительный. Леметр назвал это начальное состояние «первобытным атомом», а Гамов назвал материал «илем ». Как возникло начальное состояние Вселенной, все еще остается открытым вопросом, но модель Большого взрыва ограничивает некоторые из ее характеристик. Например, определенные законы природы, скорее всего, возникли случайным образом, но, как показывают модели инфляции, некоторые их комбинации гораздо более вероятны. Топологически плоская Вселенная предполагает баланс между гравитационной потенциальной энергией и другими формами, не требующими создания дополнительной энергии.
Теория Большого взрыва, построенная на уравнениях классической общей теории относительности, указывает на сингулярность в происхождении космического времени, и такая бесконечная плотность энергии может быть физической невозможностью. Однако физические теории общей теории относительности и квантовой механики в их нынешнем виде неприменимы до эпохи Планка, и исправление этого потребует разработки правильного подхода к квантовой гравитации. Некоторые трактовки квантовой гравитации, такие как уравнение Уиллера – ДеВитта, подразумевают, что само время может быть эмерджентным свойством. Таким образом, физики могут сделать вывод, что время не существовало до Большого взрыва.
Хотя неизвестно, что могло предшествовать горячему плотному состоянию ранней Вселенной или как и почему оно возникли, или даже разумны ли такие вопросы, изобилует спекуляциями как предмет "космогонии".
Некоторые спекулятивные предложения по этому поводу, каждое из которых влечет за собой непроверенные гипотезы:
Предложения в последних двух категориях рассматривают Большой взрыв как событие либо в гораздо большей и старой вселенной, либо в multiverse.
Большой взрыв как описание происхождения Вселенной имеет большое значение для религии и философии. В результате это стало одной из самых оживленных областей дискурса между наукой и религией. Некоторые считают, что Большой взрыв подразумевает творца, и некоторые видят его упоминание в своих священных книгах, в то время как другие утверждают, что космология Большого взрыва делает понятие творца излишним.
Физический портал 
Этот аудиофайл был создан на основе редакции этой статьи от 11.11.2011 и не отражает последующих правок. ()