Расширяющаяся Вселенная. Теория Большого взрыва.

Модель Вселенной Фридмана нестационарна, имеет изменяющийся радиус кривизны. Фридман выделил три возможных модели, соответствующие нестационарной Вселенной:

1. расширяющееся евклидово пространство;

2. пульсирующее неевклидово пространство (радиус кривизны пространства увеличивается от нуля до некоторой величины, а затем уменьшается вновь до нуля);

3. монотонно расширяющееся неевклидово пространство.

Результаты Фридмана вызвали критику со стороны Эйнштейна, но затем Эйнштейн признал правоту Фридмана.

Пользуясь своим уникальным телескопом, Хаббл обнаружил, что расстояния между галактиками увеличиваются, то есть они «разбегаются». Хаббл установил, что скорость разбегания зависит от расстояния до галактики и увеличивается пропорционально этому расстоянию. Это выражение называют законом Хаббла.

Расширение Вселенной означает, что исходным состоянием был «точечный» объем, что существовал момент «сотворения мира», и у Вселенной есть возраст. Зная расстояние до «окраин» Вселенной, можно вычислить и ее возраст: сегодня возраст Вселенной колеблется от 10 до 20 млрд лет.

Решающим фактором, утвердившим гипотезу расширяющейся Вселенной, стало обнаружение и интерпретация реликтового космического излучения.

Существование такого излучения предсказывала теория эволюции Вселенной, разработанная Георгием Гамовым и получившая название «Космология Большого Взрыва».

К теории «Большого взрыва» Гамов пришел от спектральных исследований распространенности химических элементов во Вселенной и их происхождением.

В последние годы получила признание модель «раздувающейся» Вселенной, в соответствии с которой диаметр Вселенной стремительно увеличивался после Взрыва. Этот период называют периодом раздувания или инфляции, хотя, по сути, это мгновенное образование пространства и времени.

Раздувание происходило со скоростью, гораздо большей скорости света. Вселенная стремительно оказалась в «ложном вакууме» - базовой форме материи. Гравитация вдруг сменилась бы антигравитацией - Вселенная со взрывом разлетелась, образовались «пузыри» с ложным вакуумом. Один из этих «пузырей» стал зачатком нашей Вселенной, остальные — зачатками других Вселенных. Температура Вселенной резко падает.

Дальнейший сценарий событий совпадает со стандартной теорией Большого Взрыва. Формирование ранней Вселенной завершилось через 3 минуты 2 секунды после Взрыва. Начался процесс объединения протонов и нейтронов в ядра — нуклеосинтез. За это время температура и плотность упали более чем на 20 порядков и счет времени уже пошел на тысячелетия.

За 500 тысяч лет Вселенная остыла примерно до 3 тысяч градусов. При такой температуре протоны и ядра атомов гелия уже могли захватывать свободные электроны и превращаться при этом в нейтральные атомы водорода и гелия. Излучение отделилось от вещества. Образовалась однородная Вселенная, состоящая из трех субстанций: лептонов, излучения (фотонов) и барионного вещества (атомов водорода, гелия и их изотопов).

Переход от однородной к структурной Вселенной, занял по современным оценкам, от одного до трех миллиардов лет. Соотношение между излучением и веществом во Вселенной в процессе эволюции менялось. В ранней Вселенной преобладало излучение. Доля вещества во Вселенной непрерывно увеличивалась и сравнялась с долей излучения, по оценке Гамова, через 73 млн лет. Гамов рассчитал, что в настоящее время в космосе должно присутствовать фоновое излучение, названное впоследствии реликтовым, должно (по оценке Гамова) соответствовать в настоящее время излучению черного тела с температурой не более 10 К.

Реликтовое излучение, существование которого предсказал Гамов, действительно было обнаружено в 1964 году американскими учеными Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном, получившими за это открытие Нобелевскую премию. Никакая теория кроме теории «горячей» Вселенной не могла объяснить происхождение космического реликтового излучения. Факт его существования стал рассматриваться как убедительное подтверждение теории «горячей» Вселенной.