Үлкен жарылыс туралы қызықты мәліметтер

Бар болмыстың шығу тегі туралы сұрақ адамдар жұлдыздарға қарап, ғаламдағы өз орны туралы сұрақ қоя бастаған сәттен бері адамзат ақылын мазалап келеді. Мыңдаған жылдар бойы жауаптар мифология мен діннен ізделді, ғылым өз нұсқасын — грандиозды, математикалық тұрғыдан дәл және сонымен бірге одан кем қызықты емес — ұсынғанша. Үлкен жарылыс теориясы бүгінде біздің Ғаламымыздың шығу тегі мен дамуының ерте кезеңін түсіндіретін жалпыға ортақ космологиялық модель болып табылады. Ол көптеген тәуелсіз бақылау деректеріне сүйенеді және жаңа мәліметтер жиналған сайын нақтылануда. Осы мақалада біз сіздерге Үлкен жарылыс туралы 25 қызықты әрі танымдық фактіні ұсынамыз.

1. Үлкен жарылыс шамамен 13,8 миллиард жыл бұрын болды — ғалымдар реликтік сәулеленуді және кеңістіктің кеңею жылдамдығын талдай отырып, Ғаламның жасын дәл осылай анықтайды. Бұл сан бақылау құралдары жетілген сайын бірнеше рет нақтыланды. Ғарыштық телескоптар арқылы алынған заманауи деректер Ғаламның жасын ондаған миллион жыл дәлдікпен атауға мүмкіндік береді.
2. «Үлкен жарылыс» атауын британ астрофизигі Фред Хойл ойлап тапты — және оны келеке ретінде ойлап тапты. Стационарлық Ғалам теориясының жақтаушысы болып табылатын ол бұл терминді 1949 жылы радиохабарда ештеңеден бәрін туу идеясының, өз ойы бойынша, абсурдтылығын көрсету үшін қолданған. Тағдырдың ирониясы сол — дәл осы келеке атау тұрақтап, ғылыми терминге айналды.
3. Үлкен жарылыс осы сөздің әдеттегі мағынасындағы жарылыс болған жоқ. Зат ұшып шыққан орталық нүкте де, ол кеңейген қоршаған кеңістік те болған жоқ. Кеңістіктің өзі уақытпен және затпен бірге пайда болды, ал Ғаламның кеңеюі материяның бұрыннан бар бос кеңістік арқылы қозғалысын емес, кеңістік-уақыт матасының созылуын білдіреді.
4. Пайда болғаннан кейінгі алғашқы сәтте — Планк уақыты деп аталатын, 10⁻⁴³ секундты құрайтын аралықта — заманауи ғылымға белгілі физикалық заңдар қолданылмайды. Бұл Ғаламның өмір сүруінің ең ерте сәті әлі күнге дейін қазіргі физиканың сипаттау мүмкіндіктерінен тыс қалатынын білдіреді. Кванттық гравитация теориясын жасау бұл пердені сәл ашуы мүмкін.
5. Пайда болғаннан кейінгі бір жүз мыңнан бір бөлік секундтан кейін Ғаламның температурасы шамамен 100 миллиард градус болды. Салыстыру үшін — Күннің орталығындағы температура шамамен 15 миллион градусқа тең, яғни мыңдаған есе төмен болды. Мұндай жағдайда элементар бөлшектерден тұратын плазма болды, және атомдар, молекулалар сияқты кез келген таныс құрылымдар әлі қалыптаса алмады.
6. Алғашқы атом ядролары — негізінен сутегі мен гелий — кеңею басталғаннан кейін шамамен үш минуттан соң алғашқы нуклеосинтез деп аталатын процесс барысында пайда болды. Дәл сол кезде Ғаламдағы сутегі мен гелийдің қатынасы — масса бойынша шамамен үшке бір — қалыптасты. Бұл қатынас бақылаулармен расталады және теорияның дұрыстығының негізгі дәлелдерінің бірі болып табылады.
7. Алғашқы бейтарап сутегі атомдары кеңею басталғаннан кейін шамамен 380 000 жыл өткен соң ғана пайда болды. Осы сәтке дейін зат пен сәулелену мөлдір емес плазма түрінде өмір сүрді, онда жарық еркін тарай алмады. Электрондар ядролармен бірігіп, Ғалам мөлдір болған кезде, босап шыққан сәулелену бүгінгі күнге дейін кеңістік арқылы саяхаттауды жалғастыруда.
8. Рекомбинация дәуірінен сақталған бұл ежелгі сәулелену реликтік фондық сәулелену деп аталады. Ол бүкіл бақыланатын Ғаламды біркелкі толтырады және 1965 жылы американдық физиктер Арно Пензиас пен Роберт Вилсон тарапынан кездейсоқ ашылды. Осы ашылымы үшін екі ғалым да 1978 жылы физика бойынша Нобель сыйлығын алды.
9. Реликтік сәулелену шамамен минус 270,4 градус Цельсий температурасына сәйкес келеді — абсолюттік нөлден небәрі 2,7 градус жоғары. Ғаламның миллиардтаған жылдар бойы кеңеюінің нәтижесінде ол мыңдаған градустан осы енді ғана сезілетін жылулық сыбырға дейін суыды. Дәл осы сәулеленудегі ең ұсақ біртекті емес жерлерді талдау ғалымдарға ерте Ғаламның бейнесін қалпына келтіруге мүмкіндік береді.
10. Алғашқы жұлдыздар — үшінші буын жұлдыздары деп аталатын, немесе нөлдік металдылығы бар жұлдыздар — кеңею басталғаннан кейін шамамен 100–200 миллион жыл өткен соң жанған. Олар іс жүзінде тек сутегі мен гелийден тұрды, өйткені барлық ауыр элементтер әлі болмаған еді. Дәл осы алғашқы шамдардың ішінде және олардың жарылыстары — асқын жаңа жұлдыздар — нәтижесінде көміртек, оттегі, темір және периодтық кестенің басқа элементтері қалыптаса бастады.
11. Біздің өзімізден және айналамыздағы барлық нәрседен тұратын литийден ауыр барлық атомдар Үлкен жарылыс сәтінде емес, жұлдыздардың ішінде жасалды. Бұл біздің қанымыздағы темір, сүйектеріміздегі кальций және өкпеміздегі оттегі Жерге түспес бұрын жұлдыздық ядролардың оты арқылы өткенін білдіреді. Астрофизик Карл Саган бұл ойды дәл тұжырымдап, адамдар жұлдыздық шаңнан жасалған деп атап өтті.
12. Үлкен жарылыс теориясы зат пен антиматерия тең мөлшерде пайда болуы керек деп болжайды. Дегенмен, егер бұл дәл солай болғанда, олар бір-бірін жойып, Ғалам тек сәулеленумен толып қалар еді. Неліктен зат антиматериядан сәл басым болды — бариондық асимметрия мәселесі деп аталатын заманауи физиканың шешілмеген басты сұрақтарының бірі.
13. Үлкен жарылыс теориясының математикалық негізін 1927 жылы бельгиялық ғалым әрі католик священнигі Жорж Леметр әзірледі. Ол алғаш рет «алғашқы атом» идеясын — Ғаламның аса тығыз бастапқы күйін, одан бәрі пайда болды — ұсынды. Альберт Эйнштейн бастапқыда бұл идеяға скептикпен қарады, дегенмен кейіннен Леметрдің дұрыстығын мойындады.
14. Американдық астроном Эдвин Хаббл 1929 жылы галактикалардың бізден қаншалықты алыс болса, соғұрлым жылдам алыстап жатқанын анықтады. Бұл бақылау Ғаламның кеңеюінің негізгі дәлелі болды және өткенде барлық зат бір нүктеде шоғырланғанының жанама растамасы болды. Галактикаға дейінгі қашықтық пен оның алыстау жылдамдығы арасындағы тәуелділік бүгінде Хаббл-Леметр заңы деп аталады.
15. Заманауи деректерге сәйкес, көрінетін зат — жұлдыздар, планеталар, газ және шаңнан тұратын барлық нәрсе — Ғаламның жалпы мазмұнының небәрі шамамен 5%-ын құрайды. Тағы шамамен 27%-ы табиғаты әлі күнге дейін анықталмаған қараңғы материяға тиесілі. Қалған 68%-ын кеңістіктің кеңеюін үдететін құпия зат — қараңғы энергия алып жатыр.
16. Стандартты космологиялық модель шеңберінде «Үлкен жарылысқа дейін» ұғымы физикалық мағынаға ие емес, өйткені уақыт Ғаламмен бірге пайда болды. Осы сәтке дейін не болғанын сұрау — Солтүстік полюстен солтүстікке қарай не бар екенін сұраумен бірдей. Дегенмен, бірқатар балама теориялар бұрынғы күйлердің болуына немесе космологиялық процестердің циклділігіне жол береді.
17. 1980 жылдары Алан Гут тарапынан әзірленген инфляция теориясы Ғаламның алғашқы өте аз үлес секундтарында жарық жылдамдығынан әлдеқайда жоғары қарқынмен кеңейгенін болжайды. Бұл аса жылдам өсу реликтік сәулеленудің неге бүкіл аспан күмбезінде соншалықты біртекті екенін түсіндіреді, дегенмен оның әртүрлі аймақтары бір-бірі туралы «біле» алмаған сияқты. Инфляция теориясының жанама растамалары әзірге сенімді, дегенмен тікелей дәлелдер әлі жеткіліксіз.
18. Үлкен жарылыс теориясын тексерудің ең маңызды құралдарының бірі — Швейцариядағы Үлкен адрондық коллайдер. Бөлшектерді жарық жылдамдығына жақын жылдамдықтарға дейін үдетіп, оларды бір-бірімен соқтығыстыра отырып, физиктер Ғалам пайда болғаннан кейінгі алғашқы сәттерде болған жағдайларды қайта жасайды. Хиггс бозонын 2012 жылы ашу осы зерттеулердің нәтижелерінің бірі болды.
19. Ғалам үдеумен кеңейеді — бұл 1998 жылы екі тәуелсіз астрофизиктер тобы тарапынан жасалған ашылым ғылыми қауымдастық үшін толық күтпеген жағдай болды. Оған дейін гравитация галактикалардың таралуын біртіндеп баяулатуы керек деп болжанатын. Үдетілген кеңею қараңғы энергиямен түсіндіріледі, және оны ашқаны үшін зерттеушілер 2011 жылы Нобель сыйлығын алды.
20. Бақыланатын Ғалам — оның өмір сүру уақыты ішінде жарығы бізге жеткен бөлігі — шамамен 93 миллиард жарық жылы диаметрін құрайды. Бұл парадокс сияқты көрінеді: егер Ғалам 13,8 миллиард жыл өмір сүрсе, оның өлшемі қалайша осыншалықты үлкен болуы мүмкін? Жауап сол — кеңістіктің өзі осы уақыт бойы кеңейіп, галактикаларды жарық сол мерзім ішінде өте алатын қашықтықтан алысқа алып кетті.
21. Бақыланатын аймақтан тыс Ғаламның нақты өлшемі белгісіз және, мүмкін, принципиалды түрде өлшенбейтін болуы мүмкін. Кейбір теориялық бағалаулар бойынша, ол біздің телескоптарымызға қолжетімді бөліктен миллиардтаған есе үлкен болуы мүмкін. Кеңістіктің шексіздігі немесе көптеген жеке ғаламдардың — «мультиғаламның» — болуы туралы гипотезалар бар.
22. Үлкен жарылыс Ғаламды кеңістіктің белгілі бір нүктесінде тудырған жоқ — ол бір мезгілде барлық жерде болды. Бұл заманауи космологияның интуитивті түсіну үшін ең қиын аспектілерінің бірі. Ғаламдағы кез келген галактика кеңеюдің «орталығы» деп тең дәрежеде санай алады, өйткені барлық басқалары одан алыстап жатыр.
23. Кеңею басталғаннан кейінгі алғашқы секундтарда төрт іргелі өзара әрекеттесу — гравитациялық, электромагниттік, күшті және әлсіз ядролық — біртұтас күшті білдіруі мүмкін еді. Суу барысында олар біртіндеп бір-бірінен «бөлініп», қазіргі түрін қабылдады. Осы барлық күштерді біртұтас теорияда біріктіру теориялық физиканың басты шешілмеген міндеті болып қала береді.
24. Заманауи телескоптар өткенге букілдей қарауға мүмкіндік береді — нысан неғұрлым алыс болса, соғұрлым біз Ғаламның ежелгі күйіне үңілеміз. 2021 жылы іске қосылған «Джеймс Уэбб» ғарыштық телескобы кеңею басталғаннан кейін 300 миллион жылдан аз уақыт өткен соң пайда болған галактикаларды бақылай алады. Алыс ғарыштың әрбір жаңа суреті — өткеннің фотосуреті.
25. Ғаламның тағдыры қараңғы энергияның табиғатына байланысты, ол әлі күнге дейін жұмбақ болып қала береді. Егер кеңеюдің үдеуі жалғасса, ондаған миллиард жылдан кейін галактикалар бір-бірі үшін көрінбейтіндей алысқа тарайды — соңғы «жылулық өлім» келеді. Балама сценарийлерге кеңеюдің өсуімен кеңістіктің өзінің жыртылуы — «Үлкен жарылыс» немесе гипотетикалық кері коллапс — «Үлкен сығылу» кіреді.

Үлкен жарылыс теориясы — Ғаламның шығу тегі туралы сұрақты философиялық пайымдаулар аймағынан қатаң ғылыми зерттеу пәніне айналдыруға мүмкіндік берген адамзаттың ұлы интеллектуалды жетістіктерінің бірі. Сонымен бірге, әрбір жаңа жауап жаңа сұрақтар тудырады, және танымалмаған көкжиек тарылмайды, керісінше, барған сайын сезілетін болады. Қараңғы материя, қараңғы энергия, өмір сүрудің алғашқы сәттерінің табиғаты және басқа ғаламдардың болу мүмкіндігі — мұның бәрі өз зерттеушілерін күтуде. Біз 14 миллиард жылға жуық уақыт бұрын басталып, дәл қазір жалғасып жатқан оқиғаның ішінде өмір сүріп жатқанымызды түсіну космологияны адам ақылына қолжетімді ең қызықты істердің біріне айналдырады.