Самая популярная и научно-доказанная теория происхождения нашей вселенной основывается на событии, известном как Большой взрыв. Эта теория родилась из наблюдения, что другие галактики движутся от нашей со скоростью, как будто их все привела в движение первородная взрывная сила.
https://i.gifer.com/82Cj.gif
моделирование Большого взрыва
Бельгийский астрофизик по имени Жорж Леметр первым предложил теорию Большого взрыва в 1920-х годах, когда он предположил, что вселенная началась от одного первоначального атома. Идея получила большую поддержку благодаря наблюдениям Эдвина Хаббла, который отметил, что галактики удаляются от нас со скоростью во всех направлениях, а также благодаря открытию космического микроволнового излучения в 1960-х годах - интерпретируемого как эхо Большого взрыва - Арно Пензиасом и Робертом Уилсоном.
Дальнейшие исследования помогли прояснить темп Большого взрыва. Одна из теорий гласит, что в первые 10^-43 секунды своего существования вселенная была очень компактной, меньше, чем миллион миллиард миллиардная часть размера одного атома. Считается, что в таком невероятно плотном и энергичном состоянии четыре основные силы - гравитация, электромагнетизм, сильная и слабая ядерные силы - были объединены в одну силу, но наши текущие теории еще не выяснили, как работает единая сила. Для этого нам нужно знать, как работает гравитация на субатомном уровне, но на данный момент мы этого не знаем.
Также считается, что крайне близкие расстояния позволили первым частицам вселенной смешиваться, перемешиваться и устанавливаться примерно в одинаковой температуре. Затем, в невообразимо малую долю секунды, все эта материя и энергия равномерно расширились, с небольшими отклонениями, обусловленными колебаниями на квантовом уровне. Эта модель стремительного расширения, называемая инфляцией, может объяснить, почему у вселенной такая равномерная температура и распределение материи.
После инфляции вселенная продолжала расширяться, но гораздо медленнее. Пока не ясно, что именно питало инфляцию.
Последствия космической инфляции
Со временем, по мере охлаждения материи, начали образовываться более разнообразные виды частиц, которые в конечном итоге сконденсировались в звезды и галактики нашей настоящей вселенной.
К моменту, когда вселенной был одна миллиардная секунды, она достаточно остыла, чтобы четыре фундаментальные силы разделились друг от друга. Также образовались фундаментальные частицы вселенной. Однако она была такой горячей, что эти частицы еще не собрались во многие из податомных частиц, которые у нас есть сегодня, например, протон. По мере расширения вселенной, этот раскаленный первородный суп - называемый кварк-глюонной плазмой - продолжал остывать. Некоторые ускорители частиц, такие как Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе, достаточно мощны, чтобы воссоздать кварк-глюонную плазму(агрегатное состояние вещества в физике высоких энергий и элементарных частиц, при котором адронное вещество переходит в состояние, аналогичное состоянию, в котором находятся электроны и ионы в обычной плазме).
Излучение в ранней Вселенной было настолько интенсивным, что сталкивающиеся фотоны могли образовывать пары частиц, состоящих из материи и антиматерии, которые похожи на обычную материю, но обладают противоположным электрическим зарядом. Считается, что в ранней Вселенной содержалось равное количество материи и антиматерии. Но по мере охлаждения Вселенной фотоны больше не могли создавать пары материи и антиматерии. Таким образом, многие частицы материи и антиматерии соединились и аннигилировали друг друга.
Каким-то образом некоторая избыточная материя выжила - и теперь это то, из чего состоят люди, планеты и галактики. Наше существование является ясным знаком того, что законы природы немного по-разному относятся к материи и антиматерии. Исследователи экспериментально наблюдали это нарушение правила, называемое нарушением CP-симметрии. Физики до сих пор пытаются понять, как материя победила в ранней Вселенной.
Создание атомов
В первую секунду Вселенной остывание позволило оставшейся материи соединиться в протоны и нейтроны, знакомые частицы, составляющие ядра атомов. А через первые три минуты протоны и нейтроны собрались в ядра водорода и гелия. По массе водород составлял 75 процентов материи ранней Вселенной, а гелий - 25 процентов. Изобилие гелия является ключевым предсказанием теории большого взрыва и было подтверждено научными наблюдениями.
Несмотря на наличие ядер атомов, юная Вселенная все еще была слишком горячей для того, чтобы электроны могли устойчиво образовывать вокруг них атомы. Материя Вселенной оставалась электрически заряженным туманом, который был настолько плотным, что свету было трудно пройти сквозь него. Потребовалось еще около 380 000 лет, чтобы Вселенная остыла достаточно, чтобы образовались нейтральные атомы - решающий момент, называемый рекомбинацией (момент, когда температура достаточно опустилась и позволила электронам присоединиться к ядрам атомов, а Вселенная стала прозрачной, называют рекомбинацией). Более холодная Вселенная впервые стала прозрачной, что позволило фотонам, бродившим внутри нее, наконец-то проходить без препятствий.
Мы все еще видим этот первородный послесвечение сегодня как космическое микроволновое фоновое излучение, которое распространено по всей Вселенной. Излучение похоже на то, которое используется для передачи телевизионных сигналов через антенны. Но это самое старое из известных излучений и может хранить много секретов о самых ранних моментах Вселенной.
От первых звезд до наших дней
Вселенная не имела ни одной звезды примерно 180 миллионов лет после Большого взрыва. Приблизительно столько времени потребовалось, чтобы гравитация собрала облака водорода и превратила их в звезды. Многие физики считают, что огромные облака темной материи, все еще неизвестного вещества, которое весит более чем в пять раз больше видимой материи, служили гравитационным каркасом для первых галактик и звезд.
Как только зажглись первые звезды Вселенной, свет, который они излучали, был достаточно мощным, чтобы снова отделить электроны от нейтральных атомов, ключевой этап Вселенной, называемый реионизацией. В феврале 2018 года австралийская команда объявила, что они могли обнаружить признаки этого "космического рассвета". К 400 миллионам лет после Большого взрыва родились первые галактики. За миллиарды лет звезды, галактики и скопления галактик формировались и переформировались, в конечном итоге приводя к нашей домашней галактике, Млечному Пути, и нашему космическому дому, Солнечной системе.
Даже сейчас Вселенная расширяется, и к удивлению астрономов, темп расширения ускоряется. Считается, что это ускорение вызвано силой, отталкивающей гравитацию, называемой темной энергией. Мы все еще не знаем, что такое темная энергия, но считается, что она составляет 68 процентов общей массы и энергии Вселенной. Темная материя составляет еще 27 процентов. По сути, всю материю, которую вы когда-либо видели - от вашей первой любви до звезд над головой - составляет менее пяти процентов Вселенной.
Информация взята из источников:
https://www.nationalgeographic.com/science/article/origins-of-the-universe
https://www.scientificamerican.com/article/origin-of-the-universe-extreme-physics-special/