Алберт Айнщайн
„Вселената се свива до размерите на атом.”
Айнщайн не можел да възприеме това, но други можели. Една динамична и разширяваща се Вселена, пасвала идеално в теория, наречена Големия Взрив. В зората на 20-ти век, Алберт Айнщайн ни е накарал да разсъждаваме над научната вероятност, че нашата Вселена е имала начало. Но идеята, че всичко си има общо начало получила силен религиозен отпор. В продължение на хиляди години, произхода на света бил обясняван от религиозни дейци, а не от учени. Има различия между науката и религията. Те гледат на света по-различни начини, задават различни въпроси, науката се интересува от това „как” се случвата нещата, докато религията – от това „защо” се случват, което е по-задълбочен въпрос, защото търси целта на съществуването. Религията и науката са се конкурирали, само защото са имали една и съща цел – истината. Иронията е, че авторът на една стара, но обективна научна теория за произхода на вселената, бил виден католически свещеник. Другото странно нещо е, че научно обоснованата му теория изглеждала доста религиозна. Според него, Вселената не била вечна, а си имала начало. Отец Жорж Льометр твърдял, че Вселената се е родила. Льометр най-добре проумял идеята за разширяващата се вселена и предложил много идеи, които се проучват и до днес.
Georges Henri Joseph Édouard Lemaître
Льометр изучил идеите на Анщайн и предложил страхотна идея. Идея, която дори великия Айнщайн не би могъл да възприеме.
„Вселената не е статична, а се разширява”.
Льометр изучил идеите на Айнщайн без никаква предубеденост и открил, че те водят към Вселена, която в момента се разширява, а в миналото е била все по-малка и той приел този резултат на сериозно. Льометр разсъждавал, че ако Вселената наистина се разширава, днес ще е по-голяма от колкото е била вчера. Следователно, някога трябва да е била невъобразимо малка.
Льометр вярвал, че Вселената се е родила от нещо, което той нарекъл „първичен атом”. Този „първичен атом” избухнал и вдъхнал живот на Вселената. Споделяйки идеята си с Айнщайн, великият физик му отвърнал: „Математиката ти е вярна, но физиката ти е отвратителна.” Но през 1925 г. идеята на Льометр получава неоспоримо потвърждение.
Edwin Powell Hubble
Астрономът Едуин Хъбъл наблюдавайки с телескопа си видял нещо, което унищожило космологичната константа на Айнщайн. „Той разкрил, че Слънцето е само една от милиардите звезди в галактиката Млечен път. Хъбъл намерил еднастандартна свещ* в спирална вихрушка от звезди, позната като мъглявината Андромеда. Хъбъл изчислил разстоянието до тази галактика и установил, че тя е на 1 млн. светлинни години от нас. Именно това бил моментът в който той получил просветление, осъзнавайки, че Андромеда е самостоятелна вселена, точно както Млечният път. Оказало се, че Вселената е с диаметър милиарди светлинни години. Неговото откритие превърнало Вселената в метрополис с размерите на милиарди галактики. Той установил поведението на тези галактики през 1929г. и стигнал до заключението, че повечето от тях се отдалечават от нас. Те се отдалечават не само от Млечният път, но и една от друга. Вселената се разширявала. Въз основата на измерената от Хъбъл скорост на разширение, той можел да изчисли възрастта на Вселената. Формулата му за изчисляване на възрастта на Вселената била вярна, но замерванията му неточни. Това дало повод на някои учени за оспорване на Теорията на Льометр.
През първата половина на 20–ти век, се появили не дотолкова научни фактори, които повлияли за отхвърлянето на Льометровата теория за супер-атома от физичните среди. Вероятно е имало несъгласие с факта, че някой би могъл да участва както в научните среди така и в религиозното общество.
Грешните изчисления на Хъбъл за възрастта на Вселената, позволили на колежа Тринити в Кеймбридж да излезе с конкурента теория наречена „Теория за стационарната вселена”, според която Вселената била вечна. Тази теория подкрепяла статична вселена, която била отхвърлена от теорията за първичния атом. Оповестена е от астронома Фред Хойл. Според него Вселената е съществувала вечно без начало и край. Статична и вечна.
Той допуснал, че някъде във Вселената има постоянен източник на нова материя. Създаването на материя от нищото е трудно нещо за възприемане от физиците.
Георгий Антонович Гамов
Хойл бил опроверган от руският физик Джордж Гамов, който подкрепял Льометровата теория за атома. Гамов предположил, че водора, хелия и другите елементи са създадени през първите няколко огнени минути от живота на Вселената, започнал след Голям взрив. В подкрепа на теорията си Гамов се обръща към един свой студент Ралф Алфър, който успял да доразвие идеята и да стигне до заключението, че ако Вселената сама е генерирала първичните елементи, водорода би трябвало да е около 10 пъти повече от хелия. Това съвпадало с наблюденията. Алфър и колегата му, Робърт Хърман, потвърдили предречената от Льометр остатъчна топлина от създаването на вселената. Силен факт в подкрепа на Големия взрив. Джордж Гамов и студентите му поставили много прост въпрос. Ако Големия взриз е бил толкова горещ, значи вторичната вълна от този взрив не може да е чак толкова изстинала в наши дни. Следователно, днес трябва да съществува видим за нас остатък. Но през 1949г. никой не разполагал с необходимия телескоп за измерване на остатъчното лъчение, топлина от момента на създаването.
По това време теорията за Големия взрив не предлагала обяснение за съществуването на елементи по тежки от водорода и хелия. По същото време Теорията за статичната вселена си спечелила вниманието на медиите. Тя била популярна сред обществото, тъй като Фред Хойл бил специалист в популяризирането й. По ирония на съдбата, терминът „Голям взрив” бил измислен от Хойл през 1949г, по време на едно от популярните му радиопредавания, използвайки го като подигравка.
През 60-те години, неточните изчисления на Хъбъл за възрастта на Вселената били коригирани чрез по-точни измервания. Учените намерили доказателство което било старо колкото самата Вселена. Почти 500 години науката се е мъчила да открие мястото ни във Вселената. Сега, астрономите искат да разберат как е започнало всичко. Лъчението от остатъчна топлина, което Жорж Льометр предвидил същестувало, но той нямал нужните инструменти по онова време за да го открие. През 1965г. учените разполагали с тези инструменти. Остатъкът, вторичната вълна от Големия взрив би трябвало да е измерима. Трябвали са ни около две десетилетия преди инструментите ни да станат достатъчно мощни, за да потвърдят теорията на Гамов и неговите студенти относно това фоново лъчение. Историята на това лъчение е много интересна. Първо, Джордж Гамов и студентите му, които имали изчисленията, но нямали необходимите уреди. После, групата от Принстън. Те знаели за твърдението на Гамов, но инструмента им били твърде примитивен и не достатъчно чувствителен. Групата от Принстън, включвала физика Робърт Дики и негови колеги, които подкрепяли теорията на Льометр и искали да открият стабилно доказателство.
„Учителят ми Робърт Дики, искаше да открие това лъчение, което би останало след един голям горещ взрив. С него работеха двама младежи – Дейв Уилкинсън и Питър Роул.”
Той ги убедил да му направят радиометър, с който да търси лъчението, и опитите започнали. Вестта за техният опит достига до Робърт Уилсън и Арно Пензиас. Пензиас и Уилсън били учени работещи не върху теорията за Големия взрив, а върху спътниковите комуникации в лабораториите на Бел, в Хоумдейл, Ню Джърси. Те използвали огромния радиотелескоп на Бел, но не можели да получат ясни резултати. Вместо това, улавяли постоянен, непроменлив шум.
Робърт Уилсън: „Това е просто хаотичен шум. Не открихме това, което очаквахме. Антената улавяше повече лъчения от нормалното. Първата ни мисъл беше, че нещо не е в ред щом улавяме толкова много шум.”
Какъв бил този странен шум?
И от къде идвал?
Дали е смущение идващо от близкия град Ню Йорк?
Дали е причинено от самолетни сигнали, или изпражнения от гълъби вътре в тръбата?
Робърт Уилсън: „Не се съмнявахме във физиката. Каквото и да беше трябваше да си има източник. Но идеите ни за този източник бяха на привършване.”
Всъщност това загадъчно лъчение идвало от всички посоки. От всяка посока и всяко ъгълче на космоса. На Пензиас и Уилсън, това им се струвало налудничаво. Но те, без да искат, открили това, което Дики и колегите му търсели. Това, което Гамов, Алфер и Льометр предричали. Те открили доказателство, че Вселената не е вечна.
Източникът бил Големия Взрив, създаването на Вселената. Пензиас и Уилсън, и групата от Принстън публикували откритията си в отделни части от астрофизичния журнал през 1965г. Това разбило на пух и прах теорията на Хойл за статичната вселена.
Най-накрая, Големия Взрив се вписал в пъзела на Вселената. Доказването на Големия Взрив е забележително постижение, позволяващо ни да изградим модел на Вселената, чак до части от секундата след нейното начало, когато е притежавала огромна плътност и температура. Започвайки от това ранно състояние на огромна плътност, можем да разберем и да проследим как Вселената се е охладила и разширила, как в даден етап са се образували първите атоми, как в по-късен етап са се образували първите структури, а след това първите звезди, галактити, планети и накрая, хора.
През 1966г, в една белгийска болница, умиращия Жорж Льометр получил и се насладил на добрата новина. Не бил сам.
Гамов и екипа му също почувствали облекчение.
Arno Allan Penzias
Robert Anton Wilson
За участието си в откритието, Пензиас и Уилсън печелят Нобеловата награда през 1978г.
Хойл и неговата статична вселена загубили почва под краката си. Теорията му за ядрения синтез обаче не била отхвърлена.
Въпреки частичното признаване на ядрения синтез, Хойл, който почина през 2001г, така и не прие Големия Взрив.
Останалата част от физиците възприемат Теорията за Големият взрив с пълно единодушие. Но приемането на теорията и считането й за съвършена са две различни неща. В края на 20-ти век учените откриха проблеми с Големия Взрив, въпреки че теорията бе вече общоприета. Един от проблемите е, че температура в открития космос е странно еднаква. Физиците не очакваха, че Вселената ще има еднаква температура. Вселената е твърде голяма за да има еднаква температура навсякъде. Но това е факт. Вселената не е достатъчно стара, за да може температурата да се уеднакви. Теорията за Големия Взрив не може да обясни защо толкова раздалечени райони имат еднаква температура.
В началото на 80-те Алън Гът предложи идеята, че може би след раждането си Вселената е имала много малък обем. Толкова малък, че отделните й райони са имали достатъчно време да уеднаквят температурата си. Според Гът, от този момент нататък, Вселената се разширила със скорост по-голяма от тази на светлината, която според Айнщайн, е възможно най-високата допустима скорост в космоса.
Теорията за инфлацията обяснява какво е ускорило разширението на Вселената. Гът нарекъл теорията си „инфлация”. Учените вярвали, че в първите мигове след сътворението четирите природни сили, включително гравитацията и електромагнетизма, са били слети в една супер сила. По време на Големия Взрив, тази супер сила се разделила на четири сили, които познаваме – гравитация, слаба ядрена сила, електромагнитна и силна ядрена сила. Но преди раздялата, когато Вселената била невероятно малка, физичните закони на Айнщайн, според които нищо не може да се движи по-бързо от светлината, още не били влезли в действие. Може би, в този момент се е случило нещо, което е позволило на Вселената да се разшири по-бързо от светлината. Толкова бързо, че си запазила уеднаквената температура. Не знаем, кога точно се е случила инфлацията. Най-вероятно, това е станало, когато гравитацията се отделила от останалите три сили, които все още били обединени в едно. Ако това хипер-разширение се е случило в действителност, то би запазило определена еднаквост на температурата.
На 3-ти юни 2001г, НАСА изстреля сателит, който би могъл по един или друг начин, да открие истината за теорията на Гът. Микровълновата анизотропна сонда на Уилкинсън (WMAP), има за цел да заснеме скритата остатъчна топлина от Големия взрив, която Пензиас и Уилсън откриха. С други думи НАСА искаше да заснеме младата Вселена и да я сравни с начина, по който Вселената изглежда сега. През февруари 2003г, учените за първи път зърнаха снимка на младата Вселена направена от WMAP. На тази снимка, Вселената е била на около 380 000 години. Яснотата на образа шокирала учените.
Когато хората видяха това останаха поразени. Наистина изглеждаше така, както повечето от нас очакваха, и инфлацията в действителност се е случила. За неопитното око образа от WMAP прилича на боядисано яйце. Но за учените, това е като космически стенопис. Тези образувания представляват семената които впоследствие се превърнали в необятно разнообразие от звезди и галактики. Освен, че подкрепят теорията на Гът, тези данни предоставят доказателства за възрастта, състава, формата и развитието на Вселената.
Благодарение на съвременни инструменти, като сателита WMAP, физиците имат модел за събитията протекли веднага след Големия Взрив. Една милиардна част от секундата след Големия Взрив, се е образувало балонче много по-малко от атом. Това е Вселената. Тя е невъобразимо малка, и невъобразимо гореща. Това балонче съдържало четирите познати ни природни сили – гравитация, електромагнетизъм, силна и слаба ядрена сила. Това е комбинираната супер сила. С разширението на Вселената, гравитацията внезапно се отцепва от супер силата. Докато се разширява вселената се охлажда, и освобождава поток от енергия който предизвиква хипер-инфлацията, оповестена от Алан Гът. Тази инфлация запазва еднаквостта на Вселената, заснета от сателита WMAP. Изминала е по-малко от секунда от живота на Вселената, когато супер силата се разпада на отделните природни сили. Около 3 минути след Големия Взрив, температурата на вселената е спаднала до около 550 млн. градуса по Целзий. Достатъчно ниска, за да се образуват атомните ядра. Образува се елемента водород. Част от водородните атоми се слели и образували хелий, както предположили Гамов и Алфлер. 380 000 години по-късно, светлината се просмукала през мрака. В този момент се е случило радиационното избухване, което Пензиас и Уилсън откриха. Милиард години след Големия Взрив, започнали да се оформят звездите, които създали по-тежките елементи като азот, кислород и въглерод, както предвидил Хойл. Около 9 млрд. години след Големия Взрив, материя и гравитация се обединяват и създават една обикновена звезда. Налягането създава горещина в ядрото й, която задейства термоядрения синтез. Родила се звезда. Звездният вятър разсейва остатъчните газове, и оставя само близък до звездата диск от материя. В последствие, този диск се превръща в планети и много луни. Едно от тези кълбета звезден прах, след хилядолетната бомбардировка от слънчеви остатъци, е развило достатъчно висока температура за да може в атмосферата му да се натрупа H2O- вода. На повърхността на планетата се натрупала течна вода, в която протекли загадъчни химични реакции, довели до съществуването на живот.
13,7 млрд. години след Големия Взрив, Вселената е с диаметър 156 млрд. светлинни години. Небето е пълно със звезди, в Слънчевата ни система има 8 планети. Третата от тях е почти изцяло покрита от форми на живот с въглеродна основа. Една от тези форми на живот, тепърва осъзнава колко е нищожна на фона на всичко останало. Ако вие не разбирате този процес, не се притеснявайте. Били са необходими усилията на милиони човешки мозъци, които в продължение на хиляди години се опитвали да разберат как се е появила Вселената и къде е нашето място в нея.
_________________
* звезда, чиято яркост е известна
