Теорията за големия взрив за произхода на света. Произход на Земята (От Големия взрив до произхода на Земята). Какво се случи след Големия взрив
В една галактика има около 100 милиарда звезди и общо има 100 милиарда галактики в нашата Вселена. Ако пътувате от Земята до самия край на Вселената, това ще ви отнеме повече от 15 милиарда години, при условие че се движите със скоростта на светлината – 300 000 км в секунда. Но откъде идва космическата материя? Как е възникнала Вселената? Историята на Земята има около 4,6 милиарда години. През това време върху него са възникнали и изчезнали много милиони видове растения и животни; най-високите планински вериги нараснаха и се превърнаха в прах; огромни континенти или се разделиха на парчета и се разпръснаха в различни посоки, след което се сблъскаха един с друг, образувайки нови гигантски земни маси. Откъде знаем всичко това? Факт е, че въпреки всички катастрофи и катаклизми, с които е толкова богата историята на нашата планета, изненадващо голяма част от нейното бурно минало е отпечатано в скалите, които все още съществуват, във вкаменелостите, които се намират в тях, както и в организмите на живите същества, живеещи на Земята днес. Разбира се, тази хроника е непълна. Срещаме само фрагменти от него, между тях зейват празнини, от повествованието изпадат цели глави, които са изключително важни за разбирането на случилото се наистина. И все пак, дори и в такъв пресечен вид, историята на нашата Земя няма да отстъпи по очарование на нито един детективски роман.
Астрономите смятат, че нашият свят е възникнал в резултат на Големия взрив. Експлодирайки, гигантско огнено кълбо разпръсна материя и енергия в пространството, което впоследствие се кондензира, образувайки милиарди звезди, а тези от своя страна се обединяват в множество галактики.
Теория за Големия взрив.
Теорията, която се следва от повечето съвременни учени, гласи, че Вселената се е образувала в резултат на т. нар. Голям взрив. Невероятно горещо огнено кълбо, чиято температура достига милиарди градуса, в един момент избухна и разпръсна потоци от енергия и частици материя във всички посоки, като им даде огромно ускорение.
Всяко вещество се състои от малки частици - атоми. Атомите са най-малките материални частици, които могат да участват в химичните реакции. Те обаче от своя страна се състоят от още по-малки елементарни частици. В света има много разновидности на атоми, които се наричат химични елементи. Всеки химичен елемент включва атоми с определен размер и тегло и е различен от другите химични елементи. Следователно в хода на химичните реакции всеки химичен елемент се държи само по свой собствен начин. Всичко във Вселената, от най-големите галактики до най-малките живи организми, е изградено от химически елементи.
След Големия взрив.
Тъй като огненото кълбо, разбито на парчета от Големия взрив, беше толкова горещо, малките частици на материята в началото имаха твърде много енергия, за да се комбинират, за да образуват атоми. След около милион години обаче температурата на Вселената падна до 4000 "C и от елементарни частици започнаха да се образуват различни атоми. Първо се появиха най-леките химични елементи - хелий и водород. Постепенно Вселената се охлаждаше все повече и повече и са се образували по-тежки елементи Процесът на образуване на нови атоми и елементи продължава и до днес в дълбините на звезди като нашето Слънце, например.Техната температура е необичайно висока.
Вселената се охлаждаше. Новообразуваните атоми се събраха в гигантски облаци прах и газ. Праховите частици се сблъскаха една с друга, сляха се в едно цяло. Гравитационните сили дърпаха малки обекти към по-големи. В резултат на това с течение на времето във Вселената се образуват галактики, звезди и планети.
Земята има разтопено ядро, богато на желязо и никел. Земната кора е съставена от по-леки елементи и сякаш плува върху повърхността на частично разтопени скали, които образуват мантията на Земята.
Разширяваща се Вселена.
Големият взрив се оказа толкова мощен, че цялата материя на Вселената се разпръсна из космоса с голяма скорост. Освен това Вселената продължава да се разширява и до днес. Можем да кажем това с увереност, защото далечните галактики все още се отдалечават от нас, а разстоянията между тях непрекъснато се увеличават. Това означава, че някога галактиките са били много по-близо една до друга, отколкото днес.
Никой не знае точно как се е образувала Слънчевата система. Основната теория е, че Слънцето и планетите са се образували от въртящ се облак от космически газ и прах. По-плътните части на този облак, с помощта на гравитационни сили, привличаха все по-голямо количество материя отвън. В резултат на това Слънцето и всичките му планети са възникнали от него.
Микровълнови печки от миналото.
Въз основа на предположението, че Вселената се е образувала в „горещ“ Голям взрив, тоест възникнала е от гигантско огнено кълбо, учените се опитаха да изчислят до каква степен би трябвало да се охлади досега. Те стигнаха до извода, че температурата на междугалактическото пространство трябва да бъде около -270°C. Учените също така определят температурата на Вселената чрез интензитета на микровълновата (термична) радиация, идваща от дълбините на космоса. Извършените измервания потвърдиха, че наистина е приблизително -270 "C.
Каква е възрастта на Вселената?
За да разберат разстоянието до определена галактика, астрономите определят нейния размер, яркост и цвят на светлината, която излъчва. Ако теорията за Големия взрив е вярна, тогава това означава, че всички галактики, които съществуват днес, първоначално са били притиснати в едно супер плътно и горещо огнено кълбо. Просто трябва да разделите разстоянието от една галактика до друга на скоростта, с която те се отдалечават една от друга, за да установите преди колко време са били едно цяло. Това ще бъде възрастта на Вселената. Разбира се, този метод не позволява получаването на точни данни, но все пак дава основание да се смята, че възрастта на Вселената е от 12 до 20 милиарда години.
Поток от лава тече от кратера на вулкана Килауеа, разположен на остров Хавай. Когато лавата излезе на повърхността на Земята, тя се втвърдява, образувайки нови скали.
Образуването на Слънчевата система.
По всяка вероятност галактиките са се образували около 1 до 2 милиарда години след Големия взрив, а Слънчевата система е възникнала около 8 милиарда години по-късно. В крайна сметка материята не беше равномерно разпределена в пространството. По-плътните региони, поради гравитационните сили, привличаха все повече и повече прах и газ. Размерът на тези зони бързо нараства. Те се превърнаха в гигантски въртящи се облаци от прах и газ – така наречените мъглявини.
Една такава мъглявина - а именно слънчевата мъглявина - се кондензира, за да образува нашето Слънце. От други части на облака се появиха съсиреци материя, които се превърнаха в планети, включително Земята. Те са били държани в околослънчевите си орбити от мощното гравитационно поле на Слънцето. Тъй като гравитационните сили привличаха частиците на слънчевата материя все по-близо и по-близо една до друга, Слънцето ставаше по-малко и по-плътно. В същото време в слънчевото ядро се появи огромно налягане. Преобразува се в колосална топлинна енергия, а това от своя страна ускорява хода на термоядрените реакции вътре в Слънцето. В резултат на това се образуват нови атоми и се отделя още повече топлина.
Появата на условия за живот.
Приблизително същите процеси, макар и в много по-малък мащаб, се случваха на Земята. Ядрото на Земята бързо се свиваше. Поради ядрените реакции и разпадането на радиоактивните елементи в недрата на Земята се отдели толкова много топлина, че скалите, които я образуваха, се стопиха. По-леки вещества, богати на силиций, стъклоподобен минерал, отделен в земното ядро от по-плътното желязо и никел, за да образуват първата земна кора. След около милиард години, когато Земята се охлади значително, земната кора се втвърди и се превърна в твърда външна обвивка на нашата планета, състояща се от твърди скали.
Докато се охлаждаше, Земята изхвърля много различни газове от ядрото си. Това обикновено се случва по време на вулканични изригвания. Леките газове, като водород или хелий, най-вече избягаха в космоса. Въпреки това, земната гравитация беше достатъчно силна, за да задържи по-тежките газове близо до повърхността си. Те формираха основата на земната атмосфера. Част от водната пара от атмосферата се кондензира и на Земята се появяват океани. Сега нашата планета беше напълно подготвена да се превърне в люлка на живота.
Раждане и смърт на скалите.
Земната земя е образувана от твърди скали, често покрити със слой почва и растителност. Но откъде идват тези скали? Нови скали се образуват от вещество, което се ражда дълбоко в недрата на Земята. В по-ниските слоеве на земната кора температурата е много по-висока, отколкото на повърхността, а съставляващите ги скали са под огромен натиск. Под въздействието на топлина и натиск скалите се огъват и омекотяват или дори се топят. Веднага щом в земната кора се образува слабо място, разтопените скали - те се наричат магма - пробиват до повърхността на Земята. Магмата изтича от отворите на вулкани под формата на лава и се разпространява на голяма площ. Докато се втвърдява, лавата се превръща в твърда скала.
Експлозии и пожарни фонтани.
В някои случаи раждането на скалите е придружено от грандиозни катаклизми, в други минава тихо и неусетно. Има много разновидности на магма и от тях се образуват различни видове скали. Например базалтовата магма е много течна, лесно излиза на повърхността, разпространява се в широки потоци и бързо се втвърдява. Понякога избухва от устието на вулкан в ярък "огнен фонтан" - това се случва, когато земната кора не може да издържи на неговия натиск.
Други видове магма са много по-дебели: тяхната плътност или консистенция е по-скоро като меласа. Газовете, съдържащи се в такава магма, с голяма трудност си проправят път към повърхността през нейната плътна маса. Спомнете си колко лесно въздушните мехурчета се избиват от врящата вода и колко по-бавно се случва, когато загреете нещо по-гъсто, например желе. Тъй като по-плътната магма се издига по-близо до повърхността, налягането върху нея намалява. Разтворените в него газове са склонни да се разширяват, но не могат. Когато магмата най-накрая избухне, газовете се разширяват толкова бързо, че се получава грандиозна експлозия. Лава, скални фрагменти и пепел се разпръскват във всички посоки като снаряди, изстреляни от оръдие. Подобно изригване се случи през 1902 г. на остров Мартиника в Карибите. Катастрофичното изригване на вулкана Моптап-Пеле напълно унищожи пристанището Сеп-Пиер. Загинаха около 30 000 души.
Образуване на кристали.
Скалите, образувани от охлаждаща лава, се наричат вулканични или магмени скали. С охлаждането на лавата минералите, съдържащи се в разтопените скали, постепенно се превръщат в твърди кристали. Ако лавата се охлади бързо, кристалите нямат време да растат и остават много малки. Подобно нещо се случва, когато се образува базалт. Понякога лавата се охлажда толкова бързо, че се превръща в гладка стъклена скала, която изобщо не съдържа кристали, като обсидиан (вулканично стъкло). Това обикновено се случва по време на подводно изригване или когато малки частици лава се изхвърлят от отвора на вулкан високо в студения въздух.
Ерозия и изветряне на скалите в каньоните Cedar Breaks, Юта, САЩ. Тези каньони са се образували в резултат на ерозионното действие на реката, която е проклала своето течение през слоеве от седиментни скали, „изцедени“ нагоре от движенията на земната кора. Откритите планински склонове постепенно са изветряли, а от скални отломки се образуват сипеи по тях. Всред тези сипеи стърчат издатини от все още твърди скали, които образуват ръбовете на каньоните.
Доказателство за миналото.
Размерът на кристалите, съдържащи се във вулканичните скали, ни позволява да преценим колко бързо се охлажда лавата и на какво разстояние от земната повърхност лежи. Ето парче гранит, както изглежда под поляризирана светлина под микроскоп. Различните кристали имат различни цветове на това изображение.
Гнайсът е метаморфна скала, образувана от седиментна скала под въздействието на топлина и налягане. Моделът от многоцветни ивици, който виждате върху това парче гнайс, ви позволява да определите посоката, в която земната кора, движейки се, се притиска към скалните слоеве. Така получаваме представа за събитията, случили се преди 3,5 милиарда години.
По гънките и разломите (разривите) в скалите можем да съдим в каква посока са действали колосалните напрежения в земната кора в отминали геоложки епохи. Тези гънки са възникнали в резултат на планинските движения на земната кора, започнали преди 26 милиона години. На тези места чудовищни сили притиснаха слоеве от седиментни скали - и се образуваха гънки.
Магмата не винаги достига земната повърхност. Може да се задържи в долните слоеве на земната кора и след това да се охлажда много по-бавно, образувайки вкусни големи кристали. Така се прави гранит. Размерът на кристалите в някои камъчета ни позволява да установим как се е образувала тази скала преди много милиони години.
Худуз, Алберта, Канада. Дъждовете и пясъчните бури разрушават меките скали по-бързо от твърдите и в резултат на това се появяват остатъци (издатини) с причудливи очертания.
Утаечни "сандвичи".
Не всички скали са вулканични като гранит или базалт. Много от тях се състоят от много слоеве и изглеждат като огромна купчина сандвичи. Някога са се образували от други скали, унищожени от вятър, дъждове и реки, чиито фрагменти са били отнесени в езера или морета и са се настанили на дъното под водния стълб. Постепенно такива валежи натрупват огромно количество. Те се натрупват един върху друг, образувайки слоеве с дебелина стотици и дори хиляди метри. Водата на езеро или море притиска тези отлагания с огромна сила. Водата вътре в тях се изстисква и те се компресират в плътна маса. В същото време минералните вещества, предварително разтворени в изцедена вода, сякаш циментират цялата тази маса и в резултат от нея се образува нова скала, която се нарича седиментна.
Както вулканичните, така и седиментните скали могат да бъдат избутани нагоре под въздействието на движенията на земната кора, образувайки нови планински системи. Колосални сили участват във формирането на планините. Под тяхно влияние скалите или се нагряват много, или чудовищно се свиват. В същото време те се трансформират – трансформират: един минерал може да се превърне в друг, кристалите се сплескват и приемат различно подреждане. В резултат на това на мястото на една скала се появява друга. Скалите, образувани при трансформацията на други скали под въздействието на гореспоменатите сили, се наричат метаморфни.
Нищо не трае вечно, дори планините.
На пръв поглед нищо не може да бъде по-здраво и по-издръжливо от огромна планина. Уви, това е само илюзия. Въз основа на геоложката времева скала, която отброява милиони и дори стотици милиони години, планините се оказват също толкова преходни, колкото всичко останало, включително вие и мен.
Всяка скала, веднага щом започне да бъде изложена на атмосферата, моментално ще се срути. Ако погледнете свежо парче скала или разцепено камъче, ще видите, че новообразуваната повърхност на скалата често е с напълно различен цвят от старата, която е била във въздуха от дълго време. Това се дължи на ефекта на атмосферния кислород и в много случаи на дъждовната вода. Поради тях на повърхността на скалата протичат различни химични реакции, които постепенно променят нейните свойства.
С течение на времето тези реакции освобождават минералите, които държат скалата заедно, и тя започва да се разпада. В скалата се образуват малки пукнатини, в които прониква вода. Замръзвайки, тази вода се разширява и разбива скалата отвътре. Когато ледът се разтопи, такъв камък просто ще се разпадне на парчета. Съвсем скоро отпадналите скални парчета ще бъдат измити от дъждовете. Този процес се нарича ерозия.
Ледник Мюир в Аляска. Разрушителното действие на ледника и замръзналите в него камъни отдолу и отстрани постепенно предизвиква ерозия на стените и дъното на долината, по която се движи. В резултат на това върху леда се образуват дълги ивици от скални отломки – така наречените морени. При сливането на два съседни ледника са свързани и техните морени.
Воден разрушител.
Парчета от счупена скала завършват в реките. Течението ги влачи по речното корито и ги носи надолу по скалата, която образува самия канал, докато оцелелите фрагменти най-накрая намерят тихо убежище на дъното на езерото или морето. Замръзналата вода (лед) има още по-голяма разрушителна сила. Ледниците и ледените покривки влачат след себе си много големи и малки фрагменти от скали, замръзнали в ледените им страни и корема. Тези фрагменти правят дълбоки бразди в скалите, по които се движат ледниците. Ледникът може да носи скални фрагменти, които са паднали върху него в продължение на много стотици километри.
Скулптури, създадени от вятъра
Вятърът също разрушава скалите. Особено често това се случва в пустини, където вятърът носи милиони малки песъчинки. Пясъчните зърна са съставени предимно от кварц, изключително издръжлив минерал. Вихър от пясъчни зърна се удря в скалите, избивайки от тях все повече и повече песъчинки.
Често вятърът трупа пясък в големи пясъчни хълмове или дюни. Всеки порив на вятъра покрива дюните с нов слой пясъчни зърна. Разположението на склоновете и стръмността на тези пясъчни хълмове позволяват да се прецени посоката и силата на вятъра, който ги е създал.
Ледниците издълбават дълбоки U-образни долини по пътя си. В Нантфранкон, Уелс, ледниците изчезнаха в праисторически времена, оставяйки след себе си широка долина, която очевидно е голяма за малката река, която тече през нея днес. Малкото езеро на преден план е блокирано от ивица от особено здрава скала.
Идеята за развитието на Вселената естествено доведе до формулирането на проблема за началото на еволюцията (раждането) на Вселената и нейното
край (смърт). В момента има няколко космологични модела, които обясняват определени аспекти на произхода на материята във Вселената, но те не обясняват причините и процеса на раждането на самата Вселена. От съвкупността от съвременни космологични теории, само теорията на Гамов за Големия взрив е в състояние да обясни задоволително почти всички факти, свързани с този проблем досега. Основните характеристики на модела на Големия взрив са оцелели и до днес, въпреки че по-късно са допълнени от теорията за инфлацията или теорията за разширяващата се Вселена, разработена от американските учени А. Гут и П. Стайнхард и допълнена от съветския физик АД Линда.
През 1948 г. изключителният американски физик от руски произход Г. Гамов предполага, че физическата Вселена се е образувала в резултат на гигантска експлозия, настъпила преди около 15 милиарда години. Тогава цялата материя и цялата енергия на Вселената бяха концентрирани в един малък свръхплътен съсирек. Ако вярвате на математически изчисления, тогава в началото на разширяването радиусът на Вселената беше напълно равен на нула, а плътността му е равна на безкрайност. Това първоначално състояние се нарича уникалност -точков обем с безкрайна плътност. Известните закони на физиката не работят в сингулярността. В това състояние понятията пространство и време губят своето значение, така че е безсмислено да се питаме къде е била тази точка. Също така съвременната наука не може да каже нищо за причините за появата на такова състояние.
Въпреки това, според принципа на неопределеността на Хайзенберг, материята не може да бъде изтеглена в една точка, така че се смята, че Вселената в първоначалното си състояние е имала определена плътност и размери. Според някои оценки, ако цялата материя на наблюдаваната Вселена, която се оценява на около 10 61 g, се компресира до плътност от 10 94 g/cm 3 , тогава тя ще заема обем от около 10 -33 cm 3 . Би било невъзможно да се види в какъвто и да е електронен микроскоп. Дълго време не можеше да се каже нищо за причините за Големия взрив и прехода на Вселената към разширяване. Но днес има някои хипотези, които се опитват да обяснят тези процеси. Те са в основата на инфлационния модел на развитие на Вселената.
"Началото" на Вселената
Основната идея на концепцията за Големия взрив е, че Вселената в ранните си етапи на възникване е имала нестабилно състояние, подобно на вакуум, с висока енергийна плътност. Тази енергия произлиза от квантовата радиация, т.е. сякаш от нищото. Факт е, че във физическия вакуум няма фиксирани
частици, полета и вълни, но това не е безжизнена празнота. Във вакуум има виртуални частици, които се раждат, имат мимолетно съществуване и веднага изчезват. Следователно вакуумът "кипи" с виртуални частици и е наситен със сложни взаимодействия между тях. Освен това енергията, съдържаща се във вакуума, се намира сякаш на различните му етажи, т.е. има феномен на разлики в енергийните нива на вакуума.
Докато вакуумът е в равновесие, в него има само виртуални (призрачни) частици, които заемат енергия от вакуума за кратък период от време, за да се родят, и бързо връщат взетата назаем енергия, за да изчезне. Когато по някаква причина вакуумът в някаква начална точка (сингулярност) се възбуди и излезе от състоянието на равновесие, тогава виртуалните частици започнаха да улавят енергия без откат и се превърнаха в реални частици. В крайна сметка в определена точка от пространството се образуват огромен брой реални частици, заедно с енергията, свързана с тях. Когато възбуденият вакуум се срина, се освободи гигантска радиационна енергия и суперсилата компресира частиците в свръхплътна материя. Екстремните условия на "началото", когато дори пространство-времето е било деформирано, предполагат, че вакуумът също е бил в особено състояние, което се нарича "фалшив" вакуум. Характеризира се с енергия с изключително висока плътност, която съответства на изключително висока плътност на материята. В това състояние на материята в нея могат да възникнат силни напрежения, отрицателни налягания, еквивалентни на гравитационно отблъскване с такава величина, че предизвика необуздано и бързо разширяване на Вселената - Големия взрив. Това беше първият импулс, „началото“ на нашия свят.
От този момент започва бързото разширяване на Вселената, възникват времето и пространството. По това време се наблюдава необуздано надуване на „мехурчета на пространството“, ембриони на една или няколко вселени, които могат да се различават една от друга по своите фундаментални константи и закони. Един от тях стана ембрионът на нашата Метагалактика.
Според различни оценки, периодът на "инфлация", протичащ експоненциално, отнема невъобразимо кратък период от време - до 10 - 33 секунди след "началото". Нарича се период на инфлация.През това време размерът на Вселената се е увеличил 1050 пъти, от една милиардна от размера на протон до размера на кибритена кутия.
До края на фазата на инфлация Вселената беше празна и студена, но когато инфлацията изсъхна, Вселената изведнъж стана изключително "гореща". Този изблик на топлина, който освети космоса, се дължи на огромните запаси от енергия, съдържащи се в „фалшивия“ вакуум. Това състояние на вакуум е много нестабилно и има тенденция да се разпада. Кога
разпадът свършва, отблъскването изчезва, както и инфлацията. И енергията, свързана под формата на много реални частици, се отделя под формата на лъчение, което моментално нагрява Вселената до 10 27 K. От този момент нататък Вселената се развива според стандартната теория за „горещите“ големи Взривяване.
Ранната еволюция на Вселената
Непосредствено след Големия взрив Вселената представлява плазма от елементарни частици от всякакъв вид и техните античастици в състояние на термодинамично равновесие при температура 10 27 К, които свободно се трансформират една в друга. В тази група съществуваха само гравитационни и големи (Велики) взаимодействия. Тогава Вселената започна да се разширява, като в същото време нейната плътност и температура намаляха. По-нататъшното развитие на Вселената протича на етапи и е придружено, от една страна, от диференциране, а от друга страна, от усложняване на нейните структури. Етапите на еволюцията на Вселената се различават по характеристиките на взаимодействието на елементарните частици и се наричат епохи.Най-важните промени отнеха по-малко от три минути.
адронна ерапродължи 10-7 секунди. На този етап температурата пада до 10 13 К. В същото време се появяват и четирите фундаментални взаимодействия, свободното съществуване на кварките се прекратява, те се сливат в адрони, най-важните от които са протоните и неутроните. Най-значимото събитие беше глобалното нарушаване на симетрия, което се случи в първите моменти от съществуването на нашата Вселена. Броят на частиците се оказа малко по-голям от броя на античастиците. Причините за тази асиметрия все още са неизвестни. В обикновен плазмоподобен куп, за всеки милиард двойки частици и античастици, една частица се оказва повече, липсва й двойка за анихилация. Това предопредели по-нататъшната поява на материалната Вселена с галактики, звезди, планети и разумни същества на някои от тях.
лептонова ерапродължи до 1 s след началото. Температурата на Вселената падна до 10 10 К. Основните й елементи са лептоните, които участват във взаимните трансформации на протони и неутрони. В края на тази ера материята стана прозрачна за неутрино; те спряха да взаимодействат с материята и оттогава са оцелели до наши дни.
Радиационна ера (фотонна ера)продължи 1 милион години. През това време температурата на Вселената намалява от 10 милиарда K на 3000 K. През този етап се осъществяват процесите на първичен нуклеосинтез, най-важният за по-нататъшната еволюция на Вселената – съчетаването на протони и неутрони (там бяха около 8 пъти по-малко
по-малко от протоните) в атомни ядра. В края на този процес материята на Вселената се състоеше от 75% протони (водородни ядра), около 25% бяха хелиеви ядра, стотни от процента паднаха върху деутерий, литий и други леки елементи, след което Вселената стана прозрачна за фотони, тъй като излъчването се отдели от материята и образува това, което в нашата ера се нарича реликтно излъчване.
След това, в продължение на почти 500 хиляди години, не са настъпили качествени промени - Вселената бавно се охлажда и разширява. Вселената, въпреки че остава хомогенна, става все по-разредена. Когато се охлади до 3000 К, ядрата на водородните и хелиевите атоми вече могат да улавят свободни електрони и да се превърнат в неутрални водородни и хелиеви атоми. В резултат на това се образува хомогенна Вселена, която представлява смес от три почти не взаимодействащи вещества: барионна материя (водород, хелий и техните изотопи), лептони (неутрино и антинеутрино) и радиация (фотони). По това време нямаше високи температури и високо налягане. Изглеждаше, че в дългосрочен план Вселената чака по-нататъшно разширяване и охлаждане, образуване на „лептонна пустиня“ – нещо като топлинна смърт. Но това не се случи; напротив, имаше скок, който създаде съвременната структурна вселена, която според съвременните оценки отне от 1 до 3 милиарда години.
Големият взрив принадлежи към категорията теории, които се опитват да проследят напълно историята на раждането на Вселената, да определят началните, текущите и крайните процеси в нейния живот.
Имало ли е нещо преди да се появи Вселената? Този крайъгълен камък, почти метафизичен въпрос се задава от учените и до днес. Възникването и еволюцията на Вселената винаги е било и остава обект на разгорещени дебати, невероятни хипотези и взаимно изключващи се теории. Основните версии за произхода на всичко, което ни заобикаля, според църковното тълкуване, трябваше да бъде божествена намеса, а научният свят подкрепи хипотезата на Аристотел за статичната природа на Вселената. Последният модел се придържа от Нютон, който защитава безкрайността и постоянството на Вселената, и от Кант, който развива тази теория в своите писания. През 1929 г. американският астроном и космолог Едуин Хъбъл радикално променя начина, по който учените гледат на света.
Той не само открива наличието на множество галактики, но и разширяването на Вселената - непрекъснато изотропно увеличаване на размера на космическото пространство, което започва в момента на Големия взрив.
На кого дължим откриването на Големия взрив?
Работата на Алберт Айнщайн върху теорията на относителността и неговите гравитационни уравнения позволяват на де Ситер да създаде космологичен модел на Вселената. По-нататъшни изследвания бяха свързани с този модел. През 1923 г. Вейл предполага, че материята, поставена в космоса, трябва да се разширява. Работата на изключителния математик и физик А. А. Фридман е от голямо значение за развитието на тази теория. Още през 1922 г. той допуска разширяването на Вселената и прави разумни изводи, че началото на цялата материя е в една безкрайно плътна точка, а развитието на всичко е дадено от Големия взрив. През 1929 г. Хъбъл публикува своите документи, обясняващи подчинението на радиалната скорост на разстоянието, по-късно тази работа става известна като "законът на Хъбъл".
Г. А. Гъмов, позовавайки се на теорията на Фридман за Големия взрив, развива идеята за висока температура на изходното вещество. Той също така предполага наличието на космическа радиация, която не изчезва с разширяването и охлаждането на света. Ученият направи предварителни изчисления на възможната температура на остатъчното излъчване. Стойността, която той приема, е в диапазона от 1-10 K. До 1950 г. Гамов прави по-точни изчисления и обявява резултата при 3 K. През 1964 г. радиоастрономи от Америка, подобрявайки антената чрез елиминиране на всички възможни сигнали, определят параметрите на космическа радиация. Температурата му се оказва 3 К. Тази информация става най-важното потвърждение за работата на Гамов и за съществуването на космическо микровълново фоново излъчване. Последвалите измервания на космическия фон, извършени в космоса, най-накрая доказаха правилността на изчисленията на учения. Можете да се запознаете с реликтната радиационна карта на.
Съвременни идеи за теорията за Големия взрив: как се случи?
Теорията за Големия взрив се превърна в един от моделите, които изчерпателно обясняват възникването и развитието на Вселената, познати ни. Според широко разпространената днес версия, първоначално е съществувала космологична сингулярност - състояние с безкрайна плътност и температура. Физиците разработиха теоретична обосновка за раждането на Вселената от точка, която има изключителна степен на плътност и температура. След появата на Големия взрив, пространството и материята на Космоса започнаха непрекъснат процес на разширяване и стабилно охлаждане. Според последните проучвания началото на Вселената е положено преди най-малко 13,7 милиарда години.
Начални периоди във формирането на Вселената
Първият момент, чиято реконструкция е позволена от физическите теории, е епохата на Планк, чието образуване стана възможно 10-43 секунди след Големия взрив. Температурата на материята достига 10*32 К, а нейната плътност е 10*93 g/cm3. През този период гравитацията придоби независимост, отделяйки се от фундаменталните взаимодействия. Непрекъснатото разширение и понижаване на температурата предизвикаха фазов преход на елементарни частици.
Следващият период, характеризиращ се с експоненциално разширяване на Вселената, настъпи след още 10-35 секунди. Наричаха го "космическа инфлация". Имаше рязко разширяване, многократно по-голямо от обикновено. Този период даде отговор на въпроса защо температурата в различните точки на Вселената е една и съща? След Големия взрив материята не се разпространи веднага във Вселената, за още 10-35 секунди беше доста компактна и в нея се установи топлинно равновесие, което не беше нарушено по време на инфлационното разширяване. Периодът осигурява основния материал, кварк-глюонната плазма, която се използва за образуване на протони и неутрони. Този процес се осъществи след по-нататъшно понижаване на температурата, нарича се "бариогенеза". Произходът на материята е придружен от едновременната поява на антиматерия. Две антагонистични вещества се унищожават, превръщайки се в радиация, но преобладава броят на обикновените частици, което позволява на Вселената да възникне.
Следващият фазов преход, настъпил след понижаването на температурата, доведе до появата на познати ни елементарни частици. След това ерата на "нуклеосинтеза" е белязана от обединяването на протоните в леки изотопи. Първите образувани ядра имаха кратък живот, те се разпадаха при неизбежни сблъсъци с други частици. По-стабилни елементи се появиха вече три минути след сътворението на света.
Следващият важен етап беше доминирането на гравитацията над другите налични сили. След 380 хиляди години от времето на Големия взрив се появява водородният атом. Увеличаването на влиянието на гравитацията послужи като край на първоначалния период от формирането на Вселената и даде началото на процеса на възникване на първите звездни системи.
Дори след почти 14 милиарда години космическият микровълнов фон все още остава. Неговото съществуване в комбинация с червено изместване се дава като аргумент в подкрепа на валидността на теорията за Големия взрив.
Космологична сингулярност
Ако, използвайки общата теория на относителността и факта на непрекъснатото разширяване на Вселената, се върнем към началото на времето, тогава размерите на Вселената ще бъдат равни на нула. Първоначалният момент или науката не могат да опишат точно с помощта на физическо познание. Приложените уравнения не са подходящи за такъв малък обект. Необходима е симбиоза, която може да комбинира квантовата механика и общата теория на относителността, но, за съжаление, все още не е създадена.
Еволюция на Вселената: какво я очаква в бъдеще?
Учените обмислят два възможни сценария: разширяването на Вселената никога няма да приключи или ще достигне критична точка и ще започне обратният процес – компресия. Този основен избор зависи от стойността на средната плътност на веществото в неговия състав. Ако изчислената стойност е по-малка от критичната, прогнозата е благоприятна, ако е по-голяма, тогава светът ще се върне в единично състояние. В момента учените не знаят точната стойност на описания параметър, така че въпросът за бъдещето на Вселената витае във въздуха.
Връзката на религията с теорията за Големия взрив
Основните религии на човечеството: католицизъм, православие, ислям, по свой начин подкрепят този модел на сътворението на света. Либералните представители на тези религиозни деноминации са съгласни с теорията за възникването на Вселената в резултат на някаква необяснима намеса, определена като Големия взрив.
Световноизвестното име на теорията - "Големият взрив" - беше без да иска представено от противника на версията за разширяването на Вселената от Хойл. Той смята подобна идея за „напълно незадоволителна“. След публикуването на тематичните му лекции интересният термин веднага бе подхванат от публиката.
Причините за Големия взрив не са известни със сигурност. Според една от многото версии, собственост на А. Ю. Глушко, оригиналното вещество, компресирано в точка, е черна хипердупка, а експлозията е причинена от контакта на два такива обекта, състоящи се от частици и античастици. По време на унищожението материята частично оцелява и поражда нашата Вселена.
Инженерите Пензиас и Уилсън, които откриха космическото микровълново фоново излъчване, получиха Нобелова награда по физика.
Показанията за температурата на CMB първоначално бяха много високи. След няколко милиона години този параметър се оказа в границите, които осигуряват произхода на живота. Но до този период само малък брой планети са успели да се образуват.
Астрономическите наблюдения и изследвания помагат да се намерят отговори на най-важните въпроси за човечеството: "Как се появи всичко и какво ни очаква в бъдеще?". Въпреки факта, че не всички проблеми са решени и основната причина за възникването на Вселената няма строго и хармонично обяснение, теорията за Големия взрив е намерила достатъчен брой потвърждения, които я правят основният и приемлив модел за появата на Вселената.
Дори съвременните учени не могат да кажат какво точно е имало във Вселената преди Големия взрив. Има няколко хипотези, които повдигат воала на тайната над един от най-сложните въпроси на Вселената.
Произход на материалния свят
Преди 20-ти век е имало само две.Религиозните вярващи вярвали, че светът е създаден от Бог. Учените, напротив, отказаха да признаят създадената от човека вселена. Физици и астрономи бяха привърженици на идеята, че космосът винаги е съществувал, светът е статичен и всичко ще остане същото, както е било преди милиарди години.
Ускореният научен прогрес в началото на века обаче доведе до факта, че изследователите имат възможност да изучават извънземни простори. Някои от тях бяха първите, които се опитаха да отговорят на въпроса какво е имало във Вселената преди Големия взрив.
Изследване на Хъбъл
20-ти век унищожи много теории за минали епохи. На освободеното място се появиха нови хипотези, обясняващи неразбираеми досега тайни. Всичко започна с факта, че учените установиха факта на разширяването на Вселената. Направен е от Едуин Хъбъл. Той открива, че далечните галактики се различават по своята светлина от онези космически купове, които са били по-близо до Земята. Откриването на тази закономерност е в основата на закона за разширението на Едуин Хъбъл.
Големият взрив и произходът на Вселената бяха изследвани, когато стана ясно, че всички галактики "бягат" от наблюдателя, независимо къде се намира той. Как би могло да се обясни това? Тъй като галактиките се движат, това означава, че някакъв вид енергия ги тласка напред. Освен това физиците са изчислили, че някога всички светове са били в една и съща точка. Поради някакъв тласък те започнаха да се движат във всички посоки с невъобразима скорост.
Това явление се нарича Големият взрив. И произходът на Вселената беше обяснен именно с помощта на теорията за това дългогодишно събитие. Кога се случи това? Физиците са определили скоростта на движение на галактиките и са извели формула, по която са изчислили кога е настъпил първоначалният "шок". Никой не може да назове точни числа, но приблизително това явление се е случило преди около 15 милиарда години.
Появата на теорията за Големия взрив
Фактът, че всички галактики са източници на светлина, означава, че по време на Големия взрив е освободено огромно количество енергия. Именно тя породи самата яркост, която световете губят в хода на отдалечаването си от епицентъра на случилото се. Теорията за Големия взрив е доказана за първи път от американските астрономи Робърт Уилсън и Арно Пензиас. Те откриха електромагнитен космически микровълнов фон, чиято температура беше три градуса по Келвин (тоест -270 по Целзий). Това откритие подкрепи идеята, че в началото Вселената е била изключително гореща.
Теорията за Големия взрив отговори на много от въпросите, поставени през 19 век. Сега обаче има нови. Например, какво е имало във Вселената преди Големия взрив? Защо е толкова хомогенен, докато при такова огромно освобождаване на енергия веществото трябва да се разпръсне неравномерно във всички посоки? Откритията на Уилсън и Арно поставиха под въпрос класическата евклидова геометрия, тъй като беше доказано, че пространството има нулева кривина.
инфлационна теория
Новите поставени въпроси показаха, че съвременната теория за произхода на света е фрагментарна и непълна. Въпреки това, дълго време изглеждаше, че ще бъде невъзможно да се премине отвъд откритото през 60-те години. И само съвсем скорошни изследвания на учените направиха възможно формулирането на нов важен принцип за теоретичната физика. Това беше феномен на свръхбързото инфлационно разширяване на Вселената. Тя е изследвана и описана с помощта на квантовата теория на полето и общата теория на относителността на Айнщайн.
И така, каква е била Вселената преди Големия взрив? Съвременната наука нарича този период "инфлация". В началото имаше само поле, което запълваше цялото въображаемо пространство. Може да се сравни със снежна топка, хвърлена по склона на снежна планина. Бучката ще се търкаля и ще се увеличи по размер. По същия начин полето, поради случайни флуктуации, промени структурата си за невъобразимо време.
Когато се образува хомогенна конфигурация, настъпва реакция. Той съдържа най-големите мистерии на Вселената. Какво се случи преди Големия взрив? Инфлационно поле, което изобщо не изглеждаше като текуща материя. След реакцията започва растежът на Вселената. Ако продължим аналогията със снежна топка, след първата от тях се търкулнаха други снежни топки, също увеличаващи се по размер. Моментът на Големия взрив в тази система може да се сравни с втория, когато огромен камък падна в бездната и накрая се сблъска със земята. В този момент се освободи огромно количество енергия. Тя все още не може да премине. Именно поради продължаването на реакцията от експлозията нашата Вселена се разраства днес.
Материя и поле
Сега Вселената се състои от невъобразим брой звезди и други космически тела. Тази колекция от материя излъчва огромна енергия, което противоречи на физическия закон за запазване на енергията. Какво казва той? Същността на този принцип се свежда до факта, че за безкрайно време количеството енергия в системата остава непроменено. Но как може това да се комбинира с нашата вселена, която продължава да се разширява?
Инфлационната теория успя да отговори на този въпрос. Изключително рядко се разгадават подобни мистерии на Вселената. Какво се случи преди Големия взрив? инфлационно поле. След възникването на света на негово място дойде позната за нас материя. Но освен нея, във Вселената съществува и която има отрицателна енергия. Свойствата на тези две единици са противоположни. Така се компенсира енергията, идваща от частици, звезди, планети и друга материя. Тази връзка също обяснява защо Вселената все още не се е превърнала в черна дупка.
Когато Големият взрив се случи за първи път, светът беше твърде малък, за да може нещо да се срине. Сега, когато Вселената се разшири, в някои от нейните части се появиха местни черни дупки. Тяхното гравитационно поле поглъща всичко около тях. Дори светлината не може да избяга от него. Всъщност поради това такива дупки стават черни.
Разширяване на вселената
Дори въпреки теоретичната обосновка на инфлационната теория, все още не е ясно как е изглеждала Вселената преди Големия взрив. Човешкото въображение не може да си представи тази картина. Факт е, че инфлационното поле е нематериално. Не може да се обясни с обичайните закони на физиката.
Когато се случи Големият взрив, инфлационното поле започна да се разширява със скорост, която надвишава скоростта на светлината. Според физическите показатели във Вселената няма нищо материално, което да се движи по-бързо от този индикатор. Светлината се разпространява в съществуващия свят с прекомерни числа. Инфлационното поле се разпространи с още по-голяма скорост, именно поради нематериалната си природа.
Текущото състояние на Вселената
Настоящият период от еволюцията на Вселената е най-подходящ за съществуването на живот. За учените е трудно да определят колко дълго ще продължи този период от време. Но ако някой е предприел подобни изчисления, тогава получените цифри в никакъв случай не са по-малко от стотици милиарди години. За един човешки живот такъв сегмент е толкова голям, че дори при математическо изчисление трябва да се записва с градуси. Настоящето е проучено много по-добре от праисторията на Вселената. Това, което се е случило преди Големия взрив, във всеки случай ще остане само предмет на теоретични изследвания и смели изчисления.
В материалния свят дори времето остава относителна величина. Например, квазарите (вид астрономически обекти), които съществуват на разстояние от 14 милиарда светлинни години от Земята, изостават от нашето обичайно „сега“ със същите тези 14 милиарда светлинни години. Тази времева разлика е огромна. Трудно е да се определи дори математически, да не говорим за факта, че е просто невъзможно ясно да си представим подобно нещо с помощта на човешкото въображение (дори и най-пламенното).
Съвременната наука може теоретично да си обясни целия живот на нашия материален свят, като се започне от първите части от секундите от неговото съществуване, когато току-що се е случил Големият взрив. Пълната история на Вселената все още се завършва. Астрономите откриват нови удивителни факти с помощта на модернизирано и подобрено изследователско оборудване (телескопи, лаборатории и др.).
Все още обаче има неразбрани явления. Такова бяло петно, например, е неговата тъмна енергия. Същността на тази скрита маса продължава да вълнува умовете на най-образованите и напреднали физици на нашето време. Освен това никога не е имало единна гледна точка за причините, поради които във Вселената все още има повече частици, отколкото античастици. По този въпрос са формулирани няколко фундаментални теории. Някои от тези модели са най-популярни, но никой от тях все още не е приет от международната научна общност като
В мащаба на универсалното познание и колосалните открития на 20-ти век тези пропуски изглеждат съвсем незначителни. Но историята на науката показва със завидна редовност, че обяснението на такива „малки“ факти и явления става основа за цялата представа на човечеството за дисциплината като цяло (в този случай говорим за астрономия). Следователно бъдещите поколения учени със сигурност ще имат какво да правят и какво да открият в областта на разбирането на природата на Вселената.
Теорията за Големия взрив е станала почти толкова широко приет космологичен модел, колкото въртенето на Земята около Слънцето. Според теорията преди около 14 милиарда години спонтанни колебания в абсолютната празнота са довели до появата на Вселената. Нещо, сравнимо по размер с субатомна частица, разширена до невъобразим размер за част от секундата. Но в тази теория има много проблеми, над които физиците се борят, излагайки все повече и повече нови хипотези.
Какво не е наред с теорията за Големия взрив
Това следва от теориятаче всички планети и звезди са се образували от праха, разпръснат в космоса в резултат на експлозията. Но какво го е предшествало, не е ясно: тук нашият математически модел на пространство-времето спира да работи. Вселената е възникнала от първоначално единично състояние, към което съвременната физика не може да се приложи. Теорията също не разглежда причините за възникването на сингулярността или материята и енергията за нейното възникване. Смята се, че отговорът на въпроса за съществуването и произхода на първоначалната сингулярност ще даде теорията на квантовата гравитация.
Повечето космологични модели предвиждатче пълната Вселена е много по-голяма от наблюдаваната част – сферична област с диаметър около 90 милиарда светлинни години. Виждаме само тази част от Вселената, светлината от която е успяла да достигне Земята за 13,8 милиарда години. Но телескопите стават все по-добри, откриваме все по-далечни обекти и засега няма причина да вярваме, че този процес ще спре.
След Големия взрив Вселената се разширява с ускорени темпове.Най-трудната загадка на съвременната физика е въпросът какво причинява ускорението. Според работната хипотеза Вселената съдържа невидим компонент, наречен "тъмна енергия". Теорията за Големия взрив не обяснява дали Вселената ще се разширява безкрайно и ако да, до какво ще доведе това – до изчезването й или нещо друго.
Въпреки че Нютоновата механика беше изместена от релативистката физика,не може да се нарече погрешно. Въпреки това светоусещането и моделите за описание на Вселената са напълно променени. Теорията за Големия взрив предсказва редица неща, които не са били известни преди. По този начин, ако друга теория заеме нейното място, тогава тя трябва да бъде подобна и да разшири разбирането за света.
Ще се съсредоточим върху най-интересните теории, описващи алтернативни модели на Големия взрив.
Вселената е като мираж на черна дупка
Вселената е възникнала в резултат на колапса на звезда в четириизмерна вселена, смятат учени от Института по теоретична физика "Периметър". Резултатите от тяхното изследване са публикувани в Scientific American. Ниайеш Афшорди, Робърт Ман и Рази Пурхасан казват, че нашата триизмерна вселена е станала като "холографски мираж", когато четириизмерна звезда се срина. За разлика от теорията за Големия взрив, според която Вселената е възникнала от изключително горещо и плътно пространство-време, където стандартните закони на физиката не важат, новата хипотеза за четириизмерна вселена обяснява както причините за раждането, така и бързото му разширяване.
Според сценария, формулиран от Афшорди и неговите колеги, нашата триизмерна вселена е вид мембрана, която плава през още по-голяма вселена, която вече съществува в четири измерения. Ако имаше четириизмерни звезди в това четириизмерно пространство, те също щяха да избухнат, точно като триизмерните в нашата Вселена. Вътрешният слой ще се превърне в черна дупка, а външният ще бъде изхвърлен в космоса.
В нашата вселена черните дупки са заобиколени от сфера, наречена хоризонт на събитията. И ако в триизмерното пространство тази граница е двуизмерна (като мембрана), тогава в четириизмерна вселена хоризонтът на събитията ще бъде ограничен до сфера, която съществува в три измерения. Компютърните симулации на колапса на четириизмерна звезда показват, че нейният триизмерен хоризонт на събитията постепенно ще се разширява. Точно това наблюдаваме ние, наричайки растежа на 3D мембрана разширяването на Вселената, смятат астрофизиците.
Голямо замръзване
Алтернатива на Големия взрив може да бъде Голямото замръзване. Екип от физици от университета в Мелбърн, ръководен от Джеймс Квач, представи модел за раждането на Вселената, която прилича повече на постепенен процес на замразяване на аморфна енергия, отколкото на нейното пръскане и разширяване в три посоки на пространството.
Безформената енергия, според учените, се охлажда като вода до кристализация, създавайки обичайните три пространствени и едно времеви измерения.
Теорията за голямото замръзване поставя под съмнение приетото в момента твърдение на Алберт Айнщайн за непрекъснатостта и плавността на пространството и времето. Възможно е пространството да има съставни части - неделими градивни елементи, като малки атоми или пиксели в компютърната графика. Тези блокове са толкова малки, че не могат да бъдат наблюдавани, но следвайки новата теория, е възможно да се открият дефекти, които трябва да пречупват потоците от други частици. Учените са изчислили такива ефекти с помощта на математическия апарат и сега ще се опитат да ги открият експериментално.
Вселена без начало и край
Ахмед Фараг Али от университета Бен в Египет и Саурия Дас от университета в Летбридж в Канада измислиха ново решение на проблема с сингулярността, като се отървеха от Големия взрив. Те донесоха идеи от известния физик Дейвид Бом към уравнението на Фридман, описващо разширяването на Вселената и Големия взрив. „Удивително е, че малките корекции потенциално могат да решат толкова много проблеми“, казва Дас.
Полученият модел комбинира общата теория на относителността и квантовата теория. Той не само отрича сингулярността, предшестваща Големия взрив, но също така не позволява на Вселената да се свие обратно до първоначалното си състояние с течение на времето. Според получените данни Вселената има краен размер и безкраен живот. Във физически термини моделът описва Вселената, изпълнена с хипотетична квантова течност, която се състои от гравитони – частици, които осигуряват гравитационно взаимодействие.
Учените също така твърдят, че техните открития са в съответствие с последните измервания на плътността на Вселената.
Безкрайна хаотична инфлация
Терминът "инфлация" се отнася до бързото разширяване на Вселената, което се случи експоненциално в първите моменти след Големия взрив. Сама по себе си теорията за инфлацията не опровергава теорията за Големия взрив, а само я интерпретира по различен начин. Тази теория решава няколко фундаментални проблема във физиката.
Според инфлационния модел, малко след раждането си, Вселената се разширява експоненциално за много кратко време: размерът й се удвоява многократно. Учените смятат, че за 10 до -36 секунди Вселената се е увеличила поне от 10 до 30-50 пъти, а вероятно и повече. В края на инфлационната фаза Вселената беше изпълнена със свръхгореща плазма от свободни кварки, глуони, лептони и високоенергийни кванти.
Концепцията предполагакойто съществува в света много изолирани вселенис различно устройство
Физиците стигнаха до извода, че логиката на инфлационния модел не противоречи на идеята за постоянно множествено раждане на нови вселени. Квантовите флуктуации - същите като тези, които създадоха нашия свят - могат да се появят във всякакви количества, ако има подходящи условия за това. Напълно възможно е нашата вселена да е излязла от флуктуационната зона, образувана в предшественика. Може също да се предположи, че някога и някъде в нашата Вселена ще се образува флуктуация, която ще „издуха” младата Вселена от съвсем различен вид. Според този модел детските вселени могат да пъпчат непрекъснато. В същото време изобщо не е необходимо едни и същи физически закони да се установяват в новите светове. Концепцията предполага, че в света има много вселени, изолирани една от друга с различни структури.
Циклична теория
Пол Щайнхард, един от физиците, които положиха основите на инфлационната космология, решава да доразвие тази теория. Ученият, който ръководи Центъра по теоретична физика в Принстън, заедно с Нийл Турок от Института по теоретична физика на периметъра, очертават алтернативна теория в книгата „Безкрайна вселена: отвъд Големия взрив“. („Безкрайна вселена: Отвъд Големия взрив“).Техният модел се основава на обобщение на квантовата теория на суперструните, известна като М-теория. Според нея физическият свят има 11 измерения – десет пространствени и едно времево. В него „плуват” пространства с по-малки размери, така наречените брани (съкратено от "мембрана").Нашата вселена е само една от тези брани.
Моделът на Steinhardt и Turok гласи, че Големият взрив е настъпил в резултат на сблъсъка на нашата брана с друга брана – непозната за нас вселена. В този сценарий сблъсъците се случват за неопределено време. Според хипотезата на Steinhardt и Turok, друга триизмерна брана „плува“ до нашата брана, разделена на малко разстояние. Освен това се разширява, сплесква и изпразва, но след трилион години браните ще започнат да се сближават и в крайна сметка ще се сблъскат. В този случай ще се освободи огромно количество енергия, частици и радиация. Този катаклизъм ще постави началото на друг цикъл на разширяване и охлаждане на Вселената. От модела на Щайнхард и Турок следва, че тези цикли са били в миналото и със сигурност ще се повторят в бъдещето. Как са започнали тези цикли, теорията мълчи.
Вселената
като компютър
Друга хипотеза за структурата на Вселената казва, че целият ни свят не е нищо повече от матрица или компютърна програма. Идеята, че Вселената е дигитален компютър, е предложена за първи път от немския инженер и компютърен пионер Конрад Цузе в книгата му Изчисляване на пространство („изчислително пространство“).Сред тези, които също гледат на Вселената като на гигантски компютър, са физиците Стивън Волфрам и Джерард "т Хофт.
Теоретиците на цифровата физика предполагат, че Вселената е по същество информация и следователно изчислима. От тези предположения следва, че Вселената може да се разглежда като резултат от компютърна програма или цифрово изчислително устройство. Този компютър може да бъде например гигантски клетъчен автомат или универсална машина на Тюринг.
косвени доказателства виртуална природа на Вселенатанаречен принцип на неопределеността в квантовата механика
Според теорията всеки обект и събитие от физическия свят идва от задаването на въпроси и регистрирането на отговори с „да“ или „не“. Тоест зад всичко, което ни заобикаля, се крие определен код, подобен на двоичния код на компютърна програма. И ние сме един вид интерфейс, чрез който се появява достъп до данните на „универсалния интернет“. Косвено доказателство за виртуалната природа на Вселената се нарича принципът на неопределеността в квантовата механика: частиците на материята могат да съществуват в нестабилна форма и са „фиксирани“ в специфично състояние само когато се наблюдават.
Последовател на цифровата физика, Джон Арчибалд Уилър, пише: „Не би било неразумно да си представим, че информацията е в ядрото на физиката по същия начин, както в ядрото на компютъра. Всичко от ритъма. С други думи, всичко съществуващо – всяка частица, всяко силово поле, дори самият пространствено-времеви континуум – получава своята функция, своето значение и, в крайна сметка, самото си съществуване.
