Большой взрыв и теория Горячей Вселенной

Факт расширения Вселенной, вместе с теорией гравитации – общей теорией относительности – свидетельствует о том, что в прошлом Вселенная была чрезвычайно плотной и чрезвычайно быстро расширялась. Если проследить эволюцию Вселенной назад в прошлое, используя решения Фридмана, можно прийти к выводу, что в прошлом существовал момент времени, когда вся Вселенная была сжата в одну точку. Этот момент назван моментом Большого Взрыва (big bang). В этот момент вещество во Вселенной было настолько плотным, а гравитационное взаимодействие настолько сильным, что известные законы физики были неприменимы. В этот момент началась эволюция Вселенной. С тех пор прошло порядка 14 млрд лет, это возраст современной Вселенной.

Расширение Вселенной сопровождалось ее охлаждением. По оценкам Г. Гамова спустя 1 секунду после Большого взрыва температура Вселенной составляла 10¹⁰ К. В такой «горячей духовке», которую представляла собой ранняя Вселенная, вполне могли протекать термоядерные реакции и образоваться легкие ядра типа ядер дейтерия и гелия. Более тяжелые ядра (углерода, кислорода и т.д.) синтезировались позже в недрах звезд. Согласно Гамову важную роль в ранней Вселенной играло излучение.

Следующее важное событие произошло много позднее. Когда возраст Вселенной достиг примерно 7×10⁵ лет, температура упала до 3000 К. При такой температуре энергия теплового движения относительно невелика, и химической энергии связи атомных ядер и электронов становится достаточно, чтобы удержать их вместе в виде нейтральных атомов. В эту эпоху происходит образование атомов водорода и гелия. Согласно теории горячей Вселенной общее содержание гелия в современной Вселенной должно составлять 25 %; эта цифра подтверждена экспериментально.

В эволюции ранней Вселенной различают две эпохи – эпоху преобладания излучения и эпоху преобладания вещества. Граница между эпохами приходится на возраст Вселенной примерно 73 млн лет. В начальный период именно излучение определяло судьбу Вселенной; после преобладало вещество.

Экспериментальным доказательством теории Г. Гамова является реликтовое излучение. Открытие реликтового излучения произошло случайно на оборудовании, созданном для сугубо коммерческих целей. В 1965 г. А.А. Пензиас и Р.В. Вилсон обнаружили изотропное фоновое излучение с температурой 3,5 К.

«Бог совершил две ошибки. Во-первых, он сотворил Вселенную в Большом взрыве. Во-вторых, он был настолько небрежен, что оставил улики – микроволновое фоновое излучение» (Пал Эрдош).