Совершенствование телескопов позволило астрономам заглянуть в глубины мирового пространства на миллиарды световых лет. Учёные открыли множество новых звёзд, огромное количество гигантских звёздных систем — галактик, удалённых от нас на невообразимые расстояния. Причём со временем стало ясно, что границы мира — если они вообще существуют — отодвигаются всё дальше и дальше, а пространство, охваченное наблюдениями, — на самом деле лишь небольшая часть Вселенной. Учёные пытаются научно обосновать ответы на вопросы: как устроена Вселенная и всегда ли была такой? Они создают модели Мироздания, в которых все свойства объясняются математическими и физическими законами, а не мифами, традициями и религиозными верованиями. Область астрономии, которая изучает и моделирует Вселенную как целое, называется космологией. Именно космологи определяют и объясняют, что представляет собой Вселенная, изменяется ли она со временем и если да, то каковы были её свойства в прошлом. В 1916 г. немецкий учёный Альберт Эйнштейн (1879—1955) разработал теорию относительности, которую сразу же начал применять для создания космологической модели Вселенной. Со времён Аристотеля считалось, что наша Вселенная стационарна, т. е. с течением времени она не только не меняется в общих чертах, но в ней не происходит каких-либо крупномасштабных движений. Однако решения, полученные Эйнштейном, неопровержимо свидетельствовали: расстояния между космическими объектами должны неизбежно изменяться — уменьшаться или увеличиваться. Следовательно, Вселенная, согласно теории относительности, отнюдь не стационарна. Она либо расширяется, либо сжимается! Эйнштейн, однако, не решился опровергнуть устоявшееся мнение, поскольку не был до конца уверен в безошибочности своих выводов. Он добавил в уравнения дополнительное слагаемое. В нём не было никакой необходимости — однако в этом случае всё же удавалось описать Вселенную в неизменном, стационарном виде. В варианте Эйнштейна Вселенная получилась конечной и замкнутой — нечто аналогичное поверхности шара. Её пространство искривлено, и луч света, идущий в одном направлении, через определённый промежуток времени должен вернуться в исходную точку, но с противоположной стороны. Одним из тех, кто иначе взглянул на подобную неизменную модель Мироздания, стал российский метеоролог, математик по образованию, Александр Фридман (1888—1925). Он доказал, что первоначальное решение Эйнштейна не было ошибочным: действительно, Вселенная должна изменяться. Решения могут быть разными — какому же из них соответствует реальный мир, должны определить наблюдения. Фридман в качестве примера рассмотрел две модели Вселенной: расширяющуюся и чередующую периоды сжатия и расширения. Независимо от решений Фридмана Жорж Леметр (1894—1966), бельгийский священник и астроном, в 1927 г. высказал предположение, что Вселенная расширяется, причём возникла она в результате взрыва некоего первичного и ничтожно малого “отца-атома”. Впрочем, все эти рассуждения о якобы расширяющейся Вселенной воспринимались поначалу скептически. Астрономы не соглашались считать подобные теории описанием реального мира до тех пор, пока они не будут подтверждены наблюдениями. Честь стать первооткрывателем в этой области принадлежит американскому астроному Эдвину Хабблу (1889—1953). На основе многочисленных наблюдений он в 1929 г. установил, что Вселенная в целом расширяется — галактики и их скопления удаляются друг от друга и от нашей Галактики с огромной скоростью. Причём «разбегание» становится тем быстрее, чем больше оказываются расстояния между звёздными «материками». С течением времени размеры Вселенной непрерывно возрастают. Учёные произвели необходимые расчёты и определили, что возраст Вселенной приблизительно равен 15 млрд. лет. Таким образом, Хаббл выбил из-под старой картины мира последнюю опору, “отняв” у неё постоянство. Оказывается, были времена, когда наш мир выглядел совсем иначе, чем сейчас, а через многие миллиарды лет он тоже изменится до неузнаваемости. Открытие Хаббла положило начало новым представлениям о Вселенной — её глобальная эволюция была доказана теоретически и практически. Теория большого взрыва Величайшим достижением современной космологии стала модель расширяющейся Вселенной, названная теорией Большого взрыва. Согласно этой теории, всё наблюдаемое пространство расширяется. Прокрутив назад воображаемый фильм “Расширение Вселенной”, астрономы обнаружили удивительную вещь. Всё вещество в Космосе в какой-то начальный момент было сдавлено буквально в ничто — спрессовано в одну-единственную точку. Оно имело фантастически огромную плотность — её практически невозможно себе представить, она выражается числом, в котором после единицы стоят 96 нулей, — и столь же невообразимо высокую температуру. Астрономы назвали такое состояние сингулярностью. В силу каких-то причин это удивительное равновесие было внезапно разрушено действием гравитационных сил — трудно даже вообразить, какими они должны были быть при бесконечно огромной плотности “первовещества”! Этому моменту учёные дали название “Большой взрыв”. Вселенная начала расширяться и остывать. Следует отметить, что вопрос о том, каким же было рождение Вселенной — “горячим” или “холодным”, — не сразу был решён однозначно и занимал умы астрономов долгое время. Интерес к проблеме был далеко не праздным — ведь от физического состояния вещества в начальный момент зависит, например, возраст Вселенной. Кроме того, при высоких температурах могут протекать термоядерные реакции. Следовательно, химический состав “горячей” Вселенной должен отличаться от состава “холодной”. А от этого в свою очередь зависят размеры и темпы развития небесных тел… На протяжении нескольких десятилетий обе версии — “горячего” и “холодного” рождения Вселенной — существовали в космологии на равных, имея и сторонников, и критиков. Дело оставалось “за малым” — следовало подтвердить их наблюдениями. Реликтовое излучение Современная астрономия на вопрос о том, существуют ли доказательства гипотезы горячей Вселенной и Большого взрыва, может дать утвердительный ответ. В 1965 г. было сделано открытие, которое, как считают учёные, прямо подтверждает то, что в прошлом вещество Вселенной было очень плотным и горячим. Оказалось, что в космическом пространстве встречаются электромагнитные волны, которые родились в ту далёкую эпоху, когда не было ещё ни звёзд, ни галактик, ни нашей Солнечной системы. Возможность существования такого излучения была предсказана астрономами гораздо раньше. В середине 1940-х гг. американский физик Джордж Гамов (1904—1968) занялся проблемами возникновения Вселенной и происхождения химических элементов. Расчёты, выполненные Гамовым и его учениками, позволили представить, что во Вселенной в первые секунды ее существования была очень высокая температура. Нагретое вещество “светилось” — испускало электромагнитные волны. Гамов предположил, что они должны наблюдаться и в современную эпоху в виде слабеньких радиоволн, и даже предсказал температуру этого излучения — примерно 5-6 К. В 1965 г. американские учёные-радиоинженеры Арно Пензиас и Роберт Уилсон зарегистрировали космическое излучение, которое нельзя было приписать никакому известному тогда космическому источнику. Астрономы пришли к выводу, что это излучение, имеющее температуру около 3 К, — реликт (от лат. «остаток», отсюда и название излучения — “реликтовое”) тех далёких времён, когда Вселенная была фантастически горяча. Теперь астрономы смогли сделать выбор в пользу “горячего” рождения Вселенной. Как было обнаружено реликтовое излучение Вначале 60-х гг. в США была сконструирована антенна для приёма отражённых радиосигналов от спутника связи «Эхо», чтобы транслировать телепередачи из Америки в Европу. К 1965 г. необходимость в подобной работе отпала, и сотрудники американской компании “Белл” Арно Пензиас и Роберт Уилсон решили использовать эту антенну для астрономических наблюдений, и в первую очередь — для измерения радиоизлучения межзвёздной среды нашей Галактики. Они не собирались искать реликтовое излучение, впрочем, и теория горячей Вселенной была им не знакома. Чтобы точность наблюдений была высока, Пензиасу и Уилсону следовало учесть все возможные помехи — в антенне, приёмниках, электрических цепях. Кроме того, возникновение радиоволн в атмосфере также может мешать измерениям. Следовало помнить, что радиоизлучает и поверхность нашей планеты… Настроив антенну телескопа и устранив несколько источников шумов, Пензиас и Уилсон, наконец, приступили к заключительным испытаниям. Сначала всё шло хорошо. Однако вскоре оказалось, что радиотелескоп почему-то регистрирует непонятный посторонний сигнал — шумовой фон постоянной интенсивности на волне 7,3 см, соответствующий излучению с температурой около 3,5 К. Предположив, что причина этого в какой-то технической оплошности, учёные разобрали антенну и обнаружили внутри… двух голубей, которые свили гнездо. Пензиас и Уилсон устранили “помеху” и опять провели испытания. К их удивлению, таинственный сигнал не исчез, только теперь он соответствовал излучению с температурой 3 К (видимо, 0,5 К приходилось на голубей вместе с гнездом). Мало того, постепенно выяснилась ещё одна удивительная вещь — интенсивность загадочного радиошума не зависела ни от того, в какую область неба была направлена антенна, ни от времени суток и года! В результате случайных разговоров сведения о загадочном сигнале, принимаемом антенной Пензиаса и Уилсона, дошли до американского астронома Джеймса Пиблза, который независимо от других учёных предсказал существование “древнего” излучения с температурой около 10 К. Учёный встретился с Пензиасом и Уилсоном. После тщательного анализа и многочисленных расчётов исследователи пришли к выводу, что обнаруженное радиоизлучение невозможно отождествить ни с одним известным космическим источником. Скорее всего, это излучение — посланец тех далёких времён, когда Вселенная была очень горячей. Летом 1965 г. Пензиас и Уилсон опубликовали статью о своём открытии. Теперь астрономы точно установили, что излучение, приходящее из любой области неба и соответствующее температуре 3 К, — реликтовое. Оно осталось от эпохи разделения вещества и излучения и доказывало, что в начале расширения Вселенная была горяча. В 1978 г. Пензиас и Уилсон были удостоены за своё открытие Нобелевской премии. Все ли загадки разгаданы Теория Большого взрыва позволила астрономам во многом разобраться, представить постепенное развитие Вселенной, Но по-прежнему остава¬лось множество загадок. Некоторое время до начала наблюдаемого ныне расширения Вселенная находилась в каком-то первичном состоянии. Но что послужило “первоначаль¬ным толчком” к образованию Вселен¬ной? Или, как говорили древние греки, “кто толкнул небо и звёзды”? Другая загадка заключается в том фак¬те, что в момент рождения Вселенной как бы “ниоткуда” появились про¬странство, время, материя. И вообще, “куда” или “во что” она расширяется? Ведь если считать, что Вселенная — это всё, что существует, то вне её нет, и не может быть ни пустоты, ни про¬странства, ни времени, “в которые” она может расширяться. А извечный вопрос, который задают себе все лю¬ди, — что же было до начала Большого взрыва — не имеет ответа не только по¬тому, что наука не знает этого. Неизвестно, как ответить, что же было “до”, если времени вообще не сущест¬вовало… Можно долго спорить, отыскивая единственно правильный ответ на во¬прос о возникновении Вселенной, но вряд ли решение окажется однознач¬ным. Недаром астроном Стивен Хокинг в одном из интервью сказал: “Могут быть окончательные ответы, но если они есть, мне было бы очень жаль, если бы мы их нашли… это открытие не оставит ничего для тех, кто будет ис¬кать уже после меня… Мы нуждаемся в поиске”. В книге “Краткая история време¬ни” Хокинг говорит об окончательной теории Большого взрыва как о пости¬жении замысла самого Бога, что про¬тиворечит идее нескончаемого поиска этого знания. Возможно, прав был английский философ Бертран Рассел, сказавший: “Вселенная существует, вот и всё!”. Придётся пока повторять вслед за ним эту фразу и астрономам — по крайней мере, до тех пор, пока хотя бы часть загадок не будет разгадана…
А ещё теория большого взрыва не даёт вразумительные объяснения факту ассиметрии вещества и антивещества. По мнению некоторых астрономов многие объекты во вселенной имеют возраст превышающий 15 млрд лет, отводимых на всё время существования нашей вселенной. Так же не объясняется тот факт, что самые далёкие галактики не чем не отличаются от самых близких галактик, хотя мы, по идее, должны их видеть в самом начале развития. И т.д. ЗЫ Выложи и другие модели вселенной, если найдёшь. ЗЗЫ Кстати модель большого взрыва не общепринята, она просто одна из моделей симпатизирующея некоторым объяснениям фактов)
Физики есть, но сказать лучше пикиведии я в данном случае не смогу: Поставленные задачи: В начале XX века в физике появились две основополагающие теории — общая теория относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна, которая описывает Вселенную на макроуровне, и квантовая теория поля, которая описывает Вселенную на микроуровне. Проблема в том, что эти теории несовместимы друг с другом. Например, для адекватного описания происходящего в чёрных дырах нужны обе теории, а они вступают в противоречие. Эйнштейн многие годы пытался разработать единую теорию поля, но безуспешно, поскольку игнорировал квантовую механику. В конце 1960-х физикам удалось разработать Стандартную модель (СМ), которая объединяет три из четырёх фундаментальных взаимодействий — сильное, слабое и электромагнитное. Гравитационное взаимодействие по-прежнему описывают в терминах ОТО. Таким образом, в настоящее время фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: ОТО и СМ. Их объединения пока достичь не удалось из-за трудностей создания теории квантовой гравитации. Для дальнейшего объединения фундаментальных взаимодействий в одной теории используются различные подходы: теория струн, получившая своё развитие в М-теории (теории бран), теория супергравитации, петлевая квантовая гравитация и др. Некоторые из них имеют внутренние проблемы, и ни у одной из них нет экспериментального подтверждения. Проблема в том, что для проведения соответствующих экспериментов нужны энергии, недостижимые на современных ускорителях заряженных частиц. БАК позволит провести эксперименты, которые ранее было невозможно провести и, вероятно, подтвердит или опровергнет часть этих теорий. Так, существует целый спектр физических теорий с размерностями больше четырёх, которые предполагают существование «суперсимметрии» — например, теория струн, которую иногда называют теорией суперструн именно из-за того, что без суперсимметрии она утрачивает физический смысл. Подтверждение существования суперсимметрии, таким образом, будет косвенным подтверждением истинности этих теорий. Спойлер: Подробные задачи Изучение топ-кварков Топ-кварк — самый тяжёлый кварк и, более того, это самая тяжёлая из открытых пока элементарных частиц. Согласно последним результатам Тэватрона, его масса составляет 173,1 ± 1,3 ГэВ/c²[5]. Из-за своей большой массы топ-кварк до сих пор наблюдался пока лишь на одном ускорителе — Тэватроне, на других ускорителях просто не хватало энергии для его рождения. Кроме того, топ-кварки интересуют физиков не только сами по себе, но и как «рабочий инструмент» для изучения бозона Хиггса. Один из наиболее важных каналов рождения бозона Хиггса в БАК — ассоциативное рождение вместе с топ-кварк-антикварковой парой. Для того, чтобы надёжно отделять такие события от фона, надо вначале хорошо изучить свойства самих топ-кварков. Изучение механизма электрослабой симметрии Одной из основных целей проекта является экспериментальное доказательство существования бозона Хиггса — частицы, предсказанной шотландским физиком Питером Хиггсом в 1960 году в рамках Стандартной Модели. Бозон Хиггса является квантом так называемого поля Хиггса, при прохождении через которое частицы испытывают сопротивление, представляемое нами как поправки к массе. Сам бозон нестабилен и имеет большу́ю массу (более 120 ГэВ/c²). На самом деле, физиков интересует не столько сам бозон Хиггса, сколько хиггсовский механизм нарушения симметрии электрослабого взаимодействия. Именно изучение этого механизма, возможно, натолкнёт физиков на новую теорию мира, более глубокую, чем СМ. Изучение кварк-глюонной плазмы Ожидается, что примерно один месяц в год будет проходить[уточнить] в ускорителе в режиме ядерных столкновений. Будут происходить не только протон-протонные столкновения, но и столкновения ядер свинца. При неупругом столкновении двух ядер на ультрарелятивистских скоростях на короткое время образуется и затем распадается плотный и очень горячий комок ядерного вещества. Понимание происходящих при этом явлений (переход вещества в состояние кварк-глюонной плазмы и её остывание) нужно для построения более совершенной теории сильных взаимодействий, которая окажется полезной как для ядерной физики, так и для астрофизики. Поиск суперсимметрии Первым значительным научным достижением экспериментов на БАК может стать доказательство или опровержение «суперсимметрии» — теории, гласящей, что любая элементарная частица имеет гораздо более тяжёлого партнера, или «суперчастицу». Изучение фотон-адронных и фотон-фотонных столкновений Электромагнитное взаимодействие частиц описывается как обмен (в ряде случаев виртуальными) фотонами. Другими словами, фотоны являются переносчиками электромагнитного поля. Протоны электрически заряжены и окружены электростатическим полем, соответственно это поле можно рассматривать как облако виртуальных фотонов. Всякий протон, особенно релятивистский протон, включает в себя облако виртуальных частиц как составную часть. При столкновении протонов между собой взаимодействуют и виртуальные частицы, окружающие каждый из протонов. Математически процесс взаимодействия частиц описывается длинным рядом поправок, каждая из которых описывает взаимодействие посредством виртуальных частиц определённого типа (см. диаграммы Фейнмана). Таким образом, исследуя столкновения протонов, косвенно изучается и взаимодействие вещества с фотонами высоких энергий, представляющее большой интерес для теоретической физики[7]. Также рассматривается особый класс реакций — непосредственное взаимодействие двух фотонов. То есть, фотоны могут столкнуться как со встречным протоном, порождая типичные фотон-адронные столкновения, так и друг с другом. В режиме ядерных столкновений, из-за большого электрического заряда ядра, влияние электромагнитных процессов имеет ещё большее значение. Проверка экзотических теорий Теоретики в конце XX века выдвинули огромное число необычных идей относительно устройства мира, которые все вместе называются «экзотическими моделями». Сюда относятся теории с сильной гравитацией на масштабе энергий порядка 1 ТэВ, модели с большим количеством пространственных измерений, преонные модели, в которых кварки и лептоны являются составными частицами, модели с новыми типами взаимодействия. Дело в том, что накопленных экспериментальных данных оказывается всё ещё недостаточно для создания одной-единственной теории. А сами все эти теории совместимы с имеющимися экспериментальными данными. Поскольку в этих теориях можно сделать конкретные предсказания для БАК, экспериментаторы планируют проверять предсказания и искать следы тех или иных теорий в своих данных. Ожидается, что результаты, полученные на ускорителе, смогут ограничить фантазию теоретиков, закрыв некоторые из предложенных построений. Другое Также ожидается обнаружение физических явлений вне рамок Стандартной Модели. Планируется исследование свойств W и Z-бозонов, ядерных взаимодействий при сверхвысоких энергиях, процессов рождения и распадов тяжёлых кварков (b и t). P.S. я скептически относился к БАК до тех пор, пока не посмотрел док. фильм о нем (замечательная вещь!!!), и пока не почитал о его возможностях. Позже начал углубляться в то, что дадут подтверждения или же опровержения фактов, я уж молчу про вообще новые открытия. Я считаю, что это одно из самых значимых изобретений человека. Именно оно может дать, а может и не дать, новый шаг человечеству! P.P.S. картинка ОЧЕНЬ недоскональна. Скорее всего материя не разлеталась цельными кусками, а была пыльцой, разлетевшейся во все стороны, которая позже стала облаками пыли, концентратом, сгустком, звездами/планетами. Мне это так видится.
