大爆炸概念。科学发现的历史和本质

大爆炸概念。科学发现的历史和本质

最重要的科学发现

宇宙膨胀的可能性在理论上被预测为将广义相对论应用于解决宇宙学问题的结果之一。这方面的第一部作品属于才华横溢的苏联数学家亚历山大·亚历山德罗维奇·弗里德曼（Alexander Aleksandrovich Fridman，1888-1925 年）。他是一位广为人知的气象地球物理学家，是大气动力学应用问题的专家。但是弗里德曼花了大量时间对爱因斯坦宇宙方程的解进行数学分析。在他去世前不久，弗里德曼收到了一系列爱因斯坦方程的解。事实证明，膨胀可能是宇宙的主要一般属性之一——它演化的最重要属性。这位俄罗斯科学家的作品起初并没有引起应有的重视。他们仅在与发现有关时受到赞赏 E.哈勃红移和关于最初炽热的宇宙和大爆炸的现代观念的发展。

1927年，来自爱丁顿的学生J.勒梅特独立于弗里德曼，提出了他关于宇宙起源及其从一个点进一步扩展的观点。一段时间以来，她被冠以“原子之父”的称号。勒梅特本人断然反对这样的形象，一般来说，他的理论的神学解释。勒梅特以大爆炸的形式展示了宇宙起源的过程。这位年轻的科学家是第一个尝试寻找最初爆炸的可能痕迹的人。勒梅特承认，这样的回声可能是宇宙射线。天文学家在 1933 年的一次演讲后才注意到他的假设，当时勒梅特提出了宇宙膨胀概念的新版本——来自有限但非常小的致密物质块。

形成一个更具体的、物理上发展的膨胀宇宙的演化宇宙学-宇宙起源模型的任务主要由美国物理学家伽莫夫解决，伽莫夫是俄罗斯人。乔治（Georgy Antonovich）伽莫夫（Georgy Antonovich）（1904-1968）于1946年首次提出了后来被称为“大爆炸理论”（更准确地说是“大冲击”）的理论。根据它，整个现代可观测宇宙是物质灾难性快速膨胀的结果，这些物质以前处于超密状态，无法在现代物理学框架内进行描述。

星系的移除受制于不同寻常的数学模式。它以不同的速度发生。星系之间的距离越大，它们相互移除的速度就越高。

A.A. Gurshtein 写道：“我们能够建立上述星系“后退”的模型，如果我们不考虑真正的三维无限空间，而是将我们的模型限制在表面——二维空间。想象一下，“整个宇宙”位于某个封闭的表面上，该表面类似于不断膨胀的橡皮球的表面。让我们模型中的星系由绘制在该球表面上的点表示. 随着它的膨胀，沿球体表面测量的所有“星系”之间的距离确实会系统地增加，并且“星系”后退的速度越大，它们之间的初始距离就越大。

正如 Gamow 认为的那样，同时开始的物质膨胀——以辐射和物质（基本粒子）最初不可分割的高温混合物的形式——今天也以“红移”效应的形式观察到。

Gamow 与他的合作者 R. Alfer 和 R. Herman 在 1948 年预测，温度约为 5 K 的冷却初级各向同性电磁热辐射也应该被观测到。

“然而，该理论的发展在很大程度上受到了那些年天体物理学家对解决这样一个奇妙任务的可能性的普遍怀疑的阻碍 - 理解“整个宇宙作为一个整体的历史的开始”，A.I. Eremeeva 写道和 F.A. Tsitsin：另一方面，无线电物理学家认为在现有设备的帮助下完全不可能捕捉到世界空间中如此低温的热无线电辐射，因为这样的信号会被恒星的无线电辐射淹没，星系，星际介质，简而言之，宇宙无线电噪声。

近二十年来，对于大多数天文学家来说，大爆炸的概念仍然是少数物理学家和宇宙学家的“智力游戏”。直到后来才清楚，早期的问题解决方案在很大程度上受到了现代理论家和观察家之间仍然存在的科学联系鸿沟的阻碍。科学的分化也起到了显着的负面作用，因此专家，即使是在相关领域工作的专家，有时对他们邻居的问题知之甚少。

最初热宇宙的概念的结果是，作为这个时代的遗产，如果它真的发生了，那么无线电范围内的残余，或者，所谓的遗物，辐射应该在任何地方都被保存下来。宇宙。

加拿大天体物理学家 E. McKellar 在 1941 年遇到了一个不寻常的现象——星际青色分子的激发态。激发温度为 2,3 K。这一事实可以作为世界空间中存在相应激发辐射的结论的基础。然而，大爆炸理论的作者们似乎对这一发现一无所知。只是很久以后，苏联天体物理学家 I.S. Shklovsky 和独立的许多其他作者。

由 A.G. 计算Doroshkevich 和 I.D. 诺维科夫在 1964 年表明，宇宙微波背景原则上是可探测的，因此，大爆炸理论的结论可以通过观测得到验证。很久以后，事后才清楚，到这个计算的时候，宇宙微波背景辐射已经在苏联和日本被发现了。在苏联，这一发现由 T.A. 发表。 1957 年的什马诺夫。

“但问题是，”格恩斯坦写道，“观察者和理论家彼此孤立地工作。他们之间没有信息交流。观察者不知道如何正确解释他的奇怪结果。理论家没有注意到。

到 XNUMX 年代中期，实验性射电天文学家着手制造用于探测宇宙微波背景辐射的特殊设备。但是他们被工程师们超越，他们进行了与地球人造卫星通信的无线电噪声的研究。

1965 年，无线电工程师 A. Penzias 和 R. Wilson（美国）在测试用于观测美国 Echo 卫星的喇叭天线时，偶然发现了微波（波长为 7,35 cm）的宇宙无线电噪声，它不依赖于在天线的方向。

1966-1967年间，这一发现——宇宙微波背景的发现——被不同国家的一些研究人员独立证实。这一现象的特征，对应于温度约为2,7 K的宇宙一般热辐射，与大爆炸理论的预测不谋而合。

《天文学史》一书的作者指出：“宇宙微波背景辐射的发现是 XNUMX 世纪天文学最伟大的成就，很大程度上是射电天文学技术的发展和科学大气它的感知本身已经成熟。这一发现至少使宇宙（超星系）真正演化成为了一个可靠的事实。最后，宇宙微波背景的发现成为进一步发展大宇宙概念的强大刺激砰。

关于宇宙演化早期阶段的思想发展的一个新阶段是“热宇宙理论”，尤其是在 Ya.B. 院士的著作中。泽尔多维奇 (1914–1987) 和他的学校。宇宙初始膨胀性质的想法在今天发生了很大变化。除了描述这样一个“开始”的主要困难（现代理论物理学无法理解），当试图描述随后的，在原则上已经为现代物理学可以理解，但仍然是非常早期的扩张史时，发现了其他严重的困难宇宙作为一个整体。

为了克服这些困难，膨胀（或暴胀）宇宙的概念在 80 年代被提出（A. Guth，美国；A. D. Linde，苏联）。讨论了膨胀宇宙本身在不同时刻的多样性和重复出现的想法。因此，关于宇宙复兴的最古老的想法，各种规模的世界生生死死的无尽链条的想法，以及岛屿宇宙的概念，它们已经诞生于引力理论和观测的结合，今天正在复兴，但在一个无与伦比的更高水平上——无论是在尺度上还是在物体的质量多样性方面。这些想法可以被视为一个先兆，也许是世界宇宙学图景第三次革命的开始。”

作者：萨明 D.K.

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