• Увеличаване
  • Намаляване
  • Нормално

Current Size: 100%

От Големия взрив към големите въпроси (част 1)

Първите стъпки към физична теория на Вселената

Тодор Велчев 6 февруари 2019

От дълбока древност човечеството неизменно си задава големия въпрос Имал ли е светът начало и какво е представлявало то? От няколко поколения насам въпросът получава научен отговор, състоящ се от две думи: „Голям взрив“. Обяснението звучи просто и се радва на огромна популярност, не на последно място чрез едноименната телевизионна комедия.

Малцина обаче вникват в смисъла на понятието, а още по-малко си правят труда да научат как е била изградена стоящата зад него фундаментална физична теория. Това е естествено; научните проблеми никога не са предизвиквали масов интерес. Но същевременно по темата за Големия взрив охотно се дебатира, най-често от лаиците. От първите си стъпки досега теорията е била нападана от противоположни идеологически позиции. В ранните десетилетия на съветския (и българския) комунизъм тя е официално заклеймена като „буржоазна“ и „въвеждаща идеята за създател на света“. От друга страна, немалко фундаменталистично настроени християни съзират в нея „отхвърляне на библейския модел на Сътворението“. Което пък затвърждава мнението на все повече наши съвременници, че е дошло времето идеологиите, били те религиозни или не, да бъдат погребани и „всичко да се обяснява само от науката“.

В малка поредица от статии ще хвърлим повече светлина върху теорията за Големия взрив: нейното възникване, нейните основания и въпросите, които повдига. Тези въпроси са големи и хвърлят големи предизвикателства. Нека подчертаем, повече предизвикателства към невярващите, отколкото към вярващите.

Кратка история на космологията

Първоначално космологията била чисто философска дисциплина – всяко едно сериозно учение предлагало свое обяснение за произхода на света. Въз основа на умножаващите се наблюдателни данни, космологията започва да се развива и като дял от астрономията. От XVII до XX век, с помощта на все по-мощни телескопи, наблюдаемата от нас Вселена „нараства“ милиони пъти. Най-напред са определени размерите на нашата звездна система, Млечния път; тя е 20 000 пъти по-голяма от разстоянието до най-близката до нас звезда (около 4 светлинни години). После се оказало, че Вселената съдържа милиарди подобни галактики, групирани в купове и свръхкупове. А от половин век насам вече се знае, че тези групировки са подредени в тънки стени, ограждащи огромни празни пространства, хиляди пъти по-големи от една средна галактика. С други думи, Вселената може да се оприличи на гигантска пчелна пита, а домът на човечеството, Земята, е нищожна частичка от стената на една от „килийките“.

Карта на едромащабната структура на Вселената

Едромащабна структура на Вселената. Всяка точка представлява галактика, нашият Млечен път е в центъра. Показан е характерният размер на видимата Вселена: 3 милиарда светлинни години. (Източник: people.virginia.edu).

Пространствените мащаби на Вселената са необозрими и потресаващи. Те не могат да не повдигнат тревожния въпрос дали ние изобщо играем някаква роля в нея. Още в старозаветни времена, когато Вселената за нас се е свеждала до Земята, планетите и близките звезди от Млечния път, псалмопевецът вече се пита: „Когато гледам Твоите небеса, делото на Твоите пръсти, Луната и звездите, които Ти си отредил, казвам си: „Що е човек, та да го помниш? Или човешки син, та да го посещаваш?“ (Пс. 8:3,4). Един астроном-наблюдател от XX век може само да се съгласи с тези думи. И все пак, не по-малко удивително е, че този нищожен човек, обитател на една нищожна планета, има способността да си задава такива въпроси и да им търси отговор. Да развива наука, способна да надникне в най-отдалечените краища на Вселената. И даже да гради научни теории, способни да „върнат часовника назад“ и да опишат какво се е случило в нейната бебешка възраст. Но към големите въпроси ще се върнем по-късно.

Преди един век физиката и астрономията са вече достатъчно напреднали, за да положат основата на първите космологични теории. Най-напред е разработена Общата теория на относителността (ОТО), чиято стогодишнина бе тържествено отбелязана през 2016 г. Тя дава на учените необходимия инструмент, с който да описват Вселената като една цялостна система, в която действа силата на гравитацията. Твърдото убеждение на един от нейните създатели, Алберт Айнщайн, е че Вселената е статична, т.е. не променя своите размери във времето. За негово разочарование, това разбиране ще претърпи крах в рамките на едва едно десетилетие.

Най-напред белгиецът Жорж Льометр показва въз основа на самата ОТО, че Вселената трябва да се разширява, и дори дава оценка с каква скорост трябва да става това. Любопитен, но немаловажен факт е, че Льометр е католически свещеник, ръкоположен в същата година, когато става студент-магистър в Кеймбридж1. Първоначално той определя най-ранната Вселена като „космическото яйце, избухващо в момента на Сътворението“. (Понятието „Голям взрив“ е иронично и е измислено по-късно от противници на теорията.) През 1931 г. Льометр пръв предсказва, че Вселената се разширява ускорително, което беше удостоверено чрез наблюдения едва в края на ХХ век. Айнщайн първоначално отхвърля тезите на Льометр с известните думи: „Математиката ви е брилянтна, ала физиката – ужасна“.

Айнщай и Льометр

Една от срещите наживо между Айнщайн и отец Льометр, 1932 г. (Източник: bbvaopenmind.com).

Няколко години по-късно обаче моделът на статичната Вселена ще получи втори тежък удар, този път от страна на астроном-наблюдател. Американецът Едуин Хъбъл открива, че разстоянието до далечните галактики е пропорционално на скоростта, с която те се отдалечават от нас. Такава картина съответства на разширяваща се Вселена, в която галактиките са разпределени равномерно в пространството, а самото пространство се раздува подобно на гумен балон. В чест на своя откривател законът за разбягването на галактиките е наречен закон на Хъбъл, а през октомври 2018 г. Международният астрономичен съюз заслужено го преименува на закон на ХъбълЛьометр, като отчете и пионерския принос на великия белгиец.

Айнщайн е принуден да признае, че се е лъгал. Законът на Хъбъл става един от наблюдателните стълбове на модерната космология. Става ясно, че Вселената има своето начало във времето; нещо повече, самото време има начало заедно с нея.

(Краят следва)
Съвместно издание с в. „Зорница“, бр. 1, 2019 г.
  • 1. По-късно Льометр става член, а впоследствие и президент на Папската академия на науките.