დიდი აფეთქების თეორია სამყაროს შექმნის დღეისათვის ყველაზე მიღებული მოდელია. დიდი აფეთქების თეორიის მიხედვით სამყარო წარმოიქმნა უსასრულო სიმკვრივის და ტემპერატურის მდგომარეობიდან დაახლოებით 14 მილიარდი წლის წინ 10-43 წამში (პლანკის დრო). ამ საწყისი მდგომარეობის შესწავლა ზოგადი ფარდობითობის თეორიის ფარგლებში შეუძლებელია და იმ დროს მიმდინარე პროცესების შესწავლა საჭიროებს კვანტური გრავიტაციის თეორიას. ამ დროიდან მოყოლებული, სხვადასხვა ეპოქაში განსხვავებული ტემპებით, სამყარო ფართოვდება, ხოლო მისი ტემპერატურა თანდათან ეცემა.
1929 წ. კალიფორნიის „მაუნტ უილსონის“ ობსერვატორიაში დიდმა ამერიკელმა ფიზიკოსმა ედვინ ჰაბბლმა გააკეთა ერთ-ერთი უდიდესი აღმოჩენა ასტრონომიის ისტორიაში: აკვირდებოდა რა ვარსკვლავებს გიგანტური ტელესკოპით, მან აღმოაჩინა, რომ ვარსკვლავები გამოსცემდნენ მოწითალო ფერს. ეს ნიშნავდა, რომ ვარსკვლავები დედამიწას შორდებიან. თანახმად ფიზიკის კანონებისა, სინათლის სხივი დაკვირვების წერტილისკენ მოძრაობისას სპექტრის ხილულ დიაპაზონში იხრება იისფერისკენ, დაშორებისას კი წითლისკენ. გამოჩენილი ამერიკელი მეცნიერის ამ აღმოჩენამ უდიდესი რეზონანსი გამოიწვია მთელს მსოფლიოში. ჰაბბლმა გააკეთა კიდევ ერთი სენსაციური აღმოჩენა: ვარსკვლავები და გალაქტიკები არამარტო ჩვენ გვშორდებიან, არამედ ერთმანეთსაც: ყველა შორეული გალაქტიკა შორდება ჩვენსას სიჩქარით, რომელიც მანძილის პროპორციულია (ჰაბლის კანონი).
გამოჩენილი მეცნიერები არტურ ედდინგტონი, სერ ფრედ ჰოილი და მატერიალისტური შეხედულების სხვა მეტ-ნაკლები მნიშვნელობის მკვლევარები რადიკალურად ეწინააღმდეგებოდნენ დიდი აფეთქების თეორიას. მათ განავითარეს საპირისპირო თეორია „უცვლელი მდგომარეობის თეორია“, რომელიც ეფუძნებოდა XIX ს მიღებულ სამყაროს სტატიკურ სისტემას. სერ ფრედ ჰოილის თეორიის მიხედვით სამყარო იყო სტატიკური; მატერია კი უსასრულო და მარადიული. აღსანიშნავია, რომ გამოჩენილმა მეცნიერმა ალბერტ აინშტაინმა, თავდაპირველად, არ მიიღო ლამეტრის თეორია. მოგვიანებით მან აღიარა, რომ ამით მან „დაუშვა ყველაზე დიდი შეცდომა თავის მეცნიერულ კარიერაში“.
მეცნიერების დინამიური პროგრესი ბადებდა ახალ კითხვებს. 1948 წ. გამოჩენილმა მეცნიერმა გიორგი გამოვმა გამოთქვა ვარაუდი. ის ამტკიცებდა, რომ „თუ სამყარო შექმნილია ასეთი კოლოსალური აფეთქების შედეგად, მაშინ კოსმოსში უნდა იყოს შემორჩენილი რაიმე კვალი, ანუ რადიაციის გარკვეული რაოდენობა. უფრო მეტიც; ეს რადიაცია თანაბრად უნდა იყოს გაფანტული მთელს კოსმოსში“.
1965 წ. ორმა მეცნიერმა არნო პენსიასმა და რობერტ უილსონმა ეს ტალღები შემთხვევით აღმოაჩინეს და დაიმსახურეს ნობელის პრემია . რადიაცია, რომელსაც უწოდეს „ფონური კოსმოსური გამოსხივება“ . ეს გამოსხივება არ მოდის რაიმე წყაროდან, არამედ მთელს კოსმოსშია „გაფანტული“. აღმოჩენამ ნათლად დაადასტურა, რომ ეს რადიაცია შემორჩენილია „დიდი აფეთქებიდან“. გამოკვლევები ინტენსიურად გრძელდებოდა. 1989 წ. ნასამ „ფონური კოსმოსური გამოსხივების“ გამოსაკვლევად კოსმოსში გაუშვა თანამგზავრი COBE, რომელსაც 8 წუთი დასჭირდა პენსიასის და უილსონის გამოთვლების დასამტკიცებლად. ამ აღმოჩენას უწოდეს „ერთ-ერთი ყველაზე უდიდესი აღმოჩენა კაცობრიობის ისტორიაში“ . 1990 წ. ნასამ კოსმოსში გაუშვა ტელესკოპი „Hubble Space Telescope“. მისი მეშვეობით განისაზღვრა სამყაროს სავარაუდო ასაკი; განისაზღვრა ჰაბბლის კონსტანტა — სამყაროს გაფართოების სიჩქარე; მისი მეშვეობით აღმოჩენილ იქნა კოერენტული სტრუქტურის ობიექტები — პროტოგალაქტიკები, რომელთა ასაკიც ახლოსაა სამყაროს წარმოშობის ასაკთან და სხვ.
1998 წ. ბერკლის და კალიფორნიის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად გააკეთეს კიდევ ერთი სენსაციური აღმოაჩენა, რომლის მიხდვით სამყაროს გაფართოების სიჩქარე თანდათან იზრდება. სტივენ ჰოუკინგი და სხვა წამყვანი მეცნიერები ვარაუდობდნენ, რომ სიჩქარე გრავიტაციის ზემოქმედების შედეგად შემცირდებოდა. აღმოჩენა დაამტკიცა ჰაბბლის ტელესკოპმაც. ამ აღმოჩენამ “მსოფლიო ასტრონომია შეაზანზარა” . ჟურნალმა Scienceმა ეს აღმოჩენა დაასახელა 1998 წ. უმთავრეს მოვლენად.
მიუხედავად იმისა, რომ დიდი აფეთქების, ისევე როგორც ნებისმიერი კოსმოლოგიური თეორიის, უშუალოდ “ექსპერიმენტულად დადასტურება” რიგ შემთხვევებში შეუძლებელია, თანამედროვე ფიზიკოსების აბსოლუტურ უმრავლესობას მის სისწორეში ეჭვი არ ეპარება, რადგან მოდელის მრავალი თეორიული წინასწარმეტყველება ასტრონომიული დაკვირვებებით დასტურდება. მათგან ყველაზე მნიშვნელოვანია დაკვირვებებით დადასტურებული ჰაბლის კანონი, ფონური მიკროტალღოვანი რადიაციის არსებობა და სამყაროს შემადგენელ ქიმიურ ელემენტთა მასების ფარდობა. სამყაროს რომ არ ჰქონოდა დასაწყისი ანუ, არ მომხდარიყო დიდი აფეთქება, მაშინ მთელი წყალბადის მარაგი დიდი ხნის წინ დაიწვებოდა და გარდაიქმნებოდა ჰელიუმად.
ჰაბლის კანონი
შორეულ გალაქტიკებზე და კვაზარებზე დაკვირვებები გვიჩვენებს, რომ ისინი ჩვენ გვშორდებიან და, ამასთან, რაც უფრო შორსაა ჩვენგან ობიექტი მით მაღალია ჩვენი ურთიერთ დაშორების სიჩქარე. ჰაბლის კანონი იყო ერთერთი პირველი ფაქტი, რომელმაც მეცნიერები დაარწმუნა, რომ სამყარო სტატიკური არ არის და მისი მდგომარეობა დროში იცვლება. მათემატიკურად ჰაბლის კანონი შემდეგნაირად შეიძლება ჩავწეროთ:
v = H0D
სადაც
v ობიექტების ურთიერთ დაშორების სიჩქარეა,
D მათ შორის მანძილი, ხოლო
H0 პროპორციულობის მუდმივა, ე.წ. ჰაბლის მუდმივა
გაზომვები გვიჩვენებს, რომ ჰაბლის მუდმივის მნიშვნელობაა 70 +/- 3 კმ/ს/მგპარსეკი. მართალია ჰაბლის მუდმივას ერთნაირი რიცხვითი მნიშვნელობა აქვს ობიექტთა ნებისმიერი წყვილისათვის სამყაროში, ის დროში მუდმივი არაა.
ადრეულ ეპოქებში მისი მნიშვნელობა გაცილებით მაღალი იყო და თუ სამყაროს დღევანდელი აჩქარებული გაფართოება გაგრძელდა შეიძლება მომავალში გაიზარდოს კიდევაც.
რადგან ზემოთ მოყვანილ ფორმულაში სიჩქარე ჰაბლის მუდმივის და მანძილის პროპორციულია, ხოლო ჰაბლის მუდმივა დროის ნებისმიერ მოცემულ მომენტში სასრული რიცხვია, არსებობს მანძილი, რომელზე შორს მყოფი ობიექტები სინათლის სიჩქარეზე დიდი სიჩქარით გვშორდება. მიიუხედავად ამისა, ეგ საინტერესო ფაქტი არ მოდის წინააღმდეგობაში ფარდობითობის თეორიასთან.
სამყაროს მომავალი დიდი აფეთქების თეორიის მიხედვით
ბნელი ენერგიის ფენომენის აღმოჩენამდე კოსმოლოგები სამყაროს განვითარების ორ შესაძლო სცენარს განიხილავდნენ. თუკი სამყაროს სიმკვრივე კრიტიკულ სიმკვრივეზე მეტი აღმოცნდებოდა, სამყაროს გაფართოება შენელდებოდა, დროის გარკვეულ მომენტში ის შეკუმშვას დაიწყებდა, ტემპერატურა და სიმკვრივე ისევ გაიზრდებოდა და საბოლოოდ ის მიაღწევდა საწყის სინგულარობის მდგომარეობას. თუ სამყაროს სიმკვრივე კრიტიკულზე დაბალი აღმოჩნდებოდა მისი გაფართოება შენელდებოდა, მაგრამ არასოდეს შეწყდებოდა. ვარსკვლავები გაივლიდნენ თავიანთი სრული ევოლუციის გზას და გადაიქცეოდნენთეთრ ჯუჯებად, ნეიტრონულ ვარსკვლავებად ან შავ ხვრელებად. სამყაროს ტემპერატურა აბსოლუტურ ნულს მიუახლოვდებოდა. თუ პროტონი არასტაბილური აღმოჩნდებოდა საბოლოოდ ბარიონებიც დაიშლებოდნენ და სამყაროში დარცებოდა მარტო შავი ხვრელები და რადიაცია. საბოლოო ჯამში შავი ხვრელები აორთქლდებოდნენ. სამყაროს ენტროპია იმდენად გაიზრდებოდა, რომ შეუძლებელი გახდებოდა ენერგიის ორგანიზებული ფორმების არსებობა ე.წ. სითბური სიკვდილი.