В ході суперечок, з одного боку, поступово уточнювалися і ускладнювалися самі фундаментальні поняття, які фігурують в космології: кінцівку і обмеженість, нескінченність і безмежність, нарешті, неоднозначність таких понять, як «весь Всесвіт», «Всесвіт в цілому», неправомірність ототожнення таких понять , як «Всесвіт» і «Метагалактика». З іншого боку, спостереження підтвердили факт розширення всієї спостерігається області Всесвіту. Більшість сучасних космологів розуміють це розширення, як розширення дійсно всій мислимої і існуючої Всесвіту ... На жаль, рання смерть не дозволила геніальному теоретику Всесвіту А.А. Фрідману, ідеї якого понад півстоліття направляють думку космологов, самому взяти участь у подальшому революційному розвитку процесу оновлення космологічної картини світу. Досвід історії розвитку знань про світ підказує, однак, що і сучасна релятивістська космологічна картина світу, будучи результатом екстраполяції на все мислиме «ціле» знань про обмеженої частини Всесвіту, неминуче неточна. Тому можна думати, що вона швидше відображає властивості обмеженої частини Всесвіту (яку і можна назвати Метагалактикою), причому, можливо, лише один з етапів її розвитку (що допускає релятивістська космологія і що може прояснитися з уточненням середньої щільності матерії в Метагалактиці). В даний час, однак, в цьому пункті картина світу залишається невизначеною.
Закон Хаббла (закон загального розбігання галактик) - емпіричний закон, що зв'язує червоне зміщення галактик і відстань до них лінійним чином:
де z - червоне зміщення галактики, D - відстань до неї, H0 - коефіцієнт пропорційності, званий постійна Хаббла. При малому значенні z
де Vr - швидкість галактики вздовж променя зору спостерігача, і закон приймає класичний вид:
За допомогою цього закону можна розрахувати так званий Хаббловском вік Всесвіту (в припущенні, що «розбігання» галактик дійсне):
цей вік з точністю до множника 2 відповідає віку Всесвіту, що розраховується за стандартною космологічної моделі Фрідмана.
Закон Хаббла встановлений експериментально Е. Хабблом в 1929 для галактик за допомогою 100 »телескопа, який дозволяє найближчі галактики на зірки. Серед них були цефеїди, використовуючи залежність «період-світність» яких, Хаббл виміряв відстань до них, а також червоне зміщення. Отриманий Хабблом коефіцієнт пропорційності становив близько 500 км / с на мегапарсек. Сучасне значення становить 74,2 ± 3,6 км / с на мегапарсек. Настільки істотну різницю забезпечують два фактори: відсутність поправки нуль-пункту залежності «період-світність» на поглинання (яке тоді ще не було відкрито) і істотний внесок власних швидкостей в загальну швидкість для місцевої групи галактик.
«Гаряча» Всесвіт Гамова
На підставі перших спостережень переважання червоних зсувів в спектрах далеких галактик, ще до встановлення лінійного закону «червоного зсуву» (закон Хаббла, 1929 г.) бельгійський астроном Ж. Леметр, незалежно від А.А. Фрідмана, висунув в 1927 р свою знамениту ідею виникнення Всесвіту з одного «атома-батька» і її розширення. У такій формі гіпотеза була дуже зручною для релігійного тлумачення природи і зустріла, тому різко критичне ставлення з боку філософів-матеріалістів. У 30-ті роки концепція Леметра була розвинена Еддінгтоном (що стояли на позиціях Ейнштейна) як модель розширення Всесвіту з первісного щільного згустку звичайного речовини. Тоді ж Мілн, спираючись на власну «кінематичну теорію відносності», дав свою інтерпретацію розбігання галактик як результату вибуху надщільного згустку якоїсь особливої «первинної» матерії, з якої «на ходу» формувалися потім зірки, галактики, планети. Але формування більш конкретної фізично розробленої еволюційної космолого-космогонічної моделі розширення Всесвіту, що отримала назву теорії «Big Bang» (Великого Вибуху), пов'язане в першу чергу з ім'ям одного з найбільших учених сучасності, американського фізика російського походження Джорджа (Георгія Антоновича) Гамова (1904 -1968). Він був фахівцем з атомної та ядерної фізики, але вніс фундаментальний внесок і в астрофізику і, крім того, в генетику. Одним з перших він використовував успіхи ядерної фізики, включаючи свої власні результати, для вирішення проблеми джерел внутрішньозірковим енергії і для розвитку теорії еволюції зірок. Дж. Гамов побудував першу ядерну теорію еволюції зірок. У 1939 році він запропонував нейтринну теорію наднових зірок. Спільно з М. Шенбергом в 1940-1941 рр. він розкрив істотні сторони ядерного механізму вибухів наднових, вказавши на велику роль в цьому процесі нейтрино. У 1942 р Гамов побудував детальну теорію еволюції найбільших зірок - червоних гігантів. Але для формування сучасної астрономічної картини світу найбільш значним його внеском стала висунута їм в 1946 р і розвинена згодом разом зі своїми учнями теорія Великого Вибуху. Відповідно до цієї теорії, конкретизувати на матеріалі ядерної фізики ідеї розширення Всесвіту Фрідмана - Леметра, вся сучасна ми спостерігаємо Всесвіт являє собою результат катастрофічного вибуху матерії, яка перебувала до того в жахливо стислому над-сверхплотном стані, недоступному поки для розуміння і опису в рамках сучасної фізики. Започаткували при цьому «вибуху» розширення материн, вірніше, жахливо швидкий спочатку розліт її в формі нероздільної суміші - високотемпературного випромінювання і речовини - елементарних частинок, які мали релятивістськими швидкостями, спостерігається і в наші дні у вигляді ефекту Хаббловском лінійно-ізотропного «розширення Всесвіту» або «червоного зсуву».
Спільно зі своїми учнями і співробітниками - фізиками Р. Альфером і Р. Германом, Дж. Гамов в 1948 р розвинув теорію утворення в ранньому Всесвіті хімічних елементів важче водню в результаті ядерного синтезу (теорія нейтронного захоплення), що відбувалося, вже в початковий період розширення і охолодження гарячого «початкового» речовини, за яке вони приймали спочатку нейтрони. Передбачалося, що їх розпад (на протони й електрони) і подальші комбінації отримує частину забезпечили формування сучасного хімічного складу Всесвіту, в якому головне місце займає водень (70-80%), але подальші спостереження змусили астрофізиків допустити, що частина гелію утворилася вже на ранній , дозвездной стадії розширення Всесвіту, а доступне розумінню початкове речовина Всесвіту складалося з рівного числа нейтронів і протонів. Велика розмаїтість водню в спостережуваному Всесвіті змушує припустити, що в початковій фазі її розширення вона була заповнена головним чином високотемпературним випромінюванням (фотонами), хоча вже містила і деяке число частинок і античастинок. Після їх взаємної анігіляції залишився певний надлишок (наявний спочатку) частинок - важких (баріонів: нейтронів і протонів) і легких (лептонів: електронів і нейтрино). Це вихідне співвідношення між числом фотонів, нейтрино, барпонов і електронів зберігається і в сучасному Всесвіті. За спостерігається достатку легких елементів (Н і Не) воно було оцінено Альфером і Германом як 109: 10: 1: 1. З спостерігається щільності в Космосі ядерних, важких частинок Гамов, Альфер і Герман передбачили в 1948 р що в сучасному Всесвіті це тепле первинне випромінювання має спостерігатися як теплове, який відповідає температурі близько 5 К, тобто з максимумом в сантиметровому діапазоні радіохвиль. У 50-ті роки ряд обставин завадив групі Гамова продовжити ці дослідження, а головне - здійснити перевірку теорії наглядом - пошуками залишкового випромінювання. Розвитку теорії перешкоджали і недолік наглядових відомостей про поширеність різних хімічних елементів у Всесвіті, і - головне - загальне скептичне ставлення «серйозних» астрофізиків і багатьох фізиків тих років до можливості самої постановки, а тим більше рішення настільки фантастичною проблеми, як початок історії всього Всесвіту в цілому! Перевірити ж пророцтво про збереженому первинному тепловому радіовипромінювання із сучасною температурою близько 5К фахівцям радіофізики уявлялося неможливим: всі були впевнені, що такий слабкий сигнал можна виділити, принаймні, з наявної апаратурою, із загального радіошуму - радіовипромінювання зірок, галактик, міжзоряного середовища. Півтора десятка років концепція Великого Вибуху залишалася курйозом, грою розуму небагатьох фізиків і космологів. Проблема холодного або гарячого початкового стану сучасної Всесвіту викликала вже гострі дискусії, і сама ставала «гарячим», дискусійним елементом в астрономічній картині світу. В результаті американський радіофізик Дікке навіть почав підготовку до спостережної перевірці концепції Великого Вибуху ... Тому, коли в 1964 р американські радіоінженери, не чув про теорію Гамова, А. Пензиас і Р. Вілсон при випробуванні рупорної антени для спостереження американського супутника «Відлуння» відкрили випадково існування мікрохвильового (на хвилі 7,35 см) космічного радіошуму, котрий залежить від напрямку антени, це відкриття відразу ж потрапило в центр уваги американських астрофізиків - космологов Дікке, Піблс і ін. Останні сраз у зрозуміли, що мова йде про предсказанном групою Гамова первинному залишковому радіовипромінюванні і що теорія гарячого Всесвіту отримала найважливіше наглядове підтвердження. Це найбільше в астрономії XX в. відкриття, по суті, колективне і в значній мірі стало результатом дозрілої для його сприйняття наукової атмосфери, або картини світу, зробило достовірним фактом, щонайменше, то, що у нашого Всесвіту (Метагалактики) була її рання історія, тобто що вона дійсно еволюціонує.