6. Античная естественнонаучная картина мира.

Еще задолго до появления научных представлений о природе люди задумывались об окружающем их мире, его строении и происхождении. Так рождались мифы, не лишенные рационального начала и передаваемые из поколения к поколению. Согласно этим мифам весь видимый упорядоченный и организованный мир, который в античности назывался космосом, произошел из дезорганизованного мира, или неупорядоченного хаоса. В античной натурфилософии подобные взгляды нашли свое отражение в делении мира на совершенный небесный космос и несовершенный земной мир. Сам термин «космос» означал у древних греков всякую упорядоченность, организацию, совершенство. Именно такая организованность и совершенство приписывались небесному миру.

Античная картина мира (АКМ) возникла в период рабовладельческой античности, существовала почти полторы тысячи лет до нового времени. Основой этой картины мира было индуктивное мышление и вера в абсолютность чувственного познания мира («то, что вижу, ощущаю, то и есть»). Методы – наблюдение и абстрактное мышление (как логически непротиворечивое объяснение наблюдаемого). В АКМ существовало несколько разных моделей мира, но в каждой из них мир был гармоничен, упорядочен, рационален, сложен, качественно дифференцирован и не математизирован. Разнообразны были и формы античных государственных устройств: демократия, охлократия, диктатура. Образование было доступно свободным и достаточно богатым гражданам, направлено было на развитие тела (занятия спортом на уровне участия в олимпийских играх), разума (изучение наук), чувств (изучение искусств на уровне профессионального сочинительства и исполнительства). Целью такого образования было гармоничное развитие способностей человека и становление его мировоззрения.

Первый подготовительный - натурфилософский (зарождение элементов будущего естествознания) - характерен для древности. В целом техника была ещё слабо развита, хотя имелись уже отдельные выдающиеся технические достижения. Начали складываться в самостоятельные отрасли знания статика и астрономия и обслуживающая их математика. Позднее стала выделяться химия (в форме алхимии). Анатомия, медицина, физика находились в зачаточном состоянии. Все естественнонаучные знания и воззрения входили в единую недифференцированную науку, находившуюся под эгидой философии.

Считается, что основы теоретического физического знания закладывались в эпоху античности в Древней Греции и других странах Средиземноморья. Государственное устройство типа рабовладельческой демократии, относительная терпимость к выбору религиозных верований позволяли обсуждать проблемы естествознания и осуществлять разграничение науки и религии при решении этих проблем. Это способствовало появлению сначала различных натурфилософских концепций на основе наблюдений и экспериментов, затем разработке теоретических физических концепций.

Из-за низкого уровня техники, существовавшей недооценки количественных расчетов и отстраненности потребностей рабовладельческого производства от достижений науки, эксперимент в эпоху античности не стал ни методом систематической проверки получаемых знаний, ни основным источником знаний эмпирических. Но постепенно на смену мифологическим объяснениям явлений действительности стали приходить попытки их научного обоснования. Основной вопрос, занимавший мыслителей в это время, был вопрос о соотношении единого и многого (иначе говоря, вопрос о том из какого начала образовалось окружающее нас многообразие вещей).

Атомизм:

Левкипп выдвинул основные принципы атомистической философии. Он утверждал о существовании бесчисленных постоянно движущихся элементов - атомов, имеющих бесконечное множество форм, так как видел в вещах постоянное возникновение и изменение. Левкипп, возможно впервые в античной философии, допускает существование пустоты.

Демокрит имел взгляды на сущность бытия, тождественные взглядам Левкиппа и развил идеи об атомах и пустоте в логическую, последовательную систему. Согласно Демокриту, Вселенная - это движущаяся материя, атомы веществ и пустота. Пустота так же реальна, как и бытие. Вечно движущиеся атомы, соединяясь, создают все вещи, их разъединение приводит к гибели и разрушению последних. Категория пустоты, небытия дала возможность объяснить возникновение и изменение вещей.

Механика:

Эпоха эллинизма характеризовалась наибольшим вкладом в развитие физики со стороны механики. Потребности в создании различного рода технических устройств (строительных, военных и т. д.) выдвигали на первый план вопросы статики.

Архимед, создав теорию рычага, заложил основы статики. Строительная и военная техника основывались на рычаге, позволявшем перемещать в пространстве тела большого веса при относительно небольших усилиях. Проблема рычага явилась обобщением эмпирически освоенных приемов его использования в разных областях деятельности.

Архимед явился также основоположником и гидростатики, законов плавающих тел. Этому был посвящен его труд «О плавающих телах». Гидростатика использовалась при определении плотности тел путем взвешивания их в воде и при определении грузоподъемности корабля.

Становление астрономии:

Гиппарх из Никеи выдающийся древнегреческий астроном, которому также часто приписывают реформирование астрологии. Вёл первые систематические астрономические наблюдения. Наблюдение новой звезды побудило его к созданию звёздного каталога, который был использован впоследствии Птолемеем. Он исследовал видимое движение Солнца и Луны и составил таблицы этого движения. Рассчитал аномалии солнечного движения и объяснил их тем, что Солнце проходит эксцентрический путь вокруг Земли. Гиппарха называют отцом научной астрономии.

7.Наука эпохи Нового времени (механистическая и электромагнитная картина мира). Период между серединой 15 века и серединой 17 в Европе получил в истории название эпоха Нового времени. В этот период происходят глобальные изменения в религиозном, художественном, политическом, да и просто в бытовом сознании населения Западной Европы, которые сопутствовали переходу от средневекового к новоевропейскому обществу. В осуществлении этого перехода одна из главных ролей принадлежит научной революции, так как именно глобальные перемены в науке во многом определили лицо нового общества. Естественнонаучная картина мира (ЕНКМ) - это система важнейших принципов и законов, лежащих в основе окружающего нас мира. Механическая картина мира (МКМ). Формирование МКМ происходило в течение нескольких столетий до середины XIX века под сильным влиянием взглядов выдающихся мыслителей древности: Демокрита, Эпикура, Аристотеля, Лукреция и др. Она явилась необходимым и очень важным шагом на пути познания природы.

Имена учёных, внесших основной вклад в создание МКМ • Коперник (1473—1543): наиболее известен как автор средневековой гелиоцентрической системы мира, положившей начало первой научной революции. • Галилей (1564—1642): изучал проблему движения, открыл принцип инерции, закон свободного падения тел. • Кеплер (1571—1630): установил 3 закона движения планет вокруг Солнца (не объясняя причины движения планет), разработал теорию солнечных и лунных затмений, способы их предсказания, уточнил расстояние между Землей и Солнцем. • Ньютон (1643—1727): сформулировал понятия и законы классической механики, математически сформулировал закон всемирного тяготения, теоретически обосновал законы Кеплера о движении планет вокруг Солнца, создал небесную механику (Закон всемирного тяготения был незыблем до конца 19 в.), создал дифференциальное и интегральное исчисление как язык математического описания физической реальности, автор многих новых физических представлений (о сочетании корпускулярных и волновых представлений о природе света и т. д.), разработал новую парадигму исследования природы (метод принципов)- мысль и опыт, теория и эксперимент развиваются в единстве, разработал классическую механику как систему знаний о механическом движении тел, механика стала эталоном научной теории, сформулировал основные идеи, понятия, принципы механической картины мира.

Механическая картина мира Ньютона:

• Вселенная от атомов до человека — совокупность неделимых и неизменных частиц, взаимосвязанных силами тяготения, мгновенное действие сил в пустом пространстве.

• Любые события предопределены законами классической механики.

• Мир, все тела построены из твердых, однородных, неизменных и неделимых корпускул — атомов.

• Основа механистической картины мира: движение атомов и тел в абсолютном пространстве с течением абсолютного времени. Свойства тел неизменны и независимы от самих тел.

• Природа — машина, части которой подчиняются жесткой детерминации.

• Синтез естественно-научного знания на основе редукции (сведения) процессов и явлений к механическим.

Механическая картина мира дала естественно-научное понимание многих явлений природы, освободив их от мифологических и религиозных схоластических толкований. Её недостаток — исключение эволюции, пространство и время не связаны. Экспансия механической картины мира на новые области исследования (химия, биология, знания о человеке и обществе). Синонимом понятия науки стало понятие механики. Однако накапливались факты, не согласовывающиеся с механистической картиной мира и к середине 19 в. она утратила статус общенаучной.

Основные черты механической картины мира:

• все материальные тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном и хаотическом механическом движении. Материя - вещество, состоящее из неделимых частиц;

• взаимодействие тел осуществляется согласно принципа дальнодействия, мгновенно на любые расстояния (закон всемирного тяготения, закон Кулона), или при непосредственном контакте (силы упругости, силы трения);

• пространство - пустое вместилище тел. Всё пространство заполняет невидимая невесомая «жидкость» - эфир;

• время - простая длительность процессов. Время абсолютно;

• всё движение происходит на основе законов механики Ньютона, все наблюдаемые явления и превращения сводятся к механическим перемещениям и столкновениям атомов и молекул;

• мир выглядит как колоссальная машина с множеством деталей, рычагов, колёсиков.

Достоинство МКМ состоит в том, что это первая научная картина мира.

Электромагнитная картина мира (ЭМКМ).Электромагнитная картина мира появилась в ходе 3ей Научной революции (конец XIX века — середина XX века). Были совершены важнейшие научные открытия:

• Фарадей — понятия электромагнитного поля

• Максвелл — электродинамика, статистическая физика

• Материя — и как вещество и как электромагнитное поле

• Электромагнитная картина мира, законы мироздания — законы электродинамики

• Лайель — о медленном непрерывном изменении земной поверхности

• Ламарк — целостная концепция эволюции живой природы

• Шлейден, Шванн — теория клетки — о единстве происхождения и развития всего живого

• Майер, Джоуль, Ленц — закон сохранения и превращения энергии — теплота, свет, электричество, магнетизм и т. д. переходят одна в другую и являются формами одного явления, эта энергия не возникает из ничего и не исчезает.

• Дарвин — материальные факторы и причины эволюции — наследственность и изменчивость

• Беккерель — радиоактивность

• Рентген — Лучи

• Томсон — элементарная частица электрон

• Резерфорд — планетарная модель атома

• Планк — квант действия и закон излучения

• Бор — квантовая модель атома Резерфорда-Бора

• Эйнштейн — общая теория относительности — связь между пространством и временем

• Бройль — все материальные микрообъекты обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами (квантовая механика)

• Зависимость знания от применяемых исследователем методов

• Расширение идеи единства природы — попытка построить единую теорию всех взаимодействий

• Принцип дополнительности — необходимость применять взаимоисключающие наборы классических понятий (например, частиц и волн), только совокупность взаимоисключающих понятий дает исчерпывающую информацию о явлениях. Это совершенно новый метод мышления, диктующий необходимость освобождения от традиционных методологических ограничений

• Появление неклассического естествознания и соответствующего типа рациональности

• Мышление изучает не объект, а то, как явилось наблюдателю взаимодействие объекта с прибором

• Научное знание характеризует не действительность как она есть, а сконструированную чувствами и рассудком исследователя реальность

• Тезис о непрозрачности бытия — отсутствие идеальных моделей[источник не указан 645 дней]

• Допущение истинности нескольких отличных друг от друга теорий одного и того же объекта

• Относительная истинность теорий и картины природы, условность научного знания.

Основные черты ЭКМ.

В XIX веке естественные науки накопили огромный эмпирический материал, нуждающийся в переосмыслении и обобщении. Многие полученные в результате исследований научные факты не совсем вписывались в устоявшиеся механические представления об окружающем мире. Во второй половине XIX века на основе исследований в области электромагнетизма сформировалась новая физическая картина мира - электромагнитная картина мира (ЭМКМ). В её формировании сыграли решающую роль исследования, проведённые выдающимися учёными М. Фарадеем и Дж. Максвеллом, Г. Герцем. Весь мир заполнен электромагнитным эфиром, который может находиться в различных состояниях. Физические поля трактовались как состояния эфира. Эфир является средой для распространения электромагнитных волн и, в частности, света. Материя существует в двух видах: вещество и поле.

Вещество - это вид материи, имеющей атомарно-молекулярную или плазменную структуру. Частицы вещества имеют массу покоя, не равную нулю.

Поле - это особый вид материи, посредством которого осуществляются электромагнитные взаимодействия; представляющий собой единство электрического и магнитного полей.

1. Материя считается непрерывной. Все законы природы сводятся к уравнениям Дж. Максвелла, описывающим непрерывную субстанцию: природа не делает скачков. Вещество состоит из электрически заряженных частиц, взаимодействующих между собой посредством полей. 2. На основе электромагнитных взаимодействий объясняются все известные механические, электрические, магнитные, химические, тепловые, оптические явления.

8.Современная естественнонаучная картина мира. Современная - квантово-релятивистская (квантово-полевая) картина мира (КПКМ). Основные понятия и принципы КПКМ Как и все предшествующие картины Мира, КПКМ представляет собой процесс дальнейшего развития и углубления наших знаний о сущности физических явлений. Процесс становления и развития КПКМ продолжается и прошел уже ряд стадий, в частности: 1) утверждение корпускулярно-волновых представлений о материи; 2) изменение методологии познания и отношения к физической реальности; Пояснение: Ранее считалось, что устройство мира можно познавать, не вмешиваясь в него, не влияя на протекающие в нем процессы, т.е. находясь как бы вне его, вне абсолютной физической реальности. Эйнштейн не включал в понятие «физическая реальность» акт наблюдения, а Бор считал его важным элементом физической реальности. Картина реальности в квантовой механике становится как бы двуплановой: с одной стороны в нее входят характеристики исследуемого объекта, а с другой — условия наблюдения. Таким образом, в КПКМ появляется принцип относительности к средствам наблюдения. Все рассмотренные ранее картины мира отличались своей трактовкой таких фундаментальных понятий как пространство и время, движение, принцип причинности, взаимодействия. Рассмотрим, как они представлены в КПКМ. Пространство и время. При рассмотрении МКМ подчеркивалось, что пространство и время в ней абсолютны и независимы друг от друга. Для характеристики объекта в пространстве вводились три пространственные координаты (X,Y,Z), а для обозначения времени независимо от них вводилась одна временная координата t. В СТО и ЭМКМ они потеряли абсолютный и независимый характер. Появилось новое пространство-время как абсолютная характеристика четырехмерного Мира (пространственно-временного континуума Минковского). И новая величина — пространственно-временной интервал стал оставаться неизменным (инвариантным) при переходе от одной системы отсчета к другой. Причинность. В МКМ при описании объектов используется два класса понятий: пространственно-временные, которые дают кинематическую картину движения и энергетически импульсные, которые дают динамическую (причинную) картину. В МКМ и ЭМКМ они независимы. В КПКМ, в соответствии соотношением неопределенностей они не могут применяться независимо друг от друга, они дополняют друг друга. Таким образом, пространство, время и причинность оказались относительными и зависимыми друг от друга. Независимость пространства, времени и причинности в МКМ позволяет говорить о точной локализации объекта в пространстве, его траектории, об однозначной причинно-следственной связи (лапласовский детерминизм), об одновременном, точном измерении координат и скорости, энергии и времени. В квантовой механике относительность пространства-времени и причинности приводит к неопределенности координат и скорости в данный момент, к отсутствию траектории движения микрообъекта. И если в классической физике вероятностным законам подчинялось поведение большого числа частиц, то в квантовой механике поведение каждой частицы подчиняется не динамическим (детерминистским), а статистическим законам. Таким образом, причинность в современной КПКМ имеет вероятностный характер (вероятностная причинность). Взаимодействие. Все многообразие взаимодействий подразделяется в современной физической картине мира на 4 типа: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. По современным представлениям все взаимодействия имеют обменную природу, т.е. реализуются в результате обмена фундаментальными частицами — переносчиками взаимодействий. Каждое из взаимодействий характеризуется так называемой константой взаимодействия, которое определяет его сравнительную интенсивность, временем протекания и радиусом действия. Рассмотрим кратко эти взаимодействия.

1. Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в ядре. Константа взаимодействия равна приблизительно 100, радиус действия порядка 10-15, время протекания t ~10-23с. Частицы — переносчики - p-мезоны. 2. Электромагнитное взаимодействие: константа порядка 10-2, радиус взаимодействия не ограничен, время взаимодействия t ~ 10-20с. Оно реализуется между всеми заряженными частицами. Частица-переносчик — фотон (g-квант). 3. Слабое взаимодействие связано со всеми видами b-распада, многие распады элементарных частиц и взаимодействие нейтрино с веществом. Константа взаимодействия порядка 10-13, t ~ 10-10с. Это взаимодействие, как и сильное, является короткодействующим: радиус взаимодействия r~10-18м. Частица — переносчик - векторный бозон. 4. Гравитационное взаимодействие является универсальным, однако в микромире учитывается, так как из всех взаимодействий является самым слабым и проявляется только при наличии достаточно больших масс. Его радиус действия не ограничен, в ремя также не ограничено. Обменный характер гравитационного взаимодействия до сих пор остается под вопросом, так как гипотетическая фундаментальная частица гравитон пока не обнаружена.

9.Концепции современной физики. В конце прошлого и начале нынешнего века были сделаны крупнейшие открытия, которые коренным образом изменили наши представления о картине мира. Прежде всего, это открытия, связанные со строением вещества, и открытия взаимосвязи вещества и энергии. Если раньше последними неделимыми частицами материи, считались атомы, то в конце прошлого века были открыты электроны, входящие в состав атомов. Позднее было установлено строение ядер атомов, состоящих из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (лишенных заряда частиц). Согласно первой модели атома, построенной английским ученым Эрнестом Резерфордом (1871—1937), атом уподоблялся миниатюрной солнечной системе, в которой вокруг ядра вращаются электроны. Но такая система была, неустойчивой: вращающиеся электроны, теряя свою энергию, в конце концов, должны были упасть на ядро. Опыт показывает, что атомы являются весьма устойчивыми образованиями и для их разрушения требуются огромные силы. В связи с этим прежняя модель строения атома была значительно усовершенствована выдающимся датским физиком Нильсом Бором (1885—1962), он предположил, что при вращении по орбитам электроны не излучают энергию. Такая энергия излучается или поглощается в виде кванта (порции энергии), только при переходе электрона с одной орбиты на другую. Значительно изменились взгляды на энергию. Раньше предполагалось, что энергия излучается непрерывно, но поставленные эксперименты убедили физиков, что она может испускаться отдельными квантами. Например, явление фотоэффекта, когда кванты энергии видимого света вызывают электрический ток. В 30-е годы XX в. было сделано другое важное открытие, - было доказано (экспериментально), что между веществом и полем не существует непроходимой границы, т.е. что в определенных условиях элементарные частицы вещества обнаруживают волновые свойства, а частицы поля — свойства корпускул (дуализм волны и частицы). До этого физики считали, что вещество, состоящее из разнообразных материальных частиц, может обладать лишь корпускулярными свойствами, а энергия поля— волновыми свойствами. Соединение в одном объекте корпускулярных и волновых свойств совершенно исключалось. Но под давлением неопровержимых экспериментальных результатов ученые вынуждены были признать, что микрочастицы одновременно обладают как свойствами корпускул, так и волн. В 1925—1927 г. для объяснения процессов, происходящих в мире мельчайших частиц материи, была создана новая наука - квантовая механика (волновая). Она породила другие квантовые теории: квантовая электродинамика, теория элементарных частиц и другие, которые исследуют закономерности движения микромира. Другая фундаментальная теория современной физики — теория относительности Эйнштейна, в корне изменившая научные представления о пространстве и времени. Принцип относительности был использован для описания электромагнитных процессов. Специальная теория относительности появилась в связи с преодолением трудностей, возникших в этой теории. Важный урок, который был получен из специальной теории относительности, состоит в том, что она впервые ясно показала, что всё движения, происходящие в природе, имеют относительный характер, т.е. в природе не существует никакой абсолютной системы отсчета, следовательно, и абсолютного движения, которые допускала ньютоновская механика. Еще большие изменения в учении о пространстве и времени произошли в связи с созданием общей теории относительности, (теория тяготения), принципиально отличной от классической ньютоновской теории. Общая теория относительности показала глубокую связь между движением материальных тел и структурой физического пространства — времени. Теоретические выводы из нее были экспериментально подтверждены во время наблюдения солнечного затмения.

Общая теория относительности — геометрическая теория тяготения, развивающая специальную теорию относительности, опубликованная Альбертом Эйнштейном в 1915—1916 годах. В рамках общей теории относительности, как и в других метрических теориях, постулируется, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а деформацией самого пространства-времени, которая связана, в частности, с присутствием массы-энергии. Общая теория относительности отличается от других метрических теорий тяготения использованием уравнений Эйнштейна для связи кривизны пространства-времени с присутствующей в нём материей. Классическая теория тяготения Ньютона основана на понятии силы тяготения, которая является дальнодействующей силой: она действует мгновенно на любом расстоянии. Этот мгновенный характер действия несовместим с понятием поля в современной физике. В теории Эйнштейна никакая информация не может распространиться быстрее скорости света в вакууме. Эйнштейн начал поиск теории гравитации, которая была бы совместима с принципом инвариантности законов природы относительно любой системы отсчёта. Результатом этого поиска явилась общая теория относительности, основанная на принципе тождественности гравитационной и инертной массы. Первая масса — инертная — есть отношение негравитационной силы, действующей на тело, к его ускорению. Вторая масса — гравитационная — определяет силу притяжения тела другими телами и его собственную силу притяжения. Вообще говоря, эти две массы измеряются, как видно из описания, в различных экспериментах, поэтому совершенно не обязаны быть связанными, а тем более — пропорциональными друг другу. Однако их экспериментально установленная строгая пропорциональность позволяет говорить о единой массе тела как в негравитационных, так и в гравитационных взаимодействиях. Подходящим выбором единиц можно сделать эти массы равными друг другу. Если гравитационная масса точно равна инерционной, то в выражении для ускорения тела, на которое действуют лишь гравитационные силы, обе массы сокращаются. Поэтому ускорение тела, а следовательно, и его траектория не зависит от массы и внутреннего строения тела. Если же все тела в одной и той же точке пространства получают одинаковое ускорение, то это ускорение можно связать не со свойствами тел, а со свойствами самого́ пространства в этой точке.

Таким образом, описание гравитационного взаимодействия между телами можно свести к описанию пространства-времени, в котором двигаются тела. Естественно предположить, как это и сделал Эйнштейн, что тела движутся по инерции, то есть так, что их ускорение в собственной системе отсчёта равно нулю. Траектории тел тогда будут геодезическими линиями, теория которых была разработана математиками ещё в XIX веке.

Геодезическая линия — кривая определённого типа, обобщение понятия «прямая» в искривлённых пространствах.

10. Теория «большого взрыва». Эволюция Вселенной. Большой взрыв — космологическая теория начала расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии. По современным представлениям, наблюдаемая нами сейчас Вселенная возникла 13,7 ± 0,13 млрд лет назад из некоторого начального «сингулярного» состояния и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается. Согласно известным ограничениям по применимости современных физических теорий, наиболее ранним моментом, допускающим описание, считается момент Планковской эпохи с температурой примерно 10³² К и плотностью около 10⁹³ г/см³. Ранняя Вселенная представляла собой высокооднородную и изотропную среду с необычайно высокой плотностью энергии, температурой и давлением. В результате расширения и охлаждения во Вселенной произошли фазовые переходы, аналогичные конденсации жидкости из газа, но применительно к элементарным частицам.

Приблизительно через 10⁻³⁵ секунд после наступления Планковской эпохи (Планковское время — 10⁻⁴³ секунд после Большого взрыва, в это время гравитационное взаимодействие отделилось от остальных фундаментальных взаимодействий) фазовый переход вызвал экспоненциальное расширение Вселенной. Данный период получил название Космической инфляции. После окончания этого периода строительный материал Вселенной представлял собой кварк-глюонную плазму. По прошествии времени температура упала до значений, при которых стал возможен следующий фазовый переход, называемый бариогенезисом. На этом этапе кварки и глюоны объединились в барионы, такие как протоны и нейтроны. При этом одновременно происходило асимметричное образование как материи, которая превалировала, так и антиматерии, которые взаимно аннигилировали, превращаясь в излучение.

Дальнейшее падение температуры привело к следующему фазовому переходу — образованию физических сил и элементарных частиц в их современной форме. После чего наступила эпоха нуклеосинтеза, при которой протоны, объединяясь с нейтронами, образовали ядра дейтерия, гелия-4 и ещё нескольких лёгких изотопов. После дальнейшего падения температуры и расширения Вселенной наступил следующий переходный момент, при котором гравитация стала доминирующей силой. Через 380 тысяч лет после Большого взрыва температура снизилась настолько, что стало возможным существование атомов водорода (до этого процессы ионизации и рекомбинации протонов с электронами находились в равновесии). После эры рекомбинации материя стала прозрачной для излучения, которое, свободно распространяясь в пространстве, дошло до нас в виде реликтового излучения.

Начальное состояние Вселенной Экстраполяция наблюдаемого расширения Вселенной назад во времени приводит при использовании общей теории относительности и некоторых других альтернативных теорий гравитации к бесконечной плотности и температуре в конечный момент времени в прошлом. Более того, теория не даёт никакой возможности говорить о чём-либо, что предшествовало этому моменту (потому, что наша математическая модель пространства-времени в момент Большого взрыва теряет применимость: при этом теория вовсе не отрицает возможность существования чего-либо до Большого взрыва), а размеры Вселенной тогда равнялись нулю — она была сжата в точку. Это состояние называется космологической сингулярностью и сигнализирует о недостаточности описания Вселенной классической общей теорией относительности. Насколько близко к сингулярности можно экстраполировать известную физику, является предметом научных дебатов, но практически общепринято, что допланковскую эпоху рассматривать известными методами нельзя. Многие учёные полушутя-полусерьёзно называют космологическую сингулярность «рождением» (или «сотворением») Вселенной. Невозможность избежать сингулярности в космологических моделях общей теории относительности была доказана в числе прочих теорем о сингулярностях Р. Пенроузом и С. Хокингом в конце 1960-х годов. Её существование является одним из стимулов построения альтернативных и квантовых теорий гравитации, которые стараются разрешить эту проблему. Дальнейшая эволюция Вселенной .Согласно теории Большого взрыва, дальнейшая эволюция зависит от экспериментально измеримого параметра — средней плотности вещества в современной Вселенной. Если плотность не превосходит некоторого (известного из теории) критического значения, Вселенная будет расширяться вечно, если же плотность больше критической, то процесс расширения когда-нибудь остановится и начнётся обратная фаза сжатия, возвращающая к исходному сингулярному состоянию. Современные экспериментальные данные относительно величины средней плотности ещё недостаточно надёжны, чтобы сделать однозначный выбор между двумя вариантами будущего Вселенной.