Πώς εμφανίστηκε το Σύμπαν: επιστημονικές προσεγγίσεις και εκδοχές. Θεωρίες για την προέλευση του σύμπαντος και τα μοντέλα του Πώς δημιουργήθηκε το σύμπαν

Πώς μετατράπηκε σε φαινομενικά ατελείωτο χώρο; Και τι θα γίνει μετά από πολλά εκατομμύρια και δισεκατομμύρια χρόνια; Αυτά τα ερωτήματα βασάνιζαν (και συνεχίζουν να βασανίζουν) τα μυαλά των φιλοσόφων και των επιστημόνων, όπως φαίνεται, από την αρχή του χρόνου, δίνοντας αφορμή για πολλές ενδιαφέρουσες και μερικές φορές ακόμη και τρελές θεωρίες.

Σήμερα, οι περισσότεροι αστρονόμοι και κοσμολόγοι έχουν καταλήξει στη γενική συμφωνία ότι το σύμπαν όπως το ξέρουμε ήταν το αποτέλεσμα μιας γιγαντιαίας έκρηξης που προκάλεσε όχι μόνο το μεγαλύτερο μέρος της ύλης, αλλά ήταν η πηγή των βασικών φυσικών νόμων σύμφωνα με τους οποίους ο κόσμος που μας περιβάλλει υπάρχει. Όλα αυτά ονομάζονται θεωρία της μεγάλης έκρηξης.

Τα βασικά στοιχεία της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης είναι σχετικά απλά. Έτσι, εν ολίγοις, σύμφωνα με αυτήν, όλη η ύλη που υπήρχε και υπάρχει τώρα στο σύμπαν εμφανίστηκε ταυτόχρονα - πριν από περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Εκείνη τη χρονική στιγμή, όλη η ύλη υπήρχε με τη μορφή μιας πολύ συμπαγούς αφηρημένης μπάλας (ή σημείου) με άπειρη πυκνότητα και θερμοκρασία. Αυτή η κατάσταση ονομάστηκε μοναδικότητα. Ξαφνικά, η μοναδικότητα άρχισε να διαστέλλεται και γέννησε το σύμπαν όπως το ξέρουμε.

Αξίζει να σημειωθεί ότι η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης είναι μόνο μία από τις πολλές προτεινόμενες υποθέσεις για την προέλευση του σύμπαντος (για παράδειγμα, υπάρχει και η θεωρία ενός ακίνητου σύμπαντος), αλλά έχει λάβει την ευρύτερη αναγνώριση και δημοτικότητα. Όχι μόνο εξηγεί την πηγή όλης της γνωστής ύλης, τους νόμους της φυσικής και τη μεγάλη δομή του σύμπαντος, αλλά επίσης περιγράφει τους λόγους για τη διαστολή του σύμπαντος και πολλές άλλες πτυχές και φαινόμενα.

Χρονολογία γεγονότων στη Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης.

Με βάση τη γνώση της τρέχουσας κατάστασης του σύμπαντος, οι επιστήμονες εικάζουν ότι όλα πρέπει να ξεκίνησαν από ένα μόνο σημείο άπειρης πυκνότητας και πεπερασμένου χρόνου που άρχισε να διαστέλλεται. Μετά την αρχική διαστολή, λέει η θεωρία, το σύμπαν πέρασε από μια φάση ψύξης που επέτρεψε να σχηματιστούν υποατομικά σωματίδια και, αργότερα, απλά άτομα. Γιγαντιαία σύννεφα αυτών των αρχαίων στοιχείων αργότερα, χάρη στη βαρύτητα, άρχισαν να σχηματίζουν αστέρια και γαλαξίες.

Όλα αυτά, σύμφωνα με τους επιστήμονες, ξεκίνησαν πριν από περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, και ως εκ τούτου αυτή η αφετηρία θεωρείται η ηλικία του σύμπαντος. Με τη διερεύνηση διαφόρων θεωρητικών αρχών, τη διεξαγωγή πειραμάτων που αφορούν επιταχυντές σωματιδίων και καταστάσεις υψηλής ενέργειας και τη διεξαγωγή αστρονομικών μελετών στις μακρινές γωνιές του σύμπαντος, οι επιστήμονες έχουν συμπεράνει και προτείνει μια χρονολογία γεγονότων που ξεκίνησαν με τη Μεγάλη Έκρηξη και οδήγησαν το σύμπαν τελικά σε αυτή η κατάσταση της κοσμικής εξέλιξης, που λαμβάνει χώρα τώρα.

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι πρώτες περίοδοι γέννησης του σύμπαντος - που διαρκούν από 10-43 έως 10-11 δευτερόλεπτα μετά τη μεγάλη έκρηξη - εξακολουθούν να αποτελούν αντικείμενο διαμάχης και συζήτησης. Προσοχή! Μόνο στην περίπτωση που λάβουμε υπόψη ότι οι νόμοι της φυσικής που γνωρίζουμε τώρα δεν μπορούσαν να υπάρχουν εκείνη την εποχή, είναι πολύ δύσκολο να κατανοήσουμε πώς ρυθμίζονταν οι διαδικασίες σε αυτό το πρώιμο σύμπαν. Επιπλέον, δεν έχουν πραγματοποιηθεί ακόμη πειράματα που χρησιμοποιούν αυτούς τους πιθανούς τύπους ενεργειών που θα μπορούσαν να υπάρχουν εκείνη τη στιγμή. Όπως και να έχει, πολλές θεωρίες για την προέλευση του σύμπαντος τελικά συμφωνούν ότι κάποια στιγμή υπήρξε μια αφετηρία από την οποία ξεκίνησαν όλα.

Η Εποχή της Μοναδικότητας.

Γνωστή και ως εποχή Planck (ή εποχή Planck) θεωρείται η παλαιότερη γνωστή περίοδος στην εξέλιξη του σύμπαντος. Εκείνη την εποχή, όλη η ύλη περιέχονταν σε ένα μόνο σημείο άπειρης πυκνότητας και θερμοκρασίας. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, σύμφωνα με τους επιστήμονες, τα κβαντικά αποτελέσματα της βαρυτικής αλληλεπίδρασης κυριαρχούσαν στη φυσική και καμία από τις φυσικές δυνάμεις δεν ήταν ίση σε ισχύ με τη βαρύτητα.

Η εποχή Planck υποτίθεται ότι διήρκεσε από 0 έως 10-43 δευτερόλεπτα και ονομάζεται έτσι επειδή η διάρκειά της μπορεί να μετρηθεί μόνο με τον χρόνο Planck. Λόγω των ακραίων θερμοκρασιών και της άπειρης πυκνότητας της ύλης, η κατάσταση του σύμπαντος κατά τη διάρκεια αυτής της χρονικής περιόδου ήταν εξαιρετικά ασταθής. Μετά από αυτό, υπήρξαν περίοδοι επέκτασης και ψύξης, που οδήγησαν στην εμφάνιση των θεμελιωδών δυνάμεων της φυσικής.

Περίπου στην περίοδο από 10-43 έως 10-36 δευτερόλεπτα στο σύμπαν υπήρξε μια διαδικασία σύγκρουσης καταστάσεων μεταβατικών θερμοκρασιών. Πιστεύεται ότι σε αυτό το σημείο οι θεμελιώδεις δυνάμεις που διέπουν το σημερινό σύμπαν άρχισαν να διαχωρίζονται η μία από την άλλη. Το πρώτο βήμα σε αυτόν τον διαχωρισμό ήταν η εμφάνιση βαρυτικών δυνάμεων, ισχυρών και ασθενών πυρηνικών αλληλεπιδράσεων και ηλεκτρομαγνητισμού.

Περίπου 10-36 έως 10-32 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η θερμοκρασία του σύμπαντος έγινε αρκετά χαμηλή (1028 K) που οδήγησε στον διαχωρισμό των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων (ισχυρή δύναμη) και της ασθενούς πυρηνικής δύναμης (ασθενής δύναμη).

Η εποχή του πληθωρισμού.

Με την έλευση των πρώτων θεμελιωδών δυνάμεων στο σύμπαν, ξεκίνησε η εποχή του πληθωρισμού, η οποία διήρκεσε από 10-32 δευτερόλεπτα ώρα Planck έως ένα άγνωστο χρονικό σημείο. Τα περισσότερα κοσμολογικά μοντέλα υποδηλώνουν ότι το σύμπαν ήταν ομοιόμορφα γεμάτο με ενέργεια υψηλής πυκνότητας κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, και οι απίστευτα υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις το έκαναν να διαστέλλεται και να ψύχεται γρήγορα.

Αυτό ξεκίνησε στα 10-37 δευτερόλεπτα, όταν η μεταβατική φάση που προκάλεσε τον διαχωρισμό των δυνάμεων ακολουθήθηκε από μια εκθετική διαστολή του σύμπαντος. Την ίδια χρονική περίοδο, το σύμπαν βρισκόταν σε κατάσταση βαρυογένεσης, όταν η θερμοκρασία ήταν τόσο υψηλή που η τυχαία κίνηση των σωματιδίων στο διάστημα συνέβαινε με ταχύτητα σχεδόν του φωτός.

Αυτή τη στιγμή σχηματίζονται ζεύγη σωματιδίων – αντισωματιδίων και αμέσως συγκρουόμενα καταστρέφονται, κάτι που πιστεύεται ότι οδήγησε στην κυριαρχία της ύλης έναντι της αντιύλης στο σύγχρονο σύμπαν. Μετά την παύση του πληθωρισμού, το σύμπαν αποτελούνταν από πλάσμα κουάρκ-γλουονίων και άλλα στοιχειώδη σωματίδια. Από εκείνη τη στιγμή, το σύμπαν άρχισε να ψύχεται, η ύλη άρχισε να σχηματίζεται και να συνδυάζεται.

Η εποχή της ψύξης.

Με τη μείωση της πυκνότητας και της θερμοκρασίας μέσα στο σύμπαν, άρχισε να εμφανίζεται μείωση της ενέργειας σε κάθε σωματίδιο. Αυτή η μεταβατική κατάσταση διήρκεσε έως ότου οι θεμελιώδεις δυνάμεις και τα στοιχειώδη σωματίδια ήρθαν στη σημερινή τους μορφή. Δεδομένου ότι η ενέργεια των σωματιδίων έχει πέσει σε τιμές που μπορούν να επιτευχθούν σήμερα στο πλαίσιο πειραμάτων, η πραγματική πιθανή ύπαρξη αυτής της χρονικής περιόδου προκαλεί πολύ λιγότερες διαφωνίες μεταξύ των επιστημόνων.

Για παράδειγμα, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι στα 10-11 δευτερόλεπτα μετά τη μεγάλη έκρηξη, η ενέργεια των σωματιδίων μειώθηκε σημαντικά. Σε περίπου 10-6 δευτερόλεπτα, τα κουάρκ και τα γκλουόνια άρχισαν να σχηματίζουν βαρυόνια - πρωτόνια και νετρόνια. Τα κουάρκ άρχισαν να κυριαρχούν έναντι των αντικουάρκ, γεγονός που με τη σειρά του οδήγησε στην επικράτηση των βαρυονίων έναντι των αντιβαρυονίων.

Δεδομένου ότι η θερμοκρασία δεν ήταν πλέον αρκετά υψηλή για να δημιουργήσει νέα ζεύγη πρωτονίων-αντιπρωτονίων (ή ζεύγη νετρονίων-αντινετρονίων), ακολούθησε μαζική καταστροφή αυτών των σωματιδίων, η οποία οδήγησε στο υπόλοιπο μόνο 1/1010 των αρχικών πρωτονίων και νετρονίων και την πλήρη εξαφάνιση των αντισωματιδίων τους. Μια παρόμοια διαδικασία συνέβη περίπου 1 δευτερόλεπτο μετά τη μεγάλη έκρηξη. Μόνο τα «θύματα» αυτή τη φορά ήταν τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια. Μετά τη μαζική εκμηδένιση, τα υπόλοιπα πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια σταμάτησαν την τυχαία κίνησή τους και η ενεργειακή πυκνότητα του σύμπαντος γέμισε με φωτόνια και, σε μικρότερο βαθμό, με νετρίνα.

Κατά τα πρώτα λεπτά της διαστολής του σύμπαντος, ξεκίνησε μια περίοδος πυρηνοσύνθεσης (η σύνθεση χημικών στοιχείων) Χάρη στην πτώση της θερμοκρασίας στο 1 δισεκατομμύριο kelvins και τη μείωση της ενεργειακής πυκνότητας σε περίπου τιμές ισοδύναμες με τον αέρα πυκνότητα, νετρόνια και πρωτόνια άρχισαν να αναμειγνύονται και να σχηματίζουν το πρώτο σταθερό ισότοπο υδρογόνου (δευτέριο), καθώς και άτομα ηλίου. Ωστόσο, τα περισσότερα από τα πρωτόνια στο σύμπαν παρέμειναν ως ασυνάρτητοι πυρήνες ατόμων υδρογόνου.

Περίπου 379.000 χρόνια αργότερα, τα ηλεκτρόνια συνδυάστηκαν με αυτούς τους πυρήνες υδρογόνου για να σχηματίσουν άτομα (και πάλι κυρίως υδρογόνο), ενώ η ακτινοβολία διαχωρίστηκε από την ύλη και συνέχισε να διαστέλλεται σχεδόν ανεμπόδιστα στο διάστημα. Αυτή η ακτινοβολία ονομάζεται κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων και είναι η αρχαιότερη πηγή φωτός στο σύμπαν.

Με την επέκταση, η υπολειμματική ακτινοβολία έχασε σταδιακά την πυκνότητα και την ενέργειά της και αυτή τη στιγμή η θερμοκρασία της είναι 2,7260 0,0013 K (- 270,424 C) και η ενεργειακή πυκνότητα είναι 0,25 eV (ή 4,005x10-14 J / m? , 400-500 Τα φωτόνια/cm CMB εκτείνονται προς όλες τις κατευθύνσεις και σε απόσταση περίπου 13,8 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, αλλά η εκτίμηση της πραγματικής κατανομής του λέει περίπου 46 δισεκατομμύρια έτη φωτός από το κέντρο του σύμπαντος.

Η εποχή της δομής (ιεραρχική εποχή).

Τα επόμενα πολλά δισεκατομμύρια χρόνια, πυκνότερες περιοχές ύλης, σχεδόν ομοιόμορφα κατανεμημένες σε όλο το σύμπαν, άρχισαν να ελκύουν η μία την άλλη. Ως αποτέλεσμα, έγιναν ακόμη πιο πυκνά, άρχισαν να σχηματίζουν σύννεφα αερίων, αστέρια, γαλαξίες και άλλες αστρονομικές δομές που μπορούμε να παρατηρήσουμε αυτή τη στιγμή. Αυτή η περίοδος ονομάζεται ιεραρχική εποχή. Αυτή τη στιγμή, το σύμπαν που βλέπουμε τώρα άρχισε να διαμορφώνεται. Η ύλη άρχισε να συγχωνεύεται σε δομές διαφόρων μεγεθών - αστέρια, πλανήτες, γαλαξίες, σμήνη γαλαξιών, καθώς και γαλαξιακά υπερσμήνη που χωρίστηκαν από διαγαλαξιακές γέφυρες που περιείχαν μόνο λίγους γαλαξίες.

Οι λεπτομέρειες αυτής της διαδικασίας μπορούν να περιγραφούν σύμφωνα με την έννοια της ποσότητας και του τύπου της ύλης που κατανέμεται στο σύμπαν, η οποία αναπαρίσταται ως ψυχρή, θερμή, καυτή σκοτεινή ύλη και βαρυονική ύλη. Ωστόσο, το σύγχρονο πρότυπο κοσμολογικό μοντέλο big bang είναι το μοντέλο λάμδα - CDM, σύμφωνα με το οποίο τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης κινούνται πιο αργά από την ταχύτητα του φωτός. Επιλέχθηκε γιατί λύνει όλες τις αντιφάσεις που εμφανίστηκαν σε άλλα κοσμολογικά μοντέλα.

Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, η ψυχρή σκοτεινή ύλη αντιπροσωπεύει περίπου το 23 τοις εκατό της συνολικής ύλης/ενέργειας στο σύμπαν. Το ποσοστό της βαρυονικής ύλης είναι περίπου 4,6 τοις εκατό. Το Lambda - CDM αναφέρεται στη λεγόμενη κοσμολογική σταθερά: μια θεωρία που προτάθηκε από τον Albert Einstein που χαρακτηρίζει τις ιδιότητες του κενού και δείχνει τη σχέση ισορροπίας μεταξύ μάζας και ενέργειας ως σταθερό στατικό μέγεθος. Σε αυτή την περίπτωση, συνδέεται με τη σκοτεινή ενέργεια, η οποία χρησιμεύει ως επιταχυντής για τη διαστολή του σύμπαντος και διατηρεί τις γιγάντιες κοσμολογικές δομές σε μεγάλο βαθμό ομοιόμορφες.

Μακροπρόθεσμες προβλέψεις για το μέλλον του σύμπαντος.

Οι υποθέσεις ότι η εξέλιξη του σύμπαντος έχει ένα σημείο εκκίνησης οδηγούν φυσικά τους επιστήμονες σε ερωτήματα σχετικά με το πιθανό τελικό σημείο αυτής της διαδικασίας. Μόνο στην περίπτωση που το σύμπαν ξεκίνησε την ιστορία του από ένα μικρό σημείο με άπειρη πυκνότητα, το οποίο ξαφνικά άρχισε να διαστέλλεται, αυτό σημαίνει ότι θα διαστέλλεται επίσης επ' αόριστον, ή μια μέρα θα τελειώσει η διασταλτική του δύναμη και θα ξεκινήσει η αντίστροφη διαδικασία συστολής , το τελικό αποτέλεσμα του οποίου γίνεται το ίδιο απείρως πυκνό σημείο;

Η απάντηση σε αυτές τις ερωτήσεις ήταν ο κύριος στόχος των κοσμολόγων από την αρχή της συζήτησης σχετικά με το ποιο κοσμολογικό μοντέλο του σύμπαντος είναι σωστό. Με την αποδοχή της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης, αλλά σε μεγάλο βαθμό λόγω της παρατήρησης της σκοτεινής ενέργειας τη δεκαετία του 1990, οι επιστήμονες έφτασαν να συμφωνήσουν στα δύο πιο πιθανά σενάρια για την εξέλιξη του σύμπαντος.

Κάτω από το πρώτο, που ονομάζεται "Big Crunch", το σύμπαν θα φτάσει στο μέγιστο μέγεθος και θα αρχίσει να καταρρέει. Αυτό το σενάριο θα είναι δυνατό μόνο εάν η πυκνότητα μάζας του σύμπαντος γίνει μεγαλύτερη από την ίδια την κρίσιμη πυκνότητα. Με άλλα λόγια, εάν η πυκνότητα της ύλης φτάσει σε μια ορισμένη τιμή ή γίνει μεγαλύτερη από αυτήν την τιμή (1-3x10-26 kg ύλης ανά m), το σύμπαν θα αρχίσει να συρρικνώνεται.

Η εναλλακτική είναι ένα άλλο σενάριο που λέει ότι εάν η πυκνότητα στο σύμπαν είναι ίση ή κάτω από την κρίσιμη τιμή πυκνότητας, τότε η διαστολή του θα επιβραδυνθεί, αλλά ποτέ δεν θα σταματήσει εντελώς. Ονομάζεται «Θερμικός θάνατος του Σύμπαντος», αυτή η υπόθεση υποδηλώνει ότι η διαστολή θα συνεχιστεί έως ότου ο σχηματισμός των άστρων σταματήσει να καταναλώνει διαστρικό αέριο μέσα σε κάθε έναν από τους γύρω γαλαξίες. Δηλαδή, η μεταφορά ενέργειας και ύλης από το ένα αντικείμενο στο άλλο θα σταματήσει εντελώς. Όλα τα υπάρχοντα αστέρια σε αυτή την περίπτωση θα καούν και θα μετατραπούν σε λευκούς νάνους, αστέρια νετρονίων και μαύρες τρύπες.

Σταδιακά, οι μαύρες τρύπες θα συγκρουστούν με άλλες μαύρες τρύπες, γεγονός που οδηγεί στο σχηματισμό ολοένα και περισσότερων μεγάλων. Η μέση θερμοκρασία του σύμπαντος θα πλησιάσει το απόλυτο μηδέν. Οι μαύρες τρύπες τελικά θα «εξατμισθούν» απελευθερώνοντας την τελική τους ακτινοβολία. Τελικά, η θερμοδυναμική εντροπία στο σύμπαν θα είναι στο μέγιστο. Ο θερμικός θάνατος θα έρθει.

Σύγχρονες παρατηρήσεις που λαμβάνουν υπόψη την παρουσία της σκοτεινής ενέργειας και την επιρροή της στη διαστολή του σύμπαντος έχουν ωθήσει τους επιστήμονες να συμπεράνουν ότι με την πάροδο του χρόνου, όλο και περισσότερος χώρος στο σύμπαν θα ξεπερνά τον ορίζοντα των γεγονότων μας και θα γίνεται αόρατος σε εμάς. Το τελικό και λογικό αποτέλεσμα αυτού δεν είναι ακόμη γνωστό στους επιστήμονες, ωστόσο, ο "Θάνατος από θερμότητα" μπορεί κάλλιστα να είναι το τελικό σημείο τέτοιων γεγονότων.

Υπάρχουν και άλλες υποθέσεις σχετικά με την κατανομή της σκοτεινής ενέργειας, ή μάλλον, τους πιθανούς τύπους της (για παράδειγμα, ενέργεια φάντασμα. Σύμφωνα με αυτές, γαλαξιακά σμήνη, αστέρια, πλανήτες, άτομα, ατομικοί πυρήνες και η ίδια η ύλη θα σχιστούν ως αποτέλεσμα Η άπειρη διαστολή του.Μια τέτοια εξέλιξη σεναρίου ονομάζεται «Big Rip.» Ο λόγος για τον θάνατο του σύμπαντος σύμφωνα με αυτό το σενάριο είναι η ίδια η διαστολή.

Ιστορία της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης.

Η παλαιότερη αναφορά της Μεγάλης Έκρηξης χρονολογείται στις αρχές του 20ου αιώνα και σχετίζεται με παρατηρήσεις του διαστήματος. Το 1912, ο Αμερικανός αστρονόμος Γουέστ Σλίφερ έκανε μια σειρά από παρατηρήσεις σπειροειδών γαλαξιών (οι οποίοι αρχικά φαινόταν να είναι νεφελώματα) και μέτρησε τις μετατοπίσεις τους στο ερυθρό Doppler. Σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις, οι παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι οι σπειροειδείς γαλαξίες απομακρύνονται από τον Γαλαξία μας.

Το 1922, ο εξαιρετικός Ρώσος μαθηματικός και κοσμολόγος Alexander Fridman εξήγαγε τις λεγόμενες εξισώσεις Friedmann από τις εξισώσεις του Einstein για τη γενική σχετικότητα. Παρά την προώθηση της θεωρίας από τον Αϊνστάιν υπέρ μιας κοσμολογικής σταθεράς, το έργο του Friedmann έδειξε ότι το σύμπαν βρίσκεται μάλλον σε κατάσταση διαστολής.

Το 1924, οι μετρήσεις του Edwin Hubble για την απόσταση από το πλησιέστερο σπειροειδές νεφέλωμα έδειξαν ότι αυτά τα συστήματα είναι, στην πραγματικότητα, πραγματικά διαφορετικοί γαλαξίες. Την ίδια στιγμή, το Hubble άρχισε να αναπτύσσει ένα σύνολο μέτρων για την αφαίρεση απόστασης χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο Hooker 2,5 μέτρων στο Παρατηρητήριο Mount Wilson. Μέχρι το 1929, το Hubble είχε ανακαλύψει μια σχέση μεταξύ της απόστασης και της ταχύτητας υποχώρησης των γαλαξιών, η οποία αργότερα έγινε ο νόμος του Hubble.

Το 1927, ο Βέλγος μαθηματικός, φυσικός και καθολικός ιερέας Georges Lemaitre έφτασε ανεξάρτητα στα ίδια αποτελέσματα που έδειξαν οι εξισώσεις του Friedmann και ήταν ο πρώτος που διατύπωσε τη σχέση μεταξύ της απόστασης και της ταχύτητας των γαλαξιών, προτείνοντας την πρώτη εκτίμηση του συντελεστή αυτού. σχέση. Ο Λεμέτρ πίστευε ότι κάποια στιγμή στο παρελθόν, ολόκληρη η μάζα του σύμπαντος ήταν συγκεντρωμένη σε ένα σημείο (άτομο.

Αυτές οι ανακαλύψεις και οι υποθέσεις προκάλεσαν πολλές διαμάχες μεταξύ των φυσικών στις δεκαετίες του '20 και του '30, οι περισσότεροι από τους οποίους πίστευαν ότι το σύμπαν βρισκόταν σε ακίνητη κατάσταση. Σύμφωνα με το καθιερωμένο τότε μοντέλο, δημιουργείται νέα ύλη μαζί με την άπειρη διαστολή του σύμπαντος, κατανεμημένη ομοιόμορφα και ισότιμα σε πυκνότητα σε όλο το μήκος της. Μεταξύ των επιστημόνων που το υποστήριξαν, η ιδέα της μεγάλης έκρηξης φαινόταν περισσότερο θεολογική παρά επιστημονική. Ο Lemaitre έχει επικριθεί για προκατάληψη που βασίζεται στη θρησκευτική προκατάληψη.

Ας σημειωθεί ότι την ίδια περίοδο υπήρχαν και άλλες θεωρίες. Για παράδειγμα, το μοντέλο Milne του σύμπαντος και το κυκλικό μοντέλο. Και οι δύο βασίστηκαν στα αξιώματα της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν και στη συνέχεια έλαβαν την υποστήριξη του ίδιου του επιστήμονα. Σύμφωνα με αυτά τα μοντέλα, το σύμπαν υπάρχει σε ένα ατελείωτο ρεύμα επαναλαμβανόμενων κύκλων διαστολών και καταρρεύσεων.

1. Η εποχή της ιδιαιτερότητας (Πλανκική). Θεωρείται πρωταρχική, ως πρώιμη εξελικτική περίοδος του Σύμπαντος. Η ύλη συγκεντρώθηκε σε ένα σημείο, έχοντας τη δική της θερμοκρασία και άπειρη πυκνότητα. Οι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι αυτή η εποχή είναι χαρακτηριστική για την κυριαρχία των κβαντικών επιδράσεων που ανήκουν στη βαρυτική αλληλεπίδραση έναντι των φυσικών και καμία φυσική δύναμη που υπήρχε σε εκείνους τους μακρινούς χρόνους δεν ήταν πανομοιότυπη σε ισχύ με τη βαρύτητα, δηλαδή δεν ήταν ίση με αυτήν. Η διάρκεια της εποχής Planck συγκεντρώνεται στο εύρος από 0 έως 10-43 δευτερόλεπτα. Έλαβε ένα τέτοιο όνομα λόγω του γεγονότος ότι μόνο ο χρόνος Planck μπορούσε να μετρήσει πλήρως το μήκος του. Αυτό το χρονικό διάστημα θεωρείται πολύ ασταθές, το οποίο με τη σειρά του σχετίζεται στενά με την ακραία θερμοκρασία και την απεριόριστη πυκνότητα της ύλης. Μετά την εποχή της ιδιαιτερότητας, υπήρξε μια περίοδος επέκτασης, και μαζί της μια περίοδος ψύξης, που οδήγησε στο σχηματισμό των κύριων φυσικών δυνάμεων.

Πώς γεννήθηκε το Σύμπαν. κρύος τοκετός

Τι ήταν πριν από το Σύμπαν. Μοντέλο Sleeping Universe

«Ίσως, πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, το σύμπαν ήταν ένας πολύ συμπαγής, αργά εξελισσόμενος στατικός χώρος», θεωρούν φυσικοί όπως ο Kurt Hinterbichler, ο Austin Joyce και ο Justin Khoury.

Αυτό το «προ της έκρηξης» Σύμπαν θα έπρεπε να είχε μια μετασταθερή κατάσταση, δηλαδή να είναι σταθερό μέχρι να εμφανιστεί μια ακόμη πιο σταθερή κατάσταση. Κατ' αναλογία, φανταστείτε έναν γκρεμό, στην άκρη του οποίου υπάρχει ένας ογκόλιθος σε κατάσταση δόνησης. Οποιοδήποτε άγγιγμα στον ογκόλιθο θα οδηγήσει στο γεγονός ότι θα πέσει στην άβυσσο ή -που είναι πιο κοντά στην περίπτωσή μας- θα γίνει Big Bang. Σύμφωνα με ορισμένες θεωρίες, το Σύμπαν «προ της έκρηξης» θα μπορούσε να υπήρχε σε διαφορετική μορφή, για παράδειγμα, με τη μορφή ενός πλάτους και πολύ πυκνού χώρου. Ως αποτέλεσμα, αυτή η μετασταθερή περίοδος έφτασε στο τέλος της: επεκτάθηκε δραματικά και απέκτησε τη μορφή και την κατάσταση αυτού που βλέπουμε τώρα.

«Το μοντέλο του κοιμισμένου σύμπαντος, ωστόσο, έχει επίσης τα προβλήματά του», λέει ο Carroll.

«Υποθέτει επίσης ότι το σύμπαν μας έχει χαμηλό επίπεδο εντροπίας και δεν εξηγεί γιατί συμβαίνει αυτό».

Αλλά ο Hinterbichler, ένας θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο Case Western Reserve, δεν βλέπει τη χαμηλή εντροπία ως πρόβλημα.

«Απλώς αναζητούμε μια εξήγηση της δυναμικής που έλαβε χώρα πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, η οποία εξηγεί γιατί βλέπουμε αυτό που βλέπουμε τώρα. Μέχρι στιγμής, αυτό είναι το μόνο πράγμα που μας έχει απομείνει», λέει ο Hinterbichler.

Ο Carroll, ωστόσο, πιστεύει ότι υπάρχει μια άλλη θεωρία για το Σύμπαν «προ της έκρηξης», που μπορεί να εξηγήσει το χαμηλό επίπεδο εντροπίας που υπάρχει στο Σύμπαν μας.

Πώς το σύμπαν εμφανίστηκε από το τίποτα. Πώς λειτουργεί το Σύμπαν

Ας μιλήσουμε για το πώς λειτουργεί πραγματικά η φυσική, σύμφωνα με τις έννοιες μας. Από την εποχή του Νεύτωνα, το παράδειγμα της θεμελιώδης φυσικής δεν έχει αλλάξει. περιλαμβάνει τρία μέρη. Το πρώτο είναι ο «χώρος κατάστασης»: ουσιαστικά μια λίστα με όλες τις πιθανές διαμορφώσεις στις οποίες θα μπορούσε να βρίσκεται το σύμπαν. Η δεύτερη είναι μια συγκεκριμένη κατάσταση που αντιπροσωπεύει το σύμπαν σε κάποια χρονική στιγμή, συνήθως την τρέχουσα. Ο τρίτος είναι ένας ορισμένος κανόνας σύμφωνα με τον οποίο το Σύμπαν αναπτύσσεται στο χρόνο. Δώσε μου το σύμπαν για σήμερα και οι νόμοι της φυσικής θα μου πουν τι θα γίνει στο μέλλον. Αυτός ο τρόπος σκέψης δεν είναι λιγότερο αληθινός για την κβαντική μηχανική ή τη γενική σχετικότητα ή τη θεωρία του κβαντικού πεδίου από ό,τι για τη Νευτώνεια μηχανική ή την ηλεκτροδυναμική του Μαξγουελίου.

Η κβαντομηχανική ειδικότερα είναι μια ειδική αλλά πολύ ευέλικτη εφαρμογή αυτού του σχήματος. (Η κβαντική θεωρία πεδίου είναι απλώς ένα συγκεκριμένο παράδειγμα κβαντικής μηχανικής, όχι ένας νέος τρόπος σκέψης.) Οι καταστάσεις είναι "συναρτήσεις κυμάτων" και το σύνολο όλων των πιθανών κυματοσυναρτήσεων ενός συγκεκριμένου συστήματος ονομάζεται "χώρος Hilbert". Το πλεονέκτημά του είναι ότι περιορίζει σοβαρά το σύνολο των δυνατοτήτων (γιατί είναι διανυσματικός χώρος: σημείωση για ειδικούς). Μόλις μου πείτε το μέγεθός του (αριθμός διαστάσεων), θα ορίσετε πλήρως τον χώρο Hilbert σας. Αυτό διαφέρει δραστικά από την κλασική μηχανική, όπου ο χώρος κατάστασης μπορεί να γίνει εξαιρετικά περίπλοκος. Και μετά υπάρχει ένα μηχάνημα - "Hamiltonian" - που δείχνει ακριβώς πώς να αναπτυχθεί από τη μια κατάσταση στην άλλη με την πάροδο του χρόνου. Επαναλαμβάνω ότι δεν υπάρχουν πολλές ποικιλίες Hamiltonians. αρκεί να γράψετε μια συγκεκριμένη λίστα ποσοτήτων (ιδιοτιμές ενέργειας - διευκρίνιση για εσάς, ενοχλητικοί ειδικοί).

Πώς εμφανίστηκε η ζωή στη Γη. Ζωή στη Γη

Η ζωή που χρησιμοποιεί χημεία διαφορετική από τη δική μας θα μπορούσε να συμβεί περισσότερες από μία φορές στη Γη. Μπορεί. Και αν βρούμε στοιχεία για μια τέτοια διαδικασία, σημαίνει ότι υπάρχει μεγάλη πιθανότητα να προκύψει ζωή σε πολλά μέρη στο σύμπαν ανεξάρτητα το ένα από το άλλο, όπως ακριβώς προέκυψε η ζωή στη Γη. Αλλά από την άλλη πλευρά, φανταστείτε πώς θα νιώθαμε αν τελικά ανακαλύψαμε ζωή σε έναν άλλο πλανήτη, ίσως σε τροχιά από ένα μακρινό αστέρι, και αποδεικνύονταν ότι είχε ίδια χημεία και ίσως ακόμη και πανομοιότυπη δομή DNA με το δικό μας.

Οι πιθανότητες η ζωή στη Γη να προέκυψε εντελώς αυθόρμητα και κατά τύχη φαίνονται πολύ μικρές. Οι πιθανότητες να συμβεί η ίδια ακριβώς ζωή αλλού είναι απίστευτα μικρές και ουσιαστικά μηδενικές. Υπάρχουν όμως πιθανές απαντήσεις σε αυτές τις ερωτήσεις, τις οποίες περιέγραψαν οι Άγγλοι αστρονόμοι Fred Hoyle και Chandra Wickramasinghe στο ασυνήθιστο βιβλίο τους, που γράφτηκε το 1979 - Life cloud.

Δεδομένης της εξαιρετικά απίθανης πιθανότητας η ζωή στη Γη να εμφανίστηκε μόνη της, οι συγγραφείς προσφέρουν μια διαφορετική εξήγηση. Βρίσκεται στο γεγονός ότι η εμφάνιση της ζωής συνέβη κάπου στο διάστημα και στη συνέχεια εξαπλώθηκε σε όλο το σύμπαν μέσω της πανσπερμίας. Η μικροσκοπική ζωή που έχει κολλήσει σε συντρίμμια από κοσμικές συγκρούσεις μπορεί να ταξιδεύει αδρανής για πολύ μεγάλες χρονικές περιόδους. Μετά από αυτό, όταν φτάσει στον προορισμό του, όπου θα αρχίσει να αναπτύσσεται ξανά. Έτσι, όλη η ζωή στο Σύμπαν, συμπεριλαμβανομένης της ζωής στη Γη, είναι στην πραγματικότητα μία και η ίδια ζωή.

Βίντεο Πώς εμφανίστηκε το Σύμπαν

Πώς το σύμπαν εμφανίστηκε από το τίποτα. κρύος τοκετός

Ωστόσο, οι δρόμοι για μια τέτοια ενοποίηση μπορούν να εξεταστούν σε ποιοτικό επίπεδο και εδώ εμφανίζονται πολύ ενδιαφέρουσες προοπτικές. Ένα από αυτά θεωρήθηκε από τον διάσημο κοσμολόγο, καθηγητή του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, Λόρενς Κράους, στο πρόσφατα δημοσιευμένο βιβλίο του «A Universe From Nothing» («The Universe from Nothing»). Η υπόθεσή του φαίνεται φανταστική, αλλά δεν έρχεται σε αντίθεση με τους καθιερωμένους νόμους της φυσικής.

Πιστεύεται ότι το σύμπαν μας αναδύθηκε από μια πολύ θερμή αρχική κατάσταση με θερμοκρασία περίπου 1032 Κέλβιν. Ωστόσο, είναι επίσης δυνατό να φανταστούμε την ψυχρή γέννηση των συμπάντων από το καθαρό κενό - πιο συγκεκριμένα, από τις κβαντικές του διακυμάνσεις. Είναι γνωστό ότι τέτοιες διακυμάνσεις δημιουργούν μια μεγάλη ποικιλία εικονικών σωματιδίων που κυριολεκτικά προέκυψαν από την ανυπαρξία και στη συνέχεια εξαφανίστηκαν χωρίς ίχνος. Σύμφωνα με τον Krauss, οι διακυμάνσεις του κενού είναι καταρχήν ικανές να δημιουργήσουν εξίσου εφήμερα πρωτόσύμπανα, τα οποία, υπό ορισμένες συνθήκες, περνούν από μια εικονική κατάσταση σε μια πραγματική.

Το ερώτημα για το πώς εμφανίστηκε το σύμπαν ανέκαθεν ανησυχούσε τους ανθρώπους. Αυτό δεν προκαλεί έκπληξη, γιατί όλοι θέλουν να μάθουν την προέλευσή τους. Επιστήμονες, ιερείς και συγγραφείς παλεύουν με αυτό το ερώτημα εδώ και αρκετές χιλιετίες. Αυτή η ερώτηση διεγείρει το μυαλό όχι μόνο των ειδικών, αλλά και κάθε απλού ανθρώπου. Ωστόσο, πρέπει αμέσως να πούμε ότι δεν υπάρχει εκατό τοις εκατό απάντηση στο ερώτημα πώς εμφανίστηκε το Σύμπαν. Υπάρχει μόνο μια θεωρία που υποστηρίζεται από τους περισσότερους επιστήμονες.

Εδώ θα το αναλύσουμε.

Δεδομένου ότι κάθε τι που περιβάλλει τον άνθρωπο έχει την αρχή του, δεν είναι περίεργο ότι από την αρχαιότητα ο άνθρωπος προσπαθεί να βρει την αρχή του σύμπαντος. Για ένα άτομο του Μεσαίωνα, η απάντηση σε αυτή την ερώτηση ήταν αρκετά απλή - ο Θεός δημιούργησε το Σύμπαν. Ωστόσο, με την ανάπτυξη της επιστήμης, οι επιστήμονες άρχισαν να αμφισβητούν όχι μόνο το ζήτημα του Θεού, αλλά γενικά ότι το σύμπαν είχε μια αρχή.

Το 1929, χάρη στον Αμερικανό αστρονόμο Hubble, οι επιστήμονες επέστρεψαν στο ζήτημα των ριζών του σύμπαντος. Το γεγονός είναι ότι το Hubble απέδειξε ότι οι γαλαξίες που αποτελούν το Σύμπαν κινούνται συνεχώς. Εκτός από κίνηση, μπορούν επίσης να αυξηθούν, πράγμα που σημαίνει ότι αυξάνεται και το Σύμπαν. Και αν μεγαλώσει, αποδεικνύεται ότι κάποτε υπήρχε ένα στάδιο έναρξης αυτής της ανάπτυξης. Και αυτό σημαίνει ότι το σύμπαν έχει μια αρχή.

Λίγο αργότερα, ο Βρετανός αστρονόμος Hoyle πρότεινε μια συγκλονιστική υπόθεση: το Σύμπαν προέκυψε τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης. Η θεωρία του έμεινε στην ιστορία με αυτό το όνομα. Η ουσία της ιδέας του Hoyle είναι απλή και σύνθετη ταυτόχρονα. Πίστευε ότι κάποτε υπήρχε ένα στάδιο που ονομάζεται κατάσταση της κοσμικής μοναδικότητας, δηλαδή ότι ο χρόνος βρισκόταν στο μηδέν και η πυκνότητα και η θερμοκρασία ήταν ίσες με το άπειρο. Και σε μια στιγμή έγινε μια έκρηξη, με αποτέλεσμα να σπάσει η ιδιομορφία, και επομένως η πυκνότητα και η θερμοκρασία άλλαξαν, άρχισε η ανάπτυξη της ύλης, πράγμα που σημαίνει ότι ο χρόνος άρχισε να μετράει. Αργότερα, ο ίδιος ο Χόιλ αποκάλεσε τη θεωρία του μη πειστική, αλλά αυτό δεν την εμπόδισε να γίνει η πιο δημοφιλής υπόθεση για την προέλευση του σύμπαντος.

Πότε συνέβη αυτό που ο Χόιλ ονόμασε Μεγάλη Έκρηξη; Οι επιστήμονες έχουν κάνει πολλούς υπολογισμούς, με αποτέλεσμα οι περισσότεροι να συμφωνούν στον αριθμό των 13,5 δισεκατομμυρίων ετών. Τότε ήταν που το Σύμπαν άρχισε να εμφανίζεται από το τίποτα.Μέσα σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου, το Σύμπαν απέκτησε μέγεθος μικρότερο από ένα άτομο και ξεκίνησε η διαδικασία της ανάπτυξης. Η βαρύτητα έπαιξε βασικό ρόλο. Το πιο ενδιαφέρον είναι ότι αν ήταν λίγο πιο δυνατό, τότε δεν θα είχε προκύψει τίποτα, το πολύ μαύρη τρύπα. Και αν η βαρύτητα ήταν λίγο πιο αδύναμη, τότε δεν θα προέκυπτε απολύτως τίποτα.
Λίγα δευτερόλεπτα μετά την έκρηξη, η θερμοκρασία στο σύμπαν μειώθηκε ελαφρά, γεγονός που έδωσε ώθηση στη δημιουργία ύλης και αντιύλης. Ως αποτέλεσμα, άρχισαν να εμφανίζονται άτομα. Έτσι το σύμπαν έπαψε να είναι μονότονο. Κάπου υπήρχαν περισσότερα άτομα, αλλού λιγότερα. Σε κάποια σημεία έκανε ζέστη, σε άλλα η θερμοκρασία ήταν χαμηλότερη. Τα άτομα άρχισαν να συγκρούονται μεταξύ τους, σχηματίζοντας ενώσεις, στη συνέχεια νέες ουσίες και αργότερα σώματα. Μερικά από τα αντικείμενα είχαν μεγάλη εσωτερική ενέργεια. Αυτά ήταν τα αστέρια. Άρχισαν να μαζεύουν γύρω τους (λόγω της δύναμης της βαρύτητας) άλλα σώματα, που ονομάζουμε πλανήτες. Έτσι προέκυψαν συστήματα, ένα από τα οποία είναι το ηλιακό μας σύστημα.

Μεγάλη έκρηξη. Προβλήματα μοντέλων και επίλυσή τους

Το πρόβλημα της μεγάλης κλίμακας και της ισοτροπίας του Σύμπαντος μπορεί να επιλυθεί λόγω του γεγονότος ότι κατά το στάδιο του πληθωρισμού, η διαστολή συνέβη με ασυνήθιστα υψηλό ρυθμό. Από αυτό προκύπτει ότι ολόκληρος ο χώρος του παρατηρήσιμου Σύμπαντος είναι το αποτέλεσμα μιας αιτιολογικά συνδεδεμένης περιοχής της εποχής που προηγήθηκε της πληθωριστικής.
Επίλυση του προβλήματος ενός επίπεδου σύμπαντος. Αυτό είναι δυνατό γιατί στο στάδιο του πληθωρισμού παρατηρείται αύξηση της ακτίνας καμπυλότητας του χώρου. Αυτή η τιμή είναι τέτοια που επιτρέπει στις σύγχρονες παραμέτρους πυκνότητας να έχουν μια τιμή κοντά στην κρίσιμη.
Η πληθωριστική επέκταση οδηγεί στην εμφάνιση διακυμάνσεων της πυκνότητας με ορισμένο πλάτος και σχήμα φάσματος. Αυτό καθιστά δυνατή αυτές τις ταλαντώσεις (διακυμάνσεις) να εξελιχθούν στην τρέχουσα δομή του Σύμπαντος, διατηρώντας παράλληλα μεγάλης κλίμακας ομοιογένεια και ισοτροπία. Αυτή είναι η λύση στο πρόβλημα της μεγάλης κλίμακας δομής του σύμπαντος.

Το κύριο μειονέκτημα του πληθωριστικού μοντέλου μπορεί να θεωρηθεί η εξάρτησή του από θεωρίες που δεν έχουν ακόμη αποδειχθεί και δεν έχουν αναπτυχθεί πλήρως.

Για παράδειγμα, το μοντέλο βασίζεται στην ενοποιημένη θεωρία πεδίου, η οποία εξακολουθεί να είναι απλώς μια υπόθεση. Δεν μπορεί να ελεγχθεί πειραματικά στο εργαστήριο. Ένα άλλο μειονέκτημα του μοντέλου είναι το ακατανόητο από πού προήλθε η υπερθερμασμένη και διαστελλόμενη ύλη. Εδώ εξετάζονται τρεις πιθανότητες:

Η τυπική θεωρία του Big Bang υποθέτει ότι ο πληθωρισμός ξεκίνησε σε πολύ πρώιμο στάδιο στην εξέλιξη του σύμπαντος. Αλλά τότε το πρόβλημα της μοναδικότητας δεν επιλύεται.
Η δεύτερη πιθανότητα είναι η ανάδυση του Σύμπαντος από το χάος. Διαφορετικά μέρη του είχαν διαφορετικές θερμοκρασίες, έτσι σε ορισμένα σημεία υπήρχε συμπίεση και σε άλλα - διαστολή. Ο πληθωρισμός πρέπει να συνέβη σε μια περιοχή του σύμπαντος που υπερθερμαίνεται και διαστέλλεται. Αλλά δεν είναι ξεκάθαρο από πού προήλθε το πρωταρχικό χάος.
Η τρίτη επιλογή είναι ένας κβαντομηχανικός τρόπος, μέσω του οποίου προέκυψε μια δέσμη υπερθερμασμένης και διαστελλόμενης ύλης. Στην πραγματικότητα, το σύμπαν προέκυψε από το τίποτα.

Ένα από τα βασικά ερωτήματα που δεν προέρχονται από την ανθρώπινη συνείδηση ήταν πάντα και είναι το ερώτημα: «πώς εμφανίστηκε το Σύμπαν;». Φυσικά, δεν υπάρχει σαφής απάντηση σε αυτό το ερώτημα και είναι απίθανο να ληφθεί στο εγγύς μέλλον, ωστόσο, η επιστήμη εργάζεται προς αυτή την κατεύθυνση και διαμορφώνει ένα ορισμένο θεωρητικό μοντέλο για την προέλευση του Σύμπαντος μας.

Πρώτα απ 'όλα, θα πρέπει να εξετάσουμε τις κύριες ιδιότητες του Σύμπαντος, οι οποίες θα πρέπει να περιγραφούν στο πλαίσιο του κοσμολογικού μοντέλου.

Το μοντέλο πρέπει να λαμβάνει υπόψη τις παρατηρούμενες αποστάσεις μεταξύ των αντικειμένων, καθώς και την ταχύτητα και την κατεύθυνση της κίνησής τους. Τέτοιοι υπολογισμοί βασίζονται στο νόμο Hubble: cz = H0D, όπου z είναι η μετατόπιση προς το κόκκινο ενός αντικειμένου, D είναι η απόσταση από αυτό το αντικείμενο, c είναι η ταχύτητα του φωτός.
Η ηλικία του Σύμπαντος στο μοντέλο πρέπει να υπερβαίνει την ηλικία των παλαιότερων αντικειμένων στον κόσμο.
Το μοντέλο πρέπει να λαμβάνει υπόψη την αρχική αφθονία των στοιχείων.
Το μοντέλο πρέπει να λαμβάνει υπόψη την παρατηρούμενη δομή μεγάλης κλίμακας του Σύμπαντος.
Το μοντέλο πρέπει να λαμβάνει υπόψη το παρατηρούμενο υπόβαθρο λειψάνων.

Ας εξετάσουμε εν συντομία τη γενικά αποδεκτή θεωρία για την προέλευση και την πρώιμη εξέλιξη του Σύμπαντος, η οποία υποστηρίζεται από την πλειοψηφία των επιστημόνων. Σήμερα, η θεωρία του Big Bang αναφέρεται στον συνδυασμό του μοντέλου του θερμού σύμπαντος με το Big Bang. Και, παρόλο που αυτές οι έννοιες υπήρχαν αρχικά ανεξάρτητα η μία από την άλλη, ως αποτέλεσμα του συνδυασμού τους, ήταν δυνατό να εξηγηθεί η αρχική χημική σύνθεση του Σύμπαντος, καθώς και η παρουσία κοσμικής ακτινοβολίας μικροκυμάτων υποβάθρου.

Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, το Σύμπαν προέκυψε πριν από περίπου 13,77 δισεκατομμύρια χρόνια από κάποιο πυκνό θερμαινόμενο αντικείμενο - μια μοναδική κατάσταση που είναι δύσκολο να περιγραφεί στο πλαίσιο της σύγχρονης φυσικής. Το πρόβλημα με την κοσμολογική ιδιομορφία, μεταξύ άλλων, είναι ότι όταν την περιγράφουμε, τα περισσότερα φυσικά μεγέθη, όπως η πυκνότητα και η θερμοκρασία, τείνουν στο άπειρο. Ταυτόχρονα, είναι γνωστό ότι σε μια άπειρη πυκνότητα, η εντροπία (μέτρο του χάους) θα πρέπει να τείνει στο μηδέν, κάτι που σε καμία περίπτωση δεν είναι συμβατό με την άπειρη θερμοκρασία.

Εξέλιξη του Σύμπαντος

Τα πρώτα 10 έως -43 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη ονομάζονται στάδιο του κβαντικού χάους. Η φύση του σύμπαντος σε αυτό το στάδιο της ύπαρξης δεν μπορεί να περιγραφεί στο πλαίσιο της φυσικής που μας είναι γνωστό. Υπάρχει μια αποσύνθεση ενός συνεχούς ενιαίου χωροχρόνου σε κβάντα.

Η ροπή Planck είναι η στιγμή του τέλους του κβαντικού χάους, που πέφτει στο 10 σε -43 δευτερόλεπτα. Εκείνη τη στιγμή, οι παράμετροι του Σύμπαντος ήταν ίσες με τις τιμές Planck, όπως η θερμοκρασία Planck (περίπου 1032 K). Την εποχή της εποχής Planck, και οι τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις (ασθενείς, ισχυρές, ηλεκτρομαγνητικές και βαρυτικές) συνδυάστηκαν σε μια ενιαία αλληλεπίδραση. Δεν είναι δυνατόν να θεωρήσουμε τη στιγμή Planck ως μια ορισμένη μεγάλη περίοδο, αφού η σύγχρονη φυσική δεν λειτουργεί με παραμέτρους μικρότερες από αυτές του Planck.
στάδιο του πληθωρισμού. Το επόμενο στάδιο στην ιστορία του σύμπαντος ήταν το στάδιο του πληθωρισμού. Την πρώτη στιγμή του πληθωρισμού, η βαρυτική αλληλεπίδραση διαχωρίστηκε από ένα ενιαίο υπερσυμμετρικό πεδίο (προηγουμένως περιλάμβανε τα πεδία των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων). Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η ύλη έχει αρνητική πίεση, η οποία προκαλεί εκθετική αύξηση της κινητικής ενέργειας του Σύμπαντος. Με απλά λόγια, κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, το Σύμπαν άρχισε να διογκώνεται πολύ γρήγορα και προς το τέλος, η ενέργεια των φυσικών πεδίων μετατρέπεται σε ενέργεια συνηθισμένων σωματιδίων. Στο τέλος αυτού του σταδίου, η θερμοκρασία της ουσίας και της ακτινοβολίας αυξάνεται σημαντικά. Παράλληλα με το τέλος του σταδίου του πληθωρισμού, εμφανίζεται και μια ισχυρή αλληλεπίδραση. Επίσης αυτή τη στιγμή προκύπτει η ασυμμετρία του βαρυονίου του Σύμπαντος.

[Η ασυμμετρία του βαρυονίου του Σύμπαντος είναι ένα παρατηρούμενο φαινόμενο της υπεροχής της ύλης έναντι της αντιύλης στο Σύμπαν]

Το στάδιο της κυριαρχίας της ακτινοβολίας. Το επόμενο στάδιο στην ανάπτυξη του Σύμπαντος, το οποίο περιλαμβάνει πολλά στάδια. Σε αυτό το στάδιο, η θερμοκρασία του Σύμπαντος αρχίζει να μειώνεται, σχηματίζονται κουάρκ, μετά αδρόνια και λεπτόνια. Στην εποχή της πυρηνοσύνθεσης, εμφανίζεται ο σχηματισμός αρχικών χημικών στοιχείων, συντίθεται ήλιο. Ωστόσο, η ακτινοβολία εξακολουθεί να κυριαρχεί στην ύλη.
Η εποχή της κυριαρχίας της ύλης. Μετά από 10.000 χρόνια, η ενέργεια της ύλης ξεπερνά σταδιακά την ενέργεια της ακτινοβολίας και επέρχεται ο διαχωρισμός τους. Η ουσία αρχίζει να κυριαρχεί στην ακτινοβολία, εμφανίζεται ένα υπόλειμμα φόντου. Επίσης, ο διαχωρισμός της ύλης με την ακτινοβολία αύξησε σημαντικά τις αρχικές ανομοιογένειες στην κατανομή της ύλης, με αποτέλεσμα να αρχίσουν να σχηματίζονται γαλαξίες και υπεργαλαξίες. Οι νόμοι του Σύμπαντος ήρθαν στη μορφή με την οποία τους παρατηρούμε σήμερα.

Η παραπάνω εικόνα αποτελείται από πολλές θεμελιώδεις θεωρίες και δίνει μια γενική ιδέα για το σχηματισμό του Σύμπαντος στα πρώτα στάδια της ύπαρξής του.

Από πού προήλθε το σύμπαν;

Εάν το Σύμπαν προήλθε από μια κοσμολογική ιδιομορφία, τότε από πού προήλθε η μοναδικότητα; Δεν είναι ακόμη δυνατό να δοθεί μια ακριβής απάντηση σε αυτό το ερώτημα. Ας εξετάσουμε μερικά κοσμολογικά μοντέλα που επηρεάζουν τη «γέννηση του Σύμπαντος».

Αυτά τα μοντέλα βασίζονται στον ισχυρισμό ότι το Σύμπαν υπήρχε πάντα και με την πάροδο του χρόνου η κατάστασή του αλλάζει μόνο, περνώντας από τη διαστολή στη συστολή και αντίστροφα.

Μοντέλο Steinhardt-Turok. Αυτό το μοντέλο βασίζεται στη θεωρία χορδών (M-theory), καθώς χρησιμοποιεί ένα τέτοιο αντικείμενο ως «βράνη».

[Το πίτουρο (από μεμβράνη) στη θεωρία χορδών (Μ-θεωρία) είναι ένα υποθετικό θεμελιώδες πολυδιάστατο φυσικό αντικείμενο με διάσταση μικρότερη από τη διάσταση του χώρου στον οποίο βρίσκεται]

Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, το ορατό Σύμπαν βρίσκεται μέσα σε μια τρίβρανη, η οποία περιοδικά, κάθε λίγα τρισεκατομμύρια χρόνια, συγκρούεται με μια άλλη τρίβρανη, η οποία προκαλεί ένα είδος Big Bang. Περαιτέρω, η τριβράνη μας αρχίζει να απομακρύνεται από την άλλη και να επεκτείνεται. Σε κάποιο σημείο, το μερίδιο της σκοτεινής ενέργειας υπερισχύει και ο ρυθμός διαστολής των τριών βράνων αυξάνεται. Η κολοσσιαία διαστολή διασκορπίζει την ύλη και την ακτινοβολία σε τέτοιο βαθμό που ο κόσμος γίνεται σχεδόν ομοιογενής και άδειος. Τελικά, οι τρεις βράνες συγκρούονται ξανά, με αποτέλεσμα η δική μας να επιστρέψει στην αρχική φάση του κύκλου της, δημιουργώντας εκ νέου το «σύμπαν» μας.

Η θεωρία των Loris Baum και Paul Frampton αναφέρει επίσης ότι το σύμπαν είναι κυκλικό. Σύμφωνα με τη θεωρία τους, μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η τελευταία θα επεκταθεί λόγω της σκοτεινής ενέργειας μέχρι να πλησιάσει τη στιγμή της «διάσπασης» του ίδιου του χωροχρόνου - το Big Rip. Όπως γνωρίζετε, σε ένα «κλειστό σύστημα, η εντροπία δεν μειώνεται» (ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής). Από αυτή τη δήλωση προκύπτει ότι το Σύμπαν δεν μπορεί να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση, αφού κατά τη διάρκεια μιας τέτοιας διαδικασίας η εντροπία πρέπει να μειωθεί. Ωστόσο, αυτό το πρόβλημα επιλύεται στα πλαίσια αυτής της θεωρίας. Σύμφωνα με τη θεωρία των Baum και Frampton, σε μια στιγμή πριν από το Big Rip, το Σύμπαν διασπάται σε πολλά "κουρέλια", καθένα από τα οποία έχει μια μάλλον μικρή τιμή εντροπίας. Βιώνοντας μια σειρά από μεταβάσεις φάσης, αυτά τα «μπαλώματα» του πρώην Σύμπαντος δημιουργούν ύλη και αναπτύσσονται παρόμοια με το αρχικό Σύμπαν. Αυτοί οι νέοι κόσμοι δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, καθώς αποχωρίζονται με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός. Έτσι, οι επιστήμονες απέφυγαν επίσης την κοσμολογική ιδιομορφία, η οποία ξεκινά τη γέννηση του Σύμπαντος σύμφωνα με τις περισσότερες κοσμολογικές θεωρίες. Δηλαδή, τη στιγμή του τέλους του κύκλου του, το Σύμπαν διασπάται σε πολλούς άλλους κόσμους που δεν αλληλεπιδρούν, οι οποίοι θα γίνουν νέα σύμπαντα.
Συμμορφική κυκλική κοσμολογία – το κυκλικό μοντέλο των Roger Penrose και Vahagn Gurzadyan. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, το Σύμπαν είναι σε θέση να κινηθεί σε έναν νέο κύκλο χωρίς να παραβιαστεί ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής. Αυτή η θεωρία βασίζεται στην υπόθεση ότι οι μαύρες τρύπες καταστρέφουν τις απορροφούμενες πληροφορίες, κάτι που κατά κάποιο τρόπο μειώνει «νόμιμα» την εντροπία του σύμπαντος. Τότε κάθε τέτοιος κύκλος ύπαρξης του Σύμπαντος ξεκινά με την ομοιότητα του Big Bang και τελειώνει με μια μοναδικότητα.

Άλλα μοντέλα για την προέλευση του Σύμπαντος

Μεταξύ άλλων υποθέσεων που εξηγούν την εμφάνιση του ορατού Σύμπαντος, οι ακόλουθες δύο είναι πιο δημοφιλείς:

Θεωρία του χαοτικού πληθωρισμού - Η θεωρία του Andrey Linde. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, υπάρχει κάποιο βαθμωτό πεδίο, το οποίο είναι ανομοιόμορφο σε όλο τον όγκο του. Δηλαδή, σε διαφορετικές περιοχές του σύμπαντος, το βαθμωτό πεδίο έχει διαφορετική σημασία. Στη συνέχεια, σε περιοχές όπου το πεδίο είναι αδύναμο, δεν συμβαίνει τίποτα, ενώ περιοχές με ισχυρό πεδίο αρχίζουν να διαστέλλονται (πληθωρισμός) λόγω της ενέργειάς του, σχηματίζοντας έτσι νέα σύμπαντα. Ένα τέτοιο σενάριο συνεπάγεται την ύπαρξη πολλών κόσμων που δεν προέκυψαν ταυτόχρονα και έχουν το δικό τους σύνολο στοιχειωδών σωματιδίων και, κατά συνέπεια, τους νόμους της φύσης.
Η θεωρία του Lee Smolin προτείνει ότι η Μεγάλη Έκρηξη δεν είναι η αρχή της ύπαρξης του Σύμπαντος, αλλά είναι μόνο μια μετάβαση φάσης μεταξύ των δύο καταστάσεων του. Δεδομένου ότι πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη το Σύμπαν υπήρχε με τη μορφή μιας κοσμολογικής ιδιομορφίας, κοντά στη φύση της ιδιομορφίας μιας μαύρης τρύπας, ο Smolin προτείνει ότι το Σύμπαν θα μπορούσε να έχει προκύψει από μια μαύρη τρύπα.

Υπάρχουν επίσης μοντέλα στα οποία τα σύμπαντα αναδύονται συνεχώς, ξεφυτρώνουν από τους γονείς τους και βρίσκουν τη δική τους θέση. Ταυτόχρονα, δεν είναι καθόλου απαραίτητο να θεσπιστούν οι ίδιοι φυσικοί νόμοι σε τέτοιους κόσμους. Όλοι αυτοί οι κόσμοι είναι «ενσωματωμένοι» σε ένα ενιαίο χωροχρονικό συνεχές, αλλά είναι χωρισμένοι σε αυτό τόσο πολύ που δεν αισθάνονται ο ένας την παρουσία του άλλου με κανέναν τρόπο. Γενικά, η έννοια του πληθωρισμού επιτρέπει -εξάλλου, δυνάμεις!- να θεωρήσουμε ότι στον γιγάντιο μέγακοσμο υπάρχουν πολλά σύμπαντα απομονωμένα μεταξύ τους με διαφορετικές διευθετήσεις.

Παρά το γεγονός ότι τα κυκλικά και άλλα μοντέλα απαντούν σε μια σειρά από ερωτήματα που η θεωρία του Big Bang δεν μπορεί να απαντήσει, συμπεριλαμβανομένου του προβλήματος της κοσμολογικής μοναδικότητας. Ωστόσο, μαζί με την πληθωριστική θεωρία, η Μεγάλη Έκρηξη εξηγεί πληρέστερα την προέλευση του Σύμπαντος και επίσης συγκλίνει με πολλές παρατηρήσεις.

Σήμερα, οι ερευνητές συνεχίζουν να μελετούν εντατικά πιθανά σενάρια για την προέλευση του Σύμπαντος, ωστόσο, για να δώσουν μια αδιάψευστη απάντηση στο ερώτημα «Πώς εμφανίστηκε το Σύμπαν;» - είναι απίθανο να πετύχει στο εγγύς μέλλον. Υπάρχουν δύο λόγοι για αυτό: η άμεση απόδειξη των κοσμολογικών θεωριών είναι πρακτικά αδύνατη, μόνο έμμεση. ακόμη και θεωρητικά δεν υπάρχει τρόπος να λάβουμε ακριβείς πληροφορίες για τον κόσμο πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη. Για αυτούς τους δύο λόγους, οι επιστήμονες μπορούν μόνο να υποβάλουν υποθέσεις και να δημιουργήσουν κοσμολογικά μοντέλα που θα περιγράφουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τη φύση του Σύμπαντος που παρατηρούμε.

Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς μια εποχή 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια πριν από σήμερα, όταν ολόκληρο το σύμπαν ήταν μια μοναδικότητα. Σύμφωνα με τη θεωρία του Big Bang, ένας από τους κύριους διεκδικητές του ρόλου της εξήγησης από πού προήλθε το Σύμπαν και όλη η ύλη στο διάστημα - τα πάντα συμπιέστηκαν σε ένα σημείο μικρότερο από ένα υποατομικό σωματίδιο. Αλλά αν εξακολουθεί να είναι αποδεκτό, σκεφτείτε το εξής: τι συνέβη πριν συμβεί το Big Bang;

Αυτό το ερώτημα της σύγχρονης κοσμολογίας χρονολογείται από τον τέταρτο αιώνα μ.Χ. Πριν από 1600 χρόνια, ο θεολόγος Αυγουστίνος ο Μακάριος προσπάθησε να κατανοήσει τη φύση του Θεού πριν από τη δημιουργία του σύμπαντος. Και ξέρετε τι σκέφτηκε; Ο χρόνος ήταν μέρος της δημιουργίας του Θεού και απλά δεν υπήρχε «πριν».

Ένας από τους καλύτερους φυσικούς του 20ου αιώνα, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν, κατέληξε στα ίδια σχεδόν συμπεράσματα κατά την ανάπτυξη της θεωρίας της σχετικότητας. Αρκεί να δώσετε προσοχή στην επίδραση της μάζας στο χρόνο. Η γιγάντια μάζα του πλανήτη παραμορφώνει τον χρόνο, με αποτέλεσμα να ρέει πιο αργά για ένα άτομο στην επιφάνεια παρά για έναν αστροναύτη σε τροχιά. Η διαφορά είναι πολύ μικρή για να είναι προφανής, αλλά στην πραγματικότητα, ένα άτομο που στέκεται κοντά σε μια μεγάλη πέτρα γερνάει πιο αργά από ένα άτομο που στέκεται σε ένα χωράφι. Αλλά για να γίνεις νεότερος κατά ένα δευτερόλεπτο, θα χρειαστεί ένα δισεκατομμύριο χρόνια. Η μοναδικότητα πριν από τη μεγάλη έκρηξη είχε όλη τη μάζα του σύμπαντος, η οποία, στην πραγματικότητα, έβαλε το χρόνο σε αδιέξοδο.

Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, ο χρόνος γεννήθηκε ακριβώς τη στιγμή που η ιδιομορφία άρχισε να διαστέλλεται και ξεπέρασε το συμπιεσμένο άπειρο. Δεκαετίες μετά το θάνατο του Αϊνστάιν, η ανάπτυξη της κβαντικής φυσικής και μια σειρά από νέες θεωρίες έχουν ανανεώσει τη συζήτηση για τη φύση του σύμπαντος πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη. Ας ρίξουμε μια ματιά.

Μπράνες, κύκλοι και άλλες ιδέες
«Και ο Θεός έφτυσε, έφυγε και χτύπησε την πόρτα,
Ήμασταν πίσω του - και δεν υπάρχουν άλλες πόρτες.
A. Nepomniachtchi

Τι γίνεται αν το Σύμπαν μας είναι απόγονος ενός άλλου, παλαιότερου Σύμπαντος; Μερικοί αστροφυσικοί πιστεύουν ότι ένα CMB που έχει απομείνει από τη Μεγάλη Έκρηξη, το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων, θα βοηθήσει να ρίξει φως σε αυτή την ιστορία.

Οι αστρονόμοι κατέγραψαν για πρώτη φορά το CMB το 1965 και προκάλεσε ορισμένα προβλήματα στη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης - προβλήματα που έκαναν τους επιστήμονες εν συντομία (μέχρι το 1981) να μπερδέψουν και να συναγάγουν τη θεωρία του πληθωρισμού. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, στις πρώτες στιγμές της ύπαρξής του, το σύμπαν άρχισε να διαστέλλεται εξαιρετικά γρήγορα. Η θεωρία εξηγεί επίσης τη θερμοκρασία και την πυκνότητα των διακυμάνσεων της ακτινοβολίας λειψάνων και προτείνει ότι αυτές οι διακυμάνσεις πρέπει να είναι ίδιες.

Αλλά, όπως αποδείχθηκε, όχι. Πρόσφατες μελέτες κατέστησαν σαφές ότι το σύμπαν είναι στην πραγματικότητα μονόπλευρο, με περισσότερες διακυμάνσεις σε ορισμένες περιοχές από άλλες. Μερικοί κοσμολόγοι πιστεύουν ότι αυτή η παρατήρηση επιβεβαιώνει ότι το σύμπαν μας είχε μια «μητέρα» (!)

Στη θεωρία του χαοτικού πληθωρισμού, αυτή η ιδέα κερδίζει δυναμική: η ατελείωτη πρόοδος των πληθωριστικών φυσαλίδων δημιουργεί μια αφθονία συμπάντων και καθένα από αυτά δημιουργεί ακόμη περισσότερες πληθωριστικές φυσαλίδες σε έναν τεράστιο αριθμό Πολυσύμπανων.

Ωστόσο, υπάρχουν μοντέλα που προσπαθούν να εξηγήσουν τον σχηματισμό της μοναδικότητας πριν από τη μεγάλη έκρηξη. Εάν σκέφτεστε τις μαύρες τρύπες ως γιγάντιους κάδους σκουπιδιών, είναι οι κύριοι υποψήφιοι για αρχική συστολή, οπότε το διαστελλόμενο σύμπαν μας θα μπορούσε κάλλιστα να είναι μια λευκή τρύπα - μια έξοδος μαύρης τρύπας, και κάθε μαύρη τρύπα στο σύμπαν μας θα μπορούσε να περιέχει ένα ξεχωριστό σύμπαν μέσα της .

Άλλοι επιστήμονες πιστεύουν ότι ο σχηματισμός μιας μοναδικότητας βασίζεται σε έναν κύκλο που ονομάζεται "Big Bang", με αποτέλεσμα το διαστελλόμενο σύμπαν τελικά να καταρρεύσει στον εαυτό του, δημιουργώντας μια άλλη ιδιομορφία, η οποία, πάλι, δημιουργεί μια άλλη μεγάλη έκρηξη. Αυτή η διαδικασία θα είναι αιώνια, και όλες οι μοναδικότητες και όλες οι καταρρεύσεις δεν θα αντιπροσωπεύουν τίποτα άλλο από τη μετάβαση σε μια άλλη φάση της ύπαρξης του Σύμπαντος.

Η τελευταία εξήγηση που θα εξετάσουμε χρησιμοποιεί την ιδέα ενός κυκλικού σύμπαντος που δημιουργείται από τη θεωρία χορδών. Υποδηλώνει ότι νέες ροές ύλης και ενέργειας αναδύονται κάθε τρισεκατομμύριο χρόνια όταν δύο μεμβράνες ή βράνες που βρίσκονται πέρα από τις διαστάσεις μας συγκρούονται.

Τι συνέβη πριν το Big Bang; Το ερώτημα παραμένει ανοιχτό. Ίσως τίποτα. Ίσως ένα διαφορετικό σύμπαν, ή μια διαφορετική εκδοχή μας. Ίσως ένας ωκεανός από Σύμπαντα, καθένα από τα οποία έχει το δικό του σύνολο νόμων και σταθερών που υπαγορεύουν τη φύση της φυσικής πραγματικότητας.

Αστρικές μάζες ... Η επιστήμη μας είναι μπερδεμένη και ταυτόχρονα γοητευμένη από αυτά τα κολοσσιαία σώματα που συμπεριφέρονται σαν άτομα, αλλά η κατασκευή των οποίων μας μπερδεύει με την τεράστια και (μόνο φαινομενικά;) μη συστηματική πολυπλοκότητά τους. Ίσως, με την πάροδο του χρόνου, κάποια τάξη ή περιοδικότητα θα αποκαλυφθεί στη δομή των άστρων, τόσο στη σύνθεση όσο και στη θέση τους. (N.A. Sadovsky)

Ας σηκώσουμε το κεφάλι μας στην έναστρη νύχτα. Κάπου εκεί, πίσω από ένα σκούρο μπλε πέπλο, ξεκίνησαν όλα. Και όλα ξεκίνησαν, ως συνήθως, από το τίποτα. Αλλά θα ξεκινήσουμε με το Big Bang, όπως αποκαλούν οι Αμερικανοί το Big Bang που συνέβη στο σύμπαν πριν από 15 δισεκατομμύρια χρόνια. Πώς ήταν το Σύμπαν πριν από αυτό, δεν μπορούμε καν να μαντέψουμε.

Εχουμε χρόνο. Ακόμα κι αν το ρολόι σπάσει σε ολόκληρη τη Γη, ο Ήλιος θα ανατείλει και θα δύσει, μετρώντας ηλιόλουστες μέρες, θα εξακολουθούν να σχηματίζονται ετήσιοι δακτύλιοι στα δέντρα, κλπ. Ο χρόνος δεν θα σταματήσει. Τώρα φανταστείτε ότι δεν υπάρχει χρόνος. Ο χρόνος δεν έχει σταματήσει. Απλώς δεν υπάρχει. Δεν υπάρχει ούτε χώρος. Δεν υπάρχει ουσία. Υπάρχει ένας υπερθρόμβος ύλης με κολοσσιαία πυκνότητα. Όλη η μελλοντική ύλη του κόσμου, όλα όσα αργότερα θα γίνουν αστέρια, πλανήτες - όλα συμπιέζονται σε ένα σημείο με απείρως υψηλή θερμοκρασία. Έτσι «ξεκίνησε» το σύμπαν. Τη στιγμή αυτού του γεγονότος δημιουργήθηκε ο χώρος και ο χρόνος.

Είναι άσκοπο να ρωτάμε τι συνέβη πριν το Big Bang. Είναι σαν να ρωτάς τι είναι βόρεια του Βόρειου Πόλου ή νότια του Νότιου Πόλου. Η ερώτηση «Πού συνέβη αυτό;» μπορεί να απαντηθεί με μία μόνο λέξη: «παντού». Πράγματι, το Σύμπαν εκείνη τη στιγμή δεν ήταν ένα απομονωμένο σημείο σε άλλο χώρο. Ήταν όλο αυτό το σημείο και οι διαστάσεις του εκείνη τη στιγμή ήταν πολύ μικρές - κοντά στο μέγεθος ενός ηλεκτρονίου. Ένα τέτοιο σημείο μπορεί να φανεί μόνο με ένα ισχυρό ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Αλλά η μάζα είναι δυσανάλογα μεγάλη: ούτε 100, ούτε 1000, ούτε καν 1.000.000 τόνοι - πολύ περισσότερο. Περισσότερο από τη μάζα της Γης, του Ήλιου, εκατό χιλιάδες δισεκατομμύρια (100.000.000.000.000) φορές τη μάζα ολόκληρου του Γαλαξία μας. Και δεν υπάρχουν τόσο λίγα σε αυτό - 150 δισεκατομμύρια αστέρια που ζυγίζουν όσο ο Ήλιος και βαρύτερα!

Τότε αυτό το σημείο «εξερράγη» με μεγάλη δύναμη, και ένα τεράστιο σύννεφο, αποτελούμενο από στοιχειώδη σωματίδια, άρχισε να αναπτύσσεται και να διαστέλλεται προς όλες τις κατευθύνσεις. Κάθε σωματίδιο ήταν βαρύ, έζησε μια σύντομη αλλά θυελλώδη ζωή. Το πρώτο στάδιο του σχηματισμού του Σύμπαντος ονομάζεται αδρονικό, και διήρκεσε μόνο ένα κλάσμα του δευτερολέπτου - το ένα δέκατο χιλιοστό του (0,0001 s)! Ο ρυθμός διαστολής του Σύμπαντος ξεπέρασε την ταχύτητα του φωτός στο κενό και πλησίασε τα 300.000.000 m/s (300.000 km/s). Συγκρίνετε: η αρχική ταχύτητα μιας σφαίρας που εκτοξεύεται από ένα τυφέκιο επίθεσης Καλάσνικοφ είναι 715 m / s, που είναι λιγότερο από ένα χιλιόμετρο ανά δευτερόλεπτο, η πρώτη διαστημική ταχύτητα είναι 8 km / s. Περίπου με την ίδια ταχύτητα το διαστημόπλοιο κινείται σε τροχιά.

Τις πρώτες στιγμές της ύπαρξής του, το σύμπαν ήταν πολύ ζεστό, πολύ πιο ζεστό από το εσωτερικό του πιο καυτού αστεριού. Σε θερμοκρασίες πάνω από 10 δισεκατομμύρια βαθμούς, και αυτή ήταν η θερμοκρασία του Σύμπαντος, δεν μπορεί να υπάρξει καμία ουσία. Ναι, δεν έχει πάει ακόμα. Σχεδόν όλη η ενέργεια στο Σύμπαν υπήρχε με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (φωτόνια), δηλαδή, το Σύμπαν «έλαμπε», για να είμαστε πιο ακριβείς - ήταν το ίδιο ένα φωτεινό και ατελείωτο φως.

Τα αδρόνια είναι τα βαρύτερα στοιχειώδη σωματίδια. Τώρα όμως ήρθε η ώρα για ελαφρύτερα σωματίδια - λεπτόνια. Το δεύτερο στάδιο έχει ξεκινήσει.

Όπως γνωρίζετε, τα σωματίδια δεν στέκονται ακίνητα, αλλά κινούνται, συγκρούονται, εξαφανίζονται, αλλάζουν. Ως αποτέλεσμα τέτοιων «χορών», προκύπτουν σωματίδια και αντισωματίδια. Δεν μπορούν να υπάρξουν μαζί. Εδώ χάνεται - ποιος ποιον. Κατά τύχη, ο αριθμός των σωματιδίων αποδείχθηκε ελαφρώς μεγαλύτερος από τον αριθμό των αντισωματιδίων. Τα σωματίδια «επέζησαν» και όλος ο κόσμος χτίζεται πλέον από αυτά.

Τι θα συνέβαινε αν κέρδιζαν τα αντισωματίδια; Οι επιστήμονες απαντούν: τίποτα το ιδιαίτερο, ο κόσμος θα παρέμενε ίδιος, μόνο η δομή των ατόμων θα άλλαζε ελαφρώς. Στα "μας" άτομα - ένας θετικά φορτισμένος πυρήνας και ένα αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο(α) στα κελύφη. Και θα ήταν το αντίστροφο. Και ένα ηλεκτρόνιο θα ονομαζόταν ποζιτρόνιο... Οι επιστήμονες έχουν από καιρό μάθει να παράγουν αντισωματίδια στο εργαστήριο, αλλά η αντιύλη δεν εμφανίζεται σε ελεύθερη κατάσταση στη Γη.

Σε 10 δευτερόλεπτα το Σύμπαν «πήρε» το δεύτερο στάδιο (λεπτονίων) με τις θερμοπυρηνικές του αντιδράσεις. Η σύνθεση της ουσίας από την οποία θα αποτελείται ο κόσμος έχει ήδη σκιαγραφηθεί. Εμφανίστηκαν άτομα υδρογόνου και αργότερα πυρήνες ηλίου. Σε μια μέρα, το Σύμπαν έχασε την υπερπυκνότητά του. Μέχρι το τέλος της πρώτης ημέρας, η πυκνότητά του ήταν 100 φορές μικρότερη από την πυκνότητα του συνηθισμένου αέρα.

Και εκεί τελείωσε ο κόσμος των υψηλών ταχυτήτων. Η τρίτη εποχή -η εποχή της ακτινοβολίας- διήρκεσε ένα εκατομμύριο χρόνια. Αν και αυτό δεν είναι πολύ σε σύγκριση με τη ζωή πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων του Σύμπαντος, αλλά αν συγκριθεί με μια γρήγορη εκκίνηση που διαρκεί μόνο λίγα δευτερόλεπτα, τότε ναι, πολλά. Εκείνη η εποχή θυμίζει την ακτινοβολία λειψάνων που βρέθηκε μέχρι τώρα στο διάστημα. Λείψανο είναι η ακτινοβολία ενός εντελώς μαύρου σώματος σε θερμοκρασία 2,7 Κ. Ναι, ναι, μην εκπλαγείτε, ένα εντελώς μαύρο σώμα μπορεί επίσης να «ακτινοβολήσει». Φανταστείτε μια κούφια μπάλα. Ας υποθέσουμε ότι αρχίσαμε να το ζεσταίνουμε. Τι συμβαίνει μέσα; Η μπάλα μας είναι άδεια. «Θερμότητα» μέσα σε μια τέτοια κοιλότητα είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα που ορμούν μεταξύ των εσωτερικών τοιχωμάτων. Εάν το σώμα θερμανθεί στους 6.000 °C, τότε τα κύματα θα βρίσκονται κυρίως στο ορατό τμήμα του φάσματος. Η μπάλα μας μπορεί να ονομαστεί «μαύρο σώμα», αφού η ακτινοβολία δεν περνά από τα τοιχώματά της, και είναι «μαύρη» για έναν εξωτερικό παρατηρητή, αν και θερμαίνεται εσωτερικά. Σε διαφορετικές θερμοκρασίες ενός μαύρου σώματος, η ακτινοβολία είναι επίσης διαφορετική. Στους 6.000°C, είναι ορατό πράσινο, σε περίπου ένα εκατομμύριο Kelvin, είναι ακτίνες Χ. Σε θερμοκρασία κοντά στο απόλυτο μηδέν (-273 ° C) - φούρνοι μικροκυμάτων. Τι συμβαίνει στο σύμπαν. Η ακτινοβολία λειψάνων σε αυτή την περίπτωση είναι η ανάμνηση του τρίτου σταδίου στην ανάπτυξη του σύμπαντος - την εποχή της ακτινοβολίας.

Η εποχή της ακτινοβολίας τελείωσε με το σχηματισμό της ύλης, μετά ξεκίνησε μια άλλη εποχή στην οποία ζούμε. Αυτή είναι η Εποχή της Ύλης. Γεννιούνται κβάζαρ, γαλαξίες, αστέρια, πλανητικά συστήματα - όλα όσα παρατηρούμε τώρα από τη Γη.

Ψηφίστηκε Ευχαριστώ!

Μπορεί να σας ενδιαφέρει:

Το μοντέλο πρέπει να λαμβάνει υπόψη τις παρατηρούμενες αποστάσεις μεταξύ των αντικειμένων, καθώς και την ταχύτητα και την κατεύθυνση της κίνησής τους. Τέτοιοι υπολογισμοί βασίζονται στον νόμο Hubble: cz =H0ρε, Οπου z- μετατόπιση του αντικειμένου στο κόκκινο, ρε- απόσταση από αυτό το αντικείμενο, ντοείναι η ταχύτητα του φωτός.
Η ηλικία του Σύμπαντος στο μοντέλο πρέπει να υπερβαίνει την ηλικία των παλαιότερων αντικειμένων στον κόσμο.
Το μοντέλο πρέπει να λαμβάνει υπόψη την αρχική αφθονία των στοιχείων.
Το μοντέλο πρέπει να λαμβάνει υπόψη το παρατηρήσιμο .
Το μοντέλο πρέπει να λαμβάνει υπόψη το παρατηρούμενο υπόβαθρο λειψάνων.

Ας εξετάσουμε εν συντομία τη γενικά αποδεκτή θεωρία για την προέλευση και την πρώιμη εξέλιξη του Σύμπαντος, η οποία υποστηρίζεται από την πλειοψηφία των επιστημόνων. Σήμερα, η θεωρία του Big Bang αναφέρεται στον συνδυασμό του μοντέλου του θερμού σύμπαντος με το Big Bang. Και παρόλο που αυτές οι έννοιες υπήρχαν αρχικά ανεξάρτητα η μία από την άλλη, ως αποτέλεσμα του συνδυασμού τους, ήταν δυνατό να εξηγηθεί η αρχική χημική σύνθεση του Σύμπαντος, καθώς και η παρουσία κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου μικροκυμάτων.

Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, το Σύμπαν προέκυψε πριν από περίπου 13,77 δισεκατομμύρια χρόνια από κάποιο πυκνό θερμαινόμενο αντικείμενο - το οποίο είναι δύσκολο να περιγραφεί στο πλαίσιο της σύγχρονης φυσικής. Το πρόβλημα με την κοσμολογική ιδιομορφία, μεταξύ άλλων, είναι ότι όταν την περιγράφουμε, τα περισσότερα φυσικά μεγέθη, όπως η πυκνότητα και η θερμοκρασία, τείνουν στο άπειρο. Ταυτόχρονα, είναι γνωστό ότι σε άπειρη πυκνότητα (το μέτρο του χάους) θα πρέπει να τείνει στο μηδέν, κάτι που σε καμία περίπτωση δεν είναι συμβατό με την άπειρη θερμοκρασία.

- Τα πρώτα 10 -43 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη ονομάζονται στάδιο του κβαντικού χάους. Η φύση του σύμπαντος σε αυτό το στάδιο της ύπαρξης δεν μπορεί να περιγραφεί στο πλαίσιο της φυσικής που μας είναι γνωστό. Υπάρχει μια αποσύνθεση ενός συνεχούς ενιαίου χωροχρόνου σε κβάντα.

Η ροπή Planck είναι η στιγμή του τέλους του κβαντικού χάους, που πέφτει σε 10 -43 δευτερόλεπτα. Αυτή τη στιγμή, οι παράμετροι του Σύμπαντος ήταν ίσες, όπως η θερμοκρασία Planck (περίπου 10 32 K). Την εποχή της εποχής Planck, και οι τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις (ασθενείς, ισχυρές, ηλεκτρομαγνητικές και βαρυτικές) συνδυάστηκαν σε μια ενιαία αλληλεπίδραση. Δεν είναι δυνατόν να θεωρήσουμε τη στιγμή Planck ως μια ορισμένη μεγάλη περίοδο, αφού η σύγχρονη φυσική δεν λειτουργεί με παραμέτρους μικρότερες από αυτές του Planck.
Στάδιο. Το επόμενο στάδιο στην ιστορία του σύμπαντος ήταν το στάδιο του πληθωρισμού. Την πρώτη στιγμή του πληθωρισμού, η βαρυτική αλληλεπίδραση διαχωρίστηκε από ένα ενιαίο υπερσυμμετρικό πεδίο (προηγουμένως περιλάμβανε τα πεδία των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων). Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η ύλη έχει αρνητική πίεση, η οποία προκαλεί εκθετική αύξηση της κινητικής ενέργειας του Σύμπαντος. Με απλά λόγια, κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, το Σύμπαν άρχισε να διογκώνεται πολύ γρήγορα και προς το τέλος, η ενέργεια των φυσικών πεδίων μετατρέπεται σε ενέργεια συνηθισμένων σωματιδίων. Στο τέλος αυτού του σταδίου, η θερμοκρασία της ουσίας και της ακτινοβολίας αυξάνεται σημαντικά. Παράλληλα με το τέλος του σταδίου του πληθωρισμού, εμφανίζεται και μια ισχυρή αλληλεπίδραση. Επίσης αυτή τη στιγμή προκύπτει.
Το στάδιο της κυριαρχίας της ακτινοβολίας. Το επόμενο στάδιο στην ανάπτυξη του Σύμπαντος, το οποίο περιλαμβάνει πολλά στάδια. Σε αυτό το στάδιο, η θερμοκρασία του Σύμπαντος αρχίζει να μειώνεται, σχηματίζονται κουάρκ, μετά αδρόνια και λεπτόνια. Στην εποχή της πυρηνοσύνθεσης, εμφανίζεται ο σχηματισμός αρχικών χημικών στοιχείων, συντίθεται ήλιο. Ωστόσο, η ακτινοβολία εξακολουθεί να κυριαρχεί στην ύλη.
Η εποχή της κυριαρχίας της ύλης. Μετά από 10.000 χρόνια, η ενέργεια της ύλης ξεπερνά σταδιακά την ενέργεια της ακτινοβολίας και επέρχεται ο διαχωρισμός τους. Η ουσία αρχίζει να κυριαρχεί στην ακτινοβολία, εμφανίζεται ένα υπόλειμμα φόντου. Επίσης, ο διαχωρισμός της ύλης με την ακτινοβολία αύξησε σημαντικά τις αρχικές ανομοιογένειες στην κατανομή της ύλης, με αποτέλεσμα να αρχίσουν να σχηματίζονται γαλαξίες και υπεργαλαξίες. Οι νόμοι του Σύμπαντος ήρθαν στη μορφή με την οποία τους παρατηρούμε σήμερα.

Από πού προήλθε το σύμπαν;

Κυκλικά μοντέλα

Αυτά τα μοντέλα βασίζονται στον ισχυρισμό ότι το Σύμπαν υπήρχε πάντα και με την πάροδο του χρόνου η κατάστασή του αλλάζει μόνο, περνώντας από τη διαστολή στη συστολή - και το αντίστροφο.

Μοντέλο Steinhardt-Turok. Αυτό το μοντέλο βασίζεται στη θεωρία χορδών (M-theory), καθώς χρησιμοποιεί ένα τέτοιο αντικείμενο ως «βράνη». Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, το ορατό Σύμπαν βρίσκεται μέσα σε μια 3-βράνη, η οποία περιοδικά, κάθε λίγα τρισεκατομμύρια χρόνια, συγκρούεται με μια άλλη 3-βράνη, η οποία προκαλεί ένα είδος Big Bang. Περαιτέρω, η 3-βράνη μας αρχίζει να απομακρύνεται από την άλλη και να επεκτείνεται. Σε κάποιο σημείο, το μερίδιο της σκοτεινής ενέργειας υπερισχύει και ο ρυθμός διαστολής της 3-βράνης αυξάνεται. Η κολοσσιαία διαστολή διασκορπίζει την ύλη και την ακτινοβολία σε τέτοιο βαθμό που ο κόσμος γίνεται σχεδόν ομοιογενής και άδειος. Τελικά οι 3-βράνες συγκρούονται ξανά, με αποτέλεσμα η δική μας να επιστρέψει στην αρχική φάση του κύκλου της, δημιουργώντας εκ νέου το «σύμπαν» μας.

Η θεωρία των Loris Baum και Paul Frampton αναφέρει επίσης ότι το σύμπαν είναι κυκλικό. Σύμφωνα με τη θεωρία τους, μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η τελευταία θα επεκταθεί λόγω της σκοτεινής ενέργειας μέχρι να πλησιάσει τη στιγμή της «διάσπασης» του ίδιου του χωροχρόνου - του Big Rip. Όπως γνωρίζετε, σε ένα «κλειστό σύστημα, η εντροπία δεν μειώνεται» (ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής). Από αυτή τη δήλωση προκύπτει ότι το Σύμπαν δεν μπορεί να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση, αφού κατά τη διάρκεια μιας τέτοιας διαδικασίας η εντροπία πρέπει να μειωθεί. Ωστόσο, αυτό το πρόβλημα επιλύεται στα πλαίσια αυτής της θεωρίας. Σύμφωνα με τη θεωρία των Baum και Frampton, σε μια στιγμή πριν από το Big Rip, το Σύμπαν διασπάται σε πολλά "κουρέλια", καθένα από τα οποία έχει μια μάλλον μικρή τιμή εντροπίας. Βιώνοντας μια σειρά από μεταβάσεις φάσης, αυτά τα «μπαλώματα» του πρώην Σύμπαντος δημιουργούν ύλη και αναπτύσσονται παρόμοια με το αρχικό Σύμπαν. Αυτοί οι νέοι κόσμοι δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, καθώς αποχωρίζονται με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός. Έτσι, οι επιστήμονες απέφυγαν επίσης την κοσμολογική ιδιομορφία, η οποία ξεκινά τη γέννηση του Σύμπαντος σύμφωνα με τις περισσότερες κοσμολογικές θεωρίες. Δηλαδή, τη στιγμή του τέλους του κύκλου του, το Σύμπαν διασπάται σε πολλούς άλλους κόσμους που δεν αλληλεπιδρούν, οι οποίοι θα γίνουν νέα σύμπαντα.
Συμμορφική κυκλική κοσμολογία - κυκλικό μοντέλο από τους Roger Penrose και Vahagn Gurzadyan. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, το Σύμπαν είναι σε θέση να κινηθεί σε έναν νέο κύκλο χωρίς να παραβιαστεί ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής. Αυτή η θεωρία βασίζεται στην υπόθεση ότι οι μαύρες τρύπες καταστρέφουν τις απορροφούμενες πληροφορίες, κάτι που κατά κάποιο τρόπο μειώνει «νόμιμα» την εντροπία του σύμπαντος. Τότε κάθε τέτοιος κύκλος ύπαρξης του Σύμπαντος ξεκινά με την ομοιότητα του Big Bang και τελειώνει με μια μοναδικότητα.

Άλλα μοντέλα για την προέλευση του Σύμπαντος

Μεταξύ άλλων υποθέσεων που εξηγούν την εμφάνιση του ορατού Σύμπαντος, οι ακόλουθες δύο είναι πιο δημοφιλείς:

Η χαοτική θεωρία του πληθωρισμού είναι η θεωρία του Andrey Linde. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, υπάρχει κάποιο βαθμωτό πεδίο, το οποίο είναι ανομοιόμορφο σε όλο τον όγκο του. Δηλαδή, σε διαφορετικές περιοχές του σύμπαντος, το βαθμωτό πεδίο έχει διαφορετική σημασία. Στη συνέχεια, σε περιοχές όπου το πεδίο είναι αδύναμο, δεν συμβαίνει τίποτα, ενώ περιοχές με ισχυρό πεδίο αρχίζουν να διαστέλλονται (πληθωρισμός) λόγω της ενέργειάς του, σχηματίζοντας έτσι νέα σύμπαντα. Ένα τέτοιο σενάριο συνεπάγεται την ύπαρξη πολλών κόσμων που δεν προέκυψαν ταυτόχρονα και έχουν το δικό τους σύνολο στοιχειωδών σωματιδίων και, κατά συνέπεια, τους νόμους της φύσης.
Η θεωρία του Lee Smolin - προτείνει ότι η Μεγάλη Έκρηξη δεν είναι η αρχή της ύπαρξης του Σύμπαντος, αλλά είναι μόνο μια μετάβαση φάσης μεταξύ των δύο καταστάσεων του. Δεδομένου ότι πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη το Σύμπαν υπήρχε με τη μορφή μιας κοσμολογικής ιδιομορφίας, κοντά στη φύση της ιδιομορφίας μιας μαύρης τρύπας, ο Smolin προτείνει ότι το Σύμπαν θα μπορούσε να έχει προκύψει από μια μαύρη τρύπα.

Αποτελέσματα

Σήμερα, οι ερευνητές συνεχίζουν να μελετούν εντατικά πιθανά σενάρια για την προέλευση του Σύμπαντος, ωστόσο, για να δώσουν μια αδιάψευστη απάντηση στο ερώτημα «Πώς εμφανίστηκε το Σύμπαν;» — είναι απίθανο να συμβεί στο εγγύς μέλλον. Υπάρχουν δύο λόγοι για αυτό: η άμεση απόδειξη των κοσμολογικών θεωριών είναι πρακτικά αδύνατη, μόνο έμμεση. ακόμη και θεωρητικά δεν υπάρχει τρόπος να λάβουμε ακριβείς πληροφορίες για τον κόσμο πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη. Για αυτούς τους δύο λόγους, οι επιστήμονες μπορούν μόνο να υποβάλουν υποθέσεις και να δημιουργήσουν κοσμολογικά μοντέλα που θα περιγράφουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τη φύση του Σύμπαντος που παρατηρούμε.