Kaip atsirado Visata: moksliniai požiūriai ir versijos. Visatos atsiradimo teorijos ir jos modeliai Kaip buvo sukurta visata

Kaip tai pavirto iš pažiūros nesibaigiančia erdve? O kuo ji taps po daugelio milijonų ir milijardų metų? Šie klausimai kankina (ir tebekankina) filosofų ir mokslininkų protus, regis, nuo pat laikų pradžios, sukeldami daugybę įdomių, o kartais net beprotiškų teorijų.

Šiandien dauguma astronomų ir kosmologų sutaria, kad visata, kokią mes žinome, buvo milžiniško sprogimo, kuris ne tik sukūrė didžiąją materijos dalį, bet ir buvo pagrindinių fizinių dėsnių, pagal kuriuos kosmosas, šaltinis. mus supa egzistuoja. Visa tai vadinama didžiojo sprogimo teorija.

Didžiojo sprogimo teorijos pagrindai yra gana paprasti. Taigi, trumpai tariant, pagal ją visa materija, kuri egzistavo ir dabar egzistuoja visatoje, atsirado tuo pačiu metu – maždaug prieš 13,8 mlrd. Tuo momentu visa materija egzistavo labai kompaktiško abstraktaus rutulio (arba taško) pavidalu su begaliniu tankiu ir temperatūra. Ši būsena buvo vadinama singuliarumu. Staiga singuliarumas pradėjo plėstis ir pagimdė mums žinomą visatą.

Verta paminėti, kad Didžiojo sprogimo teorija yra tik viena iš daugelio siūlomų visatos atsiradimo hipotezių (pavyzdžiui, yra ir stacionarios visatos teorija), tačiau ji sulaukė didžiausio pripažinimo ir populiarumo. Jame ne tik paaiškinamas visos žinomos materijos šaltinis, fizikos dėsniai ir platesnė visatos struktūra, bet ir aprašomos visatos plėtimosi priežastys bei daugelis kitų aspektų ir reiškinių.

Įvykių chronologija Didžiojo sprogimo teorijoje.

Remdamiesi žiniomis apie dabartinę visatos būklę, mokslininkai teigia, kad viskas turėjo prasidėti iš vieno taško su begaliniu tankiu ir ribotu laiku, kuris pradėjo plėstis. Teorija teigia, kad po pradinio išsiplėtimo visata išgyveno aušinimo fazę, kuri leido atsirasti subatominėms dalelėms, o vėliau ir paprastiems atomams. Milžiniški šių senovės elementų debesys vėliau dėl gravitacijos pradėjo formuoti žvaigždes ir galaktikas.

Visa tai, pasak mokslininkų, prasidėjo maždaug prieš 13,8 milijardo metų, todėl šis atspirties taškas laikomas visatos amžiumi. Tyrinėdami įvairius teorinius principus, atlikdami eksperimentus su dalelių greitintuvais ir didelės energijos būsenomis bei atlikdami astronominius visatos tolimųjų sričių tyrimus, mokslininkai išvedė ir pasiūlė įvykių, prasidėjusių nuo didžiojo sprogimo ir galiausiai atvedusių visatą į pasaulį, chronologiją. ta kosminės evoliucijos būsena, kuri vyksta dabar.

Mokslininkai mano, kad ankstyviausi Visatos gimimo laikotarpiai, trunkantys nuo 10–43 iki 10–11 sekundžių po Didžiojo sprogimo, vis dar yra diskusijų ir diskusijų objektas. Dėmesio! Tik jei atsižvelgsime į tai, kad fizikos dėsniai, kuriuos dabar žinome, tuo metu negalėjo egzistuoti, tada labai sunku suprasti, kaip buvo reguliuojami procesai šioje ankstyvojoje visatoje. Be to, dar nebuvo atlikti eksperimentai, naudojant galimas energijos rūšis, kurios galėjo būti tuo metu. Kad ir kaip būtų, daugelis teorijų apie visatos atsiradimą galiausiai sutaria, kad tam tikru momentu buvo atspirties taškas, nuo kurio viskas prasidėjo.

Singuliarumo era.

Taip pat žinomas kaip Planko epocha (arba Planko era), laikoma, kad tai yra ankstyviausias žinomas visatos evoliucijos laikotarpis. Šiuo metu visa medžiaga buvo viename begalinio tankio ir temperatūros taške. Šiuo laikotarpiu, mokslininkų nuomone, fizinėje dominavo kvantinis gravitacinių sąveikų poveikis ir jokia fizinė jėga neprilygo gravitacijai.

Planko era tariamai truko nuo 0 iki 10-43 sekundžių ir taip pavadinta, nes jos trukmę galima išmatuoti tik pagal Planko laiką. Dėl ekstremalių temperatūrų ir begalinio medžiagos tankio Visatos būsena šiuo laikotarpiu buvo itin nestabili. Po to prasidėjo plėtimosi ir aušinimo periodai, dėl kurių atsirado pagrindinės fizikos jėgos.

Maždaug nuo 10-43 iki 10-36 sekundžių visatoje įvyko pereinamųjų temperatūrų būsenų susidūrimo procesas. Manoma, kad būtent šiuo metu pagrindinės jėgos, valdančios dabartinę visatą, pradėjo atsiskirti viena nuo kitos. Pirmasis šio atskyrimo žingsnis buvo gravitacinių jėgų, stiprios ir silpnos branduolinės sąveikos ir elektromagnetizmo atsiradimas.

Maždaug nuo 10–36 sekundžių iki 10–32 sekundžių po didžiojo sprogimo visatos temperatūra tapo pakankamai žema (1028 K), todėl atsiskyrė elektromagnetinės jėgos (stiprioji jėga) ir silpnoji branduolinė jėga ( silpnoji jėga).

Infliacijos era.

Atsiradus pirmosioms fundamentalioms jėgoms visatoje, prasidėjo infliacijos era, kuri tęsėsi nuo 10-32 sekundžių Planko laiku iki nežinomo laiko momento. Dauguma kosmologinių modelių rodo, kad per šį laikotarpį Visata buvo tolygiai užpildyta didelio tankio energija, o dėl neįtikėtinai aukštų temperatūrų ir slėgio ji greitai išsiplėtė ir atvėso.

Tai prasidėjo 10-37 sekundes, kai po pereinamosios fazės, sukėlusios jėgų atsiskyrimą, sekė eksponentinis visatos plėtimasis. Per tą patį laikotarpį visata buvo bariogenezės būsenoje, kai temperatūra buvo tokia aukšta, kad atsitiktinis dalelių judėjimas erdvėje įvyko beveik šviesos greičiu.

Šiuo metu susidaro dalelių poros – antidalelės, kurios iš karto susiduria ir sunaikinamos, o tai, manoma, lėmė materijos dominavimą prieš antimateriją šiuolaikinėje visatoje. Pasibaigus infliacijai, visata susidėjo iš kvarko-gliuono plazmos ir kitų elementariųjų dalelių. Nuo tos akimirkos visata pradėjo vėsti, materija pradėjo formuotis ir jungtis.

Atšalimo era.

Mažėjant tankiui ir temperatūrai visatos viduje, kiekvienos dalelės energija pradėjo mažėti. Ši pereinamoji būsena tęsėsi tol, kol pagrindinės jėgos ir elementarios dalelės įgavo dabartinę formą. Kadangi dalelių energija nukrito iki reikšmių, kurias šiandien galima pasiekti atliekant eksperimentus, faktinis galimas šio laikotarpio egzistavimas mokslininkams yra daug mažiau prieštaringas.

Pavyzdžiui, mokslininkai mano, kad praėjus 10-11 sekundžių po Didžiojo sprogimo, dalelių energija gerokai sumažėjo. Maždaug po 10-6 sekundžių kvarkai ir gliuonai pradėjo formuoti barionus – protonus ir neutronus. Kvarkai pradėjo vyrauti prieš antikvarkus, o tai savo ruožtu lėmė barionų persvarą prieš antibarionus.

Kadangi temperatūra nebebuvo pakankamai aukšta, kad susidarytų naujos protonų-antiprotonų poros (arba neutronų-antineutronų poros), šios dalelės buvo masiškai sunaikintos, todėl likę tik 1/1010 pradinių protonų ir neutronų skaičiaus ir visas. jų antidalelių išnykimas. Panašus procesas įvyko praėjus maždaug 1 sekundei po Didžiojo sprogimo. Tik „aukos“ šį kartą buvo elektronai ir pozitronai. Po masinio naikinimo likę protonai, neutronai ir elektronai nustojo atsitiktinai judėti, o visatos energijos tankis buvo užpildytas fotonais ir, kiek mažesniu mastu, neutrinais.

Pirmosiomis visatos plėtimosi minutėmis prasidėjo nukleosintezės (cheminių elementų sintezės) laikotarpis, kai temperatūra nukrito iki 1 milijardo kelvinų, o energijos tankis sumažėjo iki maždaug lygiaverčių oro, neutronų ir neutronų tankiui. protonai pradėjo maišytis ir formuoti pirmąjį stabilų vandenilio (deuterio) izotopą ir helio atomus. Tačiau dauguma protonų visatoje išliko kaip atsijungę vandenilio atomų branduoliai.

Po maždaug 379 000 metų elektronai susijungė su šiais vandenilio branduoliais ir susidarė atomai (vėl daugiausia vandenilis), o spinduliuotė atsiskyrė nuo medžiagos ir toliau praktiškai netrukdomai plėtėsi erdvėje. Ši spinduliuotė vadinama kosmine mikrobangų fonine spinduliuote ir yra seniausias šviesos šaltinis visatoje.

Plečiantis, kosminis mikrobangų fonas palaipsniui prarado savo tankį ir energiją ir šiuo metu jo temperatūra yra 2,7260 0,0013 K (- 270,424 C), o energijos tankis - 0,25 eV (arba 4,005x10-14 J/m? ; 400- 500 fotonų/cm CMB tęsiasi visomis kryptimis ir maždaug 13,8 milijardo šviesmečių atstumu, tačiau apytikslis jo pasiskirstymas yra apie 46 milijardus šviesmečių nuo Visatos centro.

Struktūros era (hierarchinė era).

Per ateinančius kelis milijardus metų tankesni materijos sritys, kurios buvo beveik tolygiai paskirstytos visoje visatoje, pradėjo traukti viena kitą. Dėl to jie tapo dar tankesni ir pradėjo formuotis dujų, žvaigždžių, galaktikų ir kitų astronominių struktūrų debesys, kuriuos galime stebėti šiandien. Šis laikotarpis vadinamas hierarchine era. Šiuo metu visata, kurią matome dabar, pradėjo įgauti savo formą. Medžiaga pradėjo jungtis į įvairaus dydžio struktūras – žvaigždes, planetas, galaktikas, galaktikų spiečius, taip pat galaktikos superspiečius, atskirtus tarpgalaktiniais tiltais, kuriuose yra vos kelios galaktikos.

Šio proceso detales galima apibūdinti pagal visatoje paskirstytos materijos kiekį ir tipą, kuris vaizduojamas kaip šalta, šilta, karšta tamsioji medžiaga ir barioninė medžiaga. Tačiau dabartinis standartinis didžiojo sprogimo kosmologinis modelis yra lambda-CDM modelis, pagal kurį tamsiosios medžiagos dalelės juda lėčiau nei šviesos greitis. Jis pasirinktas todėl, kad išsprendžia visus prieštaravimus, atsiradusius kituose kosmologiniuose modeliuose.

Pagal šį modelį šalta tamsioji medžiaga sudaro apie 23 procentus visos materijos/energijos visatoje. Barioninės medžiagos dalis yra apie 4,6 proc. Lambda – CDM reiškia vadinamąją kosmologinę konstantą: Alberto Einšteino pasiūlytą teoriją, kuri apibūdina vakuumo savybes ir parodo masės ir energijos pusiausvyros ryšį kaip pastovų statinį dydį. Šiuo atveju ji siejama su tamsiąja energija, kuri veikia kaip visatos plėtimosi greitintuvas ir išlaiko milžiniškas kosmologines struktūras iš esmės vienalytes.

Ilgalaikės visatos ateities prognozės.

Hipotezės, kad visatos evoliucija turi atspirties tašką, natūraliai priverčia mokslininkus į klausimus apie galimą šio proceso galutinį tašką. Tik jei Visata savo istoriją pradėjo nuo mažo begalinio tankio taško, kuris staiga pradėjo plėstis, tai dar nereiškia, kad ji taip pat plėsis neribotą laiką arba vieną dieną jai pritrūks ekspansinės jėgos ir prasidės atvirkštinis suspaudimo procesas. , kurio galutinis rezultatas vis tiek bus tas pats be galo tankus taškas?

Atsakyti į šiuos klausimus buvo pagrindinis kosmologų tikslas nuo pat diskusijų apie tai, kuris kosmologinis visatos modelis yra teisingas, pradžios. Priėmę Didžiojo sprogimo teoriją, tačiau daugiausia dėl tamsiosios energijos stebėjimo 1990-aisiais, mokslininkai pasiekė bendrą sutarimą dėl dviejų labiausiai tikėtinų visatos evoliucijos scenarijų.

Remiantis pirmuoju, vadinamu Didžiuoju Crunch, Visata pasieks maksimalų dydį ir pradės griūti. Šis scenarijus bus įmanomas tik tuo atveju, jei Visatos masės tankis taps didesnis už patį kritinį tankį. Kitaip tariant, jei materijos tankis pasieks arba pakils aukščiau tam tikros vertės (1-3x10-26 kg medžiagos per m), visata pradės trauktis.

Alternatyva yra kitas scenarijus, kuriame teigiama, kad jei tankis visatoje yra lygus arba mažesnis už kritinio tankio vertę, tada jo plėtimasis sulėtės, bet niekada visiškai nesustos. Remiantis šia hipoteze, vadinama „Visatos karščio mirtimi“, plėtimasis tęsis tol, kol žvaigždžių formavimasis nustos vartoti tarpžvaigždines dujas kiekvienoje iš aplinkinių galaktikų. Tai yra, energijos ir materijos perkėlimas iš vieno objekto į kitą visiškai sustos. Visos esamos žvaigždės šiuo atveju sudegs ir virs baltosiomis nykštukėmis, neutroninėmis žvaigždėmis ir juodosiomis skylėmis.

Palaipsniui juodosios skylės susidurs su kitomis juodosiomis skylėmis, todėl susidarys vis didesnės ir didesnės. Vidutinė visatos temperatūra priartės prie absoliutaus nulio. Juodosios skylės ilgainiui „išgaruos“, išleisdamos paskutinę Hawking spinduliuotę. Galiausiai termodinaminė entropija visatoje pasieks maksimumą. Įvyks karščio mirtis.

Šiuolaikiniai stebėjimai, kuriuose atsižvelgiama į tamsiosios energijos buvimą ir jos įtaką erdvės plėtimui, paskatino mokslininkus daryti išvadą, kad laikui bėgant vis daugiau visatos išeis už mūsų įvykių horizonto ir taps mums nematoma. Galutinis ir logiškas to rezultatas mokslininkams dar nėra žinomas, tačiau „šilumos mirtis“ gali būti tokių įvykių galutinis taškas.

Yra ir kitų hipotezių dėl tamsiosios energijos pasiskirstymo, o tiksliau – galimų jos tipų (pavyzdžiui, fantominė energija. Pagal jas dėl to bus suplėšyti galaktikų spiečiai, žvaigždės, planetos, atomai, atomų branduoliai ir pati materija begalinio jos plėtimosi tokia scenarijaus raida vadinama „Didžiuoju plyšimu“ Visatos mirties priežastis pagal šį scenarijų yra pati plėtimasis.

Didžiojo sprogimo teorijos istorija.

Ankstyviausias Didžiojo sprogimo paminėjimas datuojamas XX amžiaus pradžioje ir yra susijęs su kosmoso stebėjimais. 1912 m. amerikiečių astronomas Vesto Slifer atliko daugybę spiralinių galaktikų (kurios iš pradžių buvo manoma, kad tai buvo ūkai) stebėjimų ir išmatavo jų Doplerio raudonąjį poslinkį. Beveik visais atvejais stebėjimai parodė, kad spiralinės galaktikos tolsta nuo mūsų Paukščių Tako.

Žymus rusų matematikas ir kosmologas Aleksandras Fridmanas 1922 m. išvedė vadinamąsias Fridmanno lygtis iš Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos lygčių. Nepaisant to, kad Einšteinas propagavo kosmologinės konstantos teoriją, Friedmano darbas parodė, kad visata veikiau plečiasi.

1924 m. Edvino Hablo atstumo iki netoliese esančio spiralinio ūko matavimai parodė, kad šios sistemos iš tikrųjų yra skirtingos galaktikos. Tuo pačiu metu Hablas pradėjo kurti daugybę atstumo atimties metrikų, naudodamas 2,5 metro Hooker teleskopą Mount Wilson observatorijoje. Iki 1929 m. Hablas atrado ryšį tarp atstumo ir galaktikų tolimo greičio, kuris vėliau tapo Hablo dėsniu.

1927 m. belgų matematikas, fizikas ir katalikų kunigas Georgesas Lemaître'as savarankiškai pasiekė tuos pačius rezultatus, kaip ir Friedmanno lygtys, ir pirmasis suformulavo ryšį tarp atstumo ir galaktikų greičio, pasiūlęs pirmąjį šio ryšio koeficiento įvertinimą. Lemaitre'as tikėjo, kad praeityje visa Visatos masė buvo sutelkta viename taške (atome.

Šie atradimai ir prielaidos sukėlė daug diskusijų tarp fizikų 20–30-aisiais, kurių dauguma manė, kad Visata yra nejudančioje būsenoje. Remiantis tuo metu sukurtu modeliu, kartu su begaliniu Visatos plėtimu buvo sukurta nauja materija, pasiskirstanti tolygiai ir vienodai tankiu visame jos plote. Ją palaikiusiems mokslininkams Didžiojo sprogimo idėja atrodė labiau teologinė nei mokslinė. Lemaitre'as buvo kritikuojamas už šališkumą dėl religinių prietarų.

Reikia pažymėti, kad tuo pačiu metu egzistavo ir kitos teorijos. Pavyzdžiui, Milne'o visatos modelis ir ciklinis modelis. Abu buvo pagrįsti Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos postulatais ir vėliau sulaukė paties mokslininko palaikymo. Remiantis šiais modeliais, visata egzistuoja nesibaigiančiame besikartojančių plėtimosi ir žlugimo ciklų sraute.

1. Singuliarumo era (Planckiškas). Jis laikomas pirminiu, kaip ankstyvuoju Visatos evoliucijos laikotarpiu. Medžiaga buvo sutelkta viename taške, kuris turėjo savo temperatūrą ir begalinį tankį. Mokslininkai teigia, kad šiai erai būdingas gravitacinei sąveikai priklausančių kvantinių efektų dominavimas prieš fizinius, o ne viena tais tolimais laikais egzistavusi fizinė jėga savo stiprumu nebuvo identiška gravitacijai, tai yra, jai neprilygo. Plancko eros trukmė sukoncentruota diapazone nuo 0 iki 10-43 sekundžių. Jis gavo šį pavadinimą, nes tik Plancko laikas galėjo visiškai išmatuoti jo mastą. Šis laiko intervalas laikomas labai nestabiliu, o tai savo ruožtu yra glaudžiai susiję su ekstremalia temperatūra ir neribotu medžiagos tankiu. Po singuliarumo eros įvyko plėtimosi laikotarpis, o kartu ir atšalimas, dėl kurio susiformavo pagrindinės fizinės jėgos.

Kaip gimė Visata. Šaltas gimdymas

Kas atsitiko prieš Visatą? „Miegančios“ visatos modelis

„Galbūt prieš Didįjį sprogimą Visata buvo labai kompaktiška, lėtai besivystanti statinė erdvė“, – teigia fizikai, tokie kaip Kurtas Hinterbichleris, Ostinas Joyce'as ir Justinas Khoury.

Ši „prieš sprogimą“ Visata turėjo turėti metastabilią būseną, tai yra būti stabili, kol atsiras dar stabilesnė būsena. Pagal analogiją įsivaizduokite skardį, kurio pakraštyje yra vibruojantis riedulys. Bet koks kontaktas su rieduliu prives prie to, kad jis nukris į bedugnę arba – kas yra arčiau mūsų atveju – įvyks Didysis sprogimas. Remiantis kai kuriomis teorijomis, „priešsprogimo“ Visata gali egzistuoti kitokia forma, pavyzdžiui, išpūstos ir labai tankios erdvės pavidalu. Dėl to šis metastabilus laikotarpis baigėsi: jis smarkiai išsiplėtė ir įgavo tokią formą ir būseną, kokią matome dabar.

„Tačiau miegančios visatos modelis taip pat turi savo problemų“, - sako Carrollas.

„Taip pat daroma prielaida, kad mūsų Visatos entropijos lygis yra žemas, tačiau nepaaiškinama, kodėl taip yra.

Tačiau Hinterbichleris, Case Western Reserve universiteto fizikas teorinis, nemato mažos entropijos atsiradimo kaip problemos.

„Mes tiesiog ieškome dinamikos, įvykusios prieš Didįjį sprogimą, paaiškinimo, kuris paaiškintų, kodėl matome tai, ką matome dabar. Kol kas tai yra vienintelis dalykas, kuris mums liko“, – sako Hinterbichleris.

Tačiau Carrollas mano, kad yra dar viena „iki sprogimo“ Visatos teorija, kuri gali paaiškinti žemą entropijos lygį mūsų Visatoje.

Kaip Visata atsirado iš nieko. Kaip veikia Visata

Pakalbėkime apie tai, kaip fizika iš tikrųjų veikia pagal mūsų koncepcijas. Nuo Niutono laikų fundamentaliosios fizikos paradigma nepasikeitė; jį sudaro trys dalys. Pirmasis yra „būsenos erdvė“: iš esmės visų galimų konfigūracijų, kuriose galėtų egzistuoti Visata, sąrašas. Antroji yra tam tikra būsena, vaizduojanti Visatą tam tikru momentu, dažniausiai dabartinę. Trečia – tam tikra taisyklė, pagal kurią Visata vystosi laike. Duok man Visatą šiandien, ir fizikos dėsniai pasakys, kas su ja nutiks ateityje. Toks mąstymo būdas ne mažiau tinka kvantinei mechanikai ar bendrajai reliatyvumo teorijai ar kvantinio lauko teorijai nei Niutono mechanikai ar Maksvelo elektrodinamikai.

Visų pirma kvantinė mechanika yra ypatingas, bet labai universalus šios schemos įgyvendinimas. (Kvantinės lauko teorija yra tik konkretus kvantinės mechanikos pavyzdys, o ne naujas mąstymo būdas). Būsenos yra „bangų funkcijos“, o visų galimų tam tikros sistemos banginių funkcijų rinkinys vadinamas „Hilberto erdve“. Jo pranašumas yra tas, kad jis labai apriboja galimybių rinkinį (nes tai vektorinė erdvė: pastaba ekspertams). Kai pasakysite man jos dydį (matmenų skaičių), visiškai apibrėžsite savo Hilbert erdvę. Tai kardinaliai skiriasi nuo klasikinės mechanikos, kurioje būsenų erdvė gali tapti itin sudėtinga. Taip pat yra mašina - „Hamiltonas“, kuri tiksliai nurodo, kaip laikui bėgant pereiti iš vienos būsenos į kitą. Kartoju, kad Hamiltoniečių veislių nėra daug; pakanka užsirašyti tam tikrą kiekių sąrašą (savosios energijos vertės - paaiškinimas jums, erzina ekspertai).

Kaip Žemėje atsirado gyvybė. Gyvenimas Žemėje

Gyvybė, naudojanti kitokią nei mūsų chemiją, Žemėje gali atsirasti ne kartą. Galbūt. Ir jei rasime tokio proceso įrodymų, tai reiškia, kad didelė tikimybė, kad gyvybė daugelyje Visatos vietų atsiras nepriklausomai viena nuo kitos, kaip ir Žemėje. Tačiau, kita vertus, įsivaizduokite, kaip jaustumeisi, jei galiausiai atrastume gyvybę kitoje planetoje, galbūt skriejančioje aplink tolimą žvaigždę, ir paaiškėtų, kad jos chemija ir galbūt net identiška mūsų DNR struktūra.

Tikimybė, kad gyvybė Žemėje atsirado visiškai spontaniškai ir atsitiktinai, atrodo labai maža. Tikimybė, kad lygiai tokia pati gyvybė kils kitoje vietoje, yra neįtikėtinai maža ir praktiškai lygi nuliui. Tačiau yra galimų atsakymų į šiuos klausimus, kuriuos anglų astronomai Fred Hoyle ir Chandra Wickramasinghe išdėstė savo neįprastoje knygoje, parašytoje 1979 m., Gyvenimo debesis.

Atsižvelgdami į labai mažai tikėtiną galimybę, kad gyvybė Žemėje atsirado savaime, autoriai siūlo kitą paaiškinimą. Tai slypi tame, kad gyvybė atsirado kažkur erdvėje, o paskui per panspermiją išplito visoje Visatoje. Mikroskopinė gyvybė, įstrigusi kosminių susidūrimų šiukšlėse, gali keliauti labai ilgą laiką. Po to, kai jis atvyks į paskirties vietą, jis vėl pradės vystytis. Taigi visa gyvybė Visatoje, įskaitant gyvybę Žemėje, iš tikrųjų yra ta pati gyvybė.

Video kaip atsirado visata

Kaip Visata atsirado iš nieko. Šaltas gimdymas

Tačiau kelias į tokį susivienijimą gali būti apgalvotas kokybiniu lygmeniu, ir čia atsiranda labai įdomių perspektyvų. Vieną iš jų neseniai išleistoje knygoje „A Universe From Nothing“ svarstė garsus kosmologas, Arizonos universiteto profesorius Lawrence'as Kraussas. Jo hipotezė atrodo fantastiškai, bet visiškai neprieštarauja nusistovėjusiems fizikos dėsniams.

Manoma, kad mūsų Visata atsirado iš labai karštos pradinės būsenos, kurios temperatūra siekė apie 1032 kelvinus. Tačiau galima įsivaizduoti ir šaltą visatų gimimą iš gryno vakuumo – tiksliau, iš jo kvantinių svyravimų. Gerai žinoma, kad tokie svyravimai sukelia daugybę virtualių dalelių, kurios tiesiogine prasme atsirado iš nebūties ir vėliau išnyko be pėdsakų. Anot Krausso, vakuuminiai svyravimai iš esmės gali sukelti vienodai trumpalaikes protovisatas, kurios tam tikromis sąlygomis pereina iš virtualios būsenos į realią.

Klausimas, kaip atsirado Visata, visada kėlė nerimą žmonėms. Tai nenuostabu, nes kiekvienas nori žinoti savo kilmę. Mokslininkai, kunigai ir rašytojai su šiuo klausimu kovojo kelis tūkstantmečius. Šis klausimas jaudina ne tik specialistų, bet ir kiekvieno paprasto žmogaus mintis. Tačiau verta iš karto pasakyti, kad nėra 100% atsakymo į klausimą, kaip atsirado Visata. Yra tik teorija, kuriai pritaria dauguma mokslininkų.

Čia mes jį analizuosime.

Kadangi viskas, kas supa žmogų, turi savo pradžią, nenuostabu, kad nuo seniausių laikų žmogus bandė rasti Visatos pradžią. Viduramžių žmogui atsakymas į šį klausimą buvo gana paprastas – Dievas sukūrė Visatą. Tačiau tobulėjant mokslui, mokslininkai pradėjo kelti klausimą ne tik Dievo klausimu, bet ir mintimi, kad Visata turi pradžią.

1929 m. amerikiečių astronomo Hablo dėka mokslininkai grįžo prie Visatos šaknų klausimo. Faktas yra tas, kad Hablas įrodė, kad galaktikos, sudarančios Visatą, nuolat juda. Be judėjimo, jie taip pat gali padidėti, o tai reiškia, kad Visata didėja. O jei auga, tai pasirodo, kad kažkada buvo etapas, kai šis augimas prasidėjo. Tai reiškia, kad Visata turi pradžią.

Kiek vėliau britų astronomas Hoyle'as iškėlė sensacingą hipotezę: Visata atsirado Didžiojo sprogimo momentu. Jo teorija įėjo į istoriją tokiu pavadinimu. Hoyle'o idėjos esmė yra paprasta ir sudėtinga tuo pačiu metu. Jis tikėjo, kad kažkada egzistavo etapas, vadinamas kosminio singuliarumo būsena, ty laikas stovėjo ties nuliu, o tankis ir temperatūra buvo lygūs begalybei. Ir vieną akimirką įvyko sprogimas, dėl kurio singuliarumas buvo sulaužytas, todėl pasikeitė tankis ir temperatūra, prasidėjo materijos augimas, vadinasi, laikas pradėjo skaičiuoti. Vėliau pats Hoyle'as savo teoriją pavadino neįtikinančia, tačiau tai nesutrukdė jai tapti populiariausia Visatos atsiradimo hipoteze.

Kada įvyko tai, ką Hoyle pavadino Didžiuoju sprogimu? Mokslininkai atliko daugybę skaičiavimų, todėl dauguma sutarė dėl 13,5 milijardo metų skaičiaus. Būtent tada Visata pradėjo atsirasti iš nieko. Per sekundės dalį Visata įgavo mažesnį už atomą dydį ir prasidėjo plėtimosi procesas. Gravitacija vaidino pagrindinį vaidmenį. Įdomiausia, kad jei būtų buvęs šiek tiek stipresnis, tada nieko nebūtų atsiradę, daugiausia juodoji skylė. Ir jei gravitacija būtų šiek tiek silpnesnė, tada išvis nieko neatsirastų.
Praėjus kelioms sekundėms po Sprogimo, temperatūra Visatoje šiek tiek sumažėjo, o tai davė impulsą materijai ir antimedžiajai kurtis. Dėl to pradėjo atsirasti atomai. Taigi Visata nustojo būti monochromatinė. Kai kur atomų buvo daugiau, kai kur mažiau. Vienur buvo karščiau, kitur – žemesnė. Atomai pradėjo susidurti vienas su kitu, sudarydami junginius, vėliau naujas medžiagas, o vėliau kūnus. Kai kurie objektai turėjo didelę vidinę energiją. Tai buvo žvaigždės. Jie pradėjo burti aplink save (dėka gravitacijos jėgos) kitus kūnus, kuriuos vadiname planetomis. Taip atsirado sistemos, viena iš jų yra mūsų Saulės sistema.

Didysis sprogimas. Modelio problemos ir jų sprendimas

Didelio Visatos masto ir izotropijos problema gali būti išspręsta dėl to, kad infliacijos etape plėtimasis vyko neįprastai dideliu greičiu. Iš to išplaukia, kad visa stebimos Visatos erdvė yra vienos priežastingai susijusios epochos, buvusios prieš infliacinę, regiono rezultatas.
Plokščios Visatos problemos sprendimas. Tai įmanoma, nes infliacijos stadijoje erdvės kreivumo spindulys didėja. Ši vertė yra tokia, kad šiuolaikinių tankio parametrų vertė būtų artima kritinei.
Infliacinė plėtra lemia tam tikros amplitudės ir spektro formos tankio svyravimų atsiradimą. Tai leidžia šiems svyravimams (svyravimams) išsivystyti į dabartinę Visatos struktūrą, išlaikant didelio masto homogeniškumą ir izotropiją. Tai didelio masto Visatos sandaros problemos sprendimas.

Pagrindiniu infliacijos modelio trūkumu galima laikyti jo priklausomybę nuo teorijų, kurios dar neįrodytos ir nėra iki galo išvystytos.

Pavyzdžiui, modelis remiasi vieningo lauko teorija, kuri vis dar yra tik hipotezė. Jis negali būti išbandytas eksperimentiškai laboratorinėmis sąlygomis. Kitas modelio trūkumas yra nesuvokimas, iš kur atsirado perkaitinta ir besiplečianti medžiaga. Čia svarstomos trys galimybės:

Standartinė Didžiojo sprogimo teorija rodo, kad infliacija prasidės labai ankstyvoje Visatos evoliucijos stadijoje. Bet tada singuliarumo problema nėra išspręsta.
Antroji galimybė – Visatos atsiradimas iš chaoso. Skirtingos jo dalys turėjo skirtingą temperatūrą, todėl kai kuriose vietose įvyko suspaudimas, o kitose - išsiplėtimas. Infliacija būtų įvykusi perkaitusiame ir besiplečiančiame Visatos regione. Tačiau neaišku, iš kur kilo pirminis chaosas.
Trečias variantas yra kvantinis mechaninis kelias, per kurį susidarė perkaitintos ir besiplečiančios medžiagos gumulas. Tiesą sakant, Visata atsirado iš nieko.

Vienas iš pagrindinių klausimų, nepaliekantis žmogaus sąmonės, visada buvo ir yra klausimas: „kaip atsirado Visata? Žinoma, aiškaus atsakymo į šį klausimą nėra ir vargu ar jį greitai pavyks gauti, tačiau mokslas dirba šia kryptimi ir formuoja tam tikrą teorinį mūsų Visatos atsiradimo modelį.

Visų pirma, turėtume apsvarstyti pagrindines Visatos savybes, kurios turėtų būti aprašytos kosmologinio modelio rėmuose.

Modelyje turi būti atsižvelgiama į stebimus atstumus tarp objektų, taip pat į jų judėjimo greitį ir kryptį. Tokie skaičiavimai paremti Hablo dėsniu: cz = H0D, kur z – objekto raudonasis poslinkis, D – atstumas iki šio objekto, c – šviesos greitis.
Modelyje nurodytas Visatos amžius turi viršyti seniausių pasaulio objektų amžių.
Modelyje turi būti atsižvelgiama į pradinę elementų gausą.
Modelyje turi būti atsižvelgta į stebimą didelio masto Visatos struktūrą.
Modelyje turi būti atsižvelgiama į pastebėtą relikto foną.

Trumpai panagrinėkime visuotinai priimtą Visatos atsiradimo ir ankstyvosios evoliucijos teoriją, kuriai pritaria dauguma mokslininkų. Šiandien Didžiojo sprogimo teorija reiškia karšto Visatos modelio ir Didžiojo sprogimo derinį. Ir nors šios sąvokos iš pradžių egzistavo nepriklausomai viena nuo kitos, dėl jų suvienijimo buvo galima paaiškinti pirminę Visatos cheminę sudėtį, taip pat kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės buvimą.

Remiantis šia teorija, Visata atsirado maždaug prieš 13,77 milijardo metų iš kažkokio tankiai įkaitinto objekto – išskirtinės būsenos, kurią sunku apibūdinti šiuolaikinės fizikos rėmuose. Kosmologinio singuliarumo problema, be kita ko, yra ta, kad jį aprašant dauguma fizinių dydžių, tokių kaip tankis ir temperatūra, yra linkę į begalybę. Tuo pačiu metu žinoma, kad esant begaliniam tankiui, entropija (chaoso matas) turėtų būti linkusi į nulį, o tai jokiu būdu nesuderinama su begaline temperatūra.

Visatos evoliucija

Pirmosios 10–43 sekundės po Didžiojo sprogimo vadinamos kvantinio chaoso stadija. Visatos prigimtis šiame egzistavimo etape negali būti aprašyta mums žinomos fizikos rėmuose. Ištisinis vieningas erdvėlaikis suyra į kvantus.

Planko momentas yra kvantinio chaoso pabaigos momentas, kuris patenka į 10 per -43 sekundes. Šiuo metu Visatos parametrai buvo lygūs Plancko reikšmėms, pavyzdžiui, Planko temperatūrai (apie 1032 K). Planko eros metu visos keturios pagrindinės sąveikos (silpna, stipri, elektromagnetinė ir gravitacinė) buvo sujungtos į vieną sąveiką. Neįmanoma Plancko momento laikyti tam tikru ilgu periodu, nes šiuolaikinė fizika neveikia, kai parametrai yra mažesni už Planko momentą.
Infliacijos stadija. Kitas Visatos istorijos etapas buvo infliacijos etapas. Pirmuoju infliacijos momentu gravitacinė sąveika buvo atskirta nuo vienintelio supersimetrinio lauko (anksčiau apėmė fundamentalių sąveikų laukus). Šiuo laikotarpiu materija turi neigiamą slėgį, dėl kurio eksponentinis Visatos kinetinės energijos padidėjimas. Paprasčiau tariant, per šį laikotarpį Visata pradėjo labai greitai išsipūsti, o į pabaigą fizinių laukų energija virsta įprastų dalelių energija. Pasibaigus šiam etapui, medžiagos ir spinduliuotės temperatūra žymiai padidėja. Kartu su infliacijos etapo pabaiga atsiranda ir stipri sąveika. Taip pat šiuo metu atsiranda Visatos barioninė asimetrija.

[Visatos barioninė asimetrija yra stebimas reiškinys, kai Visatoje medžiaga vyrauja prieš antimateriją]

Radiacijos dominavimo stadija. Kitas Visatos vystymosi etapas, apimantis kelis etapus. Šiame etape Visatos temperatūra pradeda mažėti, susidaro kvarkai, vėliau hadronai ir leptonai. Nukleosintezės eroje susidaro pradiniai cheminiai elementai ir sintetinamas helis. Tačiau radiacija vis dar dominuoja materijoje.
Substancijos dominavimo era. Po 10 000 metų medžiagos energija palaipsniui viršija spinduliuotės energiją ir įvyksta jų atsiskyrimas. Medžiaga pradeda dominuoti spinduliuote ir atsiranda reliktinis fonas. Taip pat medžiagos atskyrimas nuo spinduliuotės žymiai padidino pradinius medžiagos pasiskirstymo nehomogeniškumus, dėl kurių pradėjo formuotis galaktikos ir supergalaktikos. Visatos dėsniai atėjo į tokią formą, kokią mes juos stebime šiandien.

Aukščiau pateiktas paveikslėlis sudarytas iš kelių pagrindinių teorijų ir pateikia bendrą idėją apie Visatos formavimąsi ankstyvosiose jos egzistavimo stadijose.

Iš kur atsirado Visata?

Jei Visata atsirado dėl kosmologinio singuliarumo, tai iš kur atsirado pats singuliarumas? Šiuo metu neįmanoma tiksliai atsakyti į šį klausimą. Panagrinėkime kai kuriuos kosmologinius modelius, turinčius įtakos „Visatos gimimui“.

Šie modeliai pagrįsti teiginiu, kad Visata egzistavo visada ir laikui bėgant jos būsena tik keičiasi, pereinant nuo plėtimosi prie suspaudimo – ir atgal.

Steinhardt-Turok modelis. Šis modelis yra pagrįstas stygų teorija (M teorija), nes jame naudojamas objektas, pvz., „brana“.

[Branas (iš membranos) stygų teorijoje (M teorija) yra hipotetinis pagrindinis daugiamatis fizinis objektas, kurio matmenys yra mažesni nei erdvės, kurioje jis yra, matmuo]

Pagal šį modelį matoma Visata yra trijų branų viduje, kuri periodiškai, kas kelis trilijonus metų, susiduria su kitu trijų branu, o tai sukelia kažką panašaus į Didįjį sprogimą. Tada mūsų trys branas pradeda tolti nuo kito ir plečiasi. Tam tikru momentu tamsiosios energijos dalis įgauna viršenybę, o trijų branų plėtimosi greitis didėja. Kolosalus plėtimasis taip išsklaido materiją ir spinduliuotę, kad pasaulis tampa beveik vienalytis ir tuščias. Galiausiai trys branos vėl susiduria, todėl mūsų grįžta į pradinę savo ciklo fazę ir vėl gimsta mūsų „Visata“.

Loriso Baumo ir Paulo Framptono teorija taip pat teigia, kad Visata yra cikliška. Remiantis jų teorija, pastaroji po Didžiojo sprogimo plėsis dėl tamsiosios energijos, kol priartės prie paties erdvėlaikio „skilimo“ momento – Didžiojo plyšimo. Kaip žinoma, „uždaroje sistemoje entropija nemažėja“ (antrasis termodinamikos dėsnis). Iš šio teiginio išplaukia, kad Visata negali grįžti į pradinę būseną, nes tokio proceso metu entropija turi mažėti. Tačiau ši problema išspręsta šios teorijos rėmuose. Pagal Baumo ir Framptono teoriją, likus akimirkai iki Didžiojo plyšimo, Visata suskaidoma į daugybę „šukių“, kurių kiekviena turi gana mažą entropijos vertę. Patirdami daugybę fazių perėjimų, šie buvusios Visatos „atvartai“ generuoja medžiagą ir vystosi panašiai kaip pirminė Visata. Šie nauji pasauliai nesąveikauja vienas su kitu, nes skrenda didesniu nei šviesos greičiu. Taigi, pagal daugumą kosmologinių teorijų mokslininkai išvengė ir kosmologinio išskirtinumo, nuo kurio prasideda Visatos gimimas. Tai yra, savo ciklo pabaigos momentu Visata skyla į daugybę kitų nesąveikaujančių pasaulių, kurie taps naujomis visatomis.
Konformali ciklinė kosmologija – Rogerio Penrose'o ir Vahagno Gurzadyano ciklinis modelis. Pagal šį modelį Visata gali patekti į naują ciklą nepažeisdama antrojo termodinamikos dėsnio. Ši teorija remiasi prielaida, kad juodosios skylės sunaikina absorbuotą informaciją, o tai tam tikru būdu „teisėtai“ sumažina Visatos entropiją. Tada kiekvienas toks Visatos egzistavimo ciklas prasideda kažkuo panašiu į Didįjį sprogimą ir baigiasi singuliarumu.

Kiti Visatos atsiradimo modeliai

Tarp kitų hipotezių, paaiškinančių matomos Visatos atsiradimą, populiariausios yra šios dvi:

Chaotiška infliacijos teorija – Andrejaus Lindės teorija. Remiantis šia teorija, yra tam tikras skaliarinis laukas, kuris yra nehomogeniškas visame tūryje. Tai yra, skirtingose visatos srityse skaliarinis laukas turi skirtingas reikšmes. Tada srityse, kuriose laukas silpnas, nieko nevyksta, o sritys su stipriu lauku dėl jo energijos pradeda plėstis (infliacija), suformuodamos naujas visatas. Šis scenarijus reiškia, kad egzistuoja daugybė pasaulių, kurie neatsirado vienu metu ir turi savo elementariųjų dalelių rinkinį, taigi ir gamtos dėsnius.
Lee Smolin teorija teigia, kad Didysis sprogimas nėra Visatos egzistavimo pradžia, o tik fazinis perėjimas tarp dviejų jos būsenų. Kadangi prieš Didįjį sprogimą Visata egzistavo kosmologinio singuliarumo pavidalu, savo prigimtimi artimo juodosios skylės singuliarumui, Smolinas teigia, kad Visata galėjo atsirasti iš juodosios skylės.

Taip pat yra modelių, kuriuose visatos kyla nuolat, atsiskiria nuo savo tėvų ir randa savo vietą. Be to, visai nebūtina, kad tokiuose pasauliuose būtų nustatyti tie patys fiziniai dėsniai. Visi šie pasauliai yra „įterpti“ į vieną erdvės ir laiko kontinuumą, tačiau jame yra taip atskirti, kad nejaučia vienas kito buvimo. Apskritai, infliacijos sąvoka leidžia – iš tiesų, jėgos! – manyti, kad milžiniškame megakosmose yra daug visatų, izoliuotų viena nuo kitos su skirtingomis struktūromis.

Nepaisant to, kad cikliniai ir kiti modeliai atsako į daugybę klausimų, į kuriuos negali atsakyti Didžiojo sprogimo teorija, įskaitant kosmologinio singuliarumo problemą. Tačiau kartu su infliacijos teorija Didysis sprogimas išsamiau paaiškina Visatos kilmę ir taip pat sutinka su daugeliu stebėjimų.

Šiandien mokslininkai ir toliau intensyviai tiria galimus Visatos atsiradimo scenarijus, tačiau į klausimą „Kaip atsirado Visata“ neįmanoma pateikti nepaneigiamo atsakymo. – vargu ar pavyks artimiausiu metu. Tam yra dvi priežastys: tiesioginis kosmologinių teorijų įrodymas praktiškai neįmanomas, tik netiesioginis; Net teoriškai neįmanoma gauti tikslios informacijos apie pasaulį prieš Didįjį sprogimą. Dėl šių dviejų priežasčių mokslininkai gali tik iškelti hipotezes ir kurti kosmologinius modelius, kurie tiksliausiai apibūdins mūsų stebimos Visatos prigimtį.

Sunku įsivaizduoti laiką prieš 13,7 milijardo metų, kai visa visata buvo singuliarumas. Remiantis Didžiojo sprogimo teorija, vienas iš pagrindinių pretendentų paaiškinti, iš kur atsirado visata ir visa erdvėje esanti materija, buvo suspausta į tašką, mažesnį už subatominę dalelę. Bet jei tai vis dar galima priimti, pagalvokite apie tai: kas atsitiko prieš Didįjį sprogimą?

Šis klausimas šiuolaikinėje kosmologijoje siekia ketvirtąjį mūsų eros amžių. Prieš 1600 metų teologas Augustinas Palaimintasis bandė suprasti Dievo prigimtį prieš sukuriant Visatą. Ir ar žinote, prie ko jis atėjo? Laikas buvo Dievo kūrinijos dalis ir tiesiog nebuvo „anksčiau“.

Vienas geriausių XX amžiaus fizikų Albertas Einšteinas, kurdamas savo reliatyvumo teoriją, padarė beveik tokias pačias išvadas. Pakanka laiku atkreipti dėmesį į masės poveikį. Milžiniška planetos masė iškreipia laiką, todėl žmogui ant paviršiaus jis teka lėčiau nei orbitoje skriejančiam astronautui. Skirtumas per mažas, kad būtų akivaizdus, bet iš tikrųjų žmogus, stovintis prie didelės uolos, sensta lėčiau nei stovintis lauke. Tačiau norint tapti antra jaunesniam, prireiktų milijardo metų. Singuliarumas prieš Didįjį sprogimą turėjo visą visatos masę, o tai faktiškai sustabdė laiką.

Pagal Einšteino reliatyvumo teoriją laikas gimė būtent tuo momentu, kai singuliarumas pradėjo plėstis ir peržengė suspaustą begalybę. Praėjus dešimtmečiams po Einšteino mirties, kvantinės fizikos raida ir daugybė naujų teorijų atnaujino diskusijas apie visatos prigimtį prieš Didįjį sprogimą. Pažiūrėsim.

Branos, ciklai ir kitos idėjos
„Ir Dievas spjovė, išėjo ir užtrenkė duris,
Mes buvome už jo, bet durų nebuvo.
A. Nepomnyaščijus

O jei mūsų Visata yra kitos, senesnės Visatos palikuonis? Kai kurie astrofizikai mano, kad radiacija, likusi po Didžiojo sprogimo, yra reliktinė: kosminis mikrobangų fonas padės išsiaiškinti šią istoriją.

Astronomai pirmą kartą aptiko kosminę mikrobangų foninę spinduliuotę 1965 m., ir tai sukėlė tam tikrų problemų Didžiojo sprogimo teorijoje – problemų, dėl kurių mokslininkai trumpam (iki 1981 m.) susipainiojo ir sukūrė infliacijos teoriją. Pagal šią teoriją, pirmosiomis savo egzistavimo akimirkomis Visata ėmė itin sparčiai plėstis. Teorija taip pat paaiškina CMB svyravimų temperatūrą ir tankį ir siūlo, kad šie svyravimai turėtų būti vienodi.

Bet, kaip paaiškėjo, ne. Naujausi tyrimai parodė, kad Visata iš tikrųjų yra vienpusė, kai kurios sritys patiria daugiau svyravimų nei kitos. Kai kurie kosmologai mano, kad šis stebėjimas patvirtina, kad mūsų Visata turėjo „motiną“(!)

Chaotiškos infliacijos teorijoje ši idėja įgauna pagreitį: begalinis infliacijos burbulų progresas sukuria daugybę visatų, o kiekviena iš jų sukuria dar daugiau infliacijos burbulų daugybėje Multivisatų.

Tačiau yra modelių, kurie bando paaiškinti singuliarumo susidarymą prieš Didįjį sprogimą. Jei manote, kad juodosios skylės yra milžiniškos šiukšlių dėžės, jos yra pagrindinės pirmykštės žlugimo kandidatės, todėl mūsų besiplečianti Visata gali būti baltoji skylė – juodosios skylės išėjimo anga, ir kiekvienoje mūsų Visatos juodojoje skylėje gali būti skirtinga. visata.

Kiti mokslininkai mano, kad už singuliarumo susidarymo slypi ciklas, vadinamas „didžiuoju sprogimu“, kurio metu besiplečianti visata galiausiai subyra savaime, sukeldama kitą singuliarumą, kuris vėlgi sukelia dar vieną didįjį sprogimą. Šis procesas bus amžinas, o visi singuliarumai ir žlugimai bus ne kas kita, kaip perėjimas į kitą Visatos egzistavimo fazę.

Paskutinis paaiškinimas, kurį pažvelgsime, naudoja ciklinės visatos idėją, kurią sukuria stygų teorija. Tai rodo, kad kas trilijonus metų sukuriami nauji materijos ir energijos srautai, kai dvi membranos arba branos, esančios už mūsų matmenų, susiduria viena su kita.

Kas atsitiko prieš Didįjį sprogimą? Klausimas lieka atviras. Gal ir nieko. Galbūt kita Visata ar kita mūsų versija. Galbūt visatų vandenynas, kurių kiekviena turi savo dėsnių ir konstantų rinkinį, kuris diktuoja fizinės tikrovės prigimtį.

Žvaigždžių masės... Mūsų mokslas yra sumišęs ir kartu sužavėtas šiais kolosaliais kūnais, kurie elgiasi kaip atomai, bet kurių konstrukcija glumina savo milžinišku ir (tik matyt?) atsitiktiniu sudėtingumu. Galbūt laikui bėgant žvaigždžių struktūroje atsiras tam tikra tvarka ar periodiškumas – tiek sudėtis, tiek vieta. (N. A. Sadovskis)

Pakelkime galvas į žvaigždėtą naktį. Kažkur ten, už tamsiai mėlyno šydo, viskas ir prasidėjo. Ir viskas prasidėjo, kaip įprasta, iš nieko. Bet pradėsime nuo Didžiojo sprogimo, kaip amerikiečiai vadina Didįjį sprogimą, įvykusį Visatoje prieš 15 milijardų metų. Mes net neįsivaizduojame, kokia buvo Visata prieš tai.

Turime laiko. Net jei visoje Žemėje suges laikrodžiai, Saulė pakils ir nusileis, skaičiuodama saulės dienas, medžių žiedai vis tiek formuosis ant medžių ir tt Laikas nesustos. Dabar įsivaizduokite, kad nėra laiko. Laikas nesustojo. Jo tiesiog nėra. Vietos irgi nėra. Nėra medžiagos. Yra milžiniško tankio materijos sankaupa. Visa ateities pasaulio materija, viskas, kas vėliau taps žvaigždėmis, planetomis – viskas suspausta į vieną tašką su be galo aukšta temperatūra. Taip „prasidėjo“ Visata. Šio įvykio metu buvo sukurta erdvė ir laikas.

Nėra prasmės klausti, kas buvo prieš Didįjį sprogimą. Tai panašu į klausimą, kas yra į šiaurę nuo Šiaurės ašigalio ar į pietus nuo Pietų ašigalio. Į klausimą „Kur tai atsitiko“ galima atsakyti tik vienu žodžiu: „visur“. Iš tiesų, tuo momentu Visata nebuvo izoliuotas taškas kitoje erdvėje. Ji buvo visas šis taškas ir jos matmenys tuo metu buvo labai maži – beveik elektrono dydžio. Tokį tašką galima pamatyti tik naudojant galingą elektroninį mikroskopą. Bet masė neproporcingai didelė: nei 100, nei 1000, nei 1 000 000 tonų – daug daugiau. Daugiau nei Žemės masė, Saulė, šimtą tūkstančių milijardų (100 000 000 000 000) kartų daugiau nei visos mūsų Galaktikos masė. Ir jame nėra taip mažai – 150 milijardų žvaigždžių, sveriančių tiek pat, kiek Saulė, ir sunkesnių!

Tada šis taškas „sprogo“ su milžiniška jėga, ir didžiulis debesis, susidedantis iš elementariųjų dalelių, pradėjo augti ir plėstis į visas puses. Kiekviena dalelė buvo sunki ir gyveno trumpą, bet audringą gyvenimą. Pirmasis Visatos formavimosi etapas vadinamas hadroniniu ir truko tik sekundės dalį – vieną dešimttūkstantąją jos dalį (0,0001 s)! Visatos plėtimosi greitis viršijo šviesos greitį vakuume ir priartėjo prie 300 000 000 m/s (300 000 km/s). Palyginkite: pradinis iš Kalašnikovo automato paleistos kulkos greitis yra 715 m/s, tai yra mažiau nei kilometras per sekundę, pirmasis pabėgimo greitis – 8 km/s. Orbitoje esantis erdvėlaivis juda maždaug tokiu pačiu greičiu.

Pirmosiomis savo egzistavimo akimirkomis Visata buvo labai karšta, daug karščiau nei karščiausios žvaigždės vidus. Esant aukštesnei nei 10 milijardų laipsnių temperatūrai, būtent tokiai, kokia buvo Visatos temperatūra, negali egzistuoti jokia medžiaga. Taip, jo dar nebuvo. Beveik visa energija Visatoje egzistavo elektromagnetinės spinduliuotės (fotonų) pavidalu, t.y. Visata „švytėjo“, o tiksliau, pati buvo ryški ir begalinė šviesa.

Hadronai yra sunkiausios elementariosios dalelės. Tačiau dabar atėjo laikas lengvesnėms dalelėms – leptonams. Prasidėjo antrasis etapas.

Kaip žinote, dalelės nestovi vietoje, o juda, susiduria, išnyksta ir keičiasi. Dėl tokių „šokių“ atsiranda dalelių ir antidalelių. Jie negali egzistuoti kartu. Štai kas laimės. Atsitiktinai dalelių skaičius pasirodė šiek tiek didesnis nei antidalelių skaičius. Dalelės „išgyveno“, o dabar iš jų sukurtas visas pasaulis.

Kas nutiktų, jei antidalelės laimėtų? Mokslininkai atsako: nieko ypatingo, pasaulis liktų toks pat, tik atomų sandara šiek tiek pasikeistų. „Mūsų“ atomai turi teigiamai įkrautą branduolį ir neigiamo krūvio elektroną (-us) ant apvalkalo. Bet būtų atvirkščiai. O elektronas būtų vadinamas pozitronu... Mokslininkai jau seniai išmoko gauti antidaleles laboratorinėmis sąlygomis, tačiau antimedžiagos Žemėje nerandama laisvos būsenos.

Per 10 sekundžių Visata savo termobranduolinėmis reakcijomis „praslydo“ per antrąją (leptono) stadiją. Medžiagos, iš kurios sudarys pasaulis, sudėtis jau buvo aprašyta. Atsirado vandenilio atomai, o vėliau ir helio branduoliai. Per vieną dieną Visata prarado savo supertankį. Pirmosios dienos pabaigoje jo tankis buvo 100 kartų mažesnis nei įprasto oro tankis.

Ir čia baigėsi didelių greičių pasaulis. Trečioji era – radiacijos era – truko milijoną metų. Nors tai nėra daug, palyginti su kelių milijardų dolerių gyvybe Visatoje, tačiau jei palygintume su greita pradžia, kuri trunka vos kelias sekundes, tai taip, tai yra daug. Kosmose vis dar aptinkama reliktinė spinduliuotė mums primena tą erą. Reliktinė spinduliuotė vadinama spinduliuote iš absoliučiai juodo kūno esant 2,7 K temperatūrai. Taip, nenustebkite, absoliučiai juodas kūnas taip pat gali „spinduliuoti“. Įsivaizduokite tuščiavidurį rutulį. Tarkime, kad pradedame jį šildyti. Kas vyksta viduje? Mūsų kamuolys tuščias. Tokios ertmės viduje esanti „šiluma“ yra tarp vidinių sienų besiveržiančios elektromagnetinės bangos. Jei kūnas įkaitinamas iki 6000 °C, bangos daugiausia atsiras matomoje spektro dalyje. Mūsų rutulys gali būti vadinamas „juodu kūnu“, nes spinduliuotė nepraeina pro jo sienas, o išoriniam stebėtojui jis yra „juodas“, nors viduje yra šildomas. Esant skirtingoms juodo kūno temperatūroms, spinduliuotė taip pat skiriasi. 6000 °C temperatūroje jis matomas žaliai, maždaug milijono kelvinų temperatūroje – rentgeno spinduliuotė. Esant temperatūrai, artimai absoliučiam nuliui (-273 °C) – mikrobangos. Taip vyksta Visatoje. CMB šiuo atveju yra trečiojo visatos vystymosi etapo – radiacijos eros – atmintis.

Radiacijos era baigėsi materijos susidarymu, tada prasidėjo kita era, kurioje gyvename. Tai yra substancijos amžius. Gimsta kvazarai, galaktikos, žvaigždės, planetų sistemos – viskas, ką dabar stebime iš Žemės.

Balsavo Ačiū!

Galbūt jus domina:

Modelyje turi būti atsižvelgiama į stebimus atstumus tarp objektų, taip pat į jų judėjimo greitį ir kryptį. Tokie skaičiavimai pagrįsti Hablo dėsniu: cz =H0D, Kur z- objekto raudonasis poslinkis, D- atstumas iki šio objekto, c- šviesos greitis.
Modelyje nurodytas Visatos amžius turi viršyti seniausių pasaulio objektų amžių.
Modelyje turi būti atsižvelgiama į pradinę elementų gausą.
Modelis turi atsižvelgti į stebimą.
Modelyje turi būti atsižvelgiama į pastebėtą relikto foną.

Remiantis šia teorija, Visata atsirado maždaug prieš 13,77 milijardo metų iš tankiai įkaitinto objekto – sunku apibūdinti šiuolaikinės fizikos rėmuose. Kosmologinio singuliarumo problema, be kita ko, yra ta, kad jį aprašant dauguma fizinių dydžių, tokių kaip tankis ir temperatūra, yra linkę į begalybę. Tuo pačiu metu žinoma, kad esant begaliniam tankiui (chaoso matas) turėtų būti linkęs į nulį, o tai jokiu būdu nesuderinama su begaline temperatūra.

- Pirmosios 10–43 sekundės po Didžiojo sprogimo vadinamos kvantinio chaoso stadija. Visatos prigimtis šiame egzistavimo etape negali būti aprašyta mums žinomos fizikos rėmuose. Ištisinis vieningas erdvėlaikis suyra į kvantus.

Planko momentas yra kvantinio chaoso pabaigos momentas, kuris patenka į 10–43 sekundes. Šiuo metu Visatos parametrai buvo lygūs Planko temperatūrai (apie 10 32 K). Planko eros metu visos keturios pagrindinės sąveikos (silpna, stipri, elektromagnetinė ir gravitacinė) buvo sujungtos į vieną sąveiką. Neįmanoma Plancko momento laikyti tam tikru ilgu periodu, nes šiuolaikinė fizika neveikia, kai parametrai yra mažesni už Planko momentą.
Scena. Kitas Visatos istorijos etapas buvo infliacijos etapas. Pirmuoju infliacijos momentu gravitacinė sąveika buvo atskirta nuo vienintelio supersimetrinio lauko (anksčiau apėmė fundamentalių sąveikų laukus). Šiuo laikotarpiu materija turi neigiamą slėgį, dėl kurio eksponentinis Visatos kinetinės energijos padidėjimas. Paprasčiau tariant, šiuo laikotarpiu Visata pradėjo labai greitai išsipūsti, o į pabaigą fizinių laukų energija virsta įprastų dalelių energija. Pasibaigus šiam etapui, medžiagos ir spinduliuotės temperatūra žymiai padidėja. Kartu su infliacijos etapo pabaiga atsiranda ir stipri sąveika. Taip pat šiuo metu kyla.
Radiacijos dominavimo stadija. Kitas Visatos vystymosi etapas, apimantis kelis etapus. Šiame etape Visatos temperatūra pradeda mažėti, susidaro kvarkai, vėliau hadronai ir leptonai. Nukleosintezės eroje susidaro pradiniai cheminiai elementai ir sintetinamas helis. Tačiau radiacija vis dar dominuoja materijoje.
Substancijos dominavimo era. Po 10 000 metų medžiagos energija palaipsniui viršija spinduliuotės energiją ir įvyksta jų atsiskyrimas. Medžiaga pradeda dominuoti spinduliuote ir atsiranda reliktinis fonas. Taip pat medžiagos atskyrimas nuo spinduliuotės žymiai padidino pradinius medžiagos pasiskirstymo nehomogeniškumus, dėl kurių pradėjo formuotis galaktikos ir supergalaktikos. Visatos dėsniai atėjo į tokią formą, kokią mes juos stebime šiandien.

Aukščiau pateiktas paveikslėlis sudarytas iš kelių pagrindinių teorijų ir pateikia bendrą idėją apie Visatos formavimąsi ankstyvosiose jos egzistavimo stadijose.

Iš kur atsirado Visata?

Cikliniai modeliai

Šie modeliai pagrįsti teiginiu, kad Visata egzistavo visada ir laikui bėgant jos būsena tik keičiasi, pereinant nuo plėtimosi prie suspaudimo – ir atgal.

Steinhardt-Turok modelis. Šis modelis yra pagrįstas stygų teorija (M teorija), nes jame naudojamas objektas, pvz., „brana“. Pagal šį modelį matoma Visata yra 3-jų branų viduje, kuri periodiškai, kas kelis trilijonus metų, susiduria su kitu 3-jų branu, kas sukelia kažką panašaus į Didįjį sprogimą. Tada mūsų 3 brana pradeda tolti nuo kitos ir plečiasi. Tam tikru momentu tamsiosios energijos dalis įgauna viršenybę, o 3-brano plėtimosi greitis didėja. Kolosalus plėtimasis taip išsklaido materiją ir spinduliuotę, kad pasaulis tampa beveik vienalytis ir tuščias. Galiausiai 3 branos vėl susiduria, todėl mūsų grįžta į pradinę savo ciklo fazę ir vėl gimsta mūsų „Visata“.

Loriso Baumo ir Paulo Framptono teorija taip pat teigia, kad Visata yra cikliška. Remiantis jų teorija, pastaroji po Didžiojo sprogimo plėsis dėl tamsiosios energijos, kol priartės prie paties erdvėlaikio „skilimo“ momento – Didžiojo plyšimo. Kaip žinoma, „uždaroje sistemoje entropija nemažėja“ (antrasis termodinamikos dėsnis). Iš šio teiginio išplaukia, kad Visata negali grįžti į pradinę būseną, nes tokio proceso metu entropija turi mažėti. Tačiau ši problema išspręsta šios teorijos rėmuose. Pagal Baumo ir Framptono teoriją, likus akimirkai iki Didžiojo plyšimo, Visata suskaidoma į daugybę „šukių“, kurių kiekviena turi gana mažą entropijos vertę. Patirdami daugybę fazių perėjimų, šie buvusios Visatos „atvartai“ generuoja medžiagą ir vystosi panašiai kaip pirminė Visata. Šie nauji pasauliai nesąveikauja vienas su kitu, nes skrenda didesniu nei šviesos greičiu. Taigi, pagal daugumą kosmologinių teorijų mokslininkai išvengė ir kosmologinio išskirtinumo, nuo kurio prasideda Visatos gimimas. Tai yra, savo ciklo pabaigos momentu Visata skyla į daugybę kitų nesąveikaujančių pasaulių, kurie taps naujomis visatomis.
Konformali ciklinė kosmologija – Rogerio Penrose'o ir Vahagno Gurzadyano ciklinis modelis. Pagal šį modelį Visata gali patekti į naują ciklą nepažeisdama antrojo termodinamikos dėsnio. Ši teorija remiasi prielaida, kad juodosios skylės sunaikina absorbuotą informaciją, o tai tam tikru būdu „teisėtai“ sumažina Visatos entropiją. Tada kiekvienas toks Visatos egzistavimo ciklas prasideda kažkuo panašiu į Didįjį sprogimą ir baigiasi singuliarumu.

Kiti Visatos atsiradimo modeliai

Tarp kitų hipotezių, paaiškinančių matomos Visatos atsiradimą, populiariausios yra šios dvi:

Chaotiška infliacijos teorija – Andrejaus Lindės teorija. Remiantis šia teorija, yra tam tikras skaliarinis laukas, kuris yra nehomogeniškas visame tūryje. Tai yra, skirtingose visatos srityse skaliarinis laukas turi skirtingas reikšmes. Tada srityse, kuriose laukas silpnas, nieko nevyksta, o sritys su stipriu lauku dėl jo energijos pradeda plėstis (infliacija), suformuodamos naujas visatas. Šis scenarijus reiškia, kad egzistuoja daugybė pasaulių, kurie atsirado ne vienu metu ir turi savo elementariųjų dalelių rinkinį, taigi ir gamtos dėsnius.
Lee Smolin teorija teigia, kad Didysis sprogimas nėra Visatos egzistavimo pradžia, o tik fazinis perėjimas tarp dviejų jos būsenų. Kadangi prieš Didįjį sprogimą Visata egzistavo kosmologinio singuliarumo pavidalu, savo prigimtimi artimo juodosios skylės singuliarumui, Smolinas teigia, kad Visata galėjo atsirasti iš juodosios skylės.

Rezultatai

Šiandien mokslininkai ir toliau intensyviai tiria galimus Visatos atsiradimo scenarijus, tačiau į klausimą „Kaip atsirado Visata“ neįmanoma pateikti nepaneigiamo atsakymo. — vargu ar pavyks artimiausiu metu. Tam yra dvi priežastys: tiesioginis kosmologinių teorijų įrodymas praktiškai neįmanomas, tik netiesioginis; Net teoriškai neįmanoma gauti tikslios informacijos apie pasaulį prieš Didįjį sprogimą. Dėl šių dviejų priežasčių mokslininkai gali tik iškelti hipotezes ir kurti kosmologinius modelius, kurie tiksliausiai apibūdins mūsų stebimos Visatos prigimtį.