Ako sa objavil vesmír: vedecké prístupy a verzie. Teórie vzniku vesmíru a jeho modely Ako vznikol vesmír

Ako sa zmenil na zdanlivo nekonečný priestor? A čím sa stane po mnohých miliónoch a miliardách rokov? Tieto otázky trápili (a stále trápia) mysle filozofov a vedcov, zdá sa, že od počiatku vekov viedli k vzniku mnohých zaujímavých a niekedy až bláznivých teórií.

Dnes väčšina astronómov a kozmológov dospela k všeobecnej zhode, že vesmír, ako ho poznáme, bol výsledkom gigantickej explózie, ktorá nielenže vytvorila väčšinu hmoty, ale bola aj zdrojom základných fyzikálnych zákonov, podľa ktorých vesmír okolo nás existuje. Toto všetko sa nazýva teória veľkého tresku.

Základy teórie veľkého tresku sú pomerne jednoduché. V skratke teda podľa nej všetka hmota, ktorá existovala a teraz existuje vo vesmíre, sa objavila v rovnakom čase – asi pred 13,8 miliardami rokov. V tom čase všetka hmota existovala vo forme veľmi kompaktnej abstraktnej gule (alebo bodu) s nekonečnou hustotou a teplotou. Tento stav sa nazýval singularita. Zrazu sa singularita začala rozširovať a zrodila vesmír, ktorý poznáme.

Stojí za zmienku, že teória veľkého tresku je len jednou z mnohých navrhovaných hypotéz o vzniku vesmíru (existuje napríklad aj teória stacionárneho vesmíru), no získala si najväčšie uznanie a obľubu. Nielenže vysvetľuje zdroj všetkej známej hmoty, fyzikálne zákony a väčšiu štruktúru vesmíru, opisuje aj dôvody rozpínania vesmíru a mnohé ďalšie aspekty a javy.

Chronológia udalostí v teórii veľkého tresku.

Vedci na základe poznatkov o súčasnom stave vesmíru vychádzajú z teórie, že všetko muselo začať z jedného bodu s nekonečnou hustotou a konečným časom, ktorý sa začal rozpínať. Po počiatočnej expanzii, hovorí teória, vesmír prešiel fázou ochladzovania, ktorá umožnila vznik subatomárnych častíc a neskôr jednoduchých atómov. Obrovské oblaky týchto prastarých prvkov neskôr vďaka gravitácii začali vytvárať hviezdy a galaxie.

Toto všetko sa podľa vedcov začalo asi pred 13,8 miliardami rokov, a preto sa tento východiskový bod považuje za vek vesmíru. Skúmaním rôznych teoretických princípov, vykonávaním experimentov s urýchľovačmi častíc a vysokoenergetickými stavmi a vykonávaním astronomických štúdií vzdialených končín vesmíru vedci odvodili a navrhli chronológiu udalostí, ktoré sa začali veľkým treskom a viedli vesmír nakoniec k ten stav kozmického vývoja, ktorý teraz prebieha.

Vedci sa domnievajú, že najskoršie obdobia vzniku vesmíru - trvajúce od 10-43 do 10-11 sekúnd po veľkom tresku - sú stále predmetom diskusií a diskusií. Pozor! Iba ak vezmeme do úvahy, že fyzikálne zákony, ktoré dnes poznáme, v tom čase nemohli existovať, potom je veľmi ťažké pochopiť, ako boli procesy v tomto ranom vesmíre regulované. Okrem toho sa ešte neuskutočnili experimenty s možnými druhmi energií, ktoré by v tom čase mohli byť prítomné. Nech je to akokoľvek, mnohé teórie o vzniku vesmíru sa nakoniec zhodujú v tom, že v určitom časovom bode existoval východiskový bod, od ktorého všetko začalo.

Éra singularity.

Tiež známa ako Planckova epocha (alebo Planckova éra) je považovaná za najskoršie známe obdobie vo vývoji vesmíru. V tomto čase bola všetka hmota obsiahnutá v jedinom bode nekonečnej hustoty a teploty. Vedci sa domnievajú, že počas tohto obdobia dominovali kvantové účinky gravitačných interakcií fyzikálnym a žiadna fyzická sila sa svojou silou nerovnala gravitácii.

Planckova éra údajne trvala od 0 do 10-43 sekúnd a je tak pomenovaná, pretože jej trvanie možno merať iba Planckovým časom. Kvôli extrémnym teplotám a nekonečnej hustote hmoty bol stav vesmíru počas tohto časového obdobia mimoriadne nestabilný. Nasledovali obdobia expanzie a ochladzovania, ktoré viedli k vzniku základných fyzikálnych síl.

Približne v období od 10-43 do 10-36 sekúnd došlo vo vesmíre k procesu kolízie prechodových teplotných stavov. Verí sa, že práve v tomto bode sa základné sily, ktoré riadia súčasný vesmír, začali od seba oddeľovať. Prvým krokom tohto oddelenia bol vznik gravitačných síl, silné a slabé jadrové interakcie a elektromagnetizmus.

V období od 10-36 do 10-32 sekúnd po veľkom tresku sa teplota vesmíru dostatočne znížila (1028 K), čo viedlo k oddeleniu elektromagnetických síl (silná sila) a slabej jadrovej sily ( slabá sila).

Obdobie inflácie.

S príchodom prvých základných síl vo vesmíre začala éra inflácie, ktorá trvala od 10-32 sekúnd v Planckovom čase do neznámeho bodu v čase. Väčšina kozmologických modelov naznačuje, že vesmír bol počas tohto obdobia rovnomerne naplnený energiou s vysokou hustotou a neuveriteľne vysoké teploty a tlaky spôsobili, že sa rýchlo rozpínal a ochladzoval.

Začalo to o 10-37 sekundách, keď po prechodovej fáze, ktorá spôsobila oddelenie síl, nasledovalo rozpínanie vesmíru v geometrickom postupe. V rovnakom časovom období bol vesmír v stave baryogenézy, keď bola teplota taká vysoká, že náhodný pohyb častíc vo vesmíre nastával rýchlosťou blízkou svetla.

V tomto čase sa vytvárajú páry častíc – antičastice, ktoré sa okamžite zrážajú a ničia, o čom sa predpokladá, že v modernom vesmíre viedlo k prevahe hmoty nad antihmotou. Po zastavení inflácie sa vesmír skladal z kvark-gluónovej plazmy a ďalších elementárnych častíc. Od tohto momentu sa vesmír začal ochladzovať, hmota sa začala formovať a spájať.

Obdobie ochladzovania.

Keď sa hustota a teplota vo vesmíre znižovali, energia v každej častici začala klesať. Tento prechodný stav trval, kým základné sily a elementárne častice nedosiahli svoju dnešnú podobu. Keďže energia častíc klesla na hodnoty, ktoré sa dnes dajú dosiahnuť experimentmi, skutočná možná existencia tohto časového obdobia je medzi vedcami oveľa menej kontroverzná.

Vedci sa napríklad domnievajú, že 10-11 sekúnd po veľkom tresku sa energia častíc výrazne znížila. Približne o 10-6 sekúnd začali kvarky a gluóny vytvárať baryóny – protóny a neutróny. Kvarky začali prevládať nad antikvarkami, čo následne viedlo k prevahe baryónov nad antibaryónmi.

Keďže teplota už nebola dostatočne vysoká na to, aby sa vytvorili nové páry protón-antiprotón (alebo páry neutrón-antineutrón), nasledovala masívna deštrukcia týchto častíc, výsledkom čoho je zvyšok iba 1/1010 z počtu pôvodných protónov a neutrónov. zmiznutie ich antičastíc. Podobný proces nastal asi 1 sekundu po veľkom tresku. Len „obeťami“ boli tentoraz elektróny a pozitróny. Po hromadnej deštrukcii zvyšné protóny, neutróny a elektróny prestali svoj náhodný pohyb a energetická hustota vesmíru bola naplnená fotónmi a v menšej miere neutrínami.

Počas prvých minút rozpínania vesmíru sa začalo obdobie nukleosyntézy (syntéza chemických prvkov) s poklesom teploty na 1 miliardu kelvinov a hustotou energie na hodnoty približne ekvivalentné vzduchu, neutrónov a hustoty energie. protóny sa začali miešať a vytvárať prvý stabilný izotop vodíka (deutérium) a atómy hélia Avšak väčšina protónov vo vesmíre zostala ako odpojené jadrá atómov vodíka.

Po približne 379 000 rokoch sa elektróny spojili s týmito vodíkovými jadrami a vytvorili atómy (opäť prevažne vodík), pričom sa žiarenie oddelilo od hmoty a pokračovalo v expanzii prakticky bez prekážok vesmírom. Toto žiarenie sa nazýva kozmické mikrovlnné žiarenie pozadia a je najstarším zdrojom svetla vo vesmíre.

S expanziou kozmické mikrovlnné pozadie postupne strácalo svoju hustotu a energiu a v súčasnosti je jeho teplota 2,7260 0,0013 K (- 270,424 C) a hustota energie je 0,25 eV (alebo 4,005 x 10-14 J/m?; 400- 500 fotónov/cm CMB sa rozprestiera vo všetkých smeroch a na vzdialenosť asi 13,8 miliardy svetelných rokov, ale odhady jeho skutočného rozloženia uvádzajú približne 46 miliárd svetelných rokov od stredu vesmíru.

Éra štruktúry (hierarchická éra).

V priebehu niekoľkých nasledujúcich miliárd rokov sa hustejšie oblasti hmoty, ktoré boli takmer rovnomerne rozmiestnené po celom vesmíre, začali navzájom priťahovať. V dôsledku toho ešte viac zhustli a začali vytvárať plynové oblaky, hviezdy, galaxie a iné astronomické štruktúry, ktoré môžeme pozorovať aj dnes. Toto obdobie sa nazýva hierarchická éra. V tomto čase vesmír, ktorý teraz vidíme, začal nadobúdať svoju formu. Hmota sa začala spájať do štruktúr rôznych veľkostí – hviezdy, planéty, galaxie, kopy galaxií, ale aj galaktické nadkopy, oddelené medzigalaktickými mostami obsahujúcimi len niekoľko galaxií.

Podrobnosti tohto procesu možno opísať podľa predstavy o množstve a druhu hmoty rozmiestnenej vo vesmíre, ktorá je reprezentovaná ako studená, teplá, horúca tmavá hmota a baryonická hmota. Súčasným štandardným kozmologickým modelom veľkého tresku je však model lambda-CDM, podľa ktorého sa častice temnej hmoty pohybujú pomalšie ako rýchlosť svetla. Bol vybraný, pretože rieši všetky rozpory, ktoré sa objavili v iných kozmologických modeloch.

Podľa tohto modelu tvorí studená temná hmota asi 23 percent všetkej hmoty/energie vo vesmíre. Podiel baryónovej hmoty je asi 4,6 percenta. Lambda - CDM označuje takzvanú kozmologickú konštantu: teóriu navrhnutú Albertom Einsteinom, ktorá charakterizuje vlastnosti vákua a ukazuje rovnovážny vzťah medzi hmotnosťou a energiou ako konštantnú statickú veličinu. V tomto prípade je spojená s temnou energiou, ktorá slúži ako urýchľovač rozpínania vesmíru a udržiava obrie kozmologické štruktúry do značnej miery homogénne.

Dlhodobé predpovede týkajúce sa budúcnosti vesmíru.

Hypotézy, že vývoj vesmíru má východiskový bod, prirodzene vedú vedcov k otázkam o možnom koncovom bode tohto procesu. Iba ak vesmír začal svoju históriu z malého bodu s nekonečnou hustotou, ktorý sa zrazu začal rozpínať, neznamená to, že sa bude aj donekonečna rozpínať, alebo mu jedného dňa dôjde expanzná sila a začne sa opačný proces stláčania. , ktorého konečným výsledkom bude stále ten istý nekonečne hustý bod?

Odpovedať na tieto otázky bolo hlavným cieľom kozmológov už od začiatku debaty o tom, ktorý kozmologický model vesmíru je správny. S prijatím teórie veľkého tresku, ale najmä vďaka pozorovaniu temnej energie v 90. rokoch, sa vedci zhodli na dvoch najpravdepodobnejších scenároch vývoja vesmíru.

Podľa prvej, nazvanej Big Crunch, vesmír dosiahne svoju maximálnu veľkosť a začne sa rúcať. Tento scenár bude možný iba vtedy, ak bude hustota hmoty vesmíru väčšia ako samotná kritická hustota. Inými slovami, ak hustota hmoty dosiahne alebo stúpne nad určitú hodnotu (1-3x10-26 kg hmoty na m), vesmír sa začne zmršťovať.

Alternatívou je ďalší scenár, ktorý hovorí, že ak je hustota vo vesmíre rovná alebo nižšia ako kritická hodnota hustoty, potom sa jeho expanzia spomalí, ale nikdy sa úplne nezastaví. Podľa tejto hypotézy, nazvanej „Tepelná smrť vesmíru“, bude expanzia pokračovať, kým tvorba hviezd neprestane spotrebovávať medzihviezdny plyn v každej z okolitých galaxií. To znamená, že prenos energie a hmoty z jedného objektu na druhý sa úplne zastaví. Všetky existujúce hviezdy v tomto prípade zhoria a zmenia sa na bielych trpaslíkov, neutrónové hviezdy a čierne diery.

Postupne sa budú čierne diery zrážať s inými čiernymi dierami, čo povedie k vytvoreniu väčších a väčších. Priemerná teplota vesmíru sa priblíži k absolútnej nule. Čierne diery sa nakoniec „vyparia“ a uvoľnia svoje posledné jastrabie žiarenie. Nakoniec termodynamická entropia vo vesmíre dosiahne svoje maximum. Nastane tepelná smrť.

Moderné pozorovania, ktoré zohľadňujú prítomnosť temnej energie a jej vplyv na rozpínanie vesmíru, viedli vedcov k záveru, že postupom času bude čoraz väčšia časť vesmíru presahovať náš horizont udalostí a stane sa pre nás neviditeľným. Konečný a logický výsledok toho vedci ešte nepoznajú, ale „úmrtie teplom“ môže byť konečným bodom takýchto udalostí.

Existujú aj ďalšie hypotézy týkajúce sa distribúcie temnej energie, presnejšie povedané jej možných typov (napríklad fantómová energia. Podľa nich dôjde k roztrhnutiu galaktických zhlukov, hviezd, planét, atómov, atómových jadier a samotnej hmoty v dôsledku jeho nekonečného rozpínania sa vývoj tohto scenára nazýva „Veľké roztrhnutie“.

História teórie veľkého tresku.

Najstaršia zmienka o veľkom tresku pochádza zo začiatku 20. storočia a súvisí s pozorovaním vesmíru. V roku 1912 americký astronóm Vesto Slifer vykonal sériu pozorovaní špirálových galaxií (ktoré boli pôvodne považované za hmloviny) a zmeral ich Dopplerov červený posun. Takmer vo všetkých prípadoch pozorovania ukázali, že špirálové galaxie sa vzďaľujú od našej Mliečnej dráhy.

V roku 1922 vynikajúci ruský matematik a kozmológ Alexander Friedman odvodil takzvané Friedmannove rovnice z Einsteinových rovníc pre všeobecnú teóriu relativity. Napriek Einsteinovmu presadzovaniu teórie v prospech kozmologickej konštanty Friedmanova práca ukázala, že vesmír bol skôr v stave expanzie.

V roku 1924 merania vzdialenosti blízkej špirálovej hmloviny Edwinom Hubbleom ukázali, že tieto systémy sú v skutočnosti skutočne odlišné galaxie. V rovnakom čase začal Hubble vyvíjať sériu metrík odčítania vzdialenosti pomocou 2,5-metrového Hookerovho teleskopu na observatóriu Mount Wilson. V roku 1929 Hubble objavil vzťah medzi vzdialenosťou a rýchlosťou, ktorou sa galaxie vzďaľujú, čo sa neskôr stalo Hubblovým zákonom.

V roku 1927 belgický matematik, fyzik a katolícky kňaz Georges Lemaître nezávisle dospel k rovnakým výsledkom ako Friedmannove rovnice a ako prvý sformuloval vzťah medzi vzdialenosťou a rýchlosťou galaxií, pričom ponúkol prvý odhad koeficientu tohto vzťahu. Lemaitre veril, že v určitom bode v minulosti bola celá hmota vesmíru sústredená v jednom bode (atóm.

Tieto objavy a predpoklady vyvolali veľa diskusií medzi fyzikmi v 20. a 30. rokoch, z ktorých väčšina verila, že vesmír je v stacionárnom stave. Podľa vtedy zavedeného modelu vznikla spolu s nekonečným rozpínaním vesmíru aj nová hmota, rozložená rovnomerne a rovnomerne v hustote v celom jeho rozsahu. Medzi vedcami, ktorí ju podporovali, sa myšlienka veľkého tresku zdala viac teologická ako vedecká. Lemaitrovi vyčítali, že je zaujatý na základe náboženských predsudkov.

Treba poznamenať, že súčasne existovali aj iné teórie. Napríklad Milneho model vesmíru a cyklický model. Obe boli založené na postulátoch Einsteinovej všeobecnej teórie relativity a následne získali podporu samotného vedca. Podľa týchto modelov vesmír existuje v nekonečnom prúde opakujúcich sa cyklov expanzie a kolapsu.

1. Éra singularity (Planckian). Považuje sa za primárne, ako rané vývojové obdobie vesmíru. Hmota bola sústredená v jednom bode, ktorý mal svoju teplotu a nekonečnú hustotu. Vedci tvrdia, že túto éru charakterizuje dominancia kvantových efektov patriacich do gravitačnej interakcie nad fyzikálnymi a ani jedna fyzická sila, ktorá existovala v tých vzdialených časoch, nebola svojou silou identická s gravitáciou, to znamená, že sa jej nerovnala. Trvanie Planckovej éry je sústredené v rozsahu od 0 do 10-43 sekúnd. Dostalo toto meno, pretože iba Planckov čas mohol plne zmerať jeho rozsah. Tento časový interval sa považuje za veľmi nestabilný, čo zase úzko súvisí s extrémnou teplotou a neobmedzenou hustotou hmoty. Po ére singularity nastalo obdobie expanzie a s ňou ochladzovania, čo viedlo k vytvoreniu základných fyzikálnych síl.

Ako sa zrodil vesmír. Studený pôrod

Čo sa stalo pred vesmírom? Model "spiaceho" vesmíru

„Možno pred Veľkým treskom bol vesmír veľmi kompaktným, pomaly sa vyvíjajúcim statickým priestorom,“ tvrdia fyzici ako Kurt Hinterbichler, Austin Joyce a Justin Khoury.

Tento „predvýbuchový“ vesmír musel mať metastabilný stav, to znamená byť stabilný, kým sa neobjaví ešte stabilnejší stav. Analogicky si predstavte útes, na okraji ktorého je balvan v stave vibrácií. Akýkoľvek kontakt s balvanom povedie k jeho pádu do priepasti alebo - čo je bližšie k nášmu prípadu - dôjde k Veľkému tresku. Podľa niektorých teórií by „predvýbuchový“ vesmír mohol existovať v inej forme, napríklad vo forme splošteného a veľmi hustého priestoru. V dôsledku toho sa toto metastabilné obdobie skončilo: prudko sa rozšírilo a nadobudlo tvar a stav toho, čo vidíme teraz.

„Model spiaceho vesmíru má však aj svoje problémy,“ hovorí Carroll.

"Tiež predpokladá, že náš vesmír má nízku úroveň entropie, ale nevysvetľuje, prečo je to tak."

Hinterbichler, teoretický fyzik z Case Western Reserve University, však nevníma výskyt nízkej entropie ako problém.

„Jednoducho hľadáme vysvetlenie dynamiky, ktorá sa vyskytla pred Veľkým treskom, ktoré vysvetľuje, prečo vidíme to, čo vidíme teraz. Zatiaľ je to jediné, čo nám zostalo,“ hovorí Hinterbichler.

Carroll sa však domnieva, že existuje iná teória vesmíru „pred výbuchom“, ktorá môže vysvetliť nízku úroveň entropie prítomnej v našom vesmíre.

Ako sa vesmír objavil z ničoho. Ako funguje Vesmír

Povedzme si, ako vlastne funguje fyzika, podľa našich predstáv. Od čias Newtona sa paradigma fundamentálnej fyziky nezmenila; obsahuje tri časti. Prvým je „stavový priestor“: v podstate zoznam všetkých možných konfigurácií, v ktorých by vesmír mohol existovať. Druhým je určitý stav, ktorý predstavuje vesmír v určitom časovom bode, zvyčajne v aktuálnom. Tretím je určité pravidlo, podľa ktorého sa Vesmír vyvíja v čase. Dajte mi vesmír dnes a fyzikálne zákony vám povedia, čo sa s ním stane v budúcnosti. Tento spôsob myslenia nie je o nič menej pravdivý pre kvantovú mechaniku alebo všeobecnú teóriu relativity alebo kvantovú teóriu poľa ako pre newtonovskú mechaniku alebo Maxwellovu elektrodynamiku.

Špeciálnou, ale veľmi všestrannou implementáciou tejto schémy je najmä kvantová mechanika. (Kvantová teória poľa je len špecifický príklad kvantovej mechaniky, nie nový spôsob myslenia). Stavy sú „vlnové funkcie“ a súbor všetkých možných vlnových funkcií konkrétneho systému sa nazýva „Hilbertov priestor“. Jeho výhodou je, že značne obmedzuje množinu možností (pretože ide o vektorový priestor: poznámka pre odborníkov). Keď mi poviete jeho veľkosť (počet rozmerov), úplne zadefinujete svoj Hilbertov priestor. Toto sa radikálne líši od klasickej mechaniky, v ktorej sa stavový priestor môže stať extrémne zložitým. A je tu aj stroj – „hamiltonský“ – ktorý presne ukazuje, ako sa časom vyvíjať z jedného stavu do druhého. Opakujem, že nie je veľa druhov hamiltoniánov; stačí si zapísať určitý zoznam veličín (vlastné hodnoty energie - objasnenie pre vás, otravných odborníkov).

Ako sa objavil život na Zemi. Život na Zemi

Život využívajúci chémiu odlišnú od našej môže vzniknúť na Zemi viackrát. Možno. A ak nájdeme dôkazy o takomto procese, znamená to, že je vysoká pravdepodobnosť, že život vznikne na mnohých miestach vo Vesmíre nezávisle od seba, tak ako vznikol život na Zemi. Ale na druhej strane si predstavte, ako by sme sa cítili, keby sme nakoniec objavili život na inej planéte, možno obiehajúcej okolo vzdialenej hviezdy, a ukázalo sa, že má identickú chémiu a možno dokonca identickú štruktúru DNA ako tá naša.

Šanca, že život na Zemi vznikol úplne spontánne a náhodou, sa zdá byť veľmi malá. Šanca, že presne ten istý život vznikne na inom mieste, je neskutočne malá a prakticky nulová. Existujú však možné odpovede na tieto otázky, ktoré anglickí astronómovia Fred Hoyle a Chandra Wickramasinghe načrtli vo svojej nezvyčajnej knihe z roku 1979 Life cloud.

Vzhľadom na extrémne nepravdepodobnú šancu, že sa život na Zemi objavil sám od seba, autori navrhujú iné vysvetlenie. Spočíva v tom, že život sa objavil niekde vo vesmíre a potom sa šíril po celom vesmíre prostredníctvom panspermie. Mikroskopický život uväznený v troskách z kozmických kolízií sa môže pohybovať v nečinnom stave počas veľmi dlhých časových období. Potom, keď dorazí na miesto určenia, kde sa opäť začne rozvíjať. Všetok život vo Vesmíre, vrátane života na Zemi, je teda v skutočnosti ten istý život.

Video Ako sa objavil vesmír

Ako sa vesmír objavil z ničoho. Studený pôrod

Cesta k takémuto zjednoteniu sa však dá vymyslieť na kvalitatívnej úrovni a tu sa črtajú veľmi zaujímavé vyhliadky. Jedným z nich sa zaoberal slávny kozmológ, profesor na University of Arizona Lawrence Krauss vo svojej nedávno vydanej knihe „Vesmír z ničoho“. Jeho hypotéza vyzerá fantasticky, no vôbec nie je v rozpore so zavedenými fyzikálnymi zákonmi.

Predpokladá sa, že náš vesmír vznikol z veľmi horúceho počiatočného stavu s teplotou asi 1032 Kelvinov. Chladný zrod vesmírov si však možno predstaviť aj z čistého vákua – presnejšie z jeho kvantových fluktuácií. Je dobre známe, že takéto výkyvy spôsobujú vznik veľkého množstva virtuálnych častíc, ktoré doslova vznikli z ničoty a následne bez stopy zmizli. Fluktuácie vákua sú podľa Kraussa v princípe schopné dať vznik rovnako efemérnym protovesmírom, ktoré za určitých podmienok prechádzajú z virtuálneho stavu do reálneho.

Otázka, ako vznikol vesmír, ľudí vždy znepokojovala. To nie je prekvapujúce, pretože každý chce poznať svoj pôvod. S touto otázkou bojujú vedci, kňazi a spisovatelia už niekoľko tisícročí. Táto otázka vzrušuje mysle nielen špecialistov, ale aj každého bežného človeka. Okamžite však stojí za to povedať, že na otázku, ako vznikol vesmír, neexistuje 100% odpoveď. Existuje len teória, ktorú podporuje väčšina vedcov.

Tu to rozoberieme.

Keďže všetko, čo obklopuje človeka, má svoj vlastný začiatok, nie je prekvapujúce, že už od pradávna sa človek snažil nájsť začiatok vesmíru. Pre človeka stredoveku bola odpoveď na túto otázku celkom jednoduchá – Boh stvoril vesmír. S rozvojom vedy však vedci začali spochybňovať nielen otázku Boha, ale aj myšlienku, že vesmír má počiatok.

V roku 1929 sa vedci vďaka americkému astronómovi Hubbleovi vrátili k otázke koreňov vesmíru. Faktom je, že Hubble dokázal, že galaxie, ktoré tvoria vesmír, sa neustále pohybujú. Okrem pohybu sa môžu aj zväčšovať, čo znamená, že sa vesmír zväčšuje. A ak rastie, ukazuje sa, že kedysi existovala fáza začiatku tohto rastu. To znamená, že vesmír má začiatok.

O niečo neskôr britský astronóm Hoyle predložil senzačnú hypotézu: Vesmír vznikol v okamihu Veľkého tresku. Jeho teória vstúpila do histórie pod týmto názvom. Podstata Hoylovej myšlienky je jednoduchá a zložitá zároveň. Veril, že kedysi existovalo štádium nazývané stav kozmickej singularity, to znamená, že čas stál na nule a hustota a teplota sa rovnali nekonečnu. A v jednom momente došlo k výbuchu, v dôsledku čoho sa zlomila singularita, a preto sa zmenila hustota a teplota, začal rast hmoty, čiže čas sa začal počítať. Neskôr sám Hoyle označil svoju teóriu za nepresvedčivú, no to jej nezabránilo stať sa najobľúbenejšou hypotézou o vzniku vesmíru.

Kedy sa stalo to, čo Hoyle nazval Veľký tresk? Vedci vykonali mnoho výpočtov, v dôsledku čoho sa väčšina zhodli na čísle 13,5 miliardy rokov. Práve vtedy sa vesmír začal objavovať z ničoho. V zlomku sekundy vesmír nadobudol veľkosť menšiu ako atóm a spustil sa proces expanzie. Kľúčovú úlohu zohrala gravitácia. Najzaujímavejšie je, že keby to bolo trochu silnejšie, tak by nič nevzniklo, nanajvýš čierna diera. A keby bola gravitácia o niečo slabšia, nevzniklo by vôbec nič.
Niekoľko sekúnd po výbuchu sa teplota vo vesmíre mierne znížila, čo dalo impulz vzniku hmoty a antihmoty. V dôsledku toho sa začali objavovať atómy. Vesmír teda prestal byť monochromatický. Niekde bolo atómov viac, niekde menej. V niektorých častiach bolo teplejšie, v iných bola teplota nižšia. Atómy sa začali navzájom zrážať, vytvárať zlúčeniny, potom nové látky a neskôr telá. Niektoré predmety mali veľkú vnútornú energiu. Toto boli hviezdy. Začali okolo seba zhromažďovať (vďaka sile gravitácie) ďalšie telesá, ktoré nazývame planéty. Takto vznikli systémy, jedným z nich je aj naša Slnečná sústava.

Veľký tresk. Modelové problémy a ich riešenie

Problém veľkého rozsahu a izotropie vesmíru môže byť vyriešený tým, že počas fázy inflácie dochádzalo k expanzii nezvyčajne vysokou rýchlosťou. Z toho vyplýva, že celý priestor pozorovateľného Vesmíru je výsledkom jednej kauzálne súvisiacej oblasti epochy predchádzajúcej inflačnej.
Riešenie problému plochého vesmíru. Je to možné, pretože v štádiu nafukovania sa polomer zakrivenia priestoru zväčšuje. Táto hodnota je taká, že umožňuje, aby moderné parametre hustoty mali hodnotu blízku kritickej hodnote.
Inflačná expanzia vedie k vzniku kolísania hustoty s určitou amplitúdou a tvarom spektra. To umožňuje, aby sa tieto oscilácie (výkyvy) rozvinuli do súčasnej štruktúry Vesmíru pri zachovaní veľkorozmernej homogenity a izotropie. Toto je riešenie problému rozsiahlej štruktúry vesmíru.

Za hlavnú nevýhodu inflačného modelu možno považovať jeho závislosť na teóriách, ktoré ešte neboli dokázané a nie sú úplne rozvinuté.

Model je napríklad založený na jednotnej teórii poľa, ktorá je zatiaľ len hypotézou. Nedá sa experimentálne testovať v laboratórnych podmienkach. Ďalším nedostatkom modelu je nezrozumiteľnosť toho, odkiaľ sa vzala prehriata a expandujúca hmota. Tu prichádzajú do úvahy tri možnosti:

Štandardná teória veľkého tresku naznačuje začiatok inflácie vo veľmi ranom štádiu vývoja vesmíru. Ale potom problém singularity nie je vyriešený.
Druhou možnosťou je vznik vesmíru z chaosu. Rôzne jeho časti mali rôzne teploty, takže na niektorých miestach dochádzalo ku kompresii a na iných k expanzii. Inflácia by nastala v oblasti vesmíru, ktorá bola prehriata a rozpínajúca sa. Nie je však jasné, odkiaľ sa vzal primárny chaos.
Treťou možnosťou je kvantová mechanická cesta, cez ktorú vznikol zhluk prehriatej a rozpínajúcej sa hmoty. V skutočnosti vesmír vznikol z ničoho.

Jednou z hlavných otázok, ktoré neopúšťajú ľudské vedomie, vždy bola a je otázka: „ako sa objavil vesmír? Samozrejme, na túto otázku neexistuje jednoznačná odpoveď a je nepravdepodobné, že ju čoskoro dostaneme, ale veda pracuje týmto smerom a vytvára určitý teoretický model pôvodu nášho vesmíru.

Najprv by sme mali zvážiť základné vlastnosti vesmíru, ktoré by mali byť opísané v rámci kozmologického modelu.

Model musí brať do úvahy pozorované vzdialenosti medzi objektmi, ako aj rýchlosť a smer ich pohybu. Takéto výpočty sú založené na Hubbleovom zákone: cz = H0D, kde z je červený posun objektu, D je vzdialenosť k tomuto objektu, c je rýchlosť svetla.
Vek vesmíru v modeli musí prekročiť vek najstarších objektov na svete.
Model musí brať do úvahy počiatočné množstvo prvkov.
Model musí brať do úvahy pozorovanú veľkorozmernú štruktúru vesmíru.
Model musí brať do úvahy pozorované reliktné pozadie.

Pozrime sa stručne na všeobecne uznávanú teóriu vzniku a raného vývoja vesmíru, ktorú podporuje väčšina vedcov. Dnes sa teória veľkého tresku vzťahuje na kombináciu modelu horúceho vesmíru s veľkým treskom. A hoci tieto pojmy spočiatku existovali nezávisle od seba, v dôsledku ich zjednotenia bolo možné vysvetliť pôvodné chemické zloženie vesmíru, ako aj prítomnosť kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia.

Podľa tejto teórie vesmír vznikol asi pred 13,77 miliardami rokov z nejakého hustého zahriateho objektu - singulárneho stavu, ktorý je v rámci modernej fyziky ťažko opísateľný. Problém kozmologickej singularity okrem iného spočíva v tom, že pri jej opise väčšina fyzikálnych veličín, ako je hustota a teplota, smeruje k nekonečnu. Zároveň je známe, že pri nekonečnej hustote by mala entropia (miera chaosu) smerovať k nule, čo nie je v žiadnom prípade kompatibilné s nekonečnou teplotou.

Evolúcia vesmíru

Prvých 10 - 43 sekúnd po veľkom tresku sa nazýva štádium kvantového chaosu. Povaha vesmíru v tomto štádiu existencie sa nedá opísať v rámci nám známej fyziky. Kontinuálny jednotný časopriestor sa rozpadá na kvantá.

Planckov moment je moment konca kvantového chaosu, ktorý padne na 10 za -43 sekúnd. V tomto momente sa parametre vesmíru rovnali Planckovým hodnotám, ako je Planckova teplota (asi 1032 K). V momente Planckovej éry sa všetky štyri základné interakcie (slabá, silná, elektromagnetická a gravitačná) spojili do jedinej interakcie. Planckov moment nie je možné považovať za nejaké dlhé obdobie, keďže moderná fyzika nepracuje s parametrami menšími ako Planckov moment.
Fáza inflácie. Ďalšou etapou v histórii vesmíru bola inflačná etapa. V prvom momente inflácie bola gravitačná interakcia oddelená od jediného supersymetrického poľa (predtým zahŕňalo polia základných interakcií). V tomto období má hmota podtlak, čo spôsobuje exponenciálny nárast kinetickej energie vesmíru. Jednoducho povedané, v tomto období sa vesmír začal veľmi rýchlo nafukovať a ku koncu sa energia fyzikálnych polí mení na energiu obyčajných častíc. Na konci tejto fázy sa výrazne zvýši teplota látky a žiarenia. Spolu s koncom fázy inflácie vyniká aj silná interakcia. Aj v tomto momente vzniká baryónová asymetria vesmíru.

[Baryonická asymetria vesmíru je pozorovaný fenomén prevahy hmoty nad antihmotou vo vesmíre]

Štádium radiačnej dominancie. Ďalšia etapa vo vývoji vesmíru, ktorá zahŕňa niekoľko etáp. V tejto fáze sa teplota Vesmíru začína znižovať, vznikajú kvarky, potom hadróny a leptóny. V ére nukleosyntézy dochádza k tvorbe počiatočných chemických prvkov a syntetizuje sa hélium. V hmote však stále dominuje žiarenie.
Éra látkovej dominancie. Po 10 000 rokoch energia látky postupne prevyšuje energiu žiarenia a dochádza k ich oddeleniu. Hmota začína dominovať žiareniu a objavuje sa reliktné pozadie. Taktiež oddelenie hmoty od žiarenia výrazne zosilnilo počiatočné nehomogenity v rozložení hmoty, v dôsledku čoho začali vznikať galaxie a supergalaxie. Zákony Vesmíru sa dostali do podoby, v akej ich pozorujeme dnes.

Vyššie uvedený obrázok sa skladá z niekoľkých základných teórií a poskytuje všeobecnú predstavu o formovaní vesmíru v počiatočných fázach jeho existencie.

Odkiaľ sa vzal vesmír?

Ak vesmír vznikol z kozmologickej singularity, odkiaľ sa potom vzala samotná singularita? V súčasnosti nie je možné dať presnú odpoveď na túto otázku. Pozrime sa na niektoré kozmologické modely ovplyvňujúce „zrodenie vesmíru“.

Tieto modely sú založené na tvrdení, že Vesmír vždy existoval a v priebehu času sa jeho stav iba mení, prechádza od expanzie ku kompresii - a späť.

Steinhardt-Turok model. Tento model je založený na teórii strún (M-teória), keďže používa objekt, akým je napríklad „brána“.

[Brána (z membrány) v teórii strún (M-teória) je hypotetický základný viacrozmerný fyzikálny objekt s rozmermi menšími ako je rozmer priestoru, v ktorom sa nachádza]

Podľa tohto modelu sa viditeľný vesmír nachádza vo vnútri trojbrány, ktorá sa periodicky každých niekoľko biliónov rokov zrazí s ďalšou trojbranou, čo spôsobí niečo ako Veľký tresk. Ďalej sa naša trojbrana začína vzďaľovať od druhej a expandovať. V určitom momente má prednosť podiel tmavej energie a zvyšuje sa rýchlosť expanzie trojramennej. Kolosálna expanzia rozptýli hmotu a žiarenie natoľko, že sa svet stáva takmer homogénnym a prázdnym. Nakoniec sa tri brány opäť zrazia, čo spôsobí, že sa tie naše vrátia do počiatočnej fázy svojho cyklu, čím sa opäť zrodí náš „Vesmír“.

Aj teória Lorisa Bauma a Paula Framptona tvrdí, že vesmír je cyklický. Podľa ich teórie sa ten druhý po Veľkom tresku bude vďaka temnej energii rozpínať, až kým sa nepriblíži k momentu „rozpadu“ samotného časopriestoru – Big Rip. Ako je známe, v „uzavretom systéme entropia neklesá“ (druhý zákon termodynamiky). Z tohto tvrdenia vyplýva, že vesmír sa nemôže vrátiť do pôvodného stavu, pretože počas takéhoto procesu musí entropia klesať. Tento problém sa však rieši v rámci tejto teórie. Podľa teórie Bauma a Framptona sa vesmír chvíľu pred Veľkým roztrhnutím rozpadne na mnoho „úlomkov“, z ktorých každý má pomerne malú hodnotu entropie. Tieto „chlopne“ bývalého vesmíru, ktoré zažívajú sériu fázových prechodov, vytvárajú hmotu a vyvíjajú sa podobne ako pôvodný vesmír. Tieto nové svety medzi sebou neinteragujú, pretože sa od seba rozlietajú rýchlosťou vyššou ako rýchlosť svetla. Vedci sa tak vyhli aj kozmologickej singularite, ktorou sa podľa väčšiny kozmologických teórií začína zrod vesmíru. To znamená, že v momente konca svojho cyklu sa Vesmír rozpadne na mnoho ďalších neinteragujúcich svetov, ktoré sa stanú novými vesmírmi.
Konformná cyklická kozmológia – cyklický model Rogera Penrosa a Vahagna Gurzadyana. Podľa tohto modelu je vesmír schopný vstúpiť do nového cyklu bez porušenia druhého termodynamického zákona. Táto teória je založená na predpoklade, že čierne diery ničia absorbované informácie, čo nejakým spôsobom „legálne“ znižuje entropiu vesmíru. Potom každý takýto cyklus existencie vesmíru začína niečím podobným Veľkému tresku a končí singularitou.

Ďalšie modely vzniku vesmíru

Okrem iných hypotéz vysvetľujúcich vzhľad viditeľného vesmíru sú najobľúbenejšie tieto dve:

Chaotická teória inflácie - teória Andreja Lindeho. Podľa tejto teórie existuje určité skalárne pole, ktoré je v celom svojom objeme nehomogénne. To znamená, že v rôznych oblastiach vesmíru má skalárne pole rôzne významy. Potom sa v oblastiach, kde je pole slabé, nič nedeje, zatiaľ čo oblasti so silným poľom sa vďaka jeho energii začnú rozširovať (inflácia), čím vznikajú nové vesmíry. Tento scenár predpokladá existenciu mnohých svetov, ktoré nevznikli súčasne a majú svoj vlastný súbor elementárnych častíc, a teda aj prírodné zákony.
Teória Lee Smolin naznačuje, že Veľký tresk nie je začiatkom existencie vesmíru, ale je len fázovým prechodom medzi jeho dvoma stavmi. Keďže pred Veľkým treskom existoval vesmír vo forme kozmologickej singularity, ktorá je svojou povahou blízka singularite čiernej diery, Smolin naznačuje, že vesmír mohol vzniknúť z čiernej diery.

Existujú aj modely, v ktorých vesmíry vznikajú nepretržite, odchádzajú od svojich rodičov a nachádzajú si svoje vlastné miesto. Navyše nie je vôbec potrebné, aby v takýchto svetoch boli stanovené rovnaké fyzikálne zákony. Všetky tieto svety sú „vnorené“ do jedného časopriestorového kontinua, no sú v ňom natoľko oddelené, že navzájom nevnímajú svoju prítomnosť. Vo všeobecnosti koncept inflácie umožňuje – skutočne, sily! – uvažovať o tom, že v obrovskom megakozme existuje veľa vesmírov izolovaných od seba s rôznymi štruktúrami.

Napriek tomu, že cyklické a iné modely odpovedajú na množstvo otázok, ktoré teória veľkého tresku nedokáže zodpovedať, vrátane problému kozmologickej singularity. Napriek tomu v kombinácii s inflačnou teóriou Veľký tresk úplnejšie vysvetľuje pôvod vesmíru a tiež súhlasí s mnohými pozorovaniami.

Dnes výskumníci naďalej intenzívne študujú možné scenáre vzniku vesmíru, nie je však možné dať nevyvrátiteľnú odpoveď na otázku „Ako sa vesmír objavil? - je nepravdepodobné, že v blízkej budúcnosti uspeje. Sú na to dva dôvody: priamy dôkaz kozmologických teórií je prakticky nemožný, iba nepriamy; Ani teoreticky nie je možné získať presné informácie o svete pred Veľkým treskom. Z týchto dvoch dôvodov môžu vedci predkladať iba hypotézy a zostavovať kozmologické modely, ktoré budú čo najpresnejšie opisovať povahu vesmíru, ktorý pozorujeme.

Je ťažké si predstaviť dobu pred 13,7 miliardami rokov pred dneškom, keď bol celý vesmír singularitou. Podľa teórie veľkého tresku bol jeden z popredných uchádzačov o vysvetlenie, odkiaľ sa vzal vesmír a všetka hmota vo vesmíre, všetko stlačené do bodu menšieho ako subatomárna častica. Ale ak sa to dá ešte akceptovať, zamyslite sa nad týmto: čo sa stalo predtým, ako nastal Veľký tresk?

Táto otázka v modernej kozmológii siaha až do štvrtého storočia nášho letopočtu. Pred 1600 rokmi sa teológ Augustín Blahoslavený snažil pochopiť podstatu Boha pred stvorením vesmíru. A viete, na čo prišiel? Čas bol súčasťou Božieho stvorenia a jednoducho neexistovalo „predtým“.

Jeden z najlepších fyzikov 20. storočia Albert Einstein dospel pri vývoji svojej teórie relativity k takmer rovnakým záverom. Stačí dávať pozor na vplyv hmoty na čas. Obrovská hmotnosť planéty skresľuje čas, čo spôsobuje, že človeku na povrchu plynie pomalšie ako kozmonautovi na obežnej dráhe. Rozdiel je príliš malý na to, aby bol zjavný, ale v skutočnosti človek stojaci pri veľkom skale starne pomalšie ako niekto stojaci na poli. Stať sa o sekundu mladším by však trvalo miliardu rokov. Jedinečnosť pred veľkým treskom mala všetku hmotu vesmíru, čo v podstate zastavilo čas.

Podľa Einsteinovej teórie relativity sa čas zrodil presne v momente, keď sa singularita začala rozširovať a presahovala stlačené nekonečno. Desaťročia po Einsteinovej smrti, rozvoj kvantovej fyziky a množstvo nových teórií obnovili diskusiu o povahe vesmíru pred Veľkým treskom. Poďme sa pozrieť.

Branes, cykly a iné nápady
"A Boh si odpľul, odišiel a zabuchol dvere,
Boli sme za ním, ale dvere boli preč."
A. Nepomnyashchy

Čo ak je náš Vesmír potomkom iného, staršieho Vesmíru? Niektorí astrofyzici veria, že reliktné žiarenie, ktoré zostalo po veľkom tresku: kozmické mikrovlnné pozadie pomôže osvetliť tento príbeh.

Astronómovia prvýkrát zachytili kozmické mikrovlnné žiarenie pozadia v roku 1965 a to spôsobilo určité problémy v teórii veľkého tresku - problémy, ktoré spôsobili, že vedci nakrátko (do roku 1981) boli zmätení a vyvinuli inflačnú teóriu. Podľa tejto teórie sa Vesmír v prvých momentoch svojej existencie začal extrémne rýchlo rozpínať. Teória tiež vysvetľuje teplotu a hustotu fluktuácií CMB a naznačuje, že tieto fluktuácie by mali byť rovnaké.

Ale ako sa ukázalo, nie. Nedávny výskum ukázal, že vesmír je v skutočnosti jednostranný, pričom niektoré oblasti zažívajú viac výkyvov ako iné. Niektorí kozmológovia veria, že toto pozorovanie potvrdzuje, že náš vesmír mal „matku“(!)

V teórii chaotickej inflácie táto myšlienka naberá na sile: nekonečný postup inflačných bublín generuje množstvo vesmírov a každý z nich generuje ešte viac inflačných bublín v obrovskom množstve Multivesmírov.

Existujú však modely, ktoré sa snažia vysvetliť vznik singularity pred veľkým treskom. Ak uvažujete o čiernych dierach ako o obrovských odpadkových košoch, sú hlavnými kandidátmi na prvotný kolaps, takže náš rozpínajúci sa vesmír by veľmi dobre mohol byť bielou dierou – výstupnou dierou čiernej diery a každá čierna diera v našom vesmíre by mohla obsahovať iný vesmír.

Iní vedci sa domnievajú, že za vznikom singularity je cyklus nazývaný „veľký tresk“, v ktorom sa rozpínajúci sa vesmír nakoniec zrúti sám do seba, čím vznikne ďalšia singularita, ktorá opäť spôsobí ďalší veľký tresk. Tento proces bude večný a všetky singularity a všetky kolapsy nebudú predstavovať nič iné ako prechod do inej fázy existencie Vesmíru.

Posledné vysvetlenie, na ktoré sa pozrieme, využíva myšlienku cyklického vesmíru generovaného teóriou strún. Naznačuje, že nové toky hmoty a energie sa vytvárajú každé bilióny rokov, keď sa dve membrány alebo brány za našimi rozmermi navzájom zrazia.

Čo sa stalo pred Veľkým treskom? Otázka zostáva otvorená. Možno nič. Možno iný vesmír alebo iná naša verzia. Možno oceán vesmírov, z ktorých každý má svoj vlastný súbor zákonov a konštánt, ktoré určujú povahu fyzickej reality.

Hviezdne hmoty... Naša veda je zmätená a zároveň fascinovaná týmito kolosálnymi telesami, ktoré sa správajú ako atómy, ale ktorých konštrukcia nás mätie svojou obrovskou a (iba zdanlivo?) náhodnou zložitosťou. Možno časom vznikne v štruktúre hviezd nejaký poriadok alebo periodicita, čo sa týka zloženia aj umiestnenia. (N.A. Sadovský)

Pozdvihnime hlavy do hviezdnej noci. Niekde tam za tmavomodrým závojom sa to všetko začalo. A všetko to začalo, ako inak, z ničoho nič. Začneme však Veľkým treskom, ako Američania nazývajú Veľký tresk, ku ktorému došlo vo vesmíre pred 15 miliardami rokov. Nevieme si ani predstaviť, aký bol vesmír predtým.

máme čas. Aj keď sa hodiny pokazia na celej Zemi, Slnko bude vychádzať a zapadať, odpočítavať slnečné dni, na stromoch sa budú stále vytvárať letokruhy atď. Čas sa nezastaví. Teraz si predstavte, že nie je čas. Čas sa nezastavil. Jednoducho neexistuje. Nie je tam ani priestor. Žiadna látka. Existuje superzhluk hmoty s kolosálnou hustotou. Všetka budúca hmota sveta, všetko, čo sa neskôr stane hviezdami, planétami – všetko je stlačené do jedného bodu s nekonečne vysokou teplotou. Tak sa vesmír „začal“. V momente tejto udalosti vznikol priestor a čas.

Nemá zmysel pýtať sa, čo sa stalo pred Veľkým treskom. Je to ako pýtať sa, čo je severne od severného pólu alebo južne od južného pólu. Na otázku „Kde sa to stalo?“ možno odpovedať iba jedným slovom: „všade“. Vesmír v tom momente skutočne nebol izolovaným bodom v inom priestore. Bola celým týmto bodom a jeho rozmery boli v tom momente veľmi malé - blízke veľkosti elektrónu. Takýto bod je možné vidieť iba pomocou výkonného elektrónového mikroskopu. Ale hmotnosť je neúmerne veľká: nie 100, nie 1 000, dokonca ani 1 000 000 ton - oveľa viac. Viac ako hmotnosť Zeme, Slnka, stotisíc miliárd (100 000 000 000 000) krát viac ako hmotnosť celej našej Galaxie. A nie je v ňom tak málo – 150 miliárd hviezd vážiacich toľko ako Slnko a ešte viac!

Potom tento bod „explodoval“ obrovskou silou a obrovský oblak pozostávajúci z elementárnych častíc začal rásť a expandovať do všetkých smerov. Každá častica bola ťažká a žila krátky, ale búrlivý život. Prvá fáza formovania vesmíru sa nazýva hadrónová a trvala len zlomok sekundy – z toho jednu desaťtisícinu (0,0001 s)! Rýchlosť rozpínania vesmíru presiahla rýchlosť svetla vo vákuu a priblížila sa k 300 000 000 m/s (300 000 km/s). Porovnaj: počiatočná rýchlosť strely vystrelenej z útočnej pušky Kalašnikov je 715 m/s, čo je menej ako kilometer za sekundu, prvá úniková rýchlosť je 8 km/s. Kozmická loď na obežnej dráhe sa pohybuje približne rovnakou rýchlosťou.

V prvých okamihoch svojej existencie bol vesmír veľmi horúci, oveľa teplejší ako vnútro najhorúcejšej hviezdy. Pri teplotách nad 10 miliárd stupňov, čo je presne taká teplota vesmíru, nemôže existovať žiadna látka. Áno, ešte tam nebol. Takmer všetka energia vo Vesmíre existovala vo forme elektromagnetického žiarenia (fotónov), t.j. Vesmír „žiaril“, presnejšie povedané, bol sám o sebe jasným a nekonečným svetlom.

Hadróny sú najťažšie elementárne častice. Teraz však prišiel čas na ľahšie častice – leptóny. Druhá etapa sa začala.

Ako viete, častice nestoja, ale pohybujú sa, zrážajú sa, miznú a menia sa. V dôsledku takýchto „tancov“ vznikajú častice a antičastice. Nemôžu existovať spolu. Tu je to, kto vyhrá. Náhodou sa ukázalo, že počet častíc je o niečo väčší ako počet antičastíc. Častice „prežili“ a celý svet je teraz z nich postavený.

Čo by sa stalo, keby vyhrali antičastice? Vedci odpovedajú: nič zvláštne, svet by zostal rovnaký, len by sa mierne zmenila štruktúra atómov. „Naše“ atómy majú kladne nabité jadro a záporne nabitý elektrón (elektróny) na obaloch. Ale bolo by to naopak. A elektrón by sa volal pozitrón... Vedci sa už dávno naučili získavať antičastice v laboratórnych podmienkach, no antihmota sa na Zemi vo voľnom stave nenachádza.

Za 10 sekúnd vesmír svojimi termonukleárnymi reakciami „prekĺzol“ druhým (leptónovým) stupňom. Zloženie látky, z ktorej sa bude skladať svet, už bolo načrtnuté. Objavili sa atómy vodíka a neskôr aj jadrá hélia. Za jeden deň vesmír stratil svoju superhustotu. Na konci prvého dňa bola jeho hustota 100-krát nižšia ako hustota bežného vzduchu.

A tu sa svet vysokých rýchlostí skončil. Tretia éra – éra radiácie – trvala milión rokov. Aj keď to nie je veľa v porovnaní s mnohomiliardovým životom vesmíru, v porovnaní s rýchlym začiatkom, ktorý trvá len niekoľko sekúnd, áno, je to veľa. Reliktné žiarenie stále detekované vo vesmíre nám pripomína tú éru. Reliktné žiarenie sa nazýva žiarenie absolútne čierneho telesa pri teplote 2,7 K. Áno, áno, nečudujte sa, „žiariť“ môže aj absolútne čierne teleso. Predstavte si dutú guľu. Predpokladajme, že ho začneme zahrievať. Čo sa deje vo vnútri? Naša lopta je prázdna. „Teplo“ vo vnútri takejto dutiny sú elektromagnetické vlny prúdiace medzi vnútornými stenami. Ak sa teleso zahreje na 6 000 °C, potom sa vlny objavia hlavne vo viditeľnej časti spektra. Našu guľu možno nazvať „čierne teleso“, keďže cez jej steny neprechádza žiarenie a pre vonkajšieho pozorovateľa je „čierna“, hoci sa vo vnútri zahrieva. Pri rôznych teplotách čierneho telesa je aj žiarenie rôzne. Pri 6 000 °C je viditeľná zelená, pri teplote okolo milióna Kelvinov ide o röntgenové žiarenie. Pri teplotách blízkych absolútnej nule (-273 °C) – mikrovlny. Toto sa deje vo Vesmíre. CMB je v tomto prípade spomienkou na tretiu etapu vývoja vesmíru – éru žiarenia.

Éra žiarenia skončila vznikom hmoty, potom sa začala ďalšia éra, v ktorej žijeme. Toto je Vek Substance. Rodia sa kvazary, galaxie, hviezdy, planetárne systémy – všetko, čo teraz pozorujeme zo Zeme.

Hlasovalo Ďakujem!

Mohlo by vás zaujímať:

Model musí brať do úvahy pozorované vzdialenosti medzi objektmi, ako aj rýchlosť a smer ich pohybu. Takéto výpočty sú založené na Hubbleovom zákone: cz =H 0D, Kde z- červený posun objektu, D- vzdialenosť k tomuto objektu, c- rýchlosť svetla.
Vek vesmíru v modeli musí prekročiť vek najstarších objektov na svete.
Model musí brať do úvahy počiatočné množstvo prvkov.
Model musí brať do úvahy pozorovateľné.
Model musí brať do úvahy pozorované reliktné pozadie.

Pozrime sa stručne na všeobecne uznávanú teóriu vzniku a raného vývoja vesmíru, ktorú podporuje väčšina vedcov. Dnes sa teória veľkého tresku vzťahuje na kombináciu modelu horúceho vesmíru s veľkým treskom. A hoci tieto pojmy spočiatku existovali nezávisle od seba, v dôsledku ich zjednotenia bolo možné vysvetliť pôvodné chemické zloženie Vesmíru, ako aj prítomnosť kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia.

Podľa tejto teórie vesmír vznikol asi pred 13,77 miliardami rokov z nejakého hustého vyhrievaného objektu – ťažko opísateľného v rámci modernej fyziky. Problém kozmologickej singularity okrem iného spočíva v tom, že pri jej opise väčšina fyzikálnych veličín, ako je hustota a teplota, smeruje k nekonečnu. Zároveň je známe, že pri nekonečnej hustote (miera chaosu) by mala inklinovať k nule, čo nie je v žiadnom prípade kompatibilné s nekonečnou teplotou.

- Prvých 10-43 sekúnd po veľkom tresku sa nazýva štádium kvantového chaosu. Povaha vesmíru v tomto štádiu existencie sa nedá opísať v rámci nám známej fyziky. Kontinuálny jednotný časopriestor sa rozpadá na kvantá.

Planckov moment je moment konca kvantového chaosu, ktorý nastáva v čase 10 - 43 sekúnd. V tomto momente boli parametre vesmíru rovnaké ako Planckova teplota (asi 10 32 K). V momente Planckovej éry sa všetky štyri základné interakcie (slabá, silná, elektromagnetická a gravitačná) spojili do jedinej interakcie. Planckov moment nie je možné považovať za nejaké dlhé obdobie, keďže moderná fyzika nepracuje s parametrami menšími ako Planckov moment.
Etapa. Ďalšou etapou v histórii vesmíru bola inflačná etapa. V prvom momente inflácie bola gravitačná interakcia oddelená od jediného supersymetrického poľa (predtým zahŕňalo polia základných interakcií). V tomto období má hmota podtlak, čo spôsobuje exponenciálny nárast kinetickej energie vesmíru. Jednoducho povedané, v tomto období sa Vesmír začal veľmi rýchlo nafukovať a ku koncu sa energia fyzikálnych polí mení na energiu obyčajných častíc. Na konci tejto fázy sa výrazne zvýši teplota látky a žiarenia. Spolu s koncom fázy inflácie vyniká aj silná interakcia. Aj v tomto momente vzniká.
Štádium radiačnej dominancie. Ďalšia etapa vo vývoji vesmíru, ktorá zahŕňa niekoľko etáp. V tejto fáze sa teplota Vesmíru začína znižovať, vznikajú kvarky, potom hadróny a leptóny. V ére nukleosyntézy dochádza k tvorbe počiatočných chemických prvkov a syntetizuje sa hélium. V hmote však stále dominuje žiarenie.
Éra látkovej dominancie. Po 10 000 rokoch energia látky postupne prevyšuje energiu žiarenia a dochádza k ich oddeleniu. Hmota začína dominovať žiareniu a objavuje sa reliktné pozadie. Taktiež oddelenie hmoty od žiarenia výrazne zosilnilo počiatočné nehomogenity v rozložení hmoty, v dôsledku čoho začali vznikať galaxie a supergalaxie. Zákony Vesmíru sa dostali do podoby, v akej ich pozorujeme dnes.

Vyššie uvedený obrázok sa skladá z niekoľkých základných teórií a poskytuje všeobecnú predstavu o formovaní vesmíru v počiatočných fázach jeho existencie.

Odkiaľ sa vzal vesmír?

Cyklické modely

Tieto modely sú založené na tvrdení, že Vesmír vždy existoval a v priebehu času sa jeho stav iba mení, prechádza od expanzie ku kompresii - a späť.

Steinhardt-Turok model. Tento model je založený na teórii strún (M-teória), keďže používa objekt, akým je napríklad „brána“. Podľa tohto modelu sa viditeľný vesmír nachádza vo vnútri 3-brány, ktorá sa periodicky raz za niekoľko biliónov rokov zrazí s ďalšou 3-bránou, čo spôsobí niečo ako Veľký tresk. Ďalej sa naša 3-brana začne odďaľovať od druhej a expandovať. V určitom bode má prednosť podiel tmavej energie a zvyšuje sa rýchlosť expanzie 3-brány. Kolosálna expanzia rozptýli hmotu a žiarenie natoľko, že sa svet stáva takmer homogénnym a prázdnym. Nakoniec sa 3-brány opäť zrazia, čo spôsobí, že sa naše vrátia do počiatočnej fázy svojho cyklu, čím sa opäť zrodí náš „Vesmír“.

Aj teória Lorisa Bauma a Paula Framptona tvrdí, že vesmír je cyklický. Podľa ich teórie sa ten druhý po Veľkom tresku bude vďaka temnej energii rozpínať, až kým sa nepriblíži k momentu „rozpadu“ samotného časopriestoru – Big Rip. Ako je známe, v „uzavretom systéme entropia neklesá“ (druhý zákon termodynamiky). Z tohto tvrdenia vyplýva, že vesmír sa nemôže vrátiť do pôvodného stavu, pretože počas takéhoto procesu musí entropia klesať. Tento problém sa však rieši v rámci tejto teórie. Podľa teórie Bauma a Framptona sa vesmír chvíľu pred Veľkým roztrhnutím rozpadne na mnoho „úlomkov“, z ktorých každý má pomerne malú hodnotu entropie. Tieto „chlopne“ bývalého vesmíru, ktoré zažívajú sériu fázových prechodov, vytvárajú hmotu a vyvíjajú sa podobne ako pôvodný vesmír. Tieto nové svety medzi sebou neinteragujú, pretože sa od seba rozlietajú rýchlosťou vyššou ako rýchlosť svetla. Vedci sa tak vyhli aj kozmologickej singularite, ktorou sa podľa väčšiny kozmologických teórií začína zrod vesmíru. To znamená, že v momente konca svojho cyklu sa Vesmír rozpadne na mnoho ďalších neinteragujúcich svetov, ktoré sa stanú novými vesmírmi.
Konformná cyklická kozmológia - cyklický model Rogera Penrosa a Vahagna Gurzadyana. Podľa tohto modelu je vesmír schopný vstúpiť do nového cyklu bez porušenia druhého termodynamického zákona. Táto teória je založená na predpoklade, že čierne diery ničia absorbované informácie, čo nejakým spôsobom „legálne“ znižuje entropiu vesmíru. Potom každý takýto cyklus existencie vesmíru začína niečím podobným Veľkému tresku a končí singularitou.

Ďalšie modely vzniku vesmíru

Okrem iných hypotéz vysvetľujúcich vzhľad viditeľného vesmíru sú najobľúbenejšie tieto dve:

Chaotická teória inflácie - teória Andreja Lindeho. Podľa tejto teórie existuje určité skalárne pole, ktoré je v celom svojom objeme nehomogénne. To znamená, že v rôznych oblastiach vesmíru má skalárne pole rôzne významy. Potom sa v oblastiach, kde je pole slabé, nič nedeje, zatiaľ čo oblasti so silným poľom sa vďaka jeho energii začnú rozširovať (inflácia), čím vznikajú nové vesmíry. Tento scenár predpokladá existenciu mnohých svetov, ktoré nevznikli súčasne a majú svoj vlastný súbor elementárnych častíc, a teda aj prírodné zákony.
Teória Lee Smolin naznačuje, že Veľký tresk nie je začiatkom existencie vesmíru, ale je len fázovým prechodom medzi jeho dvoma stavmi. Keďže pred Veľkým treskom existoval vesmír vo forme kozmologickej singularity, ktorá je svojou povahou blízka singularite čiernej diery, Smolin naznačuje, že vesmír mohol vzniknúť z čiernej diery.

Výsledky

Dnes výskumníci naďalej intenzívne študujú možné scenáre vzniku vesmíru, nie je však možné dať nevyvrátiteľnú odpoveď na otázku „Ako sa vesmír objavil? — je nepravdepodobné, že v blízkej budúcnosti uspeje. Sú na to dva dôvody: priamy dôkaz kozmologických teórií je prakticky nemožný, iba nepriamy; Ani teoreticky nie je možné získať presné informácie o svete pred Veľkým treskom. Z týchto dvoch dôvodov môžu vedci predkladať iba hypotézy a zostavovať kozmologické modely, ktoré budú čo najpresnejšie opisovať povahu vesmíru, ktorý pozorujeme.