Universumimme sai alkunsa 13,7 miljardia vuotta sitten, sen aiheutti iso räjähdys, ja tutkijat ovat useiden sukupolvien ajan yrittäneet ymmärtää tätä ilmiötä.
XX vuosisadan 20-luvun lopulla Edwin Hubble huomasi, että kaikki näkemämme galaksit ovat sirontamaisia granaatin sirpaleita räjähdyksen jälkeen. Samanaikaisesti belgialainen tähtitieteilijä ja teologi Georges Lemaitre esitti hypoteesinsa (vuonna 1931 se julkaistiin "Luonto" -sivulla).). Hän uskoo, että maailmankaikkeuden historia alkoi "primaariatomin" räjähdyksellä, ja tämä synnytti aikaa, tilaa ja ainetta (aikaisemmin, 1920-luvun alkupuolella, Einsteinin yhtälöitä analysoinut neuvostoalan tutkija Alexander Fridman päätyi myös siihen johtopäätökseen, että "Universumi luotiin pisteestä" ja kesti "kymmeniä miljardeja tavanomaisista vuosistamme").
Aluksi tähtitieteilijät torjuivat kiihkeästi belgialaisen teologin päätelmät. Koska Big Bang -teoria yhdistettiin täydellisesti kristilliseen uskoon Luojaan Jumalaan. Kahden vuosisadan ajan tutkijat ovat tukahduttaneet kaikenlaisen uskonnollisen spekuloinnin tunkeutumisen "kaikkien alkujen alusta". Ja nyt Jumala, karkotettuna luonnosta Newtonin mekaniikan pyörien mitatun heilahtelun alla, palaa odottamatta. Hän on tulossa Ison räjähdyksen liekkeissä, ja on vaikea kuvitella voittavampaa kuvaa hänen ulkonäöltään.
Ongelma ei kuitenkaan ollut vain teologiassa - iso räjähdys ei noudattanut tarkkojen tieteiden lakeja. Tärkein hetki maailmankaikkeuden historiassa oli käsittämätön. Tässä avaruus-ajan akselilla sijaitsevassa yksittäisessä (erityisessä) pisteessä yleinen suhteellisuusteoria lakkasi toimimasta, koska paine, lämpötila, energian tiheys ja tilan kaarevuus kiihtyivät äärettömyyteen, ts. Ne menettivät kaiken fyysisen merkityksen. Tässä vaiheessa kaikki nämä sekunnit, mittarit ja tähtitieteelliset yksiköt katosivat, eivät muuttuneet nollaksi, ei negatiivisiksi arvoiksi, vaan niiden täydelliseen poissaoloon, absoluuttiseen merkityksettömyyteen. Tämä kohta on aukko, jota ei voida ylittää logiikan tai matematiikan keinoilla, reikä ajan ja tilan läpi.
Vasta 1960-luvun lopulla Roger Penrose ja Stephen Hawking osoittivat vakuuttavasti, että Einsteinin teorian puitteissa ison paineen yksilöllisyys on väistämätöntä. Tämä ei kuitenkaan voinut helpottaa teoreetikkojen työtä. Kuinka kuvata Big Bang? Mikä oli esimerkiksi tapahtuman syy? Loppujen lopuksi, jos ennen häntä ei ollut ollenkaan aikaa, niin hänelle ei tuntunut olevan syytä, joka synnytti hänet.
Kuten nyt ymmärrämme, täydellisen teorian luomiseksi isosta räjähdyksestä on välttämätöntä kytkeä Einsteinin oppia, joka kuvaa tilaa ja aikaa, kvantiteoriaan, joka käsittelee alkuainehiukkasia ja niiden vuorovaikutusta. Todennäköisesti saattaa kestää enemmän kuin yksi vuosikymmen, ennen kuin se on mahdollista tehdä ja saada aikaan yksi "maailmankaikkeuden kaava".
Ja missä voisi esimerkiksi ilmestyä valtava määrä energiaa, joka aiheutti tämän uskomattoman voimakkaan räjähdyksen? Ehkä universumimme peri sen edeltäjältä, joka romahti yksittäiseen pisteeseen? Mutta mistä hän sai sen? Vai kaadettiinko energia alkuperäiseen tyhjiöön, josta universumimme liukastui kuin "vaahtokupla"? Vai siirtävätkö vanhemman sukupolven universumit energiaa nuoremman sukupolven universumeille mustien reikien kautta - niiden yksittäisten pisteiden kautta -, joiden syvyyksiin syntyy ehkä uusia maailmoja, joita emme koskaan näe? Olkoon niin, maailmankaikkeus näyttäisi sellaisissa malleissa "avoimena järjestelmänä", joka ei täysin vastaa Big Bangin "klassista" kuvaa: "Ei ollut mitään, ja yhtäkkiä maailmankaikkeus syntyi."
Muodostumisen aikaan maailmankaikkeus oli erittäin tiheässä ja kuumassa tilassa.
Mainosvideo:
Tai ehkä joidenkin tutkijoiden mukaan universumissamme on yleensä … vailla energiaa, tai sen kokonaisenergia on nolla? Aineen lähettämän säteilyn positiivinen energia päällekkäin painovoiman negatiivisen energian kanssa. Plus ja miinus antavat nollan. Tämä pahamaineinen "0" näyttää olevan avain ymmärtämään Ison räjähdyksen luonnetta. Hänestä - nollasta, tyhjästä - kaikki syntyi heti. Sattumalta. Spontaanisti. Vain. Vähäinen poikkeama nollasta 0 aiheutti universaalin tapahtumien lumivyöryn. Voidaan tehdä myös tällainen vertailu: kivipallo, joka tasapainottaa jonkin verran kuin torni Chomolungman päällä, heilutti yhtäkkiä ja vieritti alaspäin, jolloin syntyi "tapahtumien lumivyö".
1973 - fyysikko Edward Trion Amerikasta yritti kuvata maailmankaikkeuden syntymisprosessia käyttämällä Heisenbergin epävarmuusperiaatetta, joka on yksi kvantiteorian perusteista. Tämän periaatteen mukaan mitä tarkemmin esimerkiksi energiaa mitataan, sitä epävarmemmasta ajasta tulee. Joten, jos energia on ehdottomasti nolla, niin aika voi olla mielivaltaisesti pitkä. Niin suuri, että ennemmin tai myöhemmin tapahtuu heilahtelu kvantti tyhjiössä, josta maailmankaikkeuden on tarkoitus syntyä. Tämä johtaa tilan nopeaan kasvuun, näennäisesti tyhjältä. "Se on vain, että universumit syntyvät joskus, siinä kaikki", niin Trion selitti yksinkertaisesti Ison räjähdyksen taustaa. Se oli iso satunnainen räjähdys. Siinä kaikki.
Voisiko Big Bang tapahtua uudelleen?
Kummallista, kyllä. Elämme maailmankaikkeudessa, joka voi silti kantaa hedelmää ja synnyttää uusia maailmoja. On luotu useita malleja, jotka kuvaavat tulevaisuuden "Big Bangs" -tapahtumaa.
Miksi esimerkiksi samassa tyhjössä, joka synnytti maailmankaikkeuden, uudet vaihtelut eivät ilmesty? Ehkä näiden 13,7 miljardin vuoden aikana ilmestyi lukemattomien joukko maailmoja universumimme viereen, jotka eivät koskeneet toisiaan millään tavalla. Heillä on erilaisia luontolakeja, fyysisiä vakioita on erilaisia. Suurimmassa osassa näistä maailmoista elämä ei voisi koskaan syntyä. Monet heistä kuolevat heti, romahtaa. Mutta joissain universumeissa - puhtaalla sattumalla! - on olosuhteita, joista elämä voi syntyä.
Mutta asia ei ole vain tyhjiössä, joka jää ennen "kaikkien aikojen ja kansojen" alkua. Tulevien maailmojen täynnä heilahteluja voi myös syntyä tyhjiössä, joka on hajaantunut universumissamme - tarkemmin, pimeässä energiassa, joka täyttää sen. Tällaisen "uudistuvan maailmankaikkeuden" mallin on kehittänyt amerikkalainen kosmologi, Neuvostoliiton kotoisin oleva Alexander Vilenkin. Nämä uudet "isot bangit" eivät uhkaa meitä. Ne eivät tuhoa maailmankaikkeuden rakennetta, eivät polta sitä tuhkana, vaan vain luovat uuden tilan havainnointimme ja ymmärryksemme rajojen ulkopuolelle. Ehkä sellaisia "räjähdyksiä", jotka merkitsevät uusien maailmojen syntymää, tapahtuu lukuisten mustien reikien syvyydessä, uskoo amerikkalainen astrofysiikka Lee Smolin.
Toinen Lännessä asuva Neuvostoliiton kotoisin oleva kosmologi Andrei Linde uskoo, että me itse pystymme luomaan uuden ison räjähdyksen, kun olemme keränneet jossain vaiheessa avaruuteen valtavan määrän energiaa, joka ylittää tietyn kriittisen rajan. Hänen laskelmiensa mukaan tulevaisuuden avaruusinsinöörit voisivat ottaa näkymättömän ripauksen ainetta - vain muutama milligrammasosa - ja tiivistää sen niin paljon, että tämän hyytymän energia on 1015 giga volttia. Muodostuu pieni musta reikä, joka alkaa kasvaa räjähdysmäisesti. Tämä luo "tytäruniversumin", jolla on oma tila-aika, joka erottuu nopeasti universumistamme.
… Ison räjähdyksen luonteessa on monia fantastisia asioita. Mutta tämän teorian paikkansapitävyys on osoitettu useilla luonnonilmiöillä. Niihin kuuluvat maailmankaikkeuden havaittu laajentuminen, kuva kemiallisten elementtien jakautumisesta, samoin kuin kosminen taustasäteily, jota kutsutaan "Ison räjähdyksen jäänneksi".
Ennen isoa räjähdystä?
Maailmaa ei ole olemassa ikuisesti. Se sai alkunsa Big Bangin liekistä. Oliko tämä kuitenkin ainutlaatuinen ilmiö avaruuden historiassa? Tai toistuva tapahtuma, kuten tähtijen ja planeettojen syntyminen? Entä jos iso räjähdys on vain siirtymävaihe iankaikkisuuden tilasta toiseen?
Monet fyysikot sanovat, että alun perin oli jotain eikä mitään. Ehkä universumimme - kuten muutkin - syntyi alkuaineesta kvantt tyhjiössä. Mutta riippumatta siitä, kuinka "minimaalisen yksinkertainen" tällainen tila on - ja fysiikan lait eivät salli olemassaoloa vähemmän kuin kvantt tyhjiö - sitä ei voida kutsua "ei mitään".
Ehkä näkemämme maailmankaikkeus on vain uusi kokonaisuus iankaikkisuudesta? Ja galaksien ja galaksiklusterien omituinen järjestely - jotain kidehilan kaltaista, jolla n-ulotteisessa maailmassa, joka oli olemassa ennen maailmankaikkeuden syntymää, oli täysin erilainen rakenne ja jonka ennakoitiin mahdollisesti "kaavalla kaikelle", jota Einstein etsikin? Ja löytyykö se tulevina vuosikymmeninä? Tutkijat etsivät intensiivisesti tuntemattoman muurin läpi, joka on aidannut maailmankaikkeuden, yrittäen ymmärtää, mitä tapahtui hetkellä aiemmin, tavanomaisten ideoidemme mukaan, mitään ei ollut mitään. Mitkä iankaikkisen kosmoksen muodot voidaan kuvitella antamalla ajalle ja alueelle sellaisia ominaisuuksia, joita ei voi käsittää maailmankaikkeudessa?
Jotkut lupaavimmista teorioista, joita fyysikot yrittävät puristaa koko iankaikkisuuteen, ovat ehkä kvantigeometrian teoria, kvantti spin dynamiikka tai kvanttigravitaatio. Suurimman panoksen heidän kehitykseensa antoivat Abei Ashtekar, Ted Jacobson, Jerzy Lewandowski, Carlo Rovelli, Lee Smolin ja Thomas Thiemann. Kaikki nämä ovat monimutkaisimpia fyysisiä rakenteita, kokonaisia palatseja, jotka on rakennettu kaavoista ja hypoteeseista vain piilottamaan niiden syvyyteen ja pimeyteen piilotettu aukko, ajan ja tilan ainutlaatuisuus.
Ainutlaatuisuuden aikakausi
Uusien teorioiden pyöreät polut pakottavat meidät askelmaan näennäisesti ilmeisten totuuksien yli. Joten kvantigeometriassa, tila ja aika, aikaisemmin äärettömästi pirstoutuneet, hajoavat yhtäkkiä erillisiksi saariksi - osiksi, kvantteiksi, pienemmiksi kuin mitä ei ole mitään. Kaikki yksittäiset kohdat voidaan upottaa näihin "lohkareihin". Itse avaruus-aika muuttuu yhden ulottuvuuden rakenteiden kietoutumiseksi - "spinnien verkkoksi", ts. Siitä tulee erillinen rakenne, eräänlainen ketju, kudottu erillisistä yhteyksistä.
Pienimmän mahdollisen avaruussilmukan tilavuus on vain 10-99 kuutiometriä. Tämä arvo on niin pieni, että yhdessä kuutiollisessa senttimetrissä on paljon enemmän tila-kvantteja kuin ne samat kuutiosentimet, joita havaitsemassamme universumissa (sen tilavuus on 1085 senttimetriä kuutiossa). Avaruuden kvantissa ei ole mitään, ei energiaa, ei väliä - aivan kuten matemaattisen pisteen sisällä - määritelmän mukaan - ei ole kolmiota tai ikosaedria. Mutta jos sovellamme "maailmanmikroskooppisen kudoksen" hypoteesia kuvaamaan isoa räjähdystä, saamme uskomattomia tuloksia, kuten Abei Ashtekar ja Martin Bojovald Pennsylvanian yliopistosta ovat osoittaneet.
Jos korvaamme differentiaaliyhtälöt kosmologian standarditeoriassa, jossa oletetaan jatkuva avaruusvirta, muilla kvanttigeometrian teorian mukaisilla differentiaaliyhtälöillä, silloin salaperäinen singulaarisuus katoaa. Fysiikka ei lopu siihen, missä iso räjähdys alkaa - tämä on kosmologien ensimmäinen rohkaiseva päätelmä, joka kieltäytyi hyväksymästä universumin ominaisuuksia, jotka näemme lopullisena totuutena.
Kvanttigravitaation teoriassa oletetaan, että universumimme (kuten kaikki muutkin) syntyi kvantti tyhjiön satunnaisen vaihtelun seurauksena - maailmanlaajuinen makroskooppinen ympäristö, jossa ei ollut aikaa. Joka kerta kun tietyn kokoinen heilahtelu ilmenee kvantti tyhjiössä, syntyy uusi maailmankaikkeus. Se “haarautuu” homogeenisesta ympäristöstä, jossa se muodostettiin, ja aloittaa oman elämänsä. Nyt hänellä on oma historia, oma tila, oma aika, oma ajan nuolensa.
Nykyaikaisessa fysiikassa on luotu joukko teorioita, jotka osoittavat, kuinka ikuisesti olemassa olevasta ympäristöstä, jossa ei ole makroaikaa, mutta joissain kohdissa, joissa sen mikrotesti virtaa, voi syntyä niin valtava maailma kuin meidän.
Esimerkiksi fyysikot Gabriele Veneziano ja Maurizio Gasperini Italiasta viittaavat jousiteorian puitteissa siihen, että ns. "Joustin tyhjiö" oli olemassa alun perin. Satunnaiset kvanttivaihtelut siinä johtivat siihen, että energiatiheys saavutti kriittisen arvon, ja tämä aiheutti paikallisen romahduksen. Joka päättyi maailmankaikkeuden syntymiseen tyhjiössä.
Abei Ashtekar ja Martin Bojovald osoittivat kvantigeometrian teorian puitteissa, että tila ja aika voivat syntyä primitiivisemmistä perusrakenteista, nimittäin "spin-verkoista".
Eckhard Rebhan Düsseldorfin yliopistosta ja - riippumatta hänestä - George Ellis ja Roy Maartens Kapkaupungin yliopistosta kehittävät "staattisen maailmankaikkeuden" ajatusta, jonka Albert Einstein ja brittiläinen tähtitieteilijä Arthur Eddington harkitsivat jo. Pyrkiessään luopumaan kvanttigravitaation vaikutuksista, Rebhan ja hänen kollegansa keksivät pallomaisen tilan, joka sijaitsee ikuisen tyhjän tilan (tai jos haluat, tyhjän ikuisuuden) keskellä, jossa ei ole aikaa. Joidenkin epävakauksien vuoksi täällä kehittyy inflaatioprosessi, joka johtaa kuumaan iskuun.
Luetut mallit ovat tietysti spekulatiivisia, mutta ne vastaavat pohjimmiltaan fysiikan nykyaikaista kehitystasoa ja viime vuosikymmenien tähtitieteellisten havaintojen tuloksia. Joka tapauksessa yksi asia on selvä. Big Bang oli enemmän tavallinen, luonnollinen tapahtuma, eikä ainutlaatuinen.
Auttaako tällainen teoria ymmärtämään, mitä olisi voinut tapahtua ennen isoa iskua? Jos maailmankaikkeus syntyi, mikä sen synnytti? Missä vanhemmansa "geneettinen jälki" esiintyy nykyaikaisissa kosmologian teorioissa? 2005 - Esimerkiksi Abei Ashtekar julkisti uusien laskelmiensa tulokset (Tomasz Pavlovsky ja Paramprit Singh auttoivat niitä tekemään). Heistä oli selvää, että jos alkuperäiset tilat ovat oikein, niin ennen suurta räjähdystä oli sama avaruusaika kuin tämän tapahtuman jälkeen. Universumimme fysiikka heijastui kuin peilistä toisen maailman fysiikkaan. Näissä laskelmissa Big Bang, kuten peilinäyttö, leikkasi läpi iankaikkisuuden sijoittaen yhteensopimattoman luonnon ja sen heijastuksen viereen. Ja mitä täällä on aitous, mikä on aave?
Ainoa asia, joka voidaan nähdä "peililasin toiselta puolelta", on se, että maailmankaikkeus ei tuolloin laajentunut, vaan supistui. Suuresta räjähdyksestä tuli sen romahtamisen piste. Tällä hetkellä tila ja aika pysähtyivät hetkeksi voidakseen heijastua uudestaan - jatkaakseen - noustakseen kuin feniksiksi tunnetussa maailmassa, siinä universumissa, jonka mittaamme kaavoilla, koodeilla ja numeroilla. Universumi on kirjaimellisesti kääntänyt itsensä sisäpuolelle, kuten hansikas tai paita, ja on laajentunut tasaisesti siitä lähtien. Iso räjähdys ei Ashtekarin mukaan ollut "koko maailmankaikkeuden luomista tyhjästä", vaan se oli vain siirtyminen yhdestä ikuisuuden dynaamisesta muodosta toiseen. Ehkä maailmankaikkeus käy läpi loputtoman sarjan "isoja paukuja", ja nämä kymmeniä miljardeja (tai mitä tahansa) vuosia, jotka erottavat sen erilliset vaiheet, ovat vain "kosmisen sinusoidin" jaksojasen lain mukaan, jonka maailmankaikkeus elää?
Suositellaan katseltavaksi: "Kuka loi maailmankaikkeuden? Big Bang - tärkeä tieteellinen selitys: kaikki väitteet"
A. Volkov