Kaip anksčiau vadinosi visata? Didysis sprogimas ir Visatos kilmė
Kas yra Visata? Jei jis talpus, vadinasi, su umma visko, kas egzistuoja. Tai visas laikas, erdvė, materija ir energija, kuri formavosi ir plečiasi 13,8 milijardo metų. Niekas negali tiksliai pasakyti, kokios didžiulės yra mūsų pasaulio platybės, ir kol kas nėra tikslių prognozių apie pabaigą.
Visatos apibrėžimas
Pats žodis „visata“ kilęs iš lotynų „ universum“ Pirmą kartą jį panaudojo Ciceronas, o po jo jis tapo visuotinai priimtas tarp romėnų autorių. Sąvoka reiškė pasaulį ir erdvę. Tuo metu žmonės šiais žodžiais matė Žemę, visas žinomas gyvas būtybes, Mėnulį, Saulę, planetas (Merkurijų, Venerą, Marsą, Jupiterį ir Saturną) ir žvaigždes.
Kartais vietoj "visatos" jie naudoja " erdvė“, kuris iš graikų kalbos išverstas kaip „taika“. Be to, terminai apėmė „gamtą“ ir „viską“.
IN moderni koncepcija yra viskas, kas egzistuoja Visatoje – mūsų sistema, Paukščių takas ir kitos struktūros. Tai taip pat apima visų rūšių energiją, erdvėlaikį ir fiziniai dėsniai.
Vienas pagrindinių klausimų, neišeinančių iš žmogaus sąmonės, visada buvo ir yra toks: „ 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.
Visatos atsiradimo teorijos
Kreacionizmas: Dievas sukūrė viską
Tarp visų teorijų apie Visatos kilmę ši pasirodė pirmoji. Labai geras ir patogus variantas, kuris tikriausiai visada bus aktualus. Beje, daugelis fizikų, nepaisant to, kad mokslas ir religija dažnai pateikiami kaip priešingos sąvokos, tikėjo Dievu.
Pavyzdžiui, Albertas Einšteinas pasakė:
„Kiekvienas rimtas gamtos mokslininkas turi būti kažkaip religingas žmogus. Priešingu atveju jis neįsivaizduoja, kad tos neįtikėtinai subtilios tarpusavio priklausomybės, kurias jis pastebi, buvo ne jo sugalvotos.
Didžiojo sprogimo teorija (karštos visatos modelis)
Galbūt labiausiai paplitęs ir labiausiai pripažintas mūsų Visatos kilmės modelis. Atsako į klausimą – kaip jie susiformavo? cheminiai elementai ir kodėl jų paplitimas yra būtent toks, koks yra dabar.
Remiantis šia teorija, maždaug prieš 14 milijardų erdvės ir laiko neegzistavo, o visa visatos masė buvo sutelkta mažame neįtikėtino tankio taške. singuliarumu. Vieną dieną dėl joje atsiradusio nevienalytiškumo įvyko vadinamasis Didysis sprogimas. Ir nuo to laiko Visata nuolat plečiasi ir vėsta.
Didžiojo sprogimo teorija
Iškviečiamos pirmosios 10–43 sekundės po Didžiojo sprogimo kvantinio chaoso stadija. Visatos prigimtis šiame egzistavimo etape negali būti aprašyta mums žinomos fizikos rėmuose. Ištisinis vieningas erdvėlaikis suyra į kvantus.
Po 10 000 metų medžiagos energija palaipsniui viršija spinduliuotės energiją ir įvyksta jų atsiskyrimas. Medžiaga pradeda dominuoti spinduliuote, ir a relikvijos fonas.
Didžiojo sprogimo teorija tvirčiau atsiremia į kosmologinio raudonojo poslinkio ir kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės atradimą. Šie du reiškiniai yra galingiausi argumentai teorijos teisingumo naudai.
Taip pat medžiagos atskyrimas nuo spinduliuotės žymiai padidino pradinius medžiagos pasiskirstymo nehomogeniškumus, dėl kurių susidarė galaktikos Ir supergalaktikų. Visatos dėsniai atėjo į tokią formą, kokią mes juos stebime šiandien.
Besiplečiančios Visatos modelis
Dabar tai tikrai žinoma Galaktikos ir kiti kosminiai objektai tolsta vienas nuo kito, o tai reiškia, kad Visata plečiasi.
Besiplečiantis Visatos modelis apibūdina patį plėtimosi faktą. Apskritai nesvarstoma, kada ir kodėl Visata pradėjo plėstis. Dauguma modelių yra pagrįsti bendrąja reliatyvumo teorija ir jos geometriniu požiūriu į gravitacijos prigimtį.
Raudonasis poslinkis– tai tolimiems šaltiniams stebimų spinduliuotės dažnių sumažėjimas, paaiškinamas šaltinių (galaktikų, kvazarų) atstumu vienas nuo kito. Šis faktas rodo, kad Visata plečiasi.
CMB spinduliuotė– tai tarsi didžiojo sprogimo aidai. Anksčiau Visata buvo karšta plazma, kuri palaipsniui atvėso. Nuo tų tolimų laikų Visatoje išliko vadinamieji klajojantys fotonai, kurie sudaro foninę kosminę spinduliuotę. Anksčiau su daugiau aukšta temperatūra Visata, ši spinduliuotė buvo daug galingesnė. Dabar jo spektras visiškai atitinka spinduliuotės spektrą kietas kurių temperatūra tik 2,7 kelvino.
Didelio masto struktūrų evoliucijos teorija
Kaip rodo duomenys apie kosminį mikrobangų foną, spinduliuotės atsiskyrimo nuo materijos momentu Visata buvo beveik vienalytė, medžiagos svyravimai buvo itin maži, ir tai kelia didelę problemą.
Antroji problema – galaktikų superspiežių ląstelinė struktūra ir tuo pačiu mažesnių spiečių sferinė struktūra. Bet kuri teorija, bandanti paaiškinti plataus masto Visatos struktūros kilmę, būtinai turi išspręsti šias dvi problemas.
Šiuolaikinė didelio masto struktūros, taip pat atskirų galaktikų susidarymo teorija vadinama „ hierarchinė teorija».
Esmė ta, kad iš pradžių galaktikos buvo mažos (apie Magelano debesys A), tačiau laikui bėgant jie susilieja, sudarydami vis didesnes galaktikas.
IN pastaruoju metu kyla abejonių dėl teorijos pagrįstumo.
Stygų teorija
Ši hipotezė tam tikru mastu paneigia Didįjį sprogimą kaip pradinį kosmoso elementų atsiradimo momentą.
Pagal stygų teoriją, Visata egzistavo visada. Hipotezė apibūdina materijos sąveiką ir struktūrą, kai yra tam tikras dalelių rinkinys, kuris yra padalintas į kvarkus, bozonus ir leptonus. Kalbėdamas paprasta kalba, šie elementai yra visatos pagrindas, nes jų dydis yra toks mažas, kad padalyti į kitus komponentus tapo neįmanoma.
Visatos formavimosi teorijos bruožas yra tas, kad minėtos dalelės yra ultramikroskopinės stygos, kurios nuolat vibruoja. Atskirai jie neturi materialios formos, nes yra energija, kuri kartu sukuria visus fizinius kosmoso elementus.
Pavyzdys šioje situacijoje būtų ugnis: žiūrint į ją atrodo, kad tai materija, bet ji yra neapčiuopiama.
Chaotiška infliacijos teorija – Andrejaus Lindės teorija
Remiantis šia teorija, yra keletas skaliarinis laukas, kuris yra nevienalytis visame tūryje. Tai yra, įvairiose visatos srityse skaliarinis laukas turi skirtinga prasmė. Tada srityse, kuriose laukas silpnas, nieko nevyksta, o sritys su stipriu lauku dėl jo energijos pradeda plėstis (infliacija), suformuodamos naujas visatas.
Šis scenarijus reiškia daugelio pasaulių egzistavimas, kurios atsirado ne vienu metu ir turi savo rinkinį elementariosios dalelės, taigi ir gamtos dėsniai.
Lee Smolin teorija
Ši teorija yra gana gerai žinoma ir leidžia manyti, 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 išskirtinumui, Smolinas teigia, kad Visata galėjo atsirasti iš juodosios skylės.
Visatos evoliucija
Kaip vyko Visatos vystymosi ir evoliucijos procesas? Per ateinančius milijardus metų gravitacija pritraukė tankesnes sritis. Šio proceso metu susidarė dujų debesys, žvaigždės, galaktikos struktūros ir kiti dangaus objektai.
Šis laikotarpis vadinamas Struktūrinė era, nes būtent šiuo laikotarpiu gimė šiuolaikinė Visata. Matoma medžiaga buvo paskirstyta į įvairius darinius (žvaigždės į galaktikas, o šios - į spiečius ir superspiečius).
Kas atsitiko prieš atsirandant Visatai?
Sunku įsivaizduoti laiką prieš 13,7 milijardo metų, kai visa visata buvo singuliarumas. Pagal Didžiojo sprogimo teorija, vienas iš pagrindinių pretendentų paaiškinti, iš kur atsirado visata ir visa kosmoso materija – viskas buvo suspausta į tašką, mažesnį už subatominę dalelę. Bet jei tai vis tiek 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 as vienas geriausių fizikų V 20 a Albertas Einšteinas bandė suprasti gamtą dar iki Visatos sukūrimo. Jie padarė išvadą tiesiog nebuvo „anksčiau“.
Šiuo metu žmonės kelia įvairias teorijas.
Multivisatos teorija
O jei mūsų Visata yra kitos, senesnės Visatos palikuonis? Kai kurie astrofizikai mano, kad radiacija, likusi po Didžiojo sprogimo, padės išsiaiškinti šią istoriją.
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 leido suprasti, kad Visata iš tikrųjų yra vienpusė, kai kurios sritys turi daugiau svyravimų nei kitos. Kai kurie kosmologai mano, kad šis stebėjimas patvirtina, kad mūsų Visata turėjo „motiną“(!)
Chaotiškos infliacijos teorijoje ši idėja įgauna apimtį: begalinis infliacijos burbulų progresavimas sukuria daugybę visatų, o kiekviena iš jų sukuria dar daugiau infliacijos burbulų. didžiulis skaičius Multivisatos.
Baltųjų ir juodųjų skylių teorija
Tačiau yra modelių, kurie bando paaiškinti singuliarumo susidarymą prieš Didįjį sprogimą. Jei galvojate apie juodosios skylės kaip ir milžiniškos šiukšlių dėžės, jos yra pagrindinės kandidatės pradiniam susitraukimui, todėl mūsų besiplečianti Visata gali būti balta skylė- juodosios skylės išėjimo anga, o kiekvienoje mūsų Visatos juodojoje skylėje gali būti atskira visata.
Didysis šuolis
Kiti mokslininkai mano, kad singuliarumo susidarymo pagrindas yra ciklas, vadinamas " didelis šuolis“, kai besiplečianti visata galiausiai subyra į save, sukeldama kitą išskirtinumą, kuris vėl sukelia dar vieną didįjį sprogimą.
Šis procesas bus amžinas, o visi singuliarumai ir žlugimai nereikš nieko kito, kaip tik perėjimą į kitą Visatos egzistavimo fazę.
Ciklinės visatos teorija
Paskutinis paaiškinimas, kurį pažvelgsime, naudoja ciklinės visatos idėją, kurią sukuria stygų teorija. Ji mano, kad naujas reikalas ir energijos srautai atsiranda kas trilijonus metų, kai susiduria dvi membranos arba branos, esančios už mūsų matmenų.
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.
Šiuolaikinių Visatos gimimo ir evoliucijos modelių problemos
Daugelis teorijų, susijusių su Visata, pastaruoju metu susidūrė su teorinėmis ir, dar svarbiau, stebėjimo problemomis:
- Klausimas apie visatos formą yra svarbus atviras kosmologijos klausimas. Matematine prasme susiduriame su problema rasti trimatę erdvinę Visatos atkarpą, tai yra figūrą, kuri geriausiai atspindi erdvinį Visatos aspektą.
- Nežinoma yra visata globaliai erdviniu požiūriu plokščia ty ar galioja įstatymai Euklido geometrija didžiausiu mastu.
- Taip pat nežinoma, ar Visata yra tiesiog prijungtas arba padauginti prijungtas. Pagal standartinį plėtimosi modelį Visata neturi erdvinių ribų, tačiau gali būti erdviškai baigtinė.
- Yra pasiūlymų, kad Visata iš pradžių gimė besisukdama. Klasikinė kilmės idėja yra ta, kad Didysis sprogimas yra izotropinis, tai yra, energija sklinda vienodai visomis kryptimis. Tačiau pasirodė konkuruojanti hipotezė apie pradinio Visatos sukimosi momento buvimą ir gavo tam tikrą patvirtinimą.
Visata– tai visas begalinis mus supantis pasaulis. Tai yra kitos planetos ir žvaigždės, mūsų planeta Žemė, jos augalai ir gyvūnai, tu ir aš – visa tai yra Visata, įskaitant tai, kas yra už Žemės – kosminė erdvė, planetos, žvaigždės. Tai materija be galo ir krašto, įgaunanti pačias įvairiausias savo egzistavimo formas.
Visata- tai viskas, kas egzistuoja. Nuo mažiausių dulkių ir atomų grūdelių iki didžiulių materijos sankaupų žvaigždžių pasauliai ir žvaigždžių sistemos. Visata arba erdvė susideda iš milžiniškų žvaigždžių spiečių.
Iš kur visa tai atsirado?
Yra keletas teorijų, iš kurių populiariausia yra Didžiojo sprogimo teorija.
Prieš 70 metų amerikiečių astronomas Edvinas Hablas atrado, kad galaktikos yra raudonojoje spalvų spektro dalyje. Tai, remiantis „Doplerio efektu“, reiškė, kad jie tolsta vienas nuo kito. Be to, šviesa iš tolimesnių galaktikų yra „raudonesnė“ nei šviesa iš artimesnių, o tai rodė mažesnį tolimų galaktikų greitį. Didžiulių medžiagų masių išsibarstymo vaizdas stulbinamai priminė sprogimo vaizdą. Tada buvo pasiūlyta Didžiojo sprogimo teorija.
Remiantis skaičiavimais, tai įvyko maždaug prieš 13,7 mlrd. Sprogimo metu Visata buvo 10–33 centimetrų „taškas“. Dabartinės Visatos apimtį astronomai apskaičiavo 156 milijardais šviesmečių (palyginimui: „taškas“ yra tiek kartų mažesnis už protoną - vandenilio atomo branduolį, kiek pats protonas yra mažesnis už Mėnulį).
Medžiaga „taške“ buvo itin karšta, o tai reiškia, kad sprogimo metu atsirado daug šviesos kvantų. Žinoma, laikui bėgant viskas atšąla, o kvantai išsisklaido po besiformuojančią erdvę, tačiau Didžiojo sprogimo aidai turėjo išlikti iki šių dienų.
Pirmasis sprogimo patvirtinimas gautas 1964 m., kai amerikiečių radijo astronomai R. Wilsonas ir A. Penzias aptiko reliktą elektromagnetinė spinduliuotė kurių temperatūra yra apie 3° pagal Kelvino skalę (–270° C). Šis mokslininkams netikėtas atradimas buvo laikomas palanku Didžiajam sprogimui.
Taigi iš superkaršto subatominių dalelių debesies, palaipsniui besiplečiančio į visas puses, pamažu pradėjo formuotis atomai, medžiagos, planetos, žvaigždės, galaktikos, galiausiai atsirado gyvybė. Visata vis dar plečiasi, ir nežinoma, kiek tai tęsis. Galbūt kada nors ji pasieks savo ribą.
Didžiojo sprogimo teorija leido atsakyti į daugelį kosmologijai kylančių klausimų, bet, deja, ir galbūt laimei, ji taip pat iškėlė nemažai naujų. Visų pirma: kas atsitiko prieš Didįjį sprogimą? Kas lėmė pradinį Visatos pašildymą iki neįsivaizduojamos temperatūros, didesnės nei 1032 laipsnių K? Kodėl Visata yra stebėtinai vienalytė, o bet kokio sprogimo metu medžiaga įvairiomis kryptimis išsisklaido itin netolygiai?
Tačiau pagrindinė paslaptis, žinoma, yra „reiškinys“. Nežinoma, iš kur jis atsirado ir kaip susiformavo. Mokslo populiarinimo leidiniuose „reiškinio“ tema dažniausiai išvis praleidžiama, tačiau specializuotose mokslines publikacijas jie rašo apie tai kaip apie kažką nepriimtino mokslinis taškas regėjimas. Pasaulyje žinomas mokslininkas ir Kembridžo universiteto profesorius Stephenas Hawkingas ir Keiptauno universiteto matematikos profesorius J. F. R. Ellis savo knygoje „The Long Scale of Space-Time Structure“ taip tiesiogiai sako: „Mūsų rezultatai patvirtina mintį, kad Visata atsirado prieš ribotą skaičių metų. Tačiau teorijos apie Visatos atsiradimą dėl Didžiojo sprogimo – vadinamojo „reiškinio“ – išeities taškas yra už žinomų fizikos dėsnių ribų.
Reikia atsižvelgti į tai, kad „reiškinio“ problema yra tik dalis daug didesnės problemos, pačios pradinės Visatos būsenos šaltinio problemos. Kitaip tariant: jei Visata iš pradžių buvo suspausta į tašką, kas ją atvedė į tokią būseną?
Bandydami apeiti „reiškinio“ problemą, kai kurie mokslininkai siūlo kitas hipotezes. Viena iš jų yra „pulsuojančios Visatos“ teorija. Pagal ją Visata be galo, vėl ir vėl arba susitraukia iki taško, arba plečiasi iki kokių nors ribų. Tokia Visata neturi nei pradžios, nei pabaigos, yra tik plėtimosi ir susitraukimo ciklai. Tuo pačiu metu hipotezės autoriai teigia, kad Visata egzistavo visada, todėl tarsi pašalinamas „pasaulio pradžios“ klausimas.
Tačiau faktas yra tas, kad niekas dar nepateikė patenkinamo pulsavimo mechanizmo paaiškinimo. Kodėl tai vyksta? Kokios priežastys? Nobelio premijos laureatas, fizikas Stevenas Weinbergas savo knygoje „Pirmosios trys minutės“ nurodo, kad su kiekvienu reguliariu pulsavimu Visatoje neišvengiamai turi didėti fotonų skaičiaus ir nukleonų skaičiaus santykis, o tai veda prie naujų pulsacijų išnykimo. Weinbergas daro išvadą, kad todėl Visatos pulsavimo ciklų skaičius yra baigtinis, o tai reiškia, kad tam tikru momentu jie turi sustoti. Vadinasi, „pulsuojanti Visata“ turi pabaigą, taigi ir pradžią.
Kita Visatos atsiradimo teorija yra „baltųjų skylių“ arba kvazarų, kurie „išspjauna“ iš savęs ištisas galaktikas, teorija.
Įdomi ir „erdvės-laiko tunelių“ arba „kosmoso kanalų“ teorija. Pirmą kartą jų idėją 1962 metais išsakė amerikiečių fizikas teorinis Johnas Wheeleris knygoje „Geometrodinamika“, kurioje mokslininkas suformulavo transdimensinių, neįprastai greitų tarpgalaktinių kelionių galimybę. Kai kuriose „kosmoso kanalų“ sąvokos versijose svarstoma galimybė juos panaudoti keliaujant į praeitį ir ateitį, taip pat į kitas visatas ir dimensijas.
Stanfordo fizikas Andrejus Linde užduoda klausimus, į kuriuos negali atsakyti Didžiojo sprogimo teorija. Kai kurie iš jų buvo išsakyti 2007 m. žurnale Stanford Alumni paskelbtame straipsnyje: „Kas tiksliai sprogo? Kodėl jis sprogo šiuo konkrečiu momentu ir visur iš karto? Kas egzistavo prieš Didįjį sprogimą?
Linde's nuomone, Didysis sprogimas buvo ne vienas įvykis, o netvarkinga ir išsklaidyta infliacija. Devintajame dešimtmetyje jis sukūrė savo chaotišką infliacijos teoriją: į Didįjį sprogimą panašus išsiplėtimas gali įvykti bet kurioje erdvės vietoje, turint pakankamai potencialios energijos.
„Manėme, kad visa visata buvo sukurta vienu momentu“, - sako Linde. "Tačiau iš tikrųjų taip nėra."
Dešimtajame dešimtmetyje atlikti kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės tyrimai parodė skirtingą intensyvumą, o tai suteikia tam tikrų įrodymų, patvirtinančių chaotišką infliacijos teoriją.
Linde mano, kad žvelgiant iš labai plačios perspektyvos, kosmosas netelpa į mokslo sukurtus rėmus: „Vietoj Visatos, kurioje galioja vienas fizikos dėsnis, amžina chaotiška infliacija sukuria savaime besikartojančios ir amžinos multivisatos, kurioje viskas, paveikslą. yra įmanoma“, – sako Linde. - Lygiagrečios linijos gali susikirsti labai toli. Fizikos dėsniai gali keistis... Mes tiesiog negalime pamatyti, kada tai atsitiks. Mes esame kaip skruzdėlės didžiuliame rutulyje“.
Kitos teorijos apie Visatos kilmę:
Ekpirozės teorija
Šios teorijos šalininkai mano, kad mūsų Visata yra lygiagreti, kuri laikas nuo laiko susiduria su savo „seserimi“. Susidūrimo energija sukelia didžiulius erdvės trikdžius, dėl kurių atsiranda dalelių, kurios vėliau sudaro dujų ūkus, galaktikas, žvaigždes ir kt. kosminiai kūnai.
Po susidūrimo Visatos išsisklaido, bet kuo toliau, tuo labiau pradeda viena kitą traukti (o kodėl gi ne?). Pamažu jie vėl pradeda artėti ir iki to laiko abiejose Visatose nebėra nei žvaigždžių, nei kitų objektų, viskas pasiskirsto tolygiai pagal Antrąjį termodinamikos dėsnį.
Visatos vėl susiduria, ir vėl susidūrimo energija sukuria daleles, ir taip toliau, tai yra nesibaigiantis ciklas.
Baltos skylės
Visi esame girdėję apie juodųjų skylių egzistavimą. Apskritai šiuo metu jų egzistavimą galima numanyti tik pagal gravitacinių laukų sutrikimą/šviesos nukreipimą. Tačiau mokslininkai jau kalba apie baltųjų skylių egzistavimą. Galų gale, jei materiją sugeria juodoji skylė, ji turi būti kažkur išmesta, tiesa?
Ir teoriškai taškai, kuriuose medžiaga išstumiama, o ne absorbuojama, egzistuoja. Kol kas jų neaptikta, tačiau šios teorijos šalininkai nepraranda vilties artimiausiu metu aptikti baltąją skylę.
Paprastai tariant, baltųjų skylių egzistavimas, jei jos iš tikrųjų yra aptiktos, pažeidžia keletą pagrindinių fizikos dėsnių. O jei iš tiesų bus atrasta baltoji skylė, tai dabartinio mokslo pamatus teks lopyti ir labai kruopščiai (beje, dar kartą).
Visata yra juodosios skylės produktas
Labai įdomi teorija, pagal kurią juodosios skylės, išstumdamos materiją į nežinomą tikslą, iš tikrųjų sukuria naujas Visatas, kurios atsiranda net greičiau nei grybai po lietaus. Kiekviena juodosios skylės sugerta dalelė gali būti naujos Visatos pradžia, po to, kai dalelė, apdovanota milžiniška energija, sprogs. Tai bus Didysis sprogimas, ir tokių sprogimų yra daug.
Kiekviena sukurta Visata savo ruožtu sukuria naujas juodąsias skyles, o tos - naujas Visatas. Apskritai man sukasi galva, labai sunku įsivaizduoti visą šį begalinį sūkurį.
Kvantinė pasaulių teorija
Šią teoriją savo darbuose labai dažnai naudoja mokslinės fantastikos rašytojai. Jo esmė slypi nuolatiniame variacijų šakojime. Pavyzdžiui, dabar sprendžiate, ar eiti į parduotuvę, ar įsijungti televizorių. Viename invariante eini į parduotuvę, kitu įsijungi televizorių. Jau turime dvi Visatas, kurios labai mažai skiriasi viena nuo kitos, bet kuo toliau, tuo skirtumai stiprėja.
Ir apskritai variacijos „atsišakoja“ priklausomai nuo daugelio faktorių, įskaitant atomų, kurie juda skirtingomis kryptimis, elgseną ir pan. Dėl to kiekvieną akimirką atsiranda milijardai milijardų naujų invariantų ir kuo toliau viena nuo kitos, tuo šios Visatos skiriasi.
Vaizdžiai tariant, tai galima įsivaizduoti kaip ventiliatorių, kurio kiekviena mentė yra be galo padalinta, o kiekviena iš sekančių dalių vėl dalijama, ir taip toliau...
Žvaigždėtas dangus jau seniai jaudina žmogaus vaizduotę. Mūsų tolimi protėviai bandė suprasti, kokie keistai mirgantys taškai kabo virš jų galvų. Kiek jų yra, iš kur jie atsirado, ar daro įtaką žemiškiems įvykiams? Nuo seniausių laikų žmogus bandė suprasti, kaip veikia Visata, kurioje jis gyvena.
Šiandien apie tai, kaip senovės žmonės įsivaizdavo Visatą, galime sužinoti tik iš pas mus atėjusių pasakų ir legendų. Prireikė šimtmečių ir tūkstantmečių, kol atsirado ir sustiprėjo Visatos mokslas, tyrinėjantis jo savybes ir vystymosi stadijas – kosmologija. Šios disciplinos kertiniai akmenys yra astronomija, matematika ir fizika.
Šiandien mes daug geriau suprantame Visatos sandarą, tačiau kiekviena įgyta žinia tik kelia naujų klausimų. Atominių dalelių tyrimas greitintuve, gyvybės stebėjimas laukinė gamta, tarpplanetinio zondo nusileidimas ant asteroido taip pat gali būti vadinamas Visatos tyrimu, nes šie objektai yra jos dalis. Žmogus taip pat yra mūsų gražiosios žvaigždžių Visatos dalis. Studijuodami Saulės sistemą ar tolimas galaktikas sužinome daugiau apie save.
Kosmologija ir jos tyrimo objektai
Pati Visatos samprata astronomijoje neturi aiškaus apibrėžimo. Skirtingais istoriniais laikotarpiais ir tarp skirtingų tautų ji turėjo daugybę sinonimų, tokių kaip „erdvė“, „pasaulis“, „visata“, „universumas“ arba „dangaus sfera“. Dažnai kalbant apie Visatos gelmėse vykstančius procesus, vartojamas terminas „makrokosmas“, kurio priešingybė yra atomų ir elementariųjų dalelių pasaulio „mikrokosmas“.
Sunkiame pažinimo kelyje kosmologija dažnai susikerta su filosofija ir net teologija, ir tai nenuostabu. Visatos sandaros mokslas bando paaiškinti, kada ir kaip atsirado visata, įminti materijos atsiradimo paslaptį, suprasti Žemės ir žmonijos vietą erdvės begalybėje.
Šiuolaikinė kosmologija turi dvi pagrindines problemas. Pirma, jos tyrimo objektas – Visata – yra unikalus, todėl jo pritaikyti neįmanoma statistines schemas ir metodai. Trumpai tariant, mes nežinome apie kitų Visatų egzistavimą, jų savybes, struktūrą, todėl negalime palyginti. Antra, astronominių procesų trukmė neleidžia atlikti tiesioginių stebėjimų.
Kosmologija remiasi postulatu, kad Visatos savybės ir struktūra yra vienodos bet kuriam stebėtojui, išskyrus retus kosminius reiškinius. Tai reiškia, kad materija Visatoje pasiskirsto tolygiai ir turi tas pačias savybes visomis kryptimis. Iš to išplaukia, kad fiziniai dėsniai, veikiantys dalyje Visatos, gali būti ekstrapoliuojami visai Metagalaktikai.
Teorinė kosmologija kuria naujus modelius, kurie vėliau patvirtinami arba paneigiami stebėjimais. Pavyzdžiui, buvo įrodyta teorija apie Visatos atsiradimą dėl sprogimo.
Amžius, dydis ir sudėtis
Visatos mastai nuostabūs: ji daug didesnė, nei galėjome įsivaizduoti prieš dvidešimt ar trisdešimt metų. Mokslininkai jau atrado apie penkis šimtus milijardų galaktikų, o jų skaičius nuolat didėja. Kiekvienas iš jų sukasi aplink savo ašį ir milžinišku greičiu tolsta nuo kitų dėl Visatos plėtimosi.
Kvazaras 3C 345, vienas ryškiausių objektų Visatoje, yra už penkių milijardų šviesmečių nuo mūsų. Žmogaus protas net neįsivaizduoja tokių atstumų. Į erdvėlaivį, judant šviesos greičiu, prireiktų tūkstančio metų skristi aplink mūsų Paukščių Taką. Jam prireiktų 2,5 tūkstančio metų, kad patektų į Andromedos galaktiką. Bet tai artimiausias kaimynas.
Kalbėdami apie Visatos dydį, turime omenyje jos matomą dalį, dar vadinamą metagalaktika. Kuo daugiau stebėjimo rezultatų gauname, tuo toliau plečiasi Visatos ribos. Be to, tai vyksta vienu metu visomis kryptimis, o tai įrodo jo sferinę formą.
Mūsų pasaulis atsirado maždaug prieš 13,8 milijardo metų dėl Didžiojo sprogimo – įvykio, dėl kurio gimė žvaigždės, planetos, galaktikos ir kiti objektai. Ši figūra yra tikrasis Visatos amžius.
Remiantis šviesos greičiu, galima daryti prielaidą, kad jos matmenys taip pat yra 13,8 milijardo šviesmečių. Tačiau iš tikrųjų jie yra didesni, nes nuo pat gimimo Visata nuolat plėtėsi. Kai kurie juda superluminal greičiu, todėl nemaža dalis Visatoje esančių objektų amžinai liks nematomi. Ši riba vadinama Hablo sfera arba horizontu.
Metagalaktikos skersmuo yra 93 milijardai šviesmečių. Mes nežinome, kas yra toliau žinoma visata. Galbūt yra ir tolimesnių objektų, kurie šiandien neprieinami astronominiams stebėjimams. Nemaža dalis mokslininkų tiki Visatos begalybe.
Visatos amžius buvo daug kartų išbandytas naudojant įvairios technikos ir moksliniai instrumentai. Paskutinį kartą tai buvo patvirtinta naudojant Planck orbitinį teleskopą. Turimi duomenys visiškai atitinka šiuolaikinius Visatos plėtimosi modelius.
Iš ko sudaryta Visata? Vandenilis yra gausiausias elementas Visatoje (75%), helis yra antroje vietoje (23%), o likę elementai sudaro nežymius 2% viso materijos kiekio. Vidutinis tankis 10-29 g/cm3, kurio nemaža dalis yra vadinamoji tamsioji energija ir materija. Grėsmingi pavadinimai nerodo jų nepilnavertiškumo, tiesiog tamsioji medžiaga, skirtingai nei įprasta, nesąveikauja su elektromagnetine spinduliuote. Atitinkamai, mes negalime to stebėti ir daryti išvadų tik remdamiesi netiesioginiais ženklais.
Remiantis minėtu tankiu, Visatos masė yra maždaug 6*1051 kg. Reikėtų suprasti, kad šis skaičius neapima tamsios masės.
Visatos sandara: nuo atomų iki galaktikų spiečių
Kosmosas – tai ne tik didžiulė tuštuma, kurioje tolygiai išsibarsčiusios žvaigždės, planetos ir galaktikos. Visatos struktūra yra gana sudėtinga ir turi keletą organizavimo lygių, kuriuos galime klasifikuoti pagal objektų skalę:
- Astronominiai kūnai Visatoje paprastai grupuojami į sistemas. Žvaigždės dažnai sudaro poras arba yra spiečių, kuriose yra dešimtys ar net šimtai žvaigždžių, dalis. Šiuo atžvilgiu mūsų Saulė yra gana netipiška, nes neturi „dvigubos“;
- Kitas organizacijos lygis yra galaktikos. Jie gali būti spiraliniai, elipsiški, lęšiniai, netaisyklingi. Mokslininkai dar iki galo nesupranta, kodėl galaktikos turi skirtingos formos. Šiame lygyje atrandame tokius Visatos stebuklus kaip juodosios skylės, tamsioji medžiaga, tarpžvaigždinės dujos, dvigubos žvaigždės. Be žvaigždžių, jų sudėtis apima dulkes, dujas ir elektromagnetinę spinduliuotę. Žinomoje Visatoje buvo atrasti keli šimtai milijardų galaktikų. Jie dažnai susiduria vienas su kitu. Tai nepanašu į automobilio avariją: žvaigždės tiesiog susimaišo ir keičia savo orbitas. Tokie procesai trunka milijonus metų ir lemia naujų žvaigždžių spiečių formavimąsi;
- Vietinę grupę sudaro keletas galaktikų. Mūsų, be Paukščių Tako, yra Trikampio ūkas, Andromedos ūkas ir dar 31 sistema. Galaktikos klasteriai yra didžiausios žinomos stabilios struktūros Visatoje, jas laiko gravitacinė jėga ir koks nors kitas veiksnys. Mokslininkai apskaičiavo, kad vien traukos neužtenka šių objektų stabilumui palaikyti. Mokslinis pagrindasšio reiškinio dar nėra;
- Kitas Visatos sandaros lygis yra galaktikų superspiečiai, kurių kiekviename yra dešimtys ar net šimtai galaktikų ir spiečių. Tačiau gravitacija jų nebestabdo, todėl jie seka besiplečiančią Visatą;
- Paskutinis visatos organizavimo lygis yra ląstelės arba burbuliukai, kurių sienos sudaro galaktikų superspiečius. Tarp jų yra tuščios vietos, vadinamos tuštumais. Šios Visatos struktūros turi apie 100 Mpc skales. Šiame lygyje labiausiai pastebimi Visatos plėtimosi procesai, su ja siejama ir reliktinė spinduliuotė – Didžiojo sprogimo aidas.
Kaip atsirado visata
Kaip atsirado Visata? Kas atsitiko prieš šią akimirką? Kaip tai tapo begaline erdve, kurią žinome šiandien? Ar tai buvo nelaimingas atsitikimas, ar natūralus procesas?
Po dešimtmečius trukusių diskusijų ir įnirtingų diskusijų fizikai ir astronomai beveik pasiekė sutarimą, kad visata buvo sukurta dėl sprogimo. kolosali galia. Jis ne tik pagimdė visą Visatoje esančią materiją, bet ir nustatė fizikinius dėsnius, pagal kuriuos egzistuoja mums žinomas kosmosas. Tai vadinama Didžiojo sprogimo teorija.
Remiantis šia hipoteze, visa materija kažkada kažkokiu nesuprantamu būdu buvo surinkta viename mažame taške, kurio temperatūra ir tankis yra begalinis. Jis buvo vadinamas singuliarumu. Prieš 13,8 milijardo metų taškas sprogo ir susiformavo žvaigždės, galaktikos, jų spiečiai ir kiti astronominiai Visatos kūnai.
Kodėl ir kaip tai atsitiko, neaišku. Mokslininkai turi atmesti daugelį klausimų, susijusių su singuliarumo prigimtimi ir jo kilme: užbaigti fizinė teorijaŠis Visatos istorijos etapas dar neegzistuoja. Reikia pažymėti, kad yra ir kitų Visatos atsiradimo teorijų, tačiau jos turi daug mažiau šalininkų.
Terminas „Didysis sprogimas“ pradėtas vartoti 40-ųjų pabaigoje po britų astronomo Hoyle'o darbų paskelbimo. Šiandien šis modelis buvo kruopščiai išplėtotas – fizikai gali drąsiai apibūdinti procesus, kurie įvyko sekundės dalelę po šio įvykio. Taip pat galime pridurti, kad ši teorija leido nustatyti tikslų Visatos amžių ir apibūdinti pagrindinius jos evoliucijos etapus.
Pagrindinis Didžiojo sprogimo teorijos įrodymas yra kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės buvimas. Jis buvo atidarytas 1965 m. Šis reiškinys atsirado dėl vandenilio atomų rekombinacijos. CMB spinduliuotę galima vadinti pagrindiniu informacijos apie Visatos struktūrą prieš milijardus metų šaltiniu. Jis yra izotropinis ir tolygiai užpildo kosminę erdvę.
Kitas argumentas, palaikantis šio modelio objektyvumą, yra pats Visatos plėtimosi faktas. Tiesą sakant, ekstrapoliuodami šį procesą į praeitį, mokslininkai priėjo prie panašios koncepcijos.
Yra Didžiojo sprogimo teorijoje ir silpnosios vietos. Jei Visata susiformavo akimirksniu iš vieno mažo taško, tada turėjo būti netolygus materijos pasiskirstymas, kurio mes nepastebime. Taip pat šis modelis negali paaiškinti, kur dingo antimedžiaga, kurios kiekis „sukūrimo momentu“ neturėjo būti mažesnis už įprastą barioninę medžiagą. Tačiau dabar antidalelių skaičius Visatoje yra nedidelis. Tačiau reikšmingiausias šios teorijos trūkumas yra nesugebėjimas paaiškinti Didžiojo sprogimo reiškinio, jis tiesiog suvokiamas kaip faktas. Mes nežinome, kaip Visata atrodė prieš singuliarumą.
Yra ir kitų hipotezių apie visatos atsiradimą ir tolesnę evoliuciją. Daugelį metų buvo populiarus stacionarios Visatos modelis. Nemažai mokslininkų laikėsi nuomonės, kad dėl kvantinių svyravimų jis atsirado iš vakuumo. Tarp jų buvo ir garsusis Stephenas Hawkingas. Lee Smolinas iškėlė teoriją, kad mūsų, kaip ir kitos Visatos, susiformavo juodųjų skylių viduje.
Buvo bandoma tobulėti esama teorija Didysis sprogimas. Pavyzdžiui, egzistuoja hipotezė apie Visatos cikliškumą, pagal kurią gimimas iš singuliarumo yra ne kas kita, kaip jos perėjimas iš vienos būsenos į kitą. Tiesa, toks požiūris prieštarauja antrajam termodinamikos dėsniui.
Visatos evoliucija arba tai, kas atsitiko po Didžiojo sprogimo
Didžiojo sprogimo teorija leido mokslininkams sukurti tikslų Visatos evoliucijos modelį. Ir šiandien mes gana gerai žinome, kokie procesai vyko jaunoje Visatoje. Vienintelė išimtis yra ankstyviausias kūrimo etapas, dėl kurio ir toliau vyksta įnirtingos diskusijos ir diskusijos. Žinoma, vienam pasiekti tokį rezultatą teorinis pagrindas Nepakako, prireikė metų Visatos tyrimų ir tūkstančių eksperimentų su greitintuvais.
Šiandien mokslas nustato šiuos etapus po Didžiojo sprogimo:
- Ankstyviausias mums žinomas laikotarpis vadinamas Planko era, jis trunka nuo 0 iki 10-43 sekundžių. Šiuo metu visa Visatos materija ir energija buvo surinkta viename taške, o keturios pagrindinės jėgos buvo viena;
- Didžiojo susivienijimo era (nuo 10–43 iki 10–36 sekundžių). Jai būdingas kvarkų atsiradimas ir pagrindinių sąveikos tipų atskyrimas. Pagrindiniu šio laikotarpio įvykiu laikomas gravitacinės jėgos išlaisvinimas. Šioje epochoje pradėjo formuotis Visatos dėsniai. Šiandien turime galimybę išsamus aprašymas fiziniai šios eros procesai;
- Trečiasis kūrimo etapas vadinamas infliacijos amžiumi (nuo 10–36 iki 10–32). Tuo metu spartus Visatos judėjimas prasidėjo greičiu, gerokai viršijančiu šviesos greitį. Jis tampa didesnis nei dabartinė matoma Visata. Prasideda vėsinimas. Per šį laikotarpį pagrindinės visatos jėgos galutinai atsiskiria;
- Laikotarpiu nuo 10–32 iki 10–12 sekundžių atsiranda „egzotiškų“ dalelių, tokių kaip Higso bozonas, o kvarko-gliuono plazma užpildė erdvę. Intervalas nuo 10-12 iki 10-6 sekundžių vadinamas kvarkų era, nuo 10-6 iki 1 sekundės - hadronų, 1 sekundę po Didžiojo sprogimo prasideda leptonų era;
- Nukleosintezės fazė. Tai truko maždaug iki trečios minutės nuo įvykių pradžios. Šiuo laikotarpiu iš Visatos dalelių atsiranda helio, deuterio ir vandenilio atomai. Aušinimas tęsiasi, erdvė tampa skaidri fotonams;
- Praėjus trims minutėms po Didžiojo sprogimo, prasideda pirminės rekombinacijos era. Šiuo laikotarpiu atsirado reliktinė spinduliuotė, kurią astronomai iki šiol tiria;
- 380 tūkstančių – 550 milijonų metų laikotarpis vadinamas tamsiaisiais amžiais. Visata šiuo metu yra pripildyta vandenilio, helio, įvairių tipų radiacija. Visatoje nebuvo šviesos šaltinių;
- Praėjus 550 milijonų metų po sukūrimo, pasirodo žvaigždės, galaktikos ir kiti Visatos stebuklai. Pirmosios žvaigždės sprogsta, išskirdamos materiją ir suformuodamos planetų sistemas. Šis laikotarpis vadinamas reionizacijos era;
- 800 milijonų metų amžiaus Visatoje pradeda formuotis pirmosios žvaigždžių sistemos su planetomis. Ateina substancijos amžius. Šiuo laikotarpiu susiformavo ir mūsų gimtoji planeta.
Manoma, kad laikotarpis nuo 0,01 sekundės po sukūrimo akto iki šių dienų yra įdomus kosmologijai. Per šį laikotarpį susiformavo pirminiai elementai, iš kurių kilo žvaigždės, galaktikos ir Saulės sistema. Kosmologams rekombinacijos era yra laikoma ypač svarbiu laikotarpiu, kai atsirado reliktinė spinduliuotė, kurios pagalba tęsiami žinomos Visatos tyrimai.
Kosmologijos istorija: ankstyviausias laikotarpis
Žmogus nuo neatmenamų laikų galvojo apie jį supančio pasaulio sandarą. Seniausių idėjų apie Visatos sandarą ir dėsnius galima rasti pasakose ir legendose skirtingos tautos ramybė.
Manoma, kad reguliarūs astronominiai stebėjimai pirmą kartą buvo pradėti praktikuoti Mesopotamijoje. Šioje teritorijoje iš eilės gyveno kelios išsivysčiusios civilizacijos: šumerai, asirai, persai. Apie tai, kaip jie įsivaizdavo Visatą, galime sužinoti iš daugelio senovės miestų vietose rastų dantiraščio lentelių. Pirmieji įrašai apie dangaus kūnų judėjimą datuojami VI tūkstantmečiu prieš Kristų.
Iš astronominiai reiškiniaiŠumerus labiausiai domino ciklai – kintantys metų laikai ir mėnulio fazės. Nuo jų priklausė būsimas derlius ir naminių gyvūnų sveikata, taigi ir žmonių populiacijos išlikimas. Iš to buvo padaryta išvada apie dangaus kūnų įtaką Žemėje vykstantiems procesams. Todėl tyrinėdamas Visatą gali nuspėti savo ateitį – taip gimė astrologija.
Šumerai išrado stulpą Saulės aukščiui nustatyti, sukūrė Saulės ir Mėnulio kalendorių, aprašė pagrindinius žvaigždynus, atrado kai kuriuos dangaus mechanikos dėsnius.
Daug dėmesio religinėse praktikose buvo skiriama kosminių objektų judėjimui Senovės Egiptas. Nilo slėnio gyventojai naudojo geocentrinį Visatos modelį, kuriame Saulė sukasi aplink Žemę. Mus pasiekė daug senovės egiptiečių tekstų, kuriuose yra astronominės informacijos.
Dangaus mokslas pasiekė reikšmingų aukštumų Senovės Kinija. Čia dar III tūkstantmetyje pr. e. atsirado teismo astronomo pareigybė, o XII a. e. Buvo atidarytos pirmosios observatorijos. Apie saulės užtemimus, kometų perėjimus, meteorų lietų ir kitus įdomius kosminius senovės įvykius daugiausia žinome iš kinų metraščių ir kronikų, kurios buvo skrupulingai saugomos šimtmečius.
Helenai labai gerbė astronomiją. Jie studijavo šį klausimą su daugybe filosofinių mokyklų, kurių kiekviena, kaip taisyklė, turėjo savo Visatos sistemą. Graikai pirmieji pasiūlė sferinę Žemės formą ir planetos sukimąsi aplink savo ašį. Astronomas Hiparchas pristatė apogėjaus ir perigėjo, orbitos ekscentriškumo sąvokas, sukūrė Saulės ir Mėnulio judėjimo modelius, apskaičiavo planetų apsisukimų periodus. Ptolemėjas, kurį galima vadinti Saulės sistemos geocentrinio modelio kūrėju, labai prisidėjo prie astronomijos raidos.
Majų civilizacija pasiekė didelių aukštumų tyrinėdama Visatos dėsnius. Tai patvirtina archeologinių kasinėjimų rezultatai. Kunigai mokėjo nuspėti saulės užtemimai, jie sukūrė tobulą kalendorių, pastatė daugybę observatorijų. Majų astronomai stebėjo netoliese esančias planetas ir galėjo tiksliai nustatyti jų orbitos periodus.
Viduramžiai ir naujieji laikai
Po Romos imperijos žlugimo ir krikščionybės plitimo Europa pasinėrė į Tamsieji amžiai– gamtos mokslų, tarp jų ir astronomijos, raida praktiškai sustojo. Europiečiai informacijos apie Visatos sandarą ir dėsnius sėmėsi iš Biblijos tekstų, keli astronomai tvirtai laikėsi Ptolemėjo geocentrinės sistemos, o astrologija turėjo precedento neturintį populiarumą. Tikrasis Visatos tyrinėjimas mokslininkų prasidėjo tik Renesanso laikais.
XV amžiaus pabaigoje kardinolas Nikolajus iš Kuzos iškėlė drąsią idėją apie visatos universalumą ir Visatos gelmių begalybę. Jau iki XVI a tapo aišku, kad Ptolemėjaus pažiūros buvo klaidingos ir nepriimant naujos paradigmos tolesnė plėtra mokslas neįsivaizduojamas. Lenkų matematikas ir astronomas Nikolajus Kopernikas nusprendė sulaužyti senąjį modelį, pasiūlydamas heliocentrinį Saulės sistemos modelį.
Šiuolaikiniu požiūriu jo koncepcija buvo ydinga. Kopernikui planetų judėjimą užtikrino dangaus sferų, prie kurių jos buvo pritvirtintos, sukimasis. Pačios orbitos buvo apskritimo formos, o ties pasaulio riba buvo rutulys su nejudančiomis žvaigždėmis. Tačiau sistemos centre pastatęs Saulę, lenkų mokslininkas, be jokios abejonės, padarė tikrą revoliuciją. Astronomijos istoriją galima suskirstyti į dvi dideles dalis: senovės laikotarpį ir Visatos studijas nuo Koperniko iki šių dienų.
1608 metais italų mokslininkas Galilėjus išrado pirmąjį pasaulyje teleskopą, kuris davė didžiulį postūmį stebėjimo astronomijos raidai. Dabar mokslininkai gali apmąstyti Visatos gelmes. Paaiškėjo, kad Paukščių Takas susideda iš milijardų žvaigždžių, Saulė turi dėmių, Mėnulis – kalnus, o aplink Jupiterį sukasi palydovai. Teleskopo atsiradimas sukėlė tikrą bumą optiniuose Visatos stebuklų stebėjimuose.
XVI amžiaus viduryje danų mokslininkas Tycho Brahe pirmasis pradėjo reguliarius astronominius stebėjimus. Jis įrodė kosminę kometų kilmę, taip paneigdamas Koperniko mintį apie dangaus sferas. IN XVII pradžia amžiuje Johanesas Kepleris atskleidė planetų judėjimo paslaptis, suformuluodamas savo garsiuosius dėsnius. Tuo pačiu metu buvo atrasti Andromedos ir Oriono ūkai bei Saturno žiedai, sudarytas pirmasis Mėnulio paviršiaus žemėlapis.
1687 metais Izaokas Niutonas suformulavo įstatymą universalioji gravitacija, paaiškinantis visų Visatos komponentų sąveiką. Jis leido man pamatyti paslėpta prasmė Keplerio dėsniai, kurie iš tikrųjų buvo išvesti empiriškai. Niutono atrasti principai leido mokslininkams naujai pažvelgti į Visatos erdvę.
XVIII amžius buvo spartaus astronomijos vystymosi laikotarpis, gerokai išplėtęs žinomos Visatos ribas. 1785 m. Kantas sugalvojo puikią idėją, kad Paukščių Takas yra didžiulis žvaigždžių spiečius, kurį sutraukia gravitacija.
Tuo metu „Visatos žemėlapyje“ pasirodė nauji dangaus kūnai ir buvo tobulinami teleskopai.
1785 metais anglų astronomas Herschelis, remdamasis elektromagnetizmo ir Niutono mechanikos dėsniais, bandė sukurti Visatos modelį ir nustatyti jos formą. Tačiau jam nepavyko.
XIX amžiuje mokslininkų instrumentai tapo tikslesni, atsirado fotografijos astronomija. Amžiaus viduryje pasirodžiusi spektrinė analizė sukėlė tikrą stebėjimo astronomijos revoliuciją – dabar tyrimų tema tapo cheminė sudėtis objektų. Buvo aptikta asteroido juosta ir išmatuotas šviesos greitis.
Proveržių era arba modernūs laikai
Dvidešimtasis amžius buvo tikrų astronomijos ir kosmologijos proveržių era. Šimtmečio pradžioje Einšteinas atskleidė pasauliui savo reliatyvumo teoriją, kuri padarė tikrą revoliuciją mūsų idėjose apie visatą ir leido naujai pažvelgti į Visatos savybes. 1929 m. Edvinas Hablas atrado, kad mūsų Visata plečiasi. 1931 m. Georges'as Lemaitre'as iškėlė idėją apie jos formavimąsi iš vieno taško. Iš esmės tai buvo Didžiojo sprogimo teorijos pradžia. 1965 metais buvo atrasta kosminė mikrobangų foninė spinduliuotė, patvirtinanti šią hipotezę.
Pirmasis į orbitą buvo išsiųstas 1957 m dirbtinis palydovas, po kurio prasidėjo kosminis amžius. Dabar astronomai galėjo ne tik stebėti dangaus kūnai per teleskopus, bet ir ištirti juos iš arti, naudojant tarpplanetines stotis ir nusileidimo zondus. Netgi galėjome nusileisti Mėnulio paviršiuje.
90-uosius galima pavadinti „tamsiosios materijos laikotarpiu“. Jos atradimas paaiškino Visatos plėtimosi pagreitį. Per tą laiką buvo pristatyti nauji teleskopai, leidžiantys peržengti žinomos Visatos ribas.
2016 metais buvo aptiktos gravitacinės bangos, kurios greičiausiai reikš naujos astronomijos šakos pradžią.
Per pastaruosius šimtmečius mes gerokai išplėtėme savo žinių apie Visatą ribas. Tačiau iš tikrųjų žmonės tik šiek tiek pravėrė duris ir pažvelgė į didžiulę ir nuostabus pasaulis, pilna paslapčių ir nuostabių stebuklų.
Jei turite klausimų, palikite juos komentaruose po straipsniu. Mes arba mūsų lankytojai mielai į juos atsakys
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 Visatos sukūrimą. Ir ar žinai, prie ko jis atėjo? Laikas buvo Dievo kūrinijos dalis, o anksčiau to tiesiog nebuvo.
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 sekunde jaunesniu, 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. Dešimtmečiai po Einšteino mirties, raida kvantinė fizika 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. Nepomnyaščius
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 skylė, o kiekvienoje mūsų Visatos juodojoje skylėje gali būti vis kita 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 nereikš nieko kito, kaip tik perėjimą 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.
Mokslo pasaulyje visuotinai pripažįstama, kad Visata atsirado dėl Didžiojo sprogimo. Ši teorija remiasi tuo, kad energija ir materija (visų dalykų pamatai) anksčiau buvo singuliarumo būsenoje. Jam, savo ruožtu, būdinga temperatūros, tankio ir slėgio begalybė. Pati singuliarumo būsena atmeta viską, kas žinoma modernus pasaulis fizikos dėsniai. Mokslininkai mano, kad Visata atsirado iš mikroskopinės dalelės, kuri dėl vis dar nežinomų priežasčių tolimoje praeityje pateko į nestabilią būseną ir sprogo.
Terminas „Didysis sprogimas“ pradėtas vartoti 1949 m., kai mokslininko F. Hoyle'o darbai buvo paskelbti mokslo populiarinimo leidiniuose. Šiandien „dinaminio evoliucijos modelio“ teorija yra taip gerai išvystyta, kad fizikai gali apibūdinti Visatoje vykstančius procesus per 10 sekundžių po mikroskopinės dalelės, padėjusios pagrindą viskam, sprogimo.
Yra keletas teorijos įrodymų. Viena pagrindinių – kosminė mikrobangų foninė spinduliuotė, kuri persmelkia visą Visatą. Jis, pasak šiuolaikinių mokslininkų, galėjo atsirasti tik dėl Didžiojo sprogimo, dėl mikroskopinių dalelių sąveikos. Būtent reliktinė spinduliuotė leidžia sužinoti apie tuos laikus, kai Visata buvo tarsi deganti erdvė, o žvaigždžių, planetų ir pačios galaktikos nebuvo. Antrasis visų dalykų gimimo iš Didžiojo sprogimo įrodymas laikomas kosmologiniu raudonuoju poslinkiu, kurį sudaro radiacijos dažnio sumažėjimas. Tai patvirtina žvaigždžių, galaktikų pašalinimą iš pieno kelias konkrečiai ir vienas nuo kito apskritai. Tai yra, tai rodo, kad Visata plėtėsi anksčiau ir tęsiasi iki šiol.
Trumpa Visatos istorija
- 10 -45 - 10 -37 sek- infliacinė plėtra
- 10-6 sek- kvarkų ir elektronų atsiradimas
- 10-5 sek- protonų ir neutronų susidarymas
- 10 -4 sek. - 3 min- deuterio, helio ir ličio branduolių atsiradimas
- 400 tūkstančių metų- atomų susidarymas
- 15 milijonų metų- nuolatinis dujų debesies plėtimasis
- 1 milijardas metų- pirmųjų žvaigždžių ir galaktikų gimimas
- 10-15 milijardų metų- planetų ir protingos gyvybės atsiradimas
- 10 14 milijardų metų- žvaigždžių gimimo proceso nutraukimas
- 10 37 milijardai metų- visų žvaigždžių energijos išeikvojimas
- 10 40 milijardų metų- juodųjų skylių išgaravimas ir elementariųjų dalelių gimimas
- 10 100 milijardų metų- visų juodųjų skylių išgarinimo užbaigimas
Didžiojo sprogimo teorija buvo tikras mokslo proveržis. Tai leido mokslininkams atsakyti į daugelį klausimų, susijusių su Visatos gimimu. Tačiau kartu ši teorija sukėlė naujų paslapčių. Pagrindinė iš jų yra pati Didžiojo sprogimo priežastis. Antras klausimas, į kurį atsakymo nėra šiuolaikinis mokslas- kaip atsirado erdvė ir laikas. Kai kurių tyrinėtojų teigimu, jie gimė kartu su medžiaga ir energija. Tai yra, jie yra Didžiojo sprogimo rezultatas. Bet tada paaiškėja, kad laikas ir erdvė turi turėti kažkokią pradžią. Tai yra, tam tikra esybė, nuolat egzistuojanti ir nepriklausoma nuo jų rodiklių, galėjo inicijuoti nestabilumo procesus mikroskopinėje dalelėje, kuri pagimdė Visatą.
Kaip daugiau tyrimų atliekami šia kryptimi, tuo daugiau klausimų kyla astrofizikams. Atsakymai į juos žmonijos laukia ateityje.