Jaka była nazwa wszechświata? Wielki Wybuch i pochodzenie Wszechświata
Czym jest Wszechświat? Jeśli jest pojemny, to z ummah wszystkiego, co istnieje!. To cały czas, przestrzeń, materia i energia, uformowane i rozszerzające się przez ostatnie 13,8 miliarda lat. Nikt nie może z całą pewnością powiedzieć, jak rozległe są przestrzenie naszego świata i nie ma jeszcze dokładnych przewidywań dotyczących finału.
Definicja Wszechświata
Samo słowo „wszechświat” pochodzi z łaciny „ uniwersum”. Po raz pierwszy został użyty przez Cycerona, a po nim stał się powszechnie akceptowany wśród autorów rzymskich. Pojęcie oznaczało świat i przestrzeń. W tym czasie ludzie tymi słowami widzieli Ziemię, wszystkie znane istoty żywe, Księżyc, Słońce, planety (Merkury, Wenus, Marsa, Jowisza i Saturna) oraz gwiazdy.
Czasami zamiast „Wszechświat” używają „ przestrzeń”, co z greckiego tłumaczy się jako „pokój”. Ponadto wśród terminów pojawiły się „natura” i „wszystko”.
W nowoczesna koncepcja zawierają wszystko, co istnieje we Wszechświecie - nasz system, Drogę Mleczną i inne struktury. Obejmuje również wszystkie rodzaje energii, czasoprzestrzeni i prawa fizyczne.
Jednym z głównych pytań, które nie wychodzą z ludzkiej świadomości zawsze było i jest pytanie: jak powstał wszechświat?”. Oczywiście nie ma jednoznacznej odpowiedzi na to pytanie i raczej nie zostanie ona odebrana w najbliższej przyszłości, jednak nauka zmierza w tym kierunku i tworzy pewien teoretyczny model powstania naszego Wszechświata.
Teorie powstania wszechświata
Kreacjonizm: Bóg stworzył wszystko
Spośród wszystkich teorii dotyczących powstania wszechświata ta pojawiła się jako pierwsza. Bardzo dobra i wygodna wersja, która być może zawsze będzie aktualna. Nawiasem mówiąc, wielu fizyków, mimo że nauka i religia często przedstawiane są jako przeciwstawne koncepcje, wierzyło w Boga.
Na przykład, Alberta Einsteina przemówił:
„Każdy poważny przyrodnik musi być w jakiś sposób osobą religijną. W przeciwnym razie nie wyobraża sobie, że niewiarygodnie subtelne współzależności, które obserwuje, nie są przez niego wymyślone.
Teoria Wielkiego Wybuchu (model gorącego wszechświata)
Być może najpopularniejszy i najbardziej rozpoznawalny model powstania naszego wszechświata. Odpowiada na pytanie - jak powstały? pierwiastki chemiczne i dlaczego ich rozpowszechnienie jest takie, jakie obserwujemy obecnie.
Zgodnie z tą teorią około 14 miliardów lat temu nie było przestrzeni i czasu, a cała masa wszechświata była skoncentrowana w maleńkim punkcie o niewiarygodnej gęstości - w osobliwości. Kiedyś, ze względu na powstałą w nim niejednorodność, nastąpił tak zwany Wielki Wybuch. I od tego czasu wszechświat stale się rozszerza i ochładza.
Teoria Wielkiego Wybuchu
Pierwsze 10 -43 sekundy po wywołaniu Wielkiego Wybuchu etap chaosu kwantowego. Natury wszechświata na tym etapie istnienia nie da się opisać w ramach znanej nam fizyki. Następuje rozpad ciągłej pojedynczej czasoprzestrzeni na kwanty.
Po 10 000 lat energia materii stopniowo przewyższa energię promieniowania i następuje ich separacja. Substancja zaczyna dominować nad promieniowaniem, pojawia się reliktowe tło.
Teoria Wielkiego Wybuchu zyskała mocniejsze podstawy po odkryciu kosmologicznego przesunięcia ku czerwieni i CMB. Te dwa zjawiska są najsilniejszymi argumentami przemawiającymi za poprawnością teorii.
Również oddzielenie materii promieniowaniem znacznie zwiększyło początkowe niejednorodności w rozkładzie materii, w wyniku czego zaczęły się tworzyć galaktyki oraz supergalaktyki. Prawa Wszechświata przybrały formę, w jakiej dzisiaj je obserwujemy.
Rozszerzający się model wszechświata
Wiadomo już na pewno, że Galaktyki i inne obiekty kosmiczne oddalają się od siebie, co oznacza, że Wszechświat się rozszerza.
Model rozszerzającego się Wszechświata opisuje sam fakt ekspansji. W ogólnym przypadku nie bierze się pod uwagę, kiedy i dlaczego Wszechświat zaczął się rozszerzać. Większość modeli opiera się na ogólnej teorii względności i jej geometrycznym spojrzeniu na naturę grawitacji.
Przesunięcie ku czerwieni- jest to spadek częstotliwości promieniowania obserwowany dla odległych źródeł, co tłumaczy się odległością źródeł (galaktyk, kwazarów) od siebie. Fakt ten wskazuje, że wszechświat się rozszerza.
Promieniowanie CMB- to jak echa wielkiego wybuchu. Wcześniej Wszechświat był gorącą plazmą, która stopniowo się ochładzała. Od tych odległych czasów we Wszechświecie pozostały tzw. fotony wędrowne, które tworzą tło promieniowania kosmicznego. Wcześniej z więcej wysokie temperatury Wszechświat to promieniowanie było znacznie silniejsze. Teraz jego widmo całkowicie odpowiada widmu promieniowania ciało stałe o temperaturze zaledwie 2,7 kelwina.
Teoria ewolucji struktur wielkoskalowych
Jak pokazują dane na tle kosmicznym, w momencie oddzielenia promieniowania od materii Wszechświat był praktycznie jednorodny, fluktuacje materii były niezwykle małe, a to jest poważny problem.
Drugim problemem jest struktura komórkowa supergromad galaktyk i jednocześnie struktura sferyczna mniejszych gromad. Każda teoria próbująca wyjaśnić pochodzenie wielkoskalowej struktury wszechświata musi koniecznie rozwiązać te dwa problemy.
Współczesna teoria powstawania struktury wielkoskalowej, a także poszczególnych galaktyk, nosi nazwę „ teoria hierarchiczna».
Najważniejsze jest to, że początkowo galaktyki były małe (około Chmury Magellana a), ale z czasem łączą się, tworząc coraz większe galaktyki.
W ostatnie czasy ważność teorii jest kwestionowana.
Teoria strun
Ta hipoteza w pewnym stopniu obala Wielki Wybuch jako początkowy moment pojawienia się elementów przestrzeni kosmicznej.
Zgodnie z teorią strun, Wszechświat istniał od zawsze. Hipoteza opisuje oddziaływanie i strukturę materii, w której istnieje pewien zbiór cząstek, które są podzielone na kwarki, bozony i leptony. mówić zwykły język pierwiastki te są podstawą wszechświata, ponieważ ich rozmiar jest tak mały, że podział na inne składniki stał się niemożliwy.
Charakterystyczną cechą teorii powstania wszechświata jest stwierdzenie o wspomnianych cząstkach, które są ultramikroskopowymi strunami, które nieustannie drgają. Pojedynczo nie mają formy materialnej, będąc energią, która razem tworzy wszystkie fizyczne elementy kosmosu.
Przykładem w tej sytuacji jest ogień: patrząc na niego, wydaje się, że jest materią, ale jest niematerialny.
Teoria chaotycznej inflacji – teoria Andreya Linde
Zgodnie z tą teorią istnieje pole skalarne, który jest niejednorodny w całej swojej objętości. Oznacza to, że w różnych regionach wszechświata pole skalarne ma inne znaczenie. Wtedy na obszarach, gdzie pole jest słabe, nic się nie dzieje, natomiast obszary o silnym polu zaczynają się rozszerzać (inflować) pod wpływem jego energii, tworząc w ten sposób nowe wszechświaty.
Taki scenariusz implikuje istnienie wielu światów, które powstały niejednocześnie i mają swój własny zbiór cząstki elementarne i stąd prawa natury.
Teoria Lee Smolin
Ta teoria jest dobrze znana i sugeruje, że Wielki Wybuch nie jest początkiem istnienia Wszechświata, a jedynie przejściem fazowym między jego dwoma stanami. Ponieważ przed Wielkim Wybuchem Wszechświat istniał w postaci kosmologicznej osobliwości, bliskiej naturze osobliwości czarnej dziury, Smolin sugeruje, że Wszechświat mógł powstać z czarnej dziury.
Ewolucja Wszechświata
Jak przebiegał proces rozwoju i ewolucji Wszechświata? Przez następny miliard lat grawitacja powodowała, że gęstsze regiony przyciągały się nawzajem. W tym procesie powstały obłoki gazu, gwiazdy, struktury galaktyczne i inne obiekty niebieskie.
Ten okres nazywa się Wiek strukturalny, ponieważ w tym okresie narodził się współczesny Wszechświat. Widoczna materia została rozłożona na różne formacje (gwiazdy w galaktyki, a te w gromady i supergromady).
Co wydarzyło się przed wszechświatem?
Trudno sobie wyobrazić czas 13,7 miliarda lat przed dniem dzisiejszym, kiedy cały wszechświat był osobliwością. Według teoria wielkiego podrywu, jeden z głównych pretendentów do roli wyjaśnienia, skąd pochodzi Wszechświat i cała materia w przestrzeni - wszystko zostało skompresowane do punktu mniejszego niż cząstka subatomowa. Ale jeśli nadal jest to dopuszczalne, rozważ to: Co wydarzyło się przed Wielkim Wybuchem?
To pytanie współczesnej kosmologii sięga IV wieku naszej ery. 1600 lat temu teolog Augustyna Błogosławionego, a także jeden z najlepszych fizyków w XX wiek Alberta Einsteina próbował zrozumieć naturę przed stworzeniem wszechświata. Doszli do wniosku, że po prostu nie było „przed”.
Obecnie wysuwane są różne teorie.
Teoria wieloświata
A jeśli nasz Wszechświat jest potomkiem innego, starszego Wszechświata? Niektórzy astrofizycy uważają, że kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła pozostałe po Wielkim Wybuchu pomoże rzucić światło na tę historię.
Zgodnie z tą teorią w pierwszych chwilach swojego istnienia wszechświat zaczął się niezwykle szybko rozszerzać. Teoria wyjaśnia również temperaturę i gęstość wahań promieniowania reliktowego i sugeruje, że wahania te powinny być takie same.
Ale, jak się okazało, nie. Najnowsze badania wyjaśnił, że wszechświat jest w rzeczywistości jednostronny, z większymi fluktuacjami w niektórych regionach niż w innych. Niektórzy kosmolodzy uważają, że ta obserwacja potwierdza, że nasz wszechświat miał „matkę” (!)
W teorii chaotycznej inflacji idea ta nabiera rozpędu: niekończący się rozwój baniek inflacyjnych powoduje powstanie obfitości wszechświatów, a każdy z nich powoduje jeszcze więcej baniek inflacyjnych w duża liczba wieloświat.
Teoria białych i czarnych dziur
Istnieją jednak modele, które próbują wyjaśnić powstawanie osobliwości przed Wielkim Wybuchem. Jeśli myślisz o czarne dziury co powiesz na gigantyczne pojemniki na śmieci, są one głównymi kandydatami do początkowego skurczu, więc nasz rozszerzający się wszechświat może równie dobrze być biała dziura- wylot czarnej dziury, a każda czarna dziura w naszym wszechświecie może zawierać osobny wszechświat.
duży skok
Inni naukowcy uważają, że tworzenie osobliwości opiera się na cyklu zwanym „ duży skok”, w którym rozszerzający się wszechświat ostatecznie zapada się w siebie, powodując kolejną osobliwość, która ponownie powoduje kolejny wielki wybuch.
Proces ten będzie wieczny, a wszelkie osobliwości i zapadnięcia nie będą reprezentować niczego innego niż przejście do innej fazy istnienia Wszechświata.
Teoria cyklicznego wszechświata
Ostatnie wyjaśnienie, któremu się przyjrzymy, wykorzystuje ideę cyklicznego wszechświata generowanego przez teorię strun. Sugeruje to, że nowe przepływy materii i energii pojawiają się co bilion lat, gdy zderzają się dwie membrany lub brany leżące poza naszymi wymiarami.
Co wydarzyło się przed Wielkim Wybuchem? Pytanie pozostaje otwarte. Może nic. Może inny wszechświat lub inna wersja naszego. Może ocean Wszechświatów, z których każdy ma swój własny zestaw praw i stałych dyktujących naturę fizycznej rzeczywistości.
Problemy współczesnych modeli narodzin i ewolucji Wszechświata
Wiele teorii na temat wszechświata napotkało ostatnio problemy, zarówno teoretyczne, jak i, co ważniejsze, obserwacyjne:
- Pytanie o kształt wszechświata to ważne otwarte pytanie w kosmologii. Mówiąc matematycznie, stajemy przed problemem znalezienia trójwymiarowego przestrzennego wycinka Wszechświata, czyli takiej figury, która najlepiej reprezentuje przestrzenny aspekt Wszechświata.
- nieznany czy wszechświat jest globalnie przestrzennie płaski, czyli czy przepisy mają zastosowanie Geometria euklidesowa na największą skalę.
- Nie wiadomo również, czy wszechświat jest pojedynczo połączony lub wiele połączonych. Zgodnie ze standardowym modelem ekspansji wszechświat nie ma granic przestrzennych, ale może być przestrzennie skończony.
- Są sugestie, które Wszechświat narodził się wirując. Klasyczną koncepcją pochodzenia jest idea izotropii Wielkiego Wybuchu, czyli równorzędnego rozkładu energii we wszystkich kierunkach. Pojawiła się jednak konkurencyjna hipoteza o obecności początkowego momentu rotacji Wszechświata, która uzyskała pewne potwierdzenie.
Wszechświat jest cały świat wokół nas. To są inne planety i gwiazdy, nasza planeta Ziemia, jej rośliny i zwierzęta, ty i ja – wszystko to jest Wszechświat, w tym to, co poza Ziemią – przestrzeń kosmiczna, planety, gwiazdy. To materia bez końca i krawędzi, przybierająca najróżniejsze formy swojego istnienia.
Wszechświat jest wszystkim, co istnieje. Od najmniejszych cząsteczek pyłu i atomów po ogromne nagromadzenie materii gwiezdne światy i systemy gwiezdne. Wszechświat, czyli kosmos, składa się z gigantycznych gromad gwiazd.
Skąd to wszystko się wzięło?
Istnieje kilka teorii, z których najpopularniejszą jest teoria wielkiego wybuchu.
70 lat temu amerykański astronom Edwin Hubble odkrył, że galaktyki znajdują się w czerwonej części spektrum kolorów. To, zgodnie z „efektem Dopplera”, oznaczało, że oddalali się od siebie. Co więcej, światło z bardziej odległych galaktyk jest „bardziej czerwone” niż światło z bliższych, co wskazuje na mniejszą prędkość odległych. Obraz ekspansji ogromnych mas materii do złudzenia przypominał obraz eksplozji. Następnie zaproponowano teorię Wielkiego Wybuchu.
Według obliczeń stało się to około 13,7 miliarda lat temu. W momencie eksplozji Wszechświat miał „punkt” wielkości 10-33 centymetrów. Długość obecnego Wszechświata jest szacowana przez astronomów na 156 miliardów lat świetlnych (dla porównania: „punkt” jest tyle razy mniejszy niż proton - jądro atomu wodoru, ile razy sam proton jest mniejszy od Księżyca ).
Substancja w „punkcie” była ekstremalnie gorąca, co oznacza, że podczas wybuchu pojawiło się dużo kwantów światła. Oczywiście wszystko z czasem się ochładza, a kwanty rozpraszają się po powstającej przestrzeni, ale echa Wielkiego Wybuchu powinny przetrwać do dziś.
Pierwsze potwierdzenie faktu wybuchu nastąpiło w 1964 roku, kiedy amerykańscy radioastronomowie R. Wilson i A. Penzias odkryli relikt promieniowanie elektromagnetyczne w temperaturze około 3° Kelvina (-270°C). To odkrycie, nieoczekiwane dla naukowców, uznano za korzystne dla Wielkiego Wybuchu.
Tak więc z supergorącej chmury cząstek subatomowych stopniowo rozszerzających się we wszystkich kierunkach zaczęły stopniowo formować się atomy, substancje, planety, gwiazdy, galaktyki, aż w końcu pojawiło się życie. Wszechświat wciąż się rozszerza i nie wiadomo, jak długo to potrwa. Być może kiedyś osiągnie swój limit.
Teoria Wielkiego Wybuchu pozwoliła odpowiedzieć na wiele pytań, z jakimi borykała się kosmologia, ale niestety, a może szczęśliwie, postawiła też szereg nowych. W szczególności: co wydarzyło się przed Wielkim Wybuchem? Co spowodowało, że wszechświat zaczął się nagrzewać do niewyobrażalnej temperatury ponad 1032 stopni K? Dlaczego Wszechświat jest zaskakująco jednorodny, podczas gdy w każdej eksplozji materia rozprasza się w różnych kierunkach niezwykle nierównomiernie?
Ale główną tajemnicą jest oczywiście „zjawisko”. Nie wiadomo skąd się wziął, jak powstał. W publikacjach popularnonaukowych temat „zjawiska” jest zazwyczaj całkowicie pomijany, a w specjalistycznych publikacje naukowe piszą o tym jako o czymś niedopuszczalnym punkt naukowy wizja. Stephen Hawking, światowej sławy naukowiec, profesor Uniwersytetu Cambridge i J.F.R. Ellis, profesor matematyki na Uniwersytecie Kapsztadzkim, w swojej książce „Długa skala struktury czasoprzestrzennej” mówią to wprost: „Wyniki osiągnęliśmy poparcie koncepcji, że Wszechświat powstał skończoną liczbę lat temu. Jednak punkt wyjścia teorii powstania wszechświata w wyniku Wielkiego Wybuchu – tzw. „zjawisko” – leży poza znanymi prawami fizyki.
Jednocześnie należy wziąć pod uwagę, że problem „zjawiska” jest tylko częścią znacznie większego problemu, problemu samego źródła stanu początkowego Wszechświata. Innymi słowy: jeśli Wszechświat został pierwotnie skompresowany do punktu, to co doprowadziło go do tego stanu?
Niektórzy naukowcy, próbując obejść problem „zjawisk”, proponują inne hipotezy. Jedną z nich jest teoria „pulsującego Wszechświata”. Według niej Wszechświat w nieskończoność kurczy się do punktu lub rozszerza do pewnych granic. Taki wszechświat nie ma ani początku, ani końca, istnieją tylko cykle rozszerzania się-kurczenia. Jednocześnie autorzy hipotezy argumentują, że Wszechświat istniał od zawsze, tym samym pozornie usuwając kwestię „początku świata”.
Ale faktem jest, że nikt jeszcze nie dostarczył zadowalającego wyjaśnienia mechanizmu pulsacji. Dlaczego tak się dzieje? Jakie są przyczyny? Laureat Nagrody Nobla, fizyk Steven Weinberg w swojej książce „Pierwsze trzy minuty” wskazuje, że z każdą kolejną pulsacją we Wszechświecie stosunek liczby fotonów do liczby nukleonów nieuchronnie musi wzrastać, co prowadzi do wygaśnięcia nowych pulsacji. Weinberg wnioskuje, że w związku z tym liczba cykli pulsacyjnych Wszechświata jest skończona, co oznacza, że w pewnym momencie muszą się one zatrzymać. W konsekwencji „pulsujący Wszechświat” ma koniec, a zatem ma początek.
Inną teorią powstania Wszechświata jest teoria „białych dziur”, czyli kwazarów, które „wypluwają” z siebie całe galaktyki.
Ciekawa jest również teoria „tuneli czasoprzestrzennych” lub „kanałów kosmicznych”. Ich ideę po raz pierwszy wyraził w 1962 roku amerykański fizyk teoretyk John Wheeler w książce Geometriadynamika, w której badacz sformułował możliwość pozaprzestrzennych, niezwykle szybkich podróży międzygalaktycznych. Niektóre wersje koncepcji „kanałów kosmicznych” rozważają możliwość wykorzystania ich do podróży w przeszłość i przyszłość, a także do innych wszechświatów i wymiarów.
Fizyk ze Stanford Andrei Linde zadaje pytania, na które teoria Wielkiego Wybuchu nie może odpowiedzieć. Niektóre z nich zostały wyrażone w artykule z 2007 roku w magazynie Stanford Alumni: „Co dokładnie eksplodowało? Dlaczego wybuchła w tym szczególnym momencie i wszędzie jednocześnie? Co istniało przed Wielkim Wybuchem?
Z punktu widzenia Lindego Wielki Wybuch nie był pojedynczym wydarzeniem, ale raczej nieuporządkowaną i rozproszoną inflacją. Opracował swoją chaotyczną teorię inflacji w latach 80. XX wieku: ekspansje podobne do Wielkiego Wybuchu mogą wystąpić w dowolnym miejscu w kosmosie, przy wystarczającej ilości energii potencjalnej.
„Założyliśmy, że cały wszechświat powstał w jednej chwili”, mówi Linde. - Ale tak naprawdę nie jest”.
Badania CMB w latach 90. wykazały różną intensywność, dostarczając dowodów na poparcie chaotycznej teorii inflacji.
Linde uważa, że widziany z bardzo szerokiej perspektywy kosmos nie pasuje do ram stworzonych przez naukę: „Zamiast wszechświata, w którym istnieje jedno prawo fizyki, wieczna inflacja chaotyczna tworzy obraz samonapędzającego się i wiecznego multiwersu gdzie wszystko jest możliwe”, mówi Linde. - Linie równoległe mogą się przecinać przez bardzo daleka odległość. Prawa fizyki mogą się zmienić... Po prostu nie widzimy, kiedy to się dzieje. Jesteśmy jak mrówki w wielkiej kuli.”
Inne teorie dotyczące powstania wszechświata:
Teoria ekpirotyczna
Zwolennicy tej teorii uważają, że istnieje wszechświat równoległy do naszego, który od czasu do czasu zderza się z „siostrą”. Energia zderzenia prowadzi do ogromnych perturbacji kosmicznych, w wyniku których pojawiają się cząstki, które następnie tworzą mgławice gazowe, galaktyki, gwiazdy i inne ciała kosmiczne.
Po zderzeniu wszechświaty się rozpraszają, ale im dalej się rozpraszają, tym silniej zaczynają się przyciągać (a dlaczego nie?). Stopniowo zaczynają się ponownie zbliżać i do tego czasu nie ma już gwiazd i innych obiektów w obu Wszechświatach, wszystko jest równomiernie rozłożone zgodnie z Drugą Zasadą Termodynamiki.
Wszechświaty ponownie się zderzają i ponownie energia zderzenia prowadzi do cząstek i tak dalej, jest to niekończący się cykl.
białe dziury
Wszyscy słyszeliśmy o istnieniu czarnych dziur. Ogólnie rzecz biorąc, w tej chwili ich istnienie można domyślać się tylko na podstawie zaburzeń pól grawitacyjnych / ugięcia światła. Ale naukowcy już mówią o istnieniu białych dziur. W końcu, jeśli materia jest pochłaniana przez czarną dziurę, musi gdzieś zostać wyrzucona, prawda?
I teoretycznie istnieją punkty, w których materia jest emitowana, a nie pochłaniana. Jak dotąd nie zostały one wykryte, ale zwolennicy tej teorii nie pozostawiają nadziei na odkrycie białej dziury w najbliższej przyszłości.
Ogólnie rzecz biorąc, istnienie białych dziur, jeśli faktycznie zostaną odkryte, narusza jednocześnie kilka podstawowych praw fizyki. A jeśli zostanie odkryta naprawdę biała dziura, to fundamenty obecnej nauki będą musiały zostać załatane i to bardzo dokładnie (po raz n-ty, nawiasem mówiąc).
Wszechświat jest wytworem czarnej dziury
Bardzo ciekawa teoria, zgodnie z którą czarne dziury, wyrzucając materię znikąd, w rzeczywistości tworzą nowe wszechświaty, które po deszczu pojawiają się nawet szybciej niż grzyby. Każda cząsteczka zaabsorbowana przez czarną dziurę może być początkiem nowego wszechświata, po wybuchu obdarzonej ogromną energią cząstki. To będzie Wielki Wybuch, a takich eksplozji jest wiele.
Każdy wygenerowany Wszechświat z kolei generuje nowe czarne dziury, a te – nowe Wszechświaty. Ogólnie rzecz biorąc, głowa się kręci, bardzo trudno sobie wyobrazić ten niekończący się trąba powietrzna.
Kwantowa teoria światów
Teoria ta jest często wykorzystywana w swoich pracach przez pisarzy science fiction. Jego istotą jest ciągłe rozgałęzianie się wariacji. Na przykład teraz decydujesz, czy iść do sklepu, czy włączyć telewizor. W jednej niezmienności idziesz do sklepu, w drugiej włączasz telewizor. Mamy już dwa Wszechświaty, które niewiele różnią się od siebie, ale im dalej, tym różnice są silniejsze.
I w ogóle – wariacje „rozgałęziają się” w zależności od wielu czynników, w tym zachowania atomów poruszających się w różnych kierunkach i tak dalej. W rezultacie w każdej chwili pojawiają się miliardy miliardów nowych niezmienności, a im dalej od siebie, tym bardziej te Wszechświaty się różnią.
W przenośni można to sobie wyobrazić jako wentylator, którego każde ostrze jest nieskończenie podzielone, a każda z kolejnych części jest ponownie podzielona i tak dalej ...
Gwiaździste niebo od dawna pobudza ludzką wyobraźnię. Nasi dalecy przodkowie próbowali zrozumieć, jakie dziwne migoczące kropki wiszą nad ich głowami. Ilu z nich, skąd pochodzą, ma wpływ na ziemskie wydarzenia? Od czasów starożytnych człowiek próbował zrozumieć, jak działa Wszechświat, w którym żyje.
O tym, jak starożytni wyobrażali sobie Wszechświat, dziś możemy się tylko uczyć z baśni i legend, które do nas dotarły. Powstanie i umocnienie nauki o Wszechświecie zajęło wieki i tysiąclecia, badając jego właściwości i etapy rozwoju - kosmologię. Kamieniami węgielnymi tej dyscypliny są astronomia, matematyka i fizyka.
Dziś znacznie lepiej rozumiemy strukturę Wszechświata, ale każda zdobyta wiedza rodzi tylko nowe pytania. Badanie cząstek atomowych w zderzaczu, obserwacja życia w dzika natura, lądowanie sondy międzyplanetarnej na asteroidzie można również nazwać badaniem Wszechświata, ponieważ obiekty te są jego częścią. Człowiek jest również częścią naszego pięknego gwiezdnego wszechświata. Badając Układ Słoneczny czy odległe galaktyki, dowiadujemy się więcej o sobie.
Kosmologia i przedmioty jej badań
Samo pojęcie Wszechświata nie ma w astronomii jasnej definicji. W różnych okresach historycznych i wśród różnych narodów miał wiele synonimów, takich jak „kosmos”, „świat”, „wszechświat”, „wszechświat” czy „sfera niebieska”. Często mówiąc o procesach zachodzących w głębinach Wszechświata używa się terminu „makrokosmos”, którego przeciwieństwem jest „mikrokosmos” świata atomów i cząstek elementarnych.
Na trudnej ścieżce poznania kosmologia często krzyżuje się z filozofią, a nawet teologią i nie ma w tym nic dziwnego. Nauka o budowie Wszechświata stara się wyjaśnić, kiedy i jak powstał wszechświat, rozwikłać zagadkę pochodzenia materii, zrozumieć miejsce Ziemi i ludzkości w nieskończoności kosmosu.
Współczesna kosmologia ma dwa główne problemy. Po pierwsze, przedmiot jej badań – Wszechświat – jest wyjątkowy, co uniemożliwia zastosowanie schematy statystyczne i metody. Krótko mówiąc, nie wiemy o istnieniu innych Wszechświatów, ich właściwościach, strukturze, więc nie możemy porównywać. Po drugie, czas trwania procesów astronomicznych nie pozwala na prowadzenie bezpośrednich obserwacji.
Kosmologia wychodzi z postulatu, że właściwości i struktura Wszechświata są takie same dla każdego obserwatora, z wyjątkiem rzadkich zjawisk kosmicznych. Oznacza to, że materia we wszechświecie jest rozłożona równomiernie i ma te same właściwości we wszystkich kierunkach. Z tego wynika, że prawa fizyczne działające w części Wszechświata można ekstrapolować na całą metagalaktykę.
Kosmologia teoretyczna opracowuje nowe modele, które następnie są potwierdzane lub obalane obserwacjami. Na przykład udowodniono teorię powstania Wszechświata w wyniku eksplozji.
Wiek, rozmiar i skład
Skala wszechświata jest niesamowita: jest znacznie większa, niż mogliśmy sobie wyobrazić dwadzieścia czy trzydzieści lat temu. Naukowcy odkryli już około pięciuset miliardów galaktyk, a liczba ta stale rośnie. Każda z nich obraca się wokół własnej osi i oddala się od pozostałych z dużą prędkością z powodu rozszerzania się wszechświata.
Quasar 3C 345 to jeden z najjaśniejszych obiektów we Wszechświecie, znajdujący się w odległości pięciu miliardów lat świetlnych od nas. Ludzki umysł nie potrafi sobie nawet wyobrazić takich odległości. Okrążenie naszej Drogi Mlecznej zajęłoby statkowi kosmicznemu podróżującemu z prędkością światła tysiąc lat. Dotarcie do galaktyki Andromedy zajęłoby mu 2,5 tysiąca lat. I to najbliższy sąsiad.
Mówiąc o wielkości Wszechświata, mamy na myśli jego widoczną część, zwaną też metagalaktyką. Im więcej obserwacji otrzymamy, tym bardziej rozsuwają się granice wszechświata. Co więcej, dzieje się to jednocześnie we wszystkich kierunkach, co świadczy o jej kulistym kształcie.
Nasz świat pojawił się około 13,8 miliarda lat temu w wyniku Wielkiego Wybuchu - wydarzenia, które dało początek gwiazdom, planetom, galaktykom i innym obiektom. Ta postać to prawdziwy wiek wszechświata.
Na podstawie prędkości światła można przyjąć, że jego rozmiar wynosi również 13,8 miliarda lat świetlnych. W rzeczywistości są one jednak większe, ponieważ od momentu narodzin Wszechświat nieustannie się rozszerza. Część porusza się z prędkością ponadświetlną, dzięki czemu znaczna liczba obiektów we Wszechświecie na zawsze pozostanie niewidoczna. Granica ta nazywana jest sferą lub horyzontem Hubble'a.
Średnica metagalaktyki wynosi 93 miliardy lat świetlnych. Nie wiemy, co jest dalej znany wszechświat. Być może istnieją bardziej odległe obiekty, które są dziś niedostępne dla obserwacji astronomicznych. Znaczna część naukowców wierzy w nieskończoność wszechświata.
Wiek wszechświata był wielokrotnie testowany za pomocą różne techniki i instrumenty naukowe. Ostatni raz potwierdzone przez teleskop kosmiczny Planck. Dostępne dane są w pełni zgodne z nowoczesnymi modelami ekspansji Wszechświata.
Z czego zbudowany jest wszechświat? Najpowszechniejszym pierwiastkiem we wszechświecie jest wodór (75%), następnie hel (23%), pozostałe pierwiastki stanowią zaledwie 2% całkowitej ilości materii. Średnia gęstość wynosi 10-29 g/cm3, z czego znaczna część przypada na tzw. ciemną energię i materię. Złowieszcze nazwy nie mówią o ich niższości, po prostu ciemna materia, w przeciwieństwie do zwykłej, nie oddziałuje z promieniowaniem elektromagnetycznym. W związku z tym nie możemy tego obserwować i wyciągać wnioski jedynie na podstawie pośrednich.
W oparciu o powyższą gęstość masa wszechświata wynosi około 6*1051 kg. Należy rozumieć, że liczba ta nie obejmuje ciemnej masy.
Struktura wszechświata: od atomów po gromady galaktyczne
Kosmos to nie tylko ogromna pustka, w której gwiazdy, planety i galaktyki są równomiernie rozrzucone. Struktura Wszechświata jest dość złożona i ma kilka poziomów organizacji, które możemy sklasyfikować według skali obiektów:
- Ciała astronomiczne we wszechświecie są zwykle pogrupowane w układy. Gwiazdy często tworzą pary lub są częścią gromad zawierających dziesiątki, a nawet setki gwiazd. Pod tym względem nasze Słońce jest raczej nietypowe, ponieważ nie ma „sobowtóra”;
- Galaktyki to kolejny poziom organizacji. Mogą być spiralne, eliptyczne, soczewkowe, nieregularne. Naukowcy nie rozumieją jeszcze w pełni, dlaczego galaktyki inna forma. Na tym poziomie odkrywamy takie cuda wszechświata jak czarne dziury, ciemna materia, gaz międzygwiazdowy, gwiazdy podwójne. Oprócz gwiazd obejmują one pył, gaz i promieniowanie elektromagnetyczne. W znanym wszechświecie odkryto kilkaset miliardów galaktyk. Często wpadają na siebie. To nie jest wypadek samochodowy: gwiazdy po prostu mieszają się i zmieniają swoje orbity. Takie procesy trwają miliony lat i prowadzą do powstania nowych gromad gwiazd;
- Kilka galaktyk tworzy Grupę Lokalną. Oprócz Drogi Mlecznej, nasza obejmuje mgławicę Trójkąt, mgławicę Andromedy i 31 innych systemów. Gromady galaktyk są największymi znanymi stabilnymi strukturami we wszechświecie, utrzymywanymi razem przez siłę grawitacji i inny czynnik. Naukowcy obliczyli, że sama grawitacja wyraźnie nie wystarczy do utrzymania stabilności tych obiektów. uzasadnienie naukowe to zjawisko jeszcze nie istnieje;
- Kolejnym poziomem struktury Wszechświata są supergromady galaktyk, z których każda zawiera dziesiątki, a nawet setki galaktyk i gromad. Jednak grawitacja już ich nie trzyma, więc podążają za rozszerzającym się wszechświatem;
- Ostatnim poziomem organizacji wszechświata są komórki lub bańki, których ściany tworzą supergromady galaktyk. Pomiędzy nimi znajdują się puste obszary zwane pustkami. Te struktury Wszechświata mają skalę około 100 Mpc. Na tym poziomie procesy ekspansji Wszechświata są najbardziej zauważalne, a związane z tym jest również promieniowanie reliktowe - echo Wielkiego Wybuchu.
Jak powstał wszechświat?
Jak powstał wszechświat? Co wydarzyło się przed tą chwilą? Jak stała się tą nieskończoną przestrzenią, którą znamy dzisiaj? Czy był to przypadek czy naturalny proces?
Po dziesięcioleciach dyskusji i zaciekłych debat fizycy i astronomowie niemal osiągnęli konsensus, że wszechświat powstał w wyniku eksplozji. kolosalna moc. Nie tylko dał początek całej materii we wszechświecie, ale także określił prawa fizyczne, dzięki którym istnieje znany nam kosmos. Nazywa się to teorią Wielkiego Wybuchu.
Zgodnie z tą hipotezą, kiedyś cała materia została w jakiś niezrozumiały sposób zebrana w jednym małym punkcie o nieskończonej temperaturze i gęstości. Nazywa się to Osobliwością. 13,8 miliarda lat temu punkt eksplodował, tworząc gwiazdy, galaktyki, ich gromady i inne ciała astronomiczne Wszechświata.
Dlaczego i jak to się stało, nie jest jasne. Naukowcy muszą ująć w nawias wiele pytań związanych z naturą osobliwości i jej pochodzeniem: teoria fizyczna ten etap w historii wszechświata jeszcze nie istnieje. Należy zauważyć, że istnieją inne teorie powstania Wszechświata, ale mają one znacznie mniej zwolenników.
Termin „Big Bang” wszedł w życie pod koniec lat 40. po opublikowaniu pracy brytyjskiego astronoma Hoyle'a. Dziś ten model jest gruntownie dopracowany – fizycy mogą śmiało opisywać procesy, które miały miejsce ułamek sekundy po tym wydarzeniu. Można też dodać, że teoria ta umożliwiła określenie dokładnego wieku Wszechświata i opisanie głównych etapów jego ewolucji.
Głównym dowodem na istnienie teorii Wielkiego Wybuchu jest obecność kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła. Został otwarty w 1965 roku. Zjawisko to powstało w wyniku rekombinacji atomów wodoru. Promieniowanie reliktowe można nazwać głównym źródłem informacji o tym, jak Wszechświat był zorganizowany miliardy lat temu. Jest izotropowy i równomiernie wypełnia przestrzeń kosmiczną.
Kolejnym argumentem przemawiającym za obiektywnością tego modelu jest sam fakt rozszerzania się Wszechświata. W rzeczywistości, ekstrapolując ten proces w przeszłość, naukowcy doszli do podobnej koncepcji.
Są w teorii Wielkiego Wybuchu i słabe punkty. Gdyby wszechświat powstał natychmiast z jednego małego punktu, to powinien istnieć nierównomierny rozkład materii, którego nie obserwujemy. Model ten nie może również wyjaśnić, dokąd dotarła antymateria, której ilość w „momencie powstania” nie powinna być gorsza od zwykłej materii barionowej. Jednak obecnie liczba antycząstek we wszechświecie jest znikoma. Ale najważniejszą wadą tej teorii jest niemożność wyjaśnienia zjawiska Wielkiego Wybuchu, postrzegana jest po prostu jako fakt dokonany. Nie wiemy, jak wyglądał wszechświat przed osobliwością.
Istnieją inne hipotezy dotyczące powstania i dalszej ewolucji wszechświata. Model stacjonarnego wszechświata jest popularny od wielu lat. Wielu naukowców było zdania, że w wyniku fluktuacji kwantowych powstał on z próżni. Wśród nich był słynny Stephen Hawking. Lee Smolin wysunął teorię, że nasz, podobnie jak inne wszechświaty, powstał wewnątrz czarnych dziur.
Podjęto próby poprawy istniejąca teoria Wielki wybuch. Na przykład istnieje hipoteza o cykliczności Wszechświata, zgodnie z którą narodziny z osobliwości są niczym innym jak przejściem z jednego stanu do drugiego. To prawda, że takie podejście jest sprzeczne z drugą zasadą termodynamiki.
Ewolucja wszechświata, czyli co wydarzyło się po Wielkim Wybuchu
Teoria Wielkiego Wybuchu pozwoliła naukowcom stworzyć dokładny model ewolucji Wszechświata. A dziś już dość dobrze wiemy, jakie procesy zachodziły w młodym Wszechświecie. Jedynym wyjątkiem jest bardzo wczesny etap tworzenia, który wciąż jest przedmiotem zażartych dyskusji i kontrowersji. Oczywiście, aby osiągnąć taki wynik, trzeba… podstawy teoretyczne nie wystarczyło, zajęło to lata eksploracji wszechświata i tysiące eksperymentów na akceleratorach.
Dzisiaj nauka identyfikuje następujące etapy po Wielkim Wybuchu:
- Najwcześniejszy znany nam okres nazywany jest erą Plancka, zajmuje odcinek od 0 do 10-43 sekund. W tym czasie cała materia i energia wszechświata zostały zebrane w jednym punkcie, a cztery główne interakcje stanowiły jedno;
- Era Wielkiego Zjednoczenia (od 10-43 do 10-36 sekund). Charakteryzuje się pojawieniem się kwarków i separacją głównych typów oddziaływań. Głównym wydarzeniem tego okresu jest uwolnienie siły grawitacyjnej. W tej erze zaczęły nabierać kształtu prawa wszechświata. Dziś mamy okazję szczegółowy opis procesy fizyczne tej epoki;
- Trzeci etap stworzenia nazywany jest Wiekiem Inflacji (od 10-36 do 10-32). W tym czasie szybki ruch Wszechświata rozpoczął się z prędkością znacznie przekraczającą prędkość światła. Staje się większy niż obecny widzialny wszechświat. Rozpoczyna się chłodzenie. W tym okresie fundamentalne siły wszechświata zostają ostatecznie rozdzielone;
- W okresie od 10−32 do 10−12 sekund pojawiają się „egzotyczne” cząstki typu bozonu Higgsa, przestrzeń wypełniona jest plazmą kwarkowo-gluonową. Przedział od 10-12 do 10-6 sekund nazywamy erą kwarków, od 10-6 do 1 sekundy - hadronów, w 1 sekundę po Wielkim Wybuchu zaczyna się era leptonów;
- Faza nukleosyntezy. Trwało to do około trzeciej minuty od rozpoczęcia wydarzeń. W tym okresie atomy helu, deuteru i wodoru powstają z cząstek we Wszechświecie. Chłodzenie trwa, przestrzeń staje się przezroczysta dla fotonów;
- Trzy minuty po Wielkim Wybuchu rozpoczyna się era pierwotnej rekombinacji. W tym okresie pojawiło się promieniowanie reliktowe, które astronomowie wciąż badają;
- Okres 380 tysięcy - 550 milionów lat nazywany jest średniowieczem. Wszechświat w tym czasie jest wypełniony wodorem, helem, różne rodzaje promieniowanie. We wszechświecie nie było źródeł światła;
- 550 milionów lat po stworzeniu pojawiają się gwiazdy, galaktyki i inne cuda wszechświata. Pierwsze gwiazdy eksplodują, uwalniając materię, tworząc układy planetarne. Okres ten nazywany jest Erą Rejonizacji;
- W wieku 800 milionów lat we Wszechświecie zaczynają formować się pierwsze układy gwiezdne z planetami. Nadchodzi Era Substancji. W tym okresie tworzy się również nasza planeta.
Uważa się, że okres zainteresowania kosmologii trwa od 0,01 sekundy po akcie stworzenia do dnia dzisiejszego. W tym okresie powstały pierwiastki pierwotne, z których powstały gwiazdy, galaktyki, Układ Słoneczny. Dla kosmologów epokę rekombinacji uważa się za szczególnie ważny okres, kiedy powstało kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła, za pomocą którego trwają badania znanego Wszechświata.
Historia kosmologii: okres starożytny
Człowiek od niepamiętnych czasów myśli o strukturze otaczającego go świata. Najwcześniejsze koncepcje dotyczące struktury i praw wszechświata można znaleźć w bajkach i legendach. różne narody pokój.
Uważa się, że w Mezopotamii po raz pierwszy praktykowano regularne obserwacje astronomiczne. Na tym terytorium kolejno żyło kilka rozwiniętych cywilizacji: Sumerowie, Asyryjczycy, Persowie. O tym, jak wyobrażali sobie Wszechświat, możemy dowiedzieć się z wielu tabliczek z pismem klinowym znalezionych na terenie starożytnych miast. Pierwsze wzmianki o ruchu ciał niebieskich pochodzą z VI tysiąclecia p.n.e.
Spośród zjawisk astronomicznych Sumerowie najbardziej interesowali się cyklami - zmianą pór roku i fazami księżyca. Od nich zależały przyszłe zbiory i zdrowie zwierząt domowych, a w konsekwencji przetrwanie populacji ludzkiej. Z tego wyciągnięto wniosek o wpływie ciał niebieskich na procesy zachodzące na Ziemi. Dlatego studiując Wszechświat, możesz przewidzieć swoją przyszłość - tak narodziła się astrologia.
Sumerowie wynaleźli biegun do określania wysokości Słońca, stworzyli kalendarz słoneczny i księżycowy, opisali główne konstelacje i odkryli pewne prawa mechaniki nieba.
Dużo uwagi poświęcono ruchowi obiektów kosmicznych w praktykach religijnych. Starożytny Egipt. Mieszkańcy Doliny Nilu wykorzystali geocentryczny model wszechświata, w którym Słońce krąży wokół Ziemi. Dotarło do nas wiele starożytnych egipskich tekstów zawierających informacje astronomiczne.
Nauka o niebie osiągnęła znaczne wyżyny w Starożytne Chiny. Tutaj w III tysiącleciu pne. mi. pojawiło się stanowisko nadwornego astronoma, a w XII wieku p.n.e. mi. otwarto pierwsze obserwatoria. O zaćmieniach Słońca, przelotach komet, deszczach meteorów i innych ciekawych kosmicznych wydarzeniach starożytności wiemy głównie z chińskich annałów i kronik, które skrupulatnie przechowywano przez wieki.
Astronomia cieszyła się wśród Hellenów dużym uznaniem. Badali tę kwestię w wielu szkołach filozoficznych, z których każda z reguły miała swój własny system Wszechświata. Grecy jako pierwsi zasugerowali kulisty kształt Ziemi i rotację planety wokół własnej osi. Astronom Hipparchus wprowadził pojęcia apogeum i perygeum, ekscentryczności orbity, opracował modele ruchu Słońca i Księżyca oraz obliczył okresy rotacji planet. Wielki wkład w rozwój astronomii wniósł Ptolemeusz, którego można nazwać twórcą geocentrycznego modelu Układu Słonecznego.
Wielkie wyżyny w badaniu praw wszechświata osiągnęły cywilizację Majów. Potwierdzają to wyniki wykopalisk archeologicznych. Kapłani byli w stanie przewidzieć zaćmienia Słońca stworzyli doskonały kalendarz, zbudowali liczne obserwatoria. Astronomowie Majów obserwowali pobliskie planety i byli w stanie dokładnie określić ich okresy orbitalne.
Średniowiecze i czasy nowożytne
Po upadku Cesarstwa Rzymskiego i rozprzestrzenieniu się chrześcijaństwa Europa pogrążyła się w Średniowiecze- rozwój nauk przyrodniczych, w tym astronomii, praktycznie się zatrzymał. Europejczycy czerpali informacje o budowie i prawach Wszechświata z tekstów biblijnych, kilku astronomów mocno trzymało się geocentrycznego systemu Ptolemeusza, a astrologia cieszyła się niespotykaną popularnością. Prawdziwe badanie wszechświata przez naukowców rozpoczęło się dopiero w renesansie.
Pod koniec XV wieku kardynał Mikołaj z Kuzy wysunął śmiałą ideę o powszechności wszechświata i nieskończoności głębi wszechświata. Już do XVI wiek stało się jasne, że poglądy Ptolemeusza były błędne i bez przyjęcia nowego paradygmatu dalszy rozwój nauka jest nie do pomyślenia. Polski matematyk i astronom Mikołaj Kopernik, który zaproponował heliocentryczny model Układu Słonecznego, postanowił przełamać stary model.
Z nowoczesnego punktu widzenia jego koncepcja była niedoskonała. U Kopernika ruch planet zapewniał obrót sfer niebieskich, do których były przymocowane. Same orbity miały okrągły kształt, a na granicy świata znajdowała się kula ze stałymi gwiazdami. Jednak umieszczając Słońce w centrum układu, polski naukowiec niewątpliwie dokonał prawdziwej rewolucji. Historię astronomii można podzielić na dwie duże części: okres starożytny oraz badanie wszechświata od Kopernika do współczesności.
W 1608 r. włoski naukowiec Galileo wynalazł pierwszy na świecie teleskop, który dał ogromny impuls do rozwoju astronomii obserwacyjnej. Teraz naukowcy mogli kontemplować głębiny wszechświata. Okazało się, że Droga Mleczna składa się z miliardów gwiazd, Słońce ma plamy, Księżyc góry, a satelity krążą wokół Jowisza. Pojawienie się teleskopu spowodowało prawdziwy boom w optycznych obserwacjach cudów wszechświata.
W połowie XVI wieku duński naukowiec Tycho Brahe jako pierwszy rozpoczął regularne obserwacje astronomiczne. Udowodnił kosmiczne pochodzenie komet, tym samym obalając ideę Kopernika o sferach niebieskich. Na początku XVII wieku Johannes Kepler rozwikłał tajemnice ruchu planet, formułując swoje słynne prawa. W tym samym czasie odkryto mgławice Andromeda i Oriona, pierścienie Saturna i skompilowano pierwszą mapę powierzchni Księżyca.
W 1687 r. Izaak Newton sformułował prawo powaga wyjaśnienie interakcji wszystkich składników wszechświata. Pozwolił mi zobaczyć ukryte znaczenie Prawa Keplera, które w rzeczywistości zostały wyprowadzone empirycznie. Zasady odkryte przez Newtona pozwoliły naukowcom na świeże spojrzenie na przestrzeń Wszechświata.
Wiek XVIII był okresem szybkiego rozwoju astronomii, znacznie poszerzającego granice znanego wszechświata. W 1785 r. Kant wpadł na genialny pomysł, że Droga Mleczna jest ogromną kolekcją gwiazd połączonych grawitacyjnie.
W tym czasie na „mapie Wszechświata” pojawiły się nowe ciała niebieskie, ulepszono teleskopy.
W 1785 r. angielski astronom Herschel, w oparciu o prawa elektromagnetyzmu i mechaniki newtonowskiej, próbował stworzyć model wszechświata i określić jego kształt. Jednak zawiódł.
W XIX wieku instrumenty naukowców stały się bardziej precyzyjne i pojawiła się astronomia fotograficzna. Analiza spektralna, która pojawiła się w połowie stulecia, doprowadziła do prawdziwej rewolucji w astronomii obserwacyjnej - teraz tematem badań stał się skład chemiczny przedmioty. Odkryto pas planetoid, zmierzono prędkość światła.
Epoka przełomu lub czasy współczesne
XX wiek był epoką prawdziwych przełomów w astronomii i kosmologii. Na początku wieku Einstein ujawnił światu swoją teorię względności, która dokonała prawdziwej rewolucji w naszych wyobrażeniach o wszechświecie i pozwoliła na nowo spojrzeć na właściwości wszechświata. W 1929 Edwin Hubble odkrył, że nasz wszechświat się rozszerza. W 1931 roku Georges Lemaitre przedstawił ideę jego powstania z jednego malutkiego punktu. W rzeczywistości był to początek teorii Wielkiego Wybuchu. W 1965 roku odkryto promieniowanie reliktowe, które potwierdziło tę hipotezę.
W 1957 r. pierwszy sztuczny satelita a potem zaczęła się era kosmiczna. Teraz astronomowie mogli nie tylko obserwować ciała niebieskie przez teleskopy, ale także do eksploracji z bliska za pomocą stacji międzyplanetarnych i sond opadających. Udało nam się nawet wylądować na powierzchni księżyca.
Lata 90. można nazwać „okresem ciemnej materii”. Jej odkrycie wyjaśniało przyspieszenie ekspansji wszechświata. W tym czasie uruchomiono nowe teleskopy, które pozwoliły nam przesuwać granice znanego wszechświata.
W 2016 roku odkryto fale grawitacyjne, które prawdopodobnie zapoczątkują nową gałąź astronomii.
W ciągu ostatnich stuleci znacznie poszerzyliśmy granice naszej wiedzy o wszechświecie. Jednak w rzeczywistości ludzie po prostu otworzyli drzwi i zajrzeli do ogromnego i cudowny świat, pełen tajemnic i niesamowite cuda.
Jeśli masz jakieś pytania - zostaw je w komentarzach pod artykułem. My lub nasi goście chętnie na nie odpowiemy.
Trudno sobie wyobrazić czas 13,7 miliarda lat przed dniem dzisiejszym, kiedy cały wszechświat był osobliwością. Zgodnie z teorią Wielkiego Wybuchu, jeden z głównych pretendentów do roli wyjaśnienia, skąd pochodzi Wszechświat i cała materia w przestrzeni - wszystko zostało skompresowane do punktu mniejszego niż cząstka subatomowa. Ale jeśli nadal jest to do przyjęcia, pomyśl o tym: co wydarzyło się przed Wielkim Wybuchem?
To pytanie współczesnej kosmologii sięga IV wieku naszej ery. 1600 lat temu teolog Augustyn Błogosławiony próbował zrozumieć naturę Boga przed stworzeniem wszechświata. A wiesz, co on wymyślił? Czas był częścią Bożego stworzenia i po prostu nie było „przed”.
Jeden z najlepszych fizyków XX wieku, Albert Einstein, doszedł do prawie tych samych wniosków w rozwoju swojej teorii względności. Wystarczy zwrócić uwagę na wpływ masy na czas. Olbrzymia masa planety zniekształca czas, powodując, że dla osoby na powierzchni płynie on wolniej niż dla astronauty na orbicie. Różnica jest zbyt mała, aby była oczywista, ale w rzeczywistości osoba stojąca w pobliżu dużego kamienia starzeje się wolniej niż osoba stojąca na polu. Ale żeby stać się młodszym o sekundę, zajmie to miliard lat. Osobliwość przed Wielkim Wybuchem obejmowała całą masę wszechświata, co w rzeczywistości zatrzymało czas.
Zgodnie z teorią względności Einsteina czas narodził się dokładnie w momencie, gdy osobliwość zaczęła się rozszerzać i wykraczać poza skompresowaną nieskończoność. Dekady po śmierci Einsteina rozwój Fizyka kwantowa a wiele nowych teorii odnowiło debatę na temat natury wszechświata przed Wielkim Wybuchem. Zobaczmy.
Branże, cykle i inne pomysły
„I Bóg splunął, wyszedł i zatrzasnął drzwi,
Byliśmy za nim - i nie ma już drzwi.
A. Nepomniachtchi
A jeśli nasz Wszechświat jest potomkiem innego, starszego Wszechświata? Niektórzy astrofizycy uważają, że CMB pozostały po Wielkim Wybuchu, mikrofalowe promieniowanie tła, pomoże rzucić światło na tę historię.
Astronomowie po raz pierwszy zarejestrowali CMB w 1965 r., co spowodowało pewne problemy w teorii Wielkiego Wybuchu - problemy, które na krótko (do 1981 r.) powodowały, że naukowcy mylili i wywnioskowali teorię inflacji. Zgodnie z tą teorią, w pierwszych chwilach swojego istnienia wszechświat zaczął się niezwykle szybko rozszerzać. Teoria wyjaśnia również temperaturę i gęstość wahań promieniowania reliktowego i sugeruje, że wahania te powinny być takie same.
Ale, jak się okazało, nie. Ostatnie badania wykazały, że wszechświat jest w rzeczywistości jednostronny, z większymi fluktuacjami w niektórych obszarach niż w innych. Niektórzy kosmolodzy uważają, że ta obserwacja potwierdza, że nasz wszechświat miał „matkę” (!)
W teorii chaotycznej inflacji idea ta nabiera rozpędu: niekończący się rozwój baniek inflacyjnych tworzy obfitość wszechświatów, a każdy z nich tworzy jeszcze więcej baniek inflacyjnych w ogromnej liczbie Multiwersów.
Istnieją jednak modele, które próbują wyjaśnić powstawanie osobliwości przed Wielkim Wybuchem. Jeśli myślisz o czarnych dziurach jak o gigantycznych pojemnikach na śmieci, są one głównymi kandydatami do początkowego skurczu, więc nasz rozszerzający się wszechświat może równie dobrze być białą dziurą - wyjściem czarnej dziury, a każda czarna dziura w naszym wszechświecie może zawierać w sobie osobny wszechświat .
Inni naukowcy uważają, że powstawanie osobliwości opiera się na cyklu zwanym „wielkim wybuchem”, w wyniku którego rozszerzający się wszechświat ostatecznie zapada się w siebie, tworząc kolejną osobliwość, która ponownie tworzy kolejny wielki wybuch. Proces ten będzie wieczny, a wszelkie osobliwości i zapadnięcia nie będą reprezentować niczego innego niż przejście do innej fazy istnienia Wszechświata.
Ostatnie wyjaśnienie, któremu się przyjrzymy, wykorzystuje ideę cyklicznego wszechświata generowanego przez teorię strun. Sugeruje to, że nowe przepływy materii i energii pojawiają się co bilion lat, gdy zderzają się dwie membrany lub brany leżące poza naszymi wymiarami.
Co wydarzyło się przed Wielkim Wybuchem? Pytanie pozostaje otwarte. Może nic. Może inny wszechświat lub inna wersja naszego. Może ocean Wszechświatów, z których każdy ma swój własny zestaw praw i stałych dyktujących naturę fizycznej rzeczywistości.
W świecie naukowym powszechnie przyjmuje się, że Wszechświat powstał w wyniku Wielkiego Wybuchu. Teoria ta opiera się na fakcie, że energia i materia (podstawy wszystkich rzeczy) były wcześniej w stanie osobliwości. To z kolei charakteryzuje się nieskończonością temperatury, gęstości i ciśnienia. Sam stan osobliwości zastępuje wszystkie znane nowoczesny świat prawa fizyki. Naukowcy uważają, że Wszechświat powstał z mikroskopijnej cząstki, która z nieznanych przyczyn w odległej przeszłości weszła w stan niestabilny i eksplodowała.
Termin „Big Bang” zaczął być używany od 1949 roku po opublikowaniu prac naukowca F. Hoyle'a w publikacjach popularnonaukowych. Dziś teoria „dynamicznego modelu ewoluującego” została tak dobrze rozwinięta, że fizycy potrafią opisać procesy zachodzące we Wszechświecie już 10 sekund po wybuchu mikroskopijnej cząstki, która położyła podwaliny pod wszystko.
Istnieje kilka dowodów tej teorii. Jednym z głównych jest promieniowanie reliktowe, które przenika cały Wszechświat. Według współczesnych naukowców mogła powstać dopiero w wyniku Wielkiego Wybuchu, w wyniku interakcji mikroskopijnych cząstek. To promieniowanie reliktowe umożliwia poznanie czasów, kiedy Wszechświat wyglądał jak płonąca przestrzeń, a nie było gwiazd, planet i samej galaktyki. Drugim dowodem narodzin wszystkiego, co istnieje od Wielkiego Wybuchu, jest kosmologiczne przesunięcie ku czerwieni, które polega na zmniejszeniu częstotliwości promieniowania. Potwierdza to usunięcie gwiazd, galaktyk z droga Mleczna w szczególności i od siebie w ogóle. Oznacza to, że oznacza to, że Wszechświat rozszerzył się wcześniej i trwa do tej pory.
Krótka historia wszechświata
- 10 -45 - 10 -37 s- ekspansja inflacyjna
- 10 -6 s- pojawienie się kwarków i elektronów
- 10 -5 s- powstawanie protonów i neutronów
- 10 -4 sek - 3 min- pojawienie się jąder deuteru, helu i litu
- 400 tysięcy lat- tworzenie atomów
- 15 milionów lat- kontynuacja ekspansji chmury gazowej
- 1 miliard lat- narodziny pierwszych gwiazd i galaktyk
- 10-15 miliardów lat- pojawienie się planet i inteligentnego życia
- 10 14 miliardów lat- zakończenie procesu narodzin gwiazd
- 10 37 miliardów lat- wyczerpanie energii wszystkich gwiazd
- 10 40 miliardów lat- parowanie czarnych dziur i narodziny cząstek elementarnych
- 10 100 miliardów lat- zakończenie odparowania wszystkich czarnych dziur
Teoria Wielkiego Wybuchu stała się prawdziwym przełomem w nauce. Pozwoliło naukowcom odpowiedzieć na wiele pytań dotyczących narodzin wszechświata. Ale jednocześnie ta teoria zrodziła nowe tajemnice. Najważniejszym z nich jest sama przyczyna Wielkiego Wybuchu. Drugie pytanie, na które nie ma odpowiedzi nowoczesna nauka Jak powstała przestrzeń i czas? Według niektórych badaczy urodzili się razem z materią, energią. Oznacza to, że są wynikiem Wielkiego Wybuchu. Ale potem okazuje się, że czas i przestrzeń muszą mieć jakiś początek. Oznacza to, że pewna istota, stale istniejąca i niezależna od ich wskaźników, mogłaby równie dobrze zainicjować procesy niestabilności w mikroskopijnej cząstce, która dała początek Wszechświatowi.
Jak więcej badań jest prowadzona w tym kierunku, tym więcej pytań nasuwa się astrofizykom. Odpowiedzi na nie czekają ludzkość w przyszłości.
- Przemieszczenie nazywa się wektorem łączącym punkt początkowy i końcowy trajektorii Wektor łączący początek i koniec ścieżki nazywa się
- Trajektoria, długość drogi, wektor przemieszczenia Wektor łączący pozycję początkową
- Obliczanie obszaru wielokąta ze współrzędnych jego wierzchołków Obszar trójkąta ze współrzędnych wzoru wierzchołków
- Dopuszczalny zakres wartości (ODZ), teoria, przykłady, rozwiązania