Meie Universum sai alguse 13,7 miljardit aastat tagasi, selle tekitas Suur Pauk ja mitu põlvkonda on teadlased üritanud seda nähtust mõista.
XX sajandi 20-ndate aastate lõpus avastas Edwin Hubble, et kõik galaktikad, mida me näeme hajutatuna - nagu plahvatusejärgsed granaadi fragmendid, esitasid samal ajal oma hüpoteesi Belgia astronoom ja teoloog Georges Lemaitre (1931. aastal avaldati see "Looduse" lehekülgedel).). Ta usub, et universumi ajalugu sai alguse "primaarse aatomi" plahvatusest ja see tekitas aja, ruumi ja mateeria (varem, 1920. aastate alguses, jõudis Einsteini võrrandeid analüüsides Nõukogude teadlane Alexander Fridman ka järeldusele, et "Universum loodi ühest punktist" ja see võttis aega "kümneid miljardeid meie tavalistest aastatest").
Alguses lükkasid astronoomid Belgia teoloogi mõttekäigud karmilt ümber. Sest Suure Paugu teooria oli suurepäraselt ühendatud kristliku usuga Jumalasse Loojasse. Teadlased on kahe sajandi jooksul pärssinud igasuguse usulise spekulatsiooni tungimist teadusesse "kõigi alguste algusest". Ja nüüd naaseb Newtoni mehaanikute rataste mõõduka kallutamise all loodusest välja heidetud jumal ootamatult. Ta tuleb suure paugu leekides ja tema välimusest on triumfeerivamat pilti raske välja mõelda.
Kuid probleem polnud ainult teoloogias - Suur Pauk ei järginud täppisteaduste seadusi. Universumi ajaloo kõige olulisem hetk oli arusaamatu. Selles ruumi-aja teljel asuvas ainsuses (eri) punktis lakkas üldrelatiivsusteooria toimimas, kuna rõhk, temperatuur, energiatihedus ja ruumi kumerus tormasid lõpmatuseni, see tähendab, et nad kaotasid kogu füüsilise tähenduse. Sel hetkel kadusid kõik need sekundid, meetrid ja astronoomilised ühikud, ei muutunud mitte nulliks, mitte negatiivseteks väärtusteks, vaid nende täielikuks puudumiseks absoluutseks mõttetuks. See punkt on lünk, mida ei saa loogika või matemaatika vaiadel ületada, auk läbi aja ja ruumi.
Alles 1960ndate lõpus näitasid Roger Penrose ja Stephen Hawking veenvalt, et Einsteini teooria raames on Suure Paugu singulaarsus vältimatu. See ei saanud aga teoreetikute tööd hõlbustada. Kuidas kirjeldada Suurt Pauku? Mis oli näiteks selle sündmuse põhjus? Lõppude lõpuks, kui enne teda polnud üldse aega, siis tundus, et pole ühtegi põhjust, mis teda sünnitas.
Nagu me nüüd aru saame, tuleb Suure Paugu tervikliku teooria loomiseks siduda Einsteini õpetus, mis kirjeldab ruumi ja aega, kvantteooriaga, mis käsitleb elementaarseid osakesi ja nende vastasmõjusid. Tõenäoliselt võib selle tegemine ja ühe "universumi valemi" tuletamiseks kuluda rohkem kui üks kümnend.
Ja kus võiks näiteks ilmuda tohutu hulk energiat, mis põhjustas selle uskumatu jõu plahvatuse? Võib-olla pärandas selle meie universum oma eelkäijale, mis varises kokku ainsusesse? Kuid kust ta selle siis sai? Või valati energia ürgsesse vaakumisse, millest meie Universum libises välja nagu "vahumull"? Või kannavad vanema põlvkonna universumid energiat noorema põlvkonna universumitesse läbi mustade aukude - nende ainsuste punktide -, mille sügavusse ehk sünnivad uued maailmad, mida me kunagi ei näe? Olgu kuidas on, universum ilmub sellistes mudelites "avatud süsteemina", mis ei vasta täielikult Suure paugu "klassikalisele" pildile: "Midagi ei olnud ja äkki universum sündis."
Formeerumise ajal oli universum äärmiselt tihedas ja kuumas olekus.
Reklaamvideo:
Või on mõnede teadlaste sõnul meie universumis üldiselt … energiat puudu või on selle koguenergia null? Aine eralduva kiirguse positiivne energia asetub gravitatsiooni negatiivsele energiale. Pluss ja miinus annavad nulli. See kurikuulus "0" näib olevat võti Suure Paugu olemuse mõistmiseks. Temalt - nullist, mitte millestki - sündis kõik koheselt. Juhuslikult. Spontaanselt. Lihtsalt. Ebaoluline 0-st kõrvalekaldumine põhjustas sündmuste universaalse laviini. Võib teha ka sellise võrdluse: kivipall, mis tasakaalustab mõne õhukese toruna Chomolungma peal, keerles järsku ja veeres alla, luues "sündmuste laviini".
1973 - füüsik Edward Trion Ameerikast üritas kirjeldada meie universumi sünniprotsessi, kasutades Heisenbergi määramatuse põhimõtet, mis on kvantteooria üks alustalasid. Selle põhimõtte kohaselt, mida täpsemalt me näiteks energiat mõõdame, seda ebakindlamaks muutub aeg. Seega, kui energia on rangelt null, võib aeg olla suvaliselt pikk. Nii suur, et varem või hiljem ilmneb kõikumine kvantvaakumis, millest Universum sündima peaks. See toob kaasa kosmose kiire kasvu, näiliselt tühjalt. "See on lihtsalt see, et vahel sünnivad universumid, see on ka kõik," selgitas Trion Suure Paugu tausta lihtsalt nii. See oli suur juhuslik plahvatus. See on kõik.
Kas Suur Pauk võiks uuesti juhtuda?
Kummalisel kombel jah. Me elame universumis, mis võib endiselt vilja kanda ja sünnitada uusi maailmu. Loodud on mitu mudelit, mis kirjeldavad tuleviku "Big Bangs".
Miks näiteks samas vaakumis, mis sünnitas meie Universumi, ei ilmne uusi kõikumisi? Võib-olla ilmus nende 13,7 miljardi aasta jooksul meie universumi kõrvale lugematu arv maailmu, mis ei puutunud üksteisega kuidagi kokku. Neil on erinevad loodusseadused, on ka erinevad füüsikalised konstandid. Enamikus neist maailmadest ei saanud elu kunagi tekkida. Paljud neist surevad kohe, varisevad kokku. Kuid mõnes universumis - puhta juhuse läbi! - on olemas tingimused, millest elu võib pärineda.
Kuid mõte pole ainult vaakumis, mis jääb enne "kõigi aegade ja rahvaste" algust. Tulevikumaailmadega seotud kõikumised võivad tekkida ka vaakumis, mis on hajutatud meie Universumis - täpsemalt pimedas energias, mis seda täidab. Sellise "uueneva universumi" mudeli töötas välja Ameerika kosmoloog, Nõukogude Liidu päritolu Aleksander Vilenkin. Need uued "suured paugud" meid ei ähvarda. Nad ei hävita Universumi struktuuri, nad ei põle seda tuhaks, vaid loovad ainult uue ruumi, mis ületab meie vaatluse ja mõistmise piire. Võib-olla leiavad sellised uute maailmade sündi tähistavad "plahvatused" arvukate ruume ümbritsevate mustade aukude sügavustes, usub ameerika astrofüüsik Lee Smolin.
Teine läänes elav NSV Liidu põliselanik, kosmoloog Andrei Linde usub, et me ise oleme võimelised looma uue Suure Paugu, olles kogunud mingil hetkel kosmosesse tohutu hulga energiat, mis ületab teatud kriitilise piiri. Tema arvutuste kohaselt võiksid tuleviku kosmoseinsenerid võtta nähtamatu näputäis ainet - vaid mõnesaja milligrammi milligrammi - ja kondenseerida seda sellisel määral, et selle hüübi energia oleks 1015 gigalektronvolti. Moodustub pisike must auk, mis hakkab plahvatuslikult laienema. See loob „tütaruniversumi“, millel on oma ruumiaeg ja mis eraldub kiiresti meie universumist.
… Suure Paugu olemuses on palju fantastilisi asju. Kuid selle teooria paikapidavust tõestavad mitmed loodusnähtused. Nende hulka kuuluvad Universumi täheldatud laienemine, pilt keemiliste elementide jaotusest, aga ka kosmiline taustakiirgus, mida nimetatakse "Suure Paugu reliikviaks".
Enne suurt pauku?
Maailma ei eksisteeri igavesti. See sai alguse Suure Paugu leekidest. Kas see oli siiski ainulaadne nähtus kosmose ajaloos? Või korduv sündmus nagu tähtede ja planeetide sünd? Mis saab siis, kui Suur Pauk on lihtsalt üleminekufaas ühest igaviku seisundist teise?
Paljud füüsikud väidavad, et algselt oli midagi ja mitte midagi. Võib-olla sündis meie universum - nagu teisedki - elementaarsest kvantvaakumist. Kuid ükskõik kui "minimaalselt lihtne" selline olek pole - ja füüsikaseadused ei luba eksisteerida vähem kui kvantvaakum - ei saa seda nimetada "mitte millekski".
Võib-olla on universum, mida me näeme, lihtsalt üks igaviku agregeeritud olek? Ja galaktikate ja galaktikaparvede veider paigutus - midagi kristallvõre taolist, millel enne meie Universumi sündi eksisteerinud n-mõõtmelises maailmas oli hoopis teine struktuur ja mida võis arvata "valem kõigeks", mida Einstein otsis? Ja kas see leitakse lähikümnenditel? Teadlased piiluvad intensiivselt läbi meie universumi tarandanud Tundmatu seina, püüdes mõista, mis enne seda juhtus, meie tavapäraste ideede kohaselt polnud seal absoluutselt midagi. Milliseid igavese kosmose vorme saab ette kujutada, andes aja ja ruumi neile omadustele, mis on meie universumis mõeldamatud?
Mõned kõige lootustandvamad teooriad, millesse füüsikud üritavad pigistada terve igaviku, on võib-olla kvantgeomeetria, kvant-spin dünaamika või kvantgravitatsiooni teooria. Suurima panuse nende arengusse andsid Abei Ashtekar, Ted Jacobson, Jerzy Lewandowski, Carlo Rovelli, Lee Smolin ja Thomas Thiemann. Need kõik on kõige keerukamad füüsikalised konstruktsioonid, terved paleed, mis on püstitatud valemitest ja hüpoteesidest lihtsalt selleks, et varjata nende sügavuses ja pimeduses peituvat tühimikku, aja ja ruumi eripära.
Ainsus
Uute teooriate ringteed sunnivad meid astuma üle pealtnäha ilmselgetest tõdedest. Niisiis, kvantgeomeetrias murrab ruum, aeg, mis oli varem lõputult killustatud, äkitselt eraldi saarteks - osadeks, kvantideks, millest vähem, kui pole midagi. Nendesse rändrahnudesse saab manustada kõiki ainsuse punkte. Ruumiaeg ise muutub ühemõõtmeliste struktuuride põimimiseks - "keerutuste võrguks", see tähendab, et sellest saab diskreetne struktuur, omamoodi ahel, mis on kootud eraldi lülidest.
Väikseima võimaliku ruumi silmuse maht on ainult 10-99 kuupsentimeetrit. See väärtus on nii väike, et ühes kuupsentimeetris on palju rohkem ruumi kvante kui samades kuupsentimeetrites universumis, mida me vaatleme (selle maht on 1085 sentimeetrit kuubis). Kosmose kvanti sees pole midagi, pole energiat, ükskõik - nagu ka matemaatilise punkti sees - määratluse järgi pole kolmnurka ega ikosaeedrit. Kuid kui rakendame Suure Paugu kirjeldamiseks hüpoteesi "universumi submikroskoopiline kude", saame hämmastavaid tulemusi, nagu näitasid Abei Ashtekar ja Martin Bojovald Pennsylvania ülikoolist.
Kui asendame kosmoloogia standardteoorias diferentsiaalvõrrandid, mis eeldavad pidevat kosmosevoolu, teiste diferentsiaalvõrranditega, mis tulenevad kvantgeomeetria teooriast, siis kaob müstiline singulaarsus. Füüsika ei lõpe sellega, kus algab Suur Pauk - see on kosmoloogide esimene julgustav järeldus, kes keeldusid aktsepteerimast universumi omadusi, mida näeme lõpliku tõena.
Kvantgravitatsiooni teoorias eeldatakse, et meie Universum (nagu kõik teisedki) sündis kvantvaakumi juhusliku kõikumise tagajärjel - globaalses makroskoopilises keskkonnas, milles aega polnud. Iga kord, kui kvantvaakumis ilmub teatud suurusega kõikumine, sünnib uus Universum. See “hargneb” homogeensest keskkonnast, milles see tekkis, ja alustab oma elu. Nüüd on tal oma ajalugu, oma ruum, oma aeg, oma aja nool.
Kaasaegses füüsikas on loodud mitmeid teooriaid, mis näitavad, kuidas igavesti eksisteerivast keskkonnast, kus pole makro-aega, kuid mõnel hetkel voolab selle mikroaeg, võib tekkida selline tohutu maailm nagu meie.
Näiteks viitavad Itaaliast pärit füüsikud Gabriele Veneziano ja Maurizio Gasperini keelpilliteooria raames, et niinimetatud "nöörivaakum" oli algselt olemas. Selle juhuslikud kvant kõikumised tõid selleni, et energiatihedus jõudis kriitilise väärtuseni ja see põhjustas lokaalse kokkuvarisemise. Mis lõppes meie Universumi sünniga vaakumist.
Abei Ashtekar ja Martin Bojovald näitasid kvantgeomeetria teooria raames, et ruum ja aeg võivad tekkida primitiivsematest põhistruktuuridest, nimelt "spin-võrkudest".
Eckhard Rebhan Düsseldorfi ülikoolist ja - temast sõltumatult - George Ellis ja Roy Maartens Kaplinna ülikoolist arendavad "staatilise universumi" ideed, mida mõtlesid juba Albert Einstein ja Briti astronoom Arthur Eddington. Oma püüdluses loobuda kvantgravitatsiooni mõjust on Rebhan ja tema kolleegid leiutanud sfäärilise ruumi igavese tühjuse (või, kui eelistate, tühja igaviku) keskel, kus aega pole. Mõningase ebastabiilsuse tõttu areneb siin inflatsiooniprotsess, mis põhjustab kuuma Suure Paugu.
Muidugi on loetletud mudelid spekulatiivsed, kuid vastavad põhimõtteliselt füüsika tänapäevasele arengutasemele ja viimase paarikümne aasta astronoomiliste vaatluste tulemustele. Igal juhul on üks asi selge. Suur pauk oli pigem tavaline, loomulik sündmus ja mitte üks selline.
Kas selline teooria aitab meil mõista, mis võis juhtuda enne Suurt Pauku? Kui universum sündis, mis see siis sünnitas? Kust ilmneb tema vanema geneetiline jäljendus tänapäevastes kosmoloogia teooriates? 2005 - Näiteks Abei Ashtekar avalikustas oma uute arvutuste tulemused (Tomasz Pavlovsky ja Paramprit Singh aitasid neid teha). Neist oli selge, et kui algsed ruumid on õiged, eksisteeris enne Suurt Pauku sama ruumi-aeg kui pärast seda sündmust. Meie universumi füüsika peegeldus justkui peeglis teise maailma füüsikas. Nendes arvutustes lõikas Suur Pauk nagu peegelekraan läbi igaviku, asetades kõrvale sobimatu - looduse ja selle peegelduse. Ja mis siin autentsust on, mis on kummitus?
Ainus, mida "peegliklaasi teiselt poolt" näha saab, on see, et Universum ei laienenud sel ajal, vaid kahanes. Suurest paugust sai selle kokkuvarisemise punkt. Sel hetkel oli ruum ja aeg hetkeks katkenud, et peegelduda jälle - jätkata - tõusta nagu fööniks maailmas meile juba tuttavas maailmas, universumis, mida mõõdame välja oma valemite, koodide ja numbritega. Universum on end sõna otseses mõttes väljapoole pööranud nagu kinda või särgi ja on sellest ajast alates pidevalt laienenud. Suur pauk ei olnud Ashtekari sõnul "kogu Universumi loomine mitte millestki", vaid see oli vaid üleminek igaviku dünaamilisest vormist teise. Võib-olla läbib Universum lõputut "suurte paugude" seeriat ja need kümned miljardid (või mis iganes) aastad, mis eraldavad selle üksikuid faase, on ainult "kosmilise sinusoidi" perioodidvastavalt seadustele, millest universum elab?
Vaatamiseks soovitatav: "Kes lõi universumi? Suur pauk - oluline teaduslik selgitus: kõik argumendid"
A. Volkov
