Üks peamisi küsimusi, mis inimteadvusest välja ei tule, on alati olnud ja on küsimus: "Kuidas universum ilmus?" Muidugi pole sellele küsimusele ühemõttelist vastust ja tõenäoliselt ei saada seda lähitulevikus, kuid teadus töötab selles suunas ja moodustab teatud universumi tekkimise teoreetilise mudeli. Kõigepealt tuleks arvestada Universumi põhiomadustega, mida tuleks kirjeldada kosmoloogilise mudeli raames.
*** Mudel peaks arvestama objektide vahel täheldatud kaugusi, samuti nende liikumise kiirust ja suunda. Sellised arvutused põhinevad Hubble'i seadusel: cz = H0D, kus z on objekti punane nihe, D on kaugus sellest objektist ja c on valguse kiirus.
*** Mudeli universumi vanus peab ületama maailma vanimate objektide vanust.
*** Mudel peaks võtma arvesse elementide esialgset arvukust.
*** Mudel peaks arvestama täheldatud universumi suuremahulist struktuuri.
*** Mudel peaks arvestama vaadeldud taustatausta.
Reklaamvideo:
Lühike universumi ajalugu. Ainsus, mida kunstnik näeb (foto)
Mõelgem lühidalt universumi tekkimise ja varase evolutsiooni üldtunnustatud teooriale, mida enamik teadlasi toetab. Suure Paugu teooria tähendab tänapäeval kuuma Universumi mudeli ja Suure Paugu kombinatsiooni. Ja ehkki need mõisted eksisteerisid kõigepealt üksteisest sõltumatult, oli nende ühinemise tulemusena võimalik seletada Universumi esialgset keemilist koostist, samuti reliikvia kiirguse olemasolu.
Selle teooria kohaselt tekkis Universum umbes 13,77 miljardit aastat tagasi mõnest tihedast kuumutatud objektist - ainsusest, mida on tänapäevase füüsika raames raske kirjeldada. Muuhulgas seisneb kosmoloogilise singulaarsuse probleem selles, et selle kirjeldamisel kipub enamik füüsikalisi suurusi, nagu tihedus ja temperatuur, lõpmatusse. Samal ajal on teada, et lõpmatu tiheduse korral peaks entroopia (kaose mõõt) kalduma nulli, mis ei lange kokku lõpmatu temperatuuriga.
Universumi areng
*** Esimest kümmet -43 sekundit pärast Suurt Pauku nimetatakse kvantkaose staadiumiks. Universumi olemus selles eksisteerimise etapis lükkab ümber kirjelduse meile teadaolevas füüsika raamistikus. Toimub pideva ühe aegruumi lagunemine kvantideks.
*** Plancki hetk - kvantkaose lõppemise hetk, mis langeb 10-le -43 sekundi jooksul. Sel hetkel olid Universumi parameetrid võrdsed Plancki väärtustega, nagu Plancki temperatuur (umbes 1032 K). Plancki ajastu ajal ühendati kõik neli põhilist interaktsiooni (nõrk, tugev, elektromagnetiline ja gravitatsiooniline) ühte tüüpi interaktsioonideks. Plancki hetke ei saa pidada teatud pika perioodiks, kuna kaasaegne füüsika ei tööta parameetritega kui Plancki omad.
*** Inflatsiooni etapp. Järgmine etapp Universumi ajaloos oli inflatsioonietapp. Inflatsiooni esimesel hetkel eraldus gravitatsiooniline vastasmõju ühtsest supersümmeetrilisest väljast (mis varem hõlmas fundamentaalsete interaktsioonide väljad). Sel perioodil on mateerial negatiivne rõhk, mis põhjustab universumi kineetilise energia eksponentsiaalse kasvu. Lihtsamalt öeldes hakkas sel perioodil Universum väga kiiresti paisuma ja lõpupoole muundatakse füüsikaliste väljade energia tavaliste osakeste energiaks. Selle etapi lõpus tõuseb aine ja kiirguse temperatuur märkimisväärselt. Koos inflatsiooniastme lõpuga paistab silma tugev suhtlus. Ka sel hetkel tekib Universumi barüoni asümmeetria.
[Universumi barüoni asümmeetria on täheldatud aine ülekaalus antiainel universumis]
*** Kiirguse domineerimise etapp. Järgmine etapp Universumi arengus, mis hõlmab mitut etappi. Selles etapis hakkab Universumi temperatuur langema, moodustuvad kvarkid, seejärel hadronid ja leptoonid. Nukleosünteesi ajastul toimub algsete keemiliste elementide moodustumine, heelium sünteesitakse. Kiirgus domineerib siiski aine üle.
*** Sisu domineerimise ajastu. 10 000 aasta pärast ületab aineenergia järk-järgult kiirgusenergia ja nende eraldumine toimub. Aine hakkab kiirguses domineerima, ilmub reliikvia taust. Samuti suurendas aine eraldamine kiirgusega oluliselt aine jaotuse esialgseid ebahomogeensusi, mille tagajärjel hakkasid moodustuma galaktikad ja supergalaktikad. Universumi seadused on jõudnud sellisesse vormi, nagu me neid täna jälgime.
Ülaltoodud pilt koosneb mitmest põhiteooriast ja annab üldise ettekujutuse universumi kujunemisest selle olemasolu varases staadiumis.
Kust tuli universum?
Kui universum tekkis kosmoloogilisest singulaarsusest, siis kust tuli singulaarsus? Sellele küsimusele pole veel võimalik täpset vastust anda. Mõelgem mõnele kosmoloogia mudelile, mis mõjutab "universumi sündi".
Tsüklilised mudelid. Kliide modelleerimine (foto)
Need mudelid põhinevad väitel, et Universum on alati olemas olnud ja aja jooksul muutub ainult selle olek, liikudes laienemisest kokkutõmbumisele - ja vastupidi.
*** Steinhardt-Turoki mudel. See mudel põhineb stringiteoorial (M-teooria), kuna see kasutab sellist objekti nagu "brane".
[Kliid (membraanilt) stringiteoorias (M-teooria) on hüpoteetiline mitmemõõtmeline põhiline mitmemõõtmeline füüsiline objekt, mis on väiksem kui selle ruumi mõõt, milles see asub
Selle mudeli järgi asub nähtav universum kolmerõhulises sisemuses, mis perioodiliselt, kord mitme triljoni aasta tagant, põrkab kokku teise tribraniga, mis põhjustab omamoodi Suure Paugu. Edasi hakkab meie tri-brane eemalduma teisest ja laienema. Mingil hetkel on tumeda energia osakaal ülimuslik ja kolmikraani paisumiskiirus suureneb. Kolossaalne paisutamine hajutab ainet ja kiirgust nii palju, et maailm muutub peaaegu homogeenseks ja tühjaks. Lõpuks toimub korduv kolmeruunaline kokkupõrge, mille tagajärjel naaseb meie oma tsükli algfaasi, sünnitades taas meie "Universumi".
*** Loris Baumi ja Paul Framptoni teooria ütleb ka universumi tsüklilisuse kohta. Nende teooria kohaselt laieneb viimane pärast Suurt Pauku tumeda energia tõttu, kuni see läheneb aegruumi enda "lagunemise" hetkele - Suurele Ripile. Nagu teate, “suletud süsteemis entroopia ei vähene” (termodünaamika teine seadus). Sellest väitest järeldub, et Universum ei saa oma algsesse olekusse tagasi pöörduda, kuna sellise protsessi käigus peab entroopia vähenema. Kuid see probleem lahendatakse selle teooria raames. Baumi ja Framptoni teooria kohaselt laguneb Universum hetk enne Suurt Rippi paljudeks "laikudeks", millest igaühel on entroopia üsna väike väärtus. Kogedes rea faasisiireid, tekitavad need endise Universumi "sissekanded" ainet ja arenevad sarnaselt algse Universumiga. Need uued maailmad ei suhtle omavahel, kuna nad hajuvad valguse kiirusest suuremal kiirusel. Seega on teadlased vältinud kosmoloogilist singulaarsust, millega universumi sünd algab enamuse kosmoloogiliste teooriate kohaselt. See tähendab, et tsükli lõpus laguneb Universum paljudesse teistesse mittesuhtlevatesse maailmadesse, millest saavad uued universumid.
*** Konformaalne tsükliline kosmoloogia on Roger Penrose'i ja Vahagn Gurzadyani tsükliline mudel. Selle mudeli järgi suudab Universum siseneda uude tsüklisse, rikkumata termodünaamika teist seadust. See teooria põhineb eeldusel, et mustad augud hävitavad neeldunud teabe, mis kuidagi "seaduslikult" alandab Universumi entroopiat. Seejärel algab iga selline Universumi olemasolu tsükkel Suure Paugu näivusega ja lõpeb ainsusega.
Teised universumi päritolu mudelid
Muude nähtava universumi välimust selgitavate hüpoteeside seas on kõige populaarsemad järgmised kaks:
*** Inflatsiooni kaootiline teooria - Andrey Linde teooria. Selle teooria kohaselt on olemas teatud skalaarne väli, mis on kogu mahult ebaühtlane. See tähendab, et universumi erinevates piirkondades on skalaarväljal erinevad tähendused. Siis piirkondades, kus väli on nõrk, ei juhtu midagi, samas kui tugevate väljadega piirkonnad hakkavad oma energia tõttu laienema (inflatsioon), moodustades seeläbi uued universumid. Selline stsenaarium tähendab paljude maailmade olemasolu, mis ei tekkinud üheaegselt ja millel on oma elementaarosakeste kogum ja seega ka loodusseadused.
*** Lee Smolini teooria - eeldab, et Suur Paugu ei ole Universumi olemasolu algus, vaid ainult faasiline üleminek selle kahe seisundi vahel. Kuna enne Suurt Pauku eksisteeris universum kosmoloogilise singulaarsuse vormis, mis oli oma olemuselt lähedal musta augu singulaarsusele, pakub Smolin, et universum võis tekkida mustast august.
On ka mustreid, milles universumid tekivad pidevalt, hargnevad vanematest ja leiavad oma koha. Pealegi pole üldse vajalik, et sellistes maailmades kehtestataks samad füüsilised seadused. Kõik need maailmad on "pesitsetud" ühte aegruumi pidevusse, kuid nad on üksteisest nii kaugel, et ei tunne üksteise kohalolekut kuidagi. Üldiselt võimaldab inflatsiooni mõiste - pealegi sunnib! - uskuma, et hiiglaslikes megakosmosides on palju eraldatud universume, millel on erinevad paigutused.
Hoolimata asjaolust, et tsüklilised ja muud mudelid vastavad paljudele küsimustele, millele Suure Paugu teooria, sealhulgas kosmoloogilise singulaarsuse probleem, ei saa vastata. Ometi selgitab Suur Pauk koos inflatsiooniteooriaga täielikumalt Universumi teket ja ühtlustub ka paljude tähelepanekutega.
Täna jätkavad teadlased intensiivset uurimist universumi tekkimise võimalike stsenaariumide kohta, et anda vaieldamatu vastus küsimusele "Kuidas universum ilmus?" - tõenäoliselt lähitulevikus ei õnnestu. Sellel on kaks põhjust: kosmoloogiliste teooriate otsene tõendamine on praktiliselt võimatu, ainult kaudne; isegi teoreetiliselt pole võimalust saada Suure Paugu eelse maailma kohta täpset teavet. Nendel kahel põhjusel saavad teadlased esitada ainult hüpoteese ja ehitada kosmoloogilisi mudeleid, mis kirjeldavad kõige täpsemini meie jälgitava universumi olemust.
