მოსკოვი, 26 იანვარი - რია ნოვოსტი.მეცნიერთა დამოუკიდებელმა ჯგუფმა დაადასტურა, რომ სამყარო ახლა მართლაც უფრო სწრაფი ტემპით ფართოვდება, ვიდრე აჩვენა დიდი აფეთქების "ექოზე" დაკვირვებებზე დაფუძნებული გამოთვლები, ჟურნალ Monthly Notices-ში გამოსაქვეყნებლად მიღებული ხუთი სტატიის სერიის მიხედვით. სამეფო ასტრონომიული საზოგადოების.
"განსხვავებები სამყაროს გაფართოების ამჟამინდელ ტემპსა და იმას შორის, რასაც დიდი აფეთქების დაკვირვებები აჩვენებს, არა მხოლოდ დადასტურდა, არამედ გაძლიერდა ახალი მონაცემებით იმის შესახებ, თუ როგორ ახდენენ შორეული გალაქტიკები სინათლეს. ეს შეუსაბამობები შეიძლება წარმოიშვას "ახალი ფიზიკის" მიერ. კოსმოლოგიის სტანდარტული მოდელის მიღმა, კერძოდ, ბნელი ენერგიის ზოგიერთი სხვა ფორმა“, - თქვა ფრედერიკ კუბრინმა ლოზანის (შვეიცარია) ფედერალური პოლიტექნიკური სკოლიდან.
სამყაროს ბნელი დაბადება
ჯერ კიდევ 1929 წელს, ცნობილმა ასტრონომმა ედვინ ჰაბლმა დაამტკიცა, რომ ჩვენი სამყარო არ დგას, მაგრამ თანდათან ფართოვდება და აკვირდება ჩვენგან შორს გალაქტიკების მოძრაობას. მე-20 საუკუნის ბოლოს ასტროფიზიკოსებმა 1 ტიპის სუპერნოვაზე დაკვირვებით აღმოაჩინეს, რომ ის ფართოვდებოდა არა მუდმივი, არამედ აჩქარებული სიჩქარით. ამის მიზეზი, როგორც დღეს მეცნიერები თვლიან, ბნელი ენერგიაა – იდუმალი ნივთიერება, რომელიც მოქმედებს მატერიაზე, როგორც ერთგვარი „ანტიგრავიტაცია“.
გასული წლის ივნისში, ნობელის პრემიის ლაურეატმა ადამ რეისმა და მისმა კოლეგებმა, რომლებმაც ეს ფენომენი აღმოაჩინეს, გამოთვალეს სამყაროს გაფართოების ზუსტი ტემპი ახლომდებარე გალაქტიკებში ცეფეიდების ცვლადი ვარსკვლავების გამოყენებით, რომელთა მანძილის გამოთვლა შესაძლებელია ულტრა მაღალი სიზუსტით.
ამ დახვეწამ უკიდურესად მოულოდნელი შედეგი გამოიღო - აღმოჩნდა, რომ ორი გალაქტიკა, რომლებიც ერთმანეთისგან დაშორებულია დაახლოებით 3 მილიონი სინათლის წლის მანძილზე, დაფრინავს ერთმანეთისგან წამში დაახლოებით 73 კილომეტრის სიჩქარით. ასეთი მაჩვენებელი ბევრად აღემატება WMAP-ისა და პლანკის ორბიტული ტელესკოპების გამოყენებით მიღებულ მონაცემებს - 69 კილომეტრი წამში და მისი ახსნა შეუძლებელია ბნელი ენერგიის ბუნებისა და სამყაროს დაბადების მექანიზმის შესახებ ჩვენი იდეების გამოყენებით.
რისმა და მისმა კოლეგებმა ვარაუდობდნენ, რომ არსებობს ასევე მესამე "ბნელი" ნივთიერება - "ბნელი რადიაცია" (ბნელი გამოსხივება), რამაც მას უფრო სწრაფად აჩქარა, ვიდრე თეორიული პროგნოზები სამყაროს სიცოცხლის ადრეულ დღეებში. ასეთი განცხადება შეუმჩნეველი არ დარჩენილა და H0LiCOW თანამშრომლობამ, რომელიც მოიცავს ათობით ასტრონომს პლანეტის ყველა კონტინენტიდან, დაიწყო ამ ჰიპოთეზის ტესტირება კვაზარებზე, შორეული გალაქტიკების აქტიურ ბირთვებზე დაკვირვებით.
კოსმოსური სანთლებისა და ლინზების თამაში
კვაზარები, მათ ცენტრში არსებული გიგანტური შავი ხვრელის წყალობით, განსაკუთრებულად ამრუდებენ სივრცე-დროის სტრუქტურას, აძლიერებენ მის სიახლოვეს გამავალ სინათლეს, როგორც გიგანტური ლინზა.
თუ დედამიწაზე დამკვირვებლებისთვის ორი კვაზარი ერთმანეთის მიღმა მდებარეობს, საინტერესო რამ ჩნდება - უფრო შორეული კვაზარის შუქი გაიყოფა პირველი გალაქტიკური ბირთვის გრავიტაციულ ლინზაში გავლისას. ამის გამო ჩვენ ვიხილავთ არა ორ, არამედ ხუთ კვაზარს, რომელთაგან ოთხი იქნება უფრო შორეული ობიექტის მსუბუქი „ასლი“. რაც მთავარია, თითოეული ეგზემპლარი იქნება კვაზარის „ფოტო“ მისი ცხოვრების სხვადასხვა დროს, იმის გამო, რომ მათ შუქს გრავიტაციული ლინზიდან გასასვლელად სხვადასხვა დრო დასჭირდა.
ამ დროის ხანგრძლივობა, როგორც მეცნიერები განმარტავენ, დამოკიდებულია სამყაროს გაფართოების ტემპზე, რაც შესაძლებელს ხდის მის გამოთვლას დიდი რაოდენობით შორეულ კვაზარებზე დაკვირვებით. სწორედ ამას აკეთებდნენ H0LiCOW მონაწილეები, ეძებდნენ მსგავს „ორმაგ“ კვაზარებს და აკვირდებოდნენ მათ „ასლებს“.
საერთო ჯამში, კუბრინმა და მისმა კოლეგებმა იპოვეს სამი მსგავსი კვაზარი "მატრიოშკა" და დეტალურად შეისწავლეს ისინი ჰაბლის და სპიცერის ორბიტალური ტელესკოპების და ხმელეთზე დაფუძნებული ტელესკოპების გამოყენებით ჰავაის კუნძულებსა და ჩილეში. ამ გაზომვებმა, მკვლევარების აზრით, მათ საშუალება მისცა გაზომონ ჰაბლის მუდმივი "საშუალო" კოსმოლოგიურ მანძილზე ცდომილების დონით 3,8%, რაც რამდენჯერმე უკეთესია ადრე მიღებულ შედეგებზე.
ამ გამოთვლებმა აჩვენა, რომ სამყარო ფართოვდება დაახლოებით 71,9 კილომეტრი წამში სიჩქარით, რაც ზოგადად შეესაბამება შედეგს, რომელიც რისმა და მისმა კოლეგებმა მიიღეს "ახლო" კოსმოლოგიურ დისტანციებზე და საუბრობს მესამე "ბნელის" არსებობის სასარგებლოდ. ნივთიერება, რომელიც აჩქარებდა სამყაროს ახალგაზრდობაში. მონაცემებთან შეუსაბამობის ახსნის კიდევ ერთი გზა არის ის, რომ სამყარო სინამდვილეში არ არის ბრტყელი, მაგრამ წააგავს სფეროს ან „აკორდეონს“. გარდა ამისა, შესაძლებელია, რომ ბნელი მატერიის რაოდენობა ან თვისებები შეიცვალა ბოლო 13 მილიარდი წლის განმავლობაში, რის გამოც სამყარომ უფრო სწრაფად დაიწყო ზრდა.
ნებისმიერ შემთხვევაში, მეცნიერები გეგმავენ კიდევ ასამდე ასეთი კვაზარის შესწავლას, რათა გადაამოწმონ მათი მონაცემების სანდოობა და გაიგონ, როგორ შეიძლება აიხსნას სამყაროს ასეთი უჩვეულო ქცევა, რომელიც არ ჯდება სტანდარტულ კოსმოლოგიურ თეორიებში.
სულ რაღაც ასი წლის წინ, მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ ჩვენი სამყარო სწრაფად იზრდება ზომით.
ასი წლის წინ სამყაროს შესახებ იდეები ეფუძნებოდა ნიუტონის მექანიკას და ევკლიდეს გეომეტრიას. რამდენიმე მეცნიერიც კი, როგორიცაა ლობაჩევსკი და გაუსი, რომლებმაც აღიარეს (მხოლოდ ჰიპოთეზა!) არაევკლიდური გეომეტრიის ფიზიკური რეალობა, გარე სივრცე მარადიულად და უცვლელად თვლიდნენ.
ალექსეი ლევინი
1870 წელს ინგლისელმა მათემატიკოსმა უილიამ კლიფორდმა მივიდა ძალიან ღრმა იდეამდე, რომ სივრცე შეიძლება იყოს მრუდი, და არა ერთნაირი სხვადასხვა წერტილში, და რომ მისი გამრუდება შეიძლება შეიცვალოს დროთა განმავლობაში. მან ისიც კი აღიარა, რომ ასეთი ცვლილებები გარკვეულწილად დაკავშირებულია მატერიის მოძრაობასთან. ორივე ეს იდეა მოგვიანებით დაედო საფუძველი ფარდობითობის ზოგად თეორიას მრავალი წლის შემდეგ. თავად კლიფორდმა არ იცოცხლა ამის სანახავად - ის გარდაიცვალა ტუბერკულოზით 34 წლის ასაკში, ალბერტ აინშტაინის დაბადებამდე 11 დღით ადრე.
Redshift
პირველი ინფორმაცია სამყაროს გაფართოების შესახებ ასტროსპექტროგრაფიის მიერ იყო მოწოდებული. 1886 წელს ინგლისელმა ასტრონომმა უილიამ ჰაგინსმა შენიშნა, რომ ვარსკვლავური შუქის ტალღის სიგრძე ოდნავ შეცვლილი იყო იმავე ელემენტების ხმელეთის სპექტრებთან შედარებით. დოპლერის ეფექტის ოპტიკური ვერსიის ფორმულის საფუძველზე, რომელიც მიღებული იქნა ფრანგი ფიზიკოსის არმან ფიზოს მიერ 1848 წელს, შეიძლება გამოვთვალოთ ვარსკვლავის რადიალური სიჩქარე. ასეთი დაკვირვებები შესაძლებელს ხდის თვალყური ადევნოთ კოსმოსური ობიექტის მოძრაობას.
ასი წლის წინ სამყაროს შესახებ იდეები ეფუძნებოდა ნიუტონის მექანიკას და ევკლიდეს გეომეტრიას. რამდენიმე მეცნიერიც კი, როგორიცაა ლობაჩევსკი და გაუსი, რომლებმაც აღიარეს (მხოლოდ ჰიპოთეზა!) არაევკლიდური გეომეტრიის ფიზიკური რეალობა, გარე სივრცე მარადიულად და უცვლელად თვლიდნენ. სამყაროს გაფართოების გამო, შორეულ გალაქტიკებამდე მანძილის დადგენა ადვილი არ არის. სინათლე, რომელმაც 13 მილიარდი წლის შემდეგ მიაღწია გალაქტიკიდან A1689-zD1, 3,35 მილიარდი სინათლის წლით დაშორებით (A), „წითლდება“ და სუსტდება, რადგან ის გადალახავს გაფართოებულ სივრცეს და თავად გალაქტიკა შორდება (B). ის ატარებს ინფორმაციას მანძილის შესახებ წითელ გადანაცვლებაში (13 მილიარდი სინათლის წელი), კუთხური ზომით (3,5 მილიარდი სინათლის წელი), ინტენსივობით (263 მილიარდი სინათლის წელი), ხოლო რეალური მანძილი 30 მილიარდი სინათლის წელია. წლები.
მეოთხედი საუკუნის შემდეგ, ვესტო სლაიფერმა, არიზონას ფლაგსტაფის ობსერვატორიის თანამშრომელმა, ეს შესაძლებლობა ახლებურად გამოიყენა, რომელიც 1912 წლიდან სწავლობდა სპირალური ნისლეულების სპექტრებს 24 დიუმიანი ტელესკოპით კარგი სპექტროგრაფით. მაღალი ხარისხის გამოსახულების მისაღებად, ერთი და იგივე ფოტოგრაფიული ფირფიტა რამდენიმე ღამის განმავლობაში იყო გამოფენილი, ამიტომ პროექტი ნელა მოძრაობდა. 1913 წლის სექტემბრიდან დეკემბრამდე სლაიფერმა შეისწავლა ანდრომედას ნისლეული და დოპლერ-ფისოს ფორმულის გამოყენებით მივიდა დასკვნამდე, რომ ის ყოველ წამში უახლოვდებოდა დედამიწას 300 კმ-ით.
1917 წელს მან გამოაქვეყნა მონაცემები 25 ნისლეულის რადიალური სიჩქარის შესახებ, რომლებიც აჩვენებდნენ მნიშვნელოვან ასიმეტრიას მათ მიმართულებებში. მზეს მხოლოდ ოთხი ნისლეული უახლოვდებოდა, დანარჩენები გარბოდნენ (ზოგიერთი კი ძალიან სწრაფად).
სლიფერი არ ეძებდა დიდებას და არ აქვეყნებდა მის შედეგებს. ამიტომ ისინი ასტრონომიულ წრეებში მხოლოდ მაშინ გახდნენ ცნობილი, როცა მათ ყურადღება ცნობილმა ბრიტანელმა ასტროფიზიკოსმა არტურ ედინგტონმა მიიქცია.
1924 წელს მან გამოაქვეყნა მონოგრაფია ფარდობითობის თეორიის შესახებ, რომელშიც შედიოდა სლაიფერის მიერ აღმოჩენილი 41 ნისლეულის რადიალური სიჩქარის სია. იგივე ოთხი ლურჯი ცვლადი ნისლეული იყო იქ, ხოლო დანარჩენ 37-ს სპექტრალური ხაზები წითლად გადაინაცვლა. მათი რადიალური სიჩქარე იცვლებოდა 150-1800 კმ/წმ დიაპაზონში და, საშუალოდ, 25-ჯერ აღემატებოდა იმ დროისთვის ცნობილი ირმის ნახტომის ვარსკვლავების სიჩქარეს. ეს ვარაუდობს, რომ ნისლეულები ჩართულია სხვა მოძრაობებში, გარდა "კლასიკური" მნათობებისა.
კოსმოსური კუნძულები
1920-იანი წლების დასაწყისში ასტრონომების უმეტესობას სჯეროდა, რომ სპირალური ნისლეულები მდებარეობდნენ ირმის ნახტომის პერიფერიაზე და მის მიღმა ცარიელი ბნელი სივრცის გარდა. მართალია, ჯერ კიდევ მე-18 საუკუნეში, ზოგიერთმა მეცნიერმა დაინახა გიგანტური ვარსკვლავური მტევნები ნისლეულებში (იმანუელ კანტმა მათ კუნძულის სამყაროები უწოდა). თუმცა, ეს ჰიპოთეზა არ იყო პოპულარული, რადგან შეუძლებელი იყო ნისლეულებამდე მანძილების საიმედოდ დადგენა.
ეს პრობლემა გადაჭრა ედვინ ჰაბლის მიერ, რომელიც მუშაობდა 100 დიუმიან ამრეკლავ ტელესკოპზე კალიფორნიის მაუნტ უილსონის ობსერვატორიაში. 1923-1924 წლებში მან აღმოაჩინა, რომ ანდრომედას ნისლეული შედგება მრავალი მანათობელი ობიექტისგან, რომელთა შორის არის ცეფეიდების ოჯახის ცვლადი ვარსკვლავები. მაშინ უკვე ცნობილი იყო, რომ მათი აშკარა სიკაშკაშის ცვლილების პერიოდი დაკავშირებულია აბსოლუტურ სიკაშკაშესთან და, შესაბამისად, ცეფეიდები შესაფერისია კოსმოსური მანძილების დასაკალიბრებლად. მათი დახმარებით ჰაბლმა ანდრომედამდე მანძილი 285 000 პარსეკით შეაფასა (თანამედროვე მონაცემებით ეს არის 800 000 პარსეკი). მაშინ ითვლებოდა, რომ ირმის ნახტომის დიამეტრი დაახლოებით 100000 პარსეკის ტოლი იყო (სინამდვილეში ის სამჯერ მცირეა). აქედან მოჰყვა, რომ ანდრომედა და ირმის ნახტომი დამოუკიდებელ ვარსკვლავურ გროვებად უნდა ჩაითვალოს. მალე ჰაბლმა გამოავლინა კიდევ ორი დამოუკიდებელი გალაქტიკა, რომლებმაც საბოლოოდ დაადასტურა ჰიპოთეზა "კუნძულის სამყაროების" შესახებ.
სამართლიანობისთვის უნდა აღინიშნოს, რომ ჰაბლამდე ორი წლით ადრე მანძილი ანდრომედამდე ესტონელმა ასტრონომმა ერნსტ ოპიკმა გამოითვალა, რომლის შედეგი - 450 000 პარსეკი - უფრო ახლოს იყო სწორთან. თუმცა, მან გამოიყენა მთელი რიგი თეორიული მოსაზრებები, რომლებიც არ იყო ისეთი დამაჯერებელი, როგორც ჰაბლის პირდაპირი დაკვირვებები.
1926 წლისთვის ჰაბლმა ჩაატარა სტატისტიკური ანალიზი ოთხასი "ექსტრაგალაქტიკური ნისლეულის" დაკვირვების შესახებ (ის ხმარობდა ამ ტერმინს დიდი ხნის განმავლობაში და თავს არიდებდა მათ გალაქტიკებს უწოდებდა) და შესთავაზა ფორმულა ნისლეულამდე მანძილის მის აშკარა სიკაშკაშესთან დაკავშირების მიზნით. . მიუხედავად ამ მეთოდის უზარმაზარი შეცდომებისა, ახალმა მონაცემებმა დაადასტურა, რომ ნისლეულები მეტ-ნაკლებად თანაბრად არიან განაწილებული კოსმოსში და განლაგებულია ირმის ნახტომის საზღვრებს მიღმა. ახლა უკვე აღარ იყო ეჭვი, რომ სივრცე არ შემოიფარგლება მხოლოდ ჩვენი გალაქტიკით და მისი უახლოესი მეზობლებით.
კოსმოსური მოდის დიზაინერები
ედინგტონი სლიფერის შედეგებით დაინტერესდა ჯერ კიდევ სპირალური ნისლეულების ბუნების საბოლოო გარკვევამდე. ამ დროისთვის უკვე არსებობდა კოსმოლოგიური მოდელი, რომელიც გარკვეული გაგებით იწინასწარმეტყველებდა სლაიფერის მიერ გამოვლენილ ეფექტს. ედინგტონმა ბევრი იფიქრა ამაზე და, რა თქმა უნდა, ხელიდან არ გაუშვა შესაძლებლობა, არიზონელი ასტრონომის დაკვირვებებს კოსმოლოგიური ბგერა მიეცა.
თანამედროვე თეორიული კოსმოლოგია 1917 წელს დაიწყო ორი რევოლუციური ნაშრომით, რომლებიც წარმოადგენდნენ სამყაროს მოდელებს, რომლებიც დაფუძნებულია ფარდობითობის ზოგად თეორიაზე. ერთი მათგანი თავად აინშტაინმა დაწერა, მეორე კი ჰოლანდიელმა ასტრონომმა ვილემ დე სიტერმა.
ჰაბლის კანონები
ედვინ ჰაბლმა ემპირიულად აღმოაჩინა მიახლოებითი პროპორციულობა წითელ ცვლასა და გალაქტიკურ დისტანციებს შორის, რომელიც მან გადააქცია სიჩქარეებსა და დისტანციებს შორის პროპორციულობად დოპლერ-ფიზეოს ფორმულის გამოყენებით. ასე რომ, აქ საქმე გვაქვს ორ განსხვავებულ შაბლონთან.
ჰაბლმა არ იცოდა როგორ იყვნენ ისინი ერთმანეთთან დაკავშირებული, მაგრამ რას ამბობს დღევანდელი მეცნიერება?
როგორც ლემერმა აჩვენა, ხაზოვანი კორელაცია კოსმოლოგიურ (სამყაროს გაფართოებით გამოწვეულ) წითელ ცვლებსა და დისტანციებს შორის სულაც არ არის აბსოლუტური. პრაქტიკაში, ეს კარგად შეინიშნება მხოლოდ 0.1-ზე ნაკლები ოფსეტებისთვის. ასე რომ, ჰაბლის ემპირიული კანონი არ არის ზუსტი, მაგრამ მიახლოებითი და დოპლერ-ფიზოს ფორმულა მოქმედებს მხოლოდ სპექტრის მცირე ძვრებისთვის.
მაგრამ თეორიული კანონი, რომელიც აკავშირებს შორეული ობიექტების რადიალურ სიჩქარეს მათთან მანძილთან (პროპორციულობის კოეფიციენტით ჰაბლის პარამეტრის V=Hd სახით) მოქმედებს ნებისმიერი წითელ გადაადგილებისთვის. თუმცა, სიჩქარე V, რომელიც მასში ჩნდება, სულაც არ არის ფიზიკური სიგნალების ან ფიზიკურ სივრცეში რეალური სხეულების სიჩქარე. ეს არის გალაქტიკებსა და გალაქტიკათა გროვებს შორის მანძილების ზრდის ტემპი, რაც სამყაროს გაფართოებით არის განპირობებული. ჩვენ შევძლებთ მის გაზომვას მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ შევძლებთ შეაჩეროთ სამყაროს გაფართოება, მყისიერად გავჭიმოთ საზომი ლენტები გალაქტიკებს შორის, წავიკითხოთ მათ შორის მანძილი და დავყოთ ისინი გაზომვებს შორის დროის ინტერვალებად. ბუნებრივია, ფიზიკის კანონები ამის საშუალებას არ იძლევა. ამიტომ, კოსმოლოგებს ურჩევნიათ ჰაბლის პარამეტრი H გამოიყენონ სხვა ფორმულაში, სადაც ჩნდება სამყაროს მასშტაბის ფაქტორი, რომელიც უბრალოდ აღწერს მისი გაფართოების ხარისხს სხვადასხვა კოსმოსურ ეპოქაში (რადგან ეს პარამეტრი დროთა განმავლობაში იცვლება, მისი თანამედროვე მნიშვნელობა აღინიშნება H0-ით. ). სამყარო ახლა აჩქარებული სიჩქარით ფართოვდება, ამიტომ ჰაბლის პარამეტრის მნიშვნელობა იზრდება.
კოსმოლოგიური წითელი ძვრების გაზომვით, ჩვენ ვიღებთ ინფორმაციას სივრცის გაფართოების ხარისხის შესახებ. გალაქტიკის სინათლე, რომელიც ჩვენამდე მოვიდა კოსმოლოგიური წითელ გადანაცვლებით z, დატოვა იგი მაშინ, როდესაც ყველა კოსმოლოგიური მანძილი 1+z-ჯერ ნაკლები იყო ვიდრე ჩვენს ეპოქაში. ამ გალაქტიკის შესახებ დამატებითი ინფორმაციის მოპოვება, როგორიცაა მისი ამჟამინდელი მანძილი ან ირმის ნახტომიდან მისი ამოღების სიჩქარე, შესაძლებელია მხოლოდ კონკრეტული კოსმოლოგიური მოდელის დახმარებით. მაგალითად, აინშტაინ-დე სიტერის მოდელში გალაქტიკა z=5-ით შორდება ჩვენგან 1,1 წმ-ის ტოლი სიჩქარით (სინათლის სიჩქარე). მაგრამ თუ თქვენ უშვებთ ჩვეულებრივ შეცდომას და უბრალოდ გაათანაბრებთ V/c და z, მაშინ ეს სიჩქარე ხუთჯერ იქნება სინათლის სიჩქარეზე. შეუსაბამობა, როგორც ვხედავთ, სერიოზულია.
შორეული ობიექტების სიჩქარის დამოკიდებულება წითელ ცვლაზე SRT, GR-ის მიხედვით (დამოკიდებულია მოდელზე და დროზე, მრუდი აჩვენებს აწმყო და მიმდინარე მოდელს). მცირე გადაადგილებისას, დამოკიდებულება ხაზოვანია.
აინშტაინს, დროის სულისკვეთებით, სჯეროდა, რომ სამყარო მთლიანობაში სტატიკურია (ის ცდილობდა, რომ ის ასევე უსასრულო ყოფილიყო სივრცეში, მაგრამ ვერ იპოვა სწორი სასაზღვრო პირობები მისი განტოლებისთვის). შედეგად, მან ააგო დახურული სამყაროს მოდელი, რომლის სივრცეს აქვს მუდმივი დადებითი გამრუდება (და შესაბამისად მას აქვს მუდმივი სასრული რადიუსი). დრო ამ სამყაროში, პირიქით, მიედინება ნიუტონისეული წესით, იმავე მიმართულებით და იმავე სიჩქარით. ამ მოდელის სივრცე-დრო მრუდია სივრცითი კომპონენტის გამო, ხოლო დროითი არანაირად არ არის დეფორმირებული. ამ სამყაროს სტატიკური ბუნება უზრუნველყოფს სპეციალურ „ჩასმას“ მთავარ განტოლებაში, რომელიც ხელს უშლის გრავიტაციულ კოლაფსს და, ამრიგად, მოქმედებს როგორც ყველგანმყოფი ანტიგრავიტაციული ველი. მისი ინტენსივობა პროპორციულია სპეციალური მუდმივისა, რომელსაც აინშტაინმა უწოდა უნივერსალური მუდმივა (ამჟამად კოსმოლოგიურ მუდმივას უწოდებენ).
ლემაიტრის კოსმოლოგიური მოდელი, რომელიც აღწერს სამყაროს გაფართოებას, ბევრად უსწრებდა თავის დროს. ლემაიტრის სამყარო იწყება დიდი აფეთქებით, რის შემდეგაც გაფართოება ჯერ შენელდება და შემდეგ იწყებს აჩქარებას.
აინშტაინის მოდელმა შესაძლებელი გახადა გამოეთვალა სამყაროს ზომა, მატერიის მთლიანი რაოდენობა და კოსმოლოგიური მუდმივის მნიშვნელობაც კი. ამისთვის საჭიროა მხოლოდ კოსმოსური მატერიის საშუალო სიმკვრივე, რომელიც, პრინციპში, დაკვირვებით შეიძლება დადგინდეს. შემთხვევითი არ არის, რომ ეს მოდელი აღფრთოვანებული იყო ედინგტონმა და პრაქტიკაში გამოიყენა ჰაბლმა. თუმცა, მას ანადგურებს არასტაბილურობა, რომელიც აინშტაინმა უბრალოდ ვერ შეამჩნია: რადიუსის წონასწორობის მნიშვნელობიდან ოდნავი გადახრისას, აინშტაინის სამყარო ან ფართოვდება, ან განიცდის გრავიტაციულ კოლაფსს. ამიტომ, ასეთ მოდელს საერთო არაფერი აქვს რეალურ სამყაროსთან.
ცარიელი სამყარო
დე სიტერმა ასევე ააშენა, როგორც თავად სჯეროდა, მუდმივი გამრუდების სტატიკური სამყარო, მაგრამ არა დადებითი, არამედ უარყოფითი. მასში აინშტაინის კოსმოლოგიური მუდმივია, მაგრამ მატერია სრულიად არ არის. როდესაც თვითნებურად მცირე მასის საცდელი ნაწილაკები შემოდის, ისინი იფანტებიან და მიდიან უსასრულობაში. გარდა ამისა, დე სიტერის სამყაროს პერიფერიაზე დრო უფრო ნელა მიედინება, ვიდრე მის ცენტრში. ამის გამო, დიდი დისტანციებიდან სინათლის ტალღები მოდის წითელ ცვლით, თუნდაც მათი წყარო დამკვირვებელთან შედარებით სტაციონარული იყოს. ასე რომ, 1920-იან წლებში ედინგტონს და სხვა ასტრონომებს აინტერესებდათ, ჰქონდა თუ არა დე სიტერის მოდელს რაიმე კავშირი სლაიფერის დაკვირვებებში ასახულ რეალობასთან.
ეს ეჭვები დადასტურდა, თუმცა სხვაგვარად. დე სიტერის სამყაროს სტატიკური ბუნება წარმოსახვითი აღმოჩნდა, რადგან იგი დაკავშირებული იყო კოორდინატთა სისტემის სამწუხარო არჩევასთან. ამ შეცდომის გამოსწორების შემდეგ დე სიტერის სივრცე ბრტყელი, ევკლიდური, მაგრამ არასტატიკური აღმოჩნდა. ანტიგრავიტაციული კოსმოლოგიური მუდმივის წყალობით, ის ფართოვდება და ინარჩუნებს ნულოვან გამრუდებას. ამ გაფართოების გამო იზრდება ფოტონების ტალღის სიგრძე, რაც იწვევს დე სიტერის მიერ ნაწინასწარმეტყველები სპექტრული ხაზების ცვლას. აღსანიშნავია, რომ ასე აიხსნება დღეს შორეული გალაქტიკების კოსმოლოგიური წითელ გადანაცვლება.
სტატისტიკიდან დინამიკამდე
ღიად არასტატიკური კოსმოლოგიური თეორიების ისტორია იწყება საბჭოთა ფიზიკოსის ალექსანდრე ფრიდმანის ორი ნაშრომით, რომელიც გამოქვეყნდა გერმანულ ჟურნალში Zeitschrift fur Physik 1922 და 1924 წლებში. ფრიდმენმა გამოთვალა სამყაროების მოდელები დროში ცვალებადი დადებითი და უარყოფითი გამრუდებით, რაც გახდა თეორიული კოსმოლოგიის ოქროს ფონდი. თუმცა, ეს ნამუშევრები თითქმის არ შენიშნეს თანამედროვეებმა (აინშტაინი თავიდან ფრიდმანის პირველ სტატიას მათემატიკურად მცდარადაც კი თვლიდა). თავად ფრიდმენს სჯეროდა, რომ ასტრონომიას ჯერ არ გააჩნდა დაკვირვებების არსენალი, რათა გადაეწყვიტა რომელი კოსმოლოგიური მოდელი უფრო შეესაბამება რეალობას და ამიტომ შემოიფარგლა წმინდა მათემატიკით. შესაძლოა ის სხვაგვარად მოიქცეოდა, სლიფერის შედეგები რომ წაეკითხა, მაგრამ ეს ასე არ მოხდა.
სხვაგვარად ფიქრობდა მე-20 საუკუნის პირველი ნახევრის უდიდესი კოსმოლოგი ჟორჟ ლემერი. სახლში, ბელგიაში, მან დაიცვა დისერტაცია მათემატიკაში, შემდეგ კი 1920-იანი წლების შუა წლებში სწავლობდა ასტრონომიას - კემბრიჯში ედინგტონის ქვეშ და ჰარვარდის ობსერვატორიაში ჰარლოუ შეპლისთან ერთად (აშშ-ში ყოფნისას, სადაც მოამზადა მეორე დისერტაცია ქ. MIT, ის შეხვდა სლიფერს და ჰაბლს). ჯერ კიდევ 1925 წელს ლემერმა პირველმა აჩვენა, რომ დე სიტერის მოდელის სტატიკური ბუნება წარმოსახვითია. სამშობლოში ლუვენის უნივერსიტეტის პროფესორის სტატუსით დაბრუნების შემდეგ ლემერმა ააშენა გაფართოებული სამყაროს პირველი მოდელი ნათელი ასტრონომიული დასაბუთებით. გაზვიადების გარეშე, ეს ნაშრომი რევოლუციურ მიღწევად იქცა კოსმოსურ მეცნიერებაში.
საყოველთაო რევოლუცია
თავის მოდელში ლემაიტრმა შეინარჩუნა კოსმოლოგიური მუდმივი აინშტაინის რიცხვითი მნიშვნელობით. ამიტომ, მისი სამყარო იწყება სტატიკური მდგომარეობით, მაგრამ დროთა განმავლობაში, რყევების გამო, მზარდი სიჩქარით მუდმივი გაფართოების გზაზე შედის. ამ ეტაპზე ის ინარჩუნებს დადებით გამრუდებას, რომელიც მცირდება რადიუსის მატებასთან ერთად. ლემაიტრმა თავის სამყაროში ჩართო არა მხოლოდ მატერია, არამედ ელექტრომაგნიტური გამოსხივებაც. ეს არც აინშტაინმა და არც დე სიტერმა, რომლის ნამუშევარი ლემაიტრმა იცოდა და არც ფრიდმანმა, რომლის შესახებაც მაშინ არაფერი იცოდა, არ გააკეთეს.
დაკავშირებული კოორდინატები
კოსმოლოგიურ გამოთვლებში მოსახერხებელია გამოვიყენოთ მოძრავი კოორდინატთა სისტემები, რომლებიც ფართოვდებიან სამყაროს გაფართოებასთან უნისონში. იდეალიზებულ მოდელში, სადაც გალაქტიკები და გალაქტიკათა გროვები არ მონაწილეობენ სათანადო მოძრაობაში, მათი მოძრაობის კოორდინატები არ იცვლება. მაგრამ მანძილი ორ ობიექტს შორის დროის მოცემულ მომენტში უდრის მათ მუდმივ მანძილს მოძრავ კოორდინატებში, გამრავლებული ამ მომენტისთვის მასშტაბის ფაქტორის სიდიდეზე. ეს სიტუაცია ადვილად ილუსტრირებულია გასაბერ გლობუსზე: თითოეული წერტილის გრძედი და განედი არ იცვლება და რადიუსის მატებასთან ერთად მანძილი წყვილ წერტილებს შორის იზრდება.
მოძრავი კოორდინატების გამოყენება გვეხმარება გავიგოთ ღრმა განსხვავებები გაფართოებული სამყაროს კოსმოლოგიას, ფარდობითობის სპეციალურ თეორიასა და ნიუტონის ფიზიკას შორის. ასე რომ, ნიუტონის მექანიკაში ყველა მოძრაობა ფარდობითია და აბსოლუტურ უმოძრაობას ფიზიკური მნიშვნელობა არ აქვს. პირიქით, კოსმოლოგიაში უმოძრაობა გადაადგილების კოორდინატებში აბსოლუტურია და პრინციპში შეიძლება დადასტურდეს დაკვირვებებით. ფარდობითობის სპეციალური თეორია აღწერს პროცესებს სივრცე-დროში, საიდანაც შესაძლებელია სივრცითი და დროითი კომპონენტების იზოლირება ლორენცის გარდაქმნების გამოყენებით უსასრულო რაოდენობის გზებით. კოსმოლოგიური სივრცე-დრო, პირიქით, ბუნებრივად იშლება მრუდე გაფართოებულ სივრცეში და ერთ კოსმიურ დროს. ამ შემთხვევაში, შორეული გალაქტიკების რეცესიის სიჩქარე შეიძლება ბევრჯერ აღემატებოდეს სინათლის სიჩქარეს.
ჯერ კიდევ შეერთებულ შტატებში ლემაიტრი ვარაუდობდა, რომ შორეული გალაქტიკების წითელ გადაადგილება წარმოიქმნება სივრცის გაფართოების გამო, რომელიც „გაჭიმავს“ სინათლის ტალღებს. ახლა მან ეს მათემატიკურად დაამტკიცა. მან ასევე აჩვენა, რომ მცირე (ბევრად მცირე ერთეულები) წითელ ცვლა პროპორციულია სინათლის წყარომდე მანძილისა და პროპორციულობის ფაქტორი დამოკიდებულია მხოლოდ დროზე და ატარებს ინფორმაციას სამყაროს გაფართოების მიმდინარე ტემპის შესახებ. მას შემდეგ, რაც დოპლერ-ფიზოს ფორმულიდან გამომდინარეობდა, რომ გალაქტიკის რადიალური სიჩქარე პროპორციულია მის წითელ გადაადგილებასთან, ლემერმა დაასკვნა, რომ ეს სიჩქარე ასევე პროპორციულია მისი მანძილის. ჰაბლის სიიდან 42 გალაქტიკის სიჩქარისა და მანძილის გაანალიზების შემდეგ და მზის ინტრაგალაქტიკური სიჩქარის გათვალისწინებით, მან დაადგინა პროპორციულობის კოეფიციენტების მნიშვნელობები.
უხილავი ნამუშევარი
ლემერმა თავისი ნაშრომი 1927 წელს გამოაქვეყნა ფრანგულად ნაკლებად წაკითხულ ჟურნალში Annals of the Brussels Scientific Society. ითვლება, რომ ეს იყო მთავარი მიზეზი, რის გამოც იგი თავდაპირველად თითქმის შეუმჩნეველი დარჩა (თუნდაც მისი მასწავლებელი ედინგტონი). მართალია, იმავე წლის შემოდგომაზე ლემაიტრმა შეძლო აინშტაინთან განეხილა თავისი აღმოჩენები და მისგან შეიტყო ფრიდმანის შედეგების შესახებ. ფარდობითობის ზოგადი თეორიის შემქმნელს არ ჰქონდა ტექნიკური წინააღმდეგობა, მაგრამ მას მტკიცედ არ სჯეროდა ლემაიტრის მოდელის ფიზიკური რეალობის (ისევე, როგორც მან ადრე არ მიიღო ფრიდმანის დასკვნები).
ჰაბლის სქემები
ამასობაში, 1920-იანი წლების ბოლოს, ჰაბლმა და ჰუმასონმა აღმოაჩინეს წრფივი კორელაცია 24-მდე გალაქტიკის მანძილსა და მათ რადიალურ სიჩქარეს შორის, რომელიც გამოითვლება (ძირითადად სლაიფერის მიერ) წითელ ცვლის შედეგად. ჰაბლმა აქედან დაასკვნა, რომ გალაქტიკის რადიალური სიჩქარე პირდაპირპროპორციულია მისი მანძილისა. ამ პროპორციულობის კოეფიციენტი ახლა აღინიშნება H0-ით და ჰაბლის პარამეტრს უწოდებენ (უახლესი მონაცემებით, ის ოდნავ აღემატება 70 (კმ/წმ)/მეგაპარსეკს).
ჰაბლის ნაშრომი გალაქტიკის სიჩქარეებსა და მანძილებს შორის წრფივი დამოკიდებულებით გამოიცა 1929 წლის დასაწყისში. ერთი წლით ადრე, ახალგაზრდა ამერიკელმა მათემატიკოსმა, ჰოვარდ რობერტსონმა, მიჰყვა ლემაიტრს ამ კავშირის გაფართოებული სამყაროს მოდელიდან გამომდინარე, რომელიც შესაძლოა ჰაბლმა იცოდა. თუმცა ეს მოდელი მის ცნობილ სტატიაში პირდაპირ თუ ირიბად არ იყო ნახსენები. მოგვიანებით, ჰაბლმა გამოთქვა ეჭვი, რომ მის ფორმულაში გამოსახული სიჩქარე რეალურად აღწერს გალაქტიკების მოძრაობას კოსმოსში, მაგრამ ის ყოველთვის თავს იკავებდა მათი სპეციფიკური ინტერპრეტაციისგან. მან დაინახა თავისი აღმოჩენის მნიშვნელობა გალაქტიკური მანძილების პროპორციულობის დემონსტრირებაში და წითელ ცვლილებებში, დანარჩენი კი თეორეტიკოსებს დაუტოვა. ამიტომ, ჰაბლისადმი მთელი პატივისცემით, არ არსებობს საფუძველი, რომ იგი სამყაროს გაფართოების აღმომჩენად მივიჩნიოთ.
და მაინც ის ფართოვდება!
მიუხედავად ამისა, ჰაბლმა გზა გაუხსნა სამყაროს გაფართოებისა და ლემერის მოდელის აღიარებას. უკვე 1930 წელს კოსმოლოგიის ისეთმა ოსტატებმა, როგორებიც იყვნენ ედინგტონი და დე სიტერი, პატივი მიაგეს მას; ცოტა მოგვიანებით, მეცნიერებმა შენიშნეს და დააფასეს ფრიდმანის მუშაობა. 1931 წელს, ედინგტონის წინადადებით, ლემაიტრმა თარგმნა ინგლისურად მისი სტატია (მცირე ჭრილებით) სამეფო ასტრონომიული საზოგადოების ყოველთვიური გაზეთისთვის. იმავე წელს აინშტაინი დაეთანხმა ლემერის დასკვნებს და ერთი წლის შემდეგ დე სიტერთან ერთად მან ააგო გაფართოებული სამყაროს მოდელი ბრტყელი სივრცით და მრუდი დროით. ეს მოდელი, თავისი სიმარტივის გამო, დიდი ხანია დიდი პოპულარობით სარგებლობს კოსმოლოგებში.
იმავე 1931 წელს ლემერმა გამოაქვეყნა მოკლე (და ყოველგვარი მათემატიკის გარეშე) აღწერა სამყაროს კიდევ ერთი მოდელის შესახებ, რომელიც აერთიანებდა კოსმოლოგიასა და კვანტურ მექანიკას. ამ მოდელში საწყისი მომენტი არის პირველადი ატომის აფეთქება (ლემაიტრი მას კვანტსაც უწოდებდა), რამაც წარმოშვა სივრცეც და დროც. მას შემდეგ, რაც გრავიტაცია ანელებს ახალშობილი სამყაროს გაფართოებას, მისი სიჩქარე მცირდება - შესაძლებელია თითქმის ნულამდე. მოგვიანებით, ლემერმა თავის მოდელში შემოიტანა კოსმოლოგიური მუდმივი, რამაც აიძულა სამყარო დროთა განმავლობაში აჩქარებული გაფართოების სტაბილურ მდგომარეობაში. ასე რომ, მან მოელოდა როგორც დიდი აფეთქების იდეას, ასევე თანამედროვე კოსმოლოგიურ მოდელებს, რომლებიც ითვალისწინებენ ბნელი ენერგიის არსებობას. და 1933 წელს მან ამოიცნო კოსმოლოგიური მუდმივი ვაკუუმური ენერგიის სიმკვრივით, რაზეც აქამდე არავის უფიქრია. უბრალოდ გასაოცარია, რამდენად უსწრებდა თავის დროს ეს მეცნიერი, რა თქმა უნდა, სამყაროს გაფართოების აღმომჩენის ტიტულის ღირსი!
მასალა უნციკლოპედიიდან
გალაქტიკებზე დაკვირვებისა და რელიქტური გამოსხივების შედეგების გაანალიზებისას, ასტრონომები მივიდნენ დასკვნამდე, რომ მატერიის განაწილება სამყაროში (შესწავლილი სივრცის რეგიონი აღემატებოდა დიამეტრში 100 Mpc) არის ერთგვაროვანი და იზოტროპული, ანუ არ არის დამოკიდებული პოზიციაზე და მიმართულება სივრცეში (იხ. კოსმოლოგია) . და სივრცის ასეთი თვისებები, ფარდობითობის თეორიის მიხედვით, აუცილებლად იწვევს დროთა განმავლობაში ცვლილებას სხეულებს შორის მანძილებში, რომლებიც ავსებენ სამყაროს, ანუ სამყარო უნდა გაფართოვდეს ან შეკუმშვას, და დაკვირვებები მიუთითებს გაფართოებაზე.
სამყაროს გაფართოება მნიშვნელოვნად განსხვავდება მატერიის ჩვეულებრივი გაფართოებისგან, მაგალითად, ცილინდრში გაზის გაფართოებისგან. გაზი, გაფართოებული, ცვლის დგუშის პოზიციას ცილინდრში, მაგრამ ცილინდრი უცვლელი რჩება. სამყაროში ხდება მთელი სივრცის გაფართოება მთლიანობაში. მაშასადამე, კითხვა, თუ რომელი მიმართულებით ხდება გაფართოება, აზრს კარგავს სამყაროში. ეს გაფართოება ხდება ძალიან დიდი მასშტაბით. ვარსკვლავური სისტემების, გალაქტიკების, გროვებისა და გალაქტიკების სუპერგროვების შიგნით გაფართოება არ ხდება. გრავიტაციულად შეკრული ასეთი სისტემები იზოლირებულია სამყაროს ზოგადი გაფართოებისგან.
დასკვნა, რომ სამყარო ფართოვდება, მხარს უჭერს დაკვირვებებს გალაქტიკების სპექტრებში წითელ გადაადგილებაზე.
მოდით, სინათლის სიგნალები გაიგზავნოს სივრცის რომელიღაც წერტილიდან ორ მომენტში, რომლებიც შეინიშნება სივრცის სხვა წერტილში.
სამყაროს მასშტაბის ცვლილების გამო, ანუ ემისიის წერტილებსა და შუქზე დაკვირვების წერტილებს შორის მანძილის გაზრდის გამო, მეორე სიგნალმა უნდა გაიაროს უფრო დიდი მანძილი, ვიდრე პირველი. და რადგან სინათლის სიჩქარე მუდმივია, მეორე სიგნალი დაგვიანებულია; სიგნალებს შორის ინტერვალი დაკვირვების წერტილში უფრო დიდი იქნება, ვიდრე მათი გამგზავრების წერტილში. რაც უფრო დიდია შეფერხება, მით მეტია მანძილი წყაროსა და დამკვირვებელს შორის. სიხშირის ბუნებრივი სტანდარტი არის გამოსხივების სიხშირე ატომებში ელექტრომაგნიტური გადასვლების დროს. სამყაროს გაფართოების აღწერილი ეფექტის გამო, ეს სიხშირე მცირდება. ამგვარად, ზოგიერთი შორეული გალაქტიკის რადიაციის სპექტრზე დაკვირვებისას, მისი ყველა ხაზი ლაბორატორიულ სპექტრებთან შედარებით წითლად უნდა აღმოჩნდეს. ეს წითელი გადაადგილების ფენომენი არის დოპლერის ეფექტი (იხ. რადიალური სიჩქარე) გალაქტიკათა ურთიერთ „უკან დახევიდან“ და შეიმჩნევა სინამდვილეში.
წითელი გადაადგილების მნიშვნელობა იზომება შეცვლილი გამოსხივების სიხშირის თავდაპირველთან შეფარდებით. სიხშირის ცვლილება უფრო დიდია, მით მეტია მანძილი დაკვირვებულ გალაქტიკამდე.
ამგვარად, სპექტრებიდან წითელ გადაადგილების გაზომვით, შესაძლებელი გახდება გალაქტიკების v სიჩქარის დადგენა, რომლითაც ისინი შორდებიან დამკვირვებელს. ეს სიჩქარეები დაკავშირებულია r მანძილებთან დამკვირვებლამდე ჰაბლის კანონით v = Hr; H-ის მნიშვნელობას ჰაბლის მუდმივი ეწოდება.
H-ის მნიშვნელობის ზუსტი განსაზღვრა დიდ სირთულეებთან არის დაკავშირებული. გრძელვადიანი დაკვირვების საფუძველზე ამჟამად მიღებულია მნიშვნელობა H ≈ (0.5÷1) 10 -10 წელი -1.
H-ის ეს მნიშვნელობა შეესაბამება გალაქტიკების რეცესიის სიჩქარის ზრდას, რაც უდრის დაახლოებით 50-100 კმ/წმ მანძილზე თითოეული მეგაპარსეკისთვის.
ჰაბლის კანონი შესაძლებელს ხდის შეფასდეს დისტანციები გალაქტიკებამდე, რომლებიც შორს არის მათ სპექტრებში გაზომილი ხაზების წითელ გადაადგილებიდან.
გალაქტიკების უკან დახევის კანონი მომდინარეობს დედამიწიდან (ან, შეიძლება ითქვას, ჩვენი გალაქტიკიდან) დაკვირვების შედეგად და ამგვარად აღწერს გალაქტიკების მოცილებას დედამიწიდან (ჩვენი გალაქტიკა). თუმცა, აქედან არ შეიძლება დავასკვნათ, რომ სამყაროს გაფართოების ცენტრში სწორედ დედამიწა (ჩვენი გალაქტიკაა). მარტივი გეომეტრიული კონსტრუქციები გვარწმუნებს, რომ ჰაბლის კანონი მოქმედებს რეცესიაში მონაწილე რომელიმე გალაქტიკაში მდებარე დამკვირვებლისთვის.
ჰაბლის გაფართოების კანონი მიუთითებს, რომ ოდესღაც მატერია სამყაროში იყო ძალიან მაღალი სიმკვრივის პირობებში. დრო, რომელიც გვაშორებს ამ მდგომარეობას, პირობითად შეიძლება ეწოდოს სამყაროს ასაკი. იგი განისაზღვრება ღირებულებით
t V ~ 1/H ≈ (10÷20) 10 9 წელი.
ვინაიდან სინათლის სიჩქარე სასრულია, სამყაროს სასრული ასაკი შეესაბამება სამყაროს სასრულ რეგიონს, რომელსაც ჩვენ შეგვიძლია დავაკვირდეთ ახლანდელ დროში. ამ შემთხვევაში, სამყაროს ყველაზე შორეული დაკვირვებადი ნაწილები შეესაბამება მისი ევოლუციის ადრეულ მომენტებს. ამ მომენტებში, სამყაროში სხვადასხვა ელემენტარული ნაწილაკები შეიძლება დაიბადონ და ურთიერთქმედონ. სამყაროს გაფართოების პირველ წამში ასეთი ნაწილაკების მონაწილეობით მიმდინარე პროცესების ანალიზით, თეორიული კოსმოლოგია, ელემენტარული ნაწილაკების თეორიაზე დაფუძნებული, პოულობს პასუხებს კითხვებზე, რატომ არ არსებობს ანტიმატერია სამყაროში და რატომაც კი. სამყარო ფართოვდება.
თეორიის მრავალი პროგნოზი ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკური პროცესების შესახებ ეხება ენერგიის იმ რეგიონს, რომელიც მიუწვდომელია თანამედროვე ხმელეთის ლაბორატორიულ პირობებში, მაგალითად, ამაჩქარებლებში. თუმცა, სამყაროს გაფართოების პირველ წამამდე პერიოდში ასეთი ენერგიის მქონე ნაწილაკები უნდა არსებობდნენ. ამიტომ, ფიზიკოსები განიხილავენ გაფართოებულ სამყაროს, როგორც ელემენტარული ნაწილაკების ბუნებრივ ლაბორატორიას.
ამ ლაბორატორიაში შეიძლება ჩატარდეს "აზროვნების ექსპერიმენტები", გაანალიზდეს, თუ როგორ იმოქმედებს ამა თუ იმ ნაწილაკების არსებობა სამყაროში ფიზიკურ პროცესებზე, როგორ გამოვლინდება თეორიის ერთი ან სხვა პროგნოზი ასტრონომიულ დაკვირვებებში.
ელემენტარული ნაწილაკების თეორია ჩართულია სამყაროს "ფარული მასის" ახსნაში. იმის ასახსნელად, თუ როგორ წარმოიქმნება გალაქტიკები, როგორ მოძრაობენ ისინი გალაქტიკათა გროვებში და ხილული მატერიის განაწილების მრავალი სხვა მახასიათებელი, აუცილებელია ვივარაუდოთ, რომ სამყაროს მასის 80%-ზე მეტი იმალება სახით. უხილავი, სუსტად ურთიერთქმედების ნაწილაკები. ამასთან დაკავშირებით, კოსმოლოგიაში ფართოდ არის განხილული ნეიტრინოები, რომლებსაც არ აქვთ ნულოვანი დასვენების მასა, ისევე როგორც ახალი ჰიპოთეტური ნაწილაკები.
ასტრონომებიც კი ყოველთვის ვერ იგებენ სამყაროს გაფართოებას სწორად. გაბერილი ბუშტი არის ძველი, მაგრამ კარგი ანალოგია სამყაროს გაფართოებისთვის. ბურთის ზედაპირზე მდებარე გალაქტიკები უმოძრაოა, მაგრამ სამყაროს გაფართოებასთან ერთად, მათ შორის მანძილი იზრდება და თავად გალაქტიკების ზომები არ იზრდება.
1965 წლის ივლისში მეცნიერებმა გამოაცხადეს სამყაროს გაფართოების აშკარა ნიშნების აღმოჩენა უფრო ცხელი და მკვრივი საწყისი მდგომარეობიდან. მათ აღმოაჩინეს დიდი აფეთქების გაციების შემდგომი შუქი - CMB. ამ მომენტიდან სამყაროს გაფართოებამ და გაცივებამ საფუძველი ჩაუყარა კოსმოლოგიას. კოსმოლოგიური გაფართოება საშუალებას გვაძლევს გავიგოთ, როგორ ჩამოყალიბდა მარტივი სტრუქტურები და როგორ განვითარდნენ ისინი თანდათან რთულ სტრუქტურებად. სამყაროს გაფართოების აღმოჩენიდან 75 წლის შემდეგ, ბევრი მეცნიერი ვერ აღწევს მის ნამდვილ მნიშვნელობას. ჯეიმს პიბლსი, პრინსტონის უნივერსიტეტის კოსმოლოგი, რომელიც სწავლობს CMB-ს, 1993 წელს წერდა: „მეჩვენება, რომ ექსპერტებმაც კი არ იციან რა მნიშვნელობა და შესაძლებლობები აქვს ცხელი დიდი აფეთქების მოდელს“.
ცნობილი ფიზიკოსები, ასტრონომიის სახელმძღვანელოების ავტორები და მეცნიერების პოპულარიზატორები ზოგჯერ გვაძლევენ არასწორ ან დამახინჯებულ ინტერპრეტაციას სამყაროს გაფართოების შესახებ, რაც საფუძვლად დაედო დიდი აფეთქების მოდელს. რას ვგულისხმობთ, როცა ვამბობთ, რომ სამყარო ფართოვდება? ეჭვგარეშეა, ის გარემოება, რომ ახლა საუბრობენ გაფართოების აჩქარებაზე, დამაბნეველია და ეს გვაწუხებს.
მიმოხილვა: კოსმოსური შეცდომა
* სამყაროს გაფართოება, თანამედროვე მეცნიერების ერთ-ერთი ფუნდამენტური კონცეფცია, ჯერ კიდევ განსხვავებულად არის განმარტებული.
* ტერმინი "დიდი აფეთქება" არ უნდა იქნას მიღებული სიტყვასიტყვით. ის არ იყო ბომბი, რომელიც სამყაროს ცენტრში აფეთქდა. ეს იყო თავად სივრცის აფეთქება, რომელიც ხდებოდა ყველგან, ისევე როგორც გაბერილი ბუშტის ზედაპირი ფართოვდება.
* სივრცის გაფართოებასა და კოსმოსურ გაფართოებას შორის განსხვავების გაგება გადამწყვეტია სამყაროს ზომის, გალაქტიკების უკან დახევის სიჩქარის გასაგებად, ასევე ასტრონომიული დაკვირვებების შესაძლებლობებისა და გაფართოების აჩქარების ბუნების გასაგებად, რომელსაც სამყარო სავარაუდოდ განიცდის. .
* დიდი აფეთქების მოდელი მხოლოდ აღწერს რა მოხდა ამის შემდეგ.
რა არის გაფართოება?
როდესაც რაღაც ნაცნობი ფართოვდება, როგორიცაა სველი ადგილი ან რომის იმპერია, ისინი უფრო დიდი ხდებიან, მათი საზღვრები შორდება და ისინი იწყებენ უფრო დიდი მოცულობის დაკავებას სივრცეში. მაგრამ სამყაროს, როგორც ჩანს, არ აქვს ფიზიკური საზღვრები და მას არსად აქვს გადაადგილება. ჩვენი სამყაროს გაფართოება ძალიან ჰგავს ბუშტის გაბერვას. მანძილი შორეულ გალაქტიკებამდე იზრდება. ასტრონომები ჩვეულებრივ ამბობენ, რომ გალაქტიკები უკან იხევენ ან გარბიან ჩვენგან, მაგრამ ისინი არ მოძრაობენ სივრცეში, როგორც „დიდი აფეთქების ბომბის“ ფრაგმენტები. სინამდვილეში, სივრცე ჩვენსა და გალაქტიკებს შორის ფართოვდება და ქაოტურად მოძრაობს პრაქტიკულად უმოძრაო მტევნების შიგნით. CMB ავსებს სამყაროს და ემსახურება როგორც საცნობარო ჩარჩო, როგორც ბურთის რეზინის ზედაპირი, რომლის მიმართაც შესაძლებელია მოძრაობის გაზომვა.
ბურთის გარეთ ყოფნისას ჩვენ ვხედავთ, რომ მისი მოხრილი ორგანზომილებიანი ზედაპირის გაფართოება შესაძლებელია მხოლოდ იმიტომ, რომ ის სამგანზომილებიან სივრცეშია. მესამე განზომილებაში, ბურთის ცენტრი მდებარეობს და მისი ზედაპირი ფართოვდება მის მიმდებარე მოცულობაში. ამის საფუძველზე შეიძლება დავასკვნათ, რომ ჩვენი სამგანზომილებიანი სამყაროს გაფართოება მოითხოვს მეოთხე განზომილების არსებობას სივრცეში. მაგრამ აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორიის მიხედვით, სივრცე დინამიურია: მას შეუძლია გაფართოება, შეკუმშვა და დახრილობა.
Საცობი
სამყარო თვითკმარია. მას არ სჭირდება ცენტრი მისგან გასაფართოებლად და არც თავისუფალი სივრცე გარედან (სადაც არ უნდა იყოს) იქ გასაფართოვებლად. მართალია, ზოგიერთი ახალი თეორია, როგორიცაა სიმების თეორია, დამატებით განზომილებებს ასახელებს, მაგრამ ისინი არ არის საჭირო, რადგან ჩვენი სამგანზომილებიანი სამყარო ფართოვდება.
ჩვენს სამყაროში, როგორც ბუშტის ზედაპირზე, ყველა ობიექტი შორდება ყველა დანარჩენს. ამრიგად, დიდი აფეთქება არ იყო აფეთქება სივრცეში, არამედ თავად სივრცის აფეთქება, რომელიც არ მომხდარა კონკრეტულ ადგილას და შემდეგ გაფართოვდა მიმდებარე სიცარიელეში. ყველგან ერთსა და იმავე დროს ხდებოდა.
როგორი იყო დიდი აფეთქება?
არასწორი: სამყარო მაშინ დაიბადა, როცა მატერია, ბომბივით, გარკვეულ ადგილას აფეთქდა. წნევა მაღალი იყო ცენტრში და დაბალი მიმდებარე სიცარიელეში, რამაც გამოიწვია მატერიის გაფართოება.
უფლება: ეს იყო თავად სივრცის აფეთქება, რომელმაც მატერია ამოქმედდა. ჩვენი სივრცე და დრო წარმოიშვა დიდი აფეთქებიდან და დაიწყო გაფართოება. ცენტრი არსად იყო, რადგან პირობები ყველგან ერთნაირი იყო, არ იყო ჩვეულებრივი აფეთქებისთვის დამახასიათებელი წნევის ვარდნა.
თუ წარმოვიდგენთ, რომ ფილმს საპირისპირო თანმიმდევრობით ვატარებთ, დავინახავთ, თუ როგორ არის შეკუმშული სამყაროს ყველა რეგიონი და გალაქტიკები ერთმანეთს არ ეჯახება დიდი აფეთქების დროს, როგორც მანქანები საცობში. მაგრამ შედარება არ არის სრული. თუ ეს უბედური შემთხვევა იყო, მაშინ შეგეძლოთ აირიდოთ საცობები რადიოში ამის შესახებ მოხსენებების მოსმენით. მაგრამ დიდი აფეთქება იყო კატასტროფა, რომლის თავიდან აცილება შეუძლებელია. თითქოს დედამიწის ზედაპირი და მასზე ყველა გზა დაჭყლეტილი იყოს, მაგრამ მანქანები იგივე ზომის დარჩა. საბოლოოდ მანქანები ერთმანეთს დაეჯახებოდნენ და ვერანაირი რადიოკავშირი ვერ შეუშლიდა ხელს. ასეა დიდი აფეთქებაც: ის ყველგან მოხდა, ბომბის აფეთქებისგან განსხვავებით, რომელიც გარკვეულ მომენტში ხდება და ფრაგმენტები ყველა მიმართულებით იფანტება.
დიდი აფეთქების თეორია არ გვაძლევს ინფორმაციას სამყაროს ზომის შესახებ, ან თუნდაც ის სასრულია თუ უსასრულო. ფარდობითობის თეორია აღწერს, თუ როგორ ფართოვდება სივრცის თითოეული რეგიონი, მაგრამ არაფერს ამბობს ზომასა და ფორმაზე. კოსმოლოგები ზოგჯერ ამტკიცებენ, რომ სამყარო ოდესღაც გრეიფრუტზე დიდი არ იყო, მაგრამ ისინი მხოლოდ მის ნაწილს გულისხმობენ, რომელსაც ახლა შეგვიძლია დავაკვირდეთ.
ანდრომედას ნისლეულის ან სხვა გალაქტიკების ბინადრებს აქვთ საკუთარი დაკვირვებადი სამყარო. ანდრომედას დამკვირვებლებს შეუძლიათ დაინახონ ჩვენთვის მიუწვდომელი გალაქტიკები, უბრალოდ იმიტომ, რომ ისინი ცოტა უფრო ახლოს არიან მათთან; მაგრამ მათ არ შეუძლიათ განიხილონ ის, რასაც ჩვენ განვიხილავთ. მათი დაკვირვებადი სამყარო ასევე გრეიფრუტის ზომის იყო. შეიძლება წარმოვიდგინოთ, რომ ადრეული სამყარო ამ ხილის მტევანს ჰგავდა, რომელიც განუსაზღვრელად იყო გადაჭიმული ყველა მიმართულებით. ასე რომ, მოსაზრება, რომ დიდი აფეთქება იყო "პატარა" არასწორია. სამყაროს სივრცე შეუზღუდავია. და როგორც არ უნდა შეკუმშო, ასე დარჩება.
სინათლეზე სწრაფი
მცდარი წარმოდგენები ასევე ასოცირდება გაფართოების რაოდენობრივ აღწერასთან. გალაქტიკებს შორის მანძილის ზრდის ტემპი მიჰყვება ამერიკელ ასტრონომ ედვინ ჰაბლის მიერ 1929 წელს გამოვლენილ მარტივ შაბლონს: v გალაქტიკის უკანდახევის სიჩქარე პირდაპირპროპორციულია მის დაშორებასთან d, ან v = Hd. პროპორციულობის H კოეფიციენტს ჰაბლის მუდმივი ეწოდება და განსაზღვრავს სივრცის გაფართოების სიჩქარეს როგორც ჩვენს ირგვლივ, ასევე სამყაროს ნებისმიერი დამკვირვებლის გარშემო.
ზოგი დაბნეულია იმით, რომ ყველა გალაქტიკა არ ემორჩილება ჰაბლის კანონს. ჩვენთან უახლოესი დიდი გალაქტიკა (ანდრომედა) ზოგადად ჩვენკენ მოძრაობს და არა ჩვენგან შორს. არსებობს ასეთი გამონაკლისები, ვინაიდან ჰაბლის კანონი აღწერს მხოლოდ გალაქტიკების საშუალო ქცევას. მაგრამ თითოეულ მათგანს ასევე შეუძლია ჰქონდეს საკუთარი მცირე მოძრაობა, რადგან გალაქტიკების გრავიტაციული გავლენა ერთმანეთზე, მაგალითად, ჩვენი გალაქტიკისა და ანდრომედას მსგავსად. შორეულ გალაქტიკებს ასევე აქვთ მცირე ქაოტური სიჩქარეები, მაგრამ ჩვენგან დიდ მანძილზე (d-ის დიდი მნიშვნელობისთვის) ეს შემთხვევითი სიჩქარე უმნიშვნელოდ მცირეა დიდი უკანდახევის სიჩქარის ფონზე (v). ამიტომ, შორეული გალაქტიკებისთვის, ჰაბლის კანონი სრულდება მაღალი სიზუსტით.
ჰაბლის კანონის თანახმად, სამყარო მუდმივი ტემპით არ ფართოვდება. ზოგიერთი გალაქტიკა ჩვენგან შორდება 1 ათასი კმ/წმ სიჩქარით, ზოგი კი ორჯერ შორს 2 ათასი კმ/წმ სიჩქარით და ა.შ. ამრიგად, ჰაბლის კანონი მიუთითებს, რომ გარკვეული მანძილიდან დაწყებული, რომელსაც ჰაბლის მანძილი ეწოდება, გალაქტიკები შორდებიან სუპერნათური სიჩქარით. ჰაბლის მუდმივის გაზომილი მნიშვნელობისთვის ეს მანძილი დაახლოებით 14 მილიარდი სინათლის წელია.
მაგრამ განა აინშტაინის სპეციალური ფარდობითობის თეორია არ ამბობს, რომ არცერთ ობიექტს არ შეუძლია სინათლის სიჩქარეზე სწრაფად გადაადგილება? ამ კითხვამ შეაშფოთა სტუდენტების მრავალი თაობა. და პასუხი არის ის, რომ ფარდობითობის სპეციალური თეორია გამოიყენება მხოლოდ "ნორმალურ" სიჩქარეებზე - სივრცეში მოძრაობაზე. ჰაბლის კანონი ეხება ამოღების სიჩქარეს, რომელიც გამოწვეულია თავად სივრცის გაფართოებით და არა სივრცეში მოძრაობით. ფარდობითობის ზოგადი თეორიის ეს ეფექტი არ ექვემდებარება ფარდობითობის სპეციალურ თეორიას. სინათლის სიჩქარეზე მეტი მოცილების სიჩქარის არსებობა არანაირად არ არღვევს ფარდობითობის კერძო თეორიას. მაინც მართალია, რომ სინათლის სხივს ვერავინ მიაღწევს.
შეუძლიათ გალაქტიკებს გადადგეს სინათლის სიჩქარეზე მაღალი სიჩქარით?
არასწორიაინშტაინის ფარდობითობის სპეციალური თეორია ამას კრძალავს. განვიხილოთ სივრცის რეგიონი, რომელიც შეიცავს რამდენიმე გალაქტიკას. მისი გაფართოების გამო გალაქტიკები შორდებიან ჩვენგან. რაც უფრო შორს არის გალაქტიკა, მით მეტია მისი სიჩქარე (წითელი ისრები). თუ სინათლის სიჩქარე არის ლიმიტი, მაშინ ამოღების სიჩქარე საბოლოოდ უნდა გახდეს მუდმივი.
უფლება: რა თქმა უნდა, შეუძლიათ. ფარდობითობის კერძო თეორია არ ითვალისწინებს ამოღების სიჩქარეს. ამოღების სიჩქარე უსასრულოდ იზრდება მანძილით. გარკვეული მანძილის მიღმა, რომელსაც ჰაბლის მანძილი ეწოდება, ის აღემატება სინათლის სიჩქარეს. ეს არ არის ფარდობითობის თეორიის დარღვევა, რადგან ამოღება გამოწვეულია არა სივრცეში მოძრაობით, არამედ თავად სივრცის გაფართოებით.
შესაძლებელია თუ არა გალაქტიკების დანახვა, რომლებიც სინათლეზე უფრო სწრაფად ბრუნდებიან?
არასწორი: Რათქმაუნდა არა. ასეთი გალაქტიკების სინათლე მათთან ერთად მოგზაურობს. დაე, გალაქტიკა იყოს ჰაბლის მანძილის (სფეროს) მიღმა, ე.ი. სინათლის სიჩქარეზე უფრო სწრაფად შორდება ჩვენგან. ის ასხივებს ფოტონს (მონიშნულია ყვითლად). როგორც ფოტონი დაფრინავს სივრცეში, თავად სივრცე ფართოვდება. მანძილი დედამიწამდე იზრდება უფრო სწრაფად, ვიდრე ფოტონი მოგზაურობს. ის ჩვენამდე ვერასდროს მოვა.
უფლება: რა თქმა უნდა, შეგიძლიათ, რადგან გაფართოების ტემპი დროთა განმავლობაში იცვლება. თავდაპირველად, ფოტონი ფაქტობრივად აფეთქდა გაფართოების შედეგად. თუმცა, ჰაბლის მანძილი არ არის მუდმივი: ის იზრდება და საბოლოოდ ფოტონი შეიძლება მოხვდეს ჰაბლის სფეროში. როგორც კი ეს მოხდება, ფოტონი უფრო სწრაფად იმოგზაურებს ვიდრე დედამიწა შორდება და ის შეძლებს ჩვენამდე მიღწევას.
ფოტონის გაჭიმვა
პირველი დაკვირვებები, რომლებიც აჩვენებენ, რომ სამყარო ფართოვდება, გაკეთდა 1910-1930 წლებში. ლაბორატორიაში ატომები ასხივებენ და შთანთქავენ სინათლეს ყოველთვის გარკვეულ ტალღის სიგრძეზე. იგივე შეინიშნება შორეული გალაქტიკების სპექტრებში, ოღონდ გრძელი ტალღის რეგიონისკენ გადაადგილებით. ასტრონომები ამბობენ, რომ გალაქტიკის რადიაცია წითელშია გადანაცვლებული. ახსნა მარტივია: სივრცე ფართოვდება, სინათლის ტალღა იჭიმება და შესაბამისად სუსტდება. თუ იმ დროის განმავლობაში, როცა სინათლის ტალღამ ჩვენამდე მოაღწია, სამყარო გაორმაგდა, მაშინ ტალღის სიგრძე გაორმაგდა და მისი ენერგია ნახევარით შესუსტდა.
დაღლილობის ჰიპოთეზა
ყოველთვის, როცა Scientific American აქვეყნებს სტატიას კოსმოლოგიაზე, ბევრი მკითხველი გვწერს, რომ მათი აზრით გალაქტიკები ნამდვილად არ შორდებიან ჩვენგან და რომ სივრცის გაფართოება ილუზიაა. მათ მიაჩნიათ, რომ გალაქტიკების სპექტრებში წითელი გადაადგილება გამოწვეულია გრძელი მოგზაურობით გამოწვეული რაღაც „დაღლილობის“ გამო. ზოგიერთი უცნობი პროცესი იწვევს სინათლეს, რომელიც ვრცელდება სივრცეში, კარგავს ენერგიას და, შესაბამისად, წითლდება.
ეს ჰიპოთეზა ნახევარ საუკუნეზე მეტია და ერთი შეხედვით გონივრული ჩანს. მაგრამ ეს სრულიად შეუსაბამოა დაკვირვებებთან. მაგალითად, როდესაც ვარსკვლავი აფეთქდება, როგორც სუპერნოვა, ის იფეთქებს და შემდეგ ბნელდება. მთელ პროცესს დაახლოებით ორი კვირა სჭირდება იმ ტიპის სუპერნოვას, რომელსაც ასტრონომები იყენებენ გალაქტიკებამდე მანძილის დასადგენად. დროის ამ პერიოდში სუპერნოვა ასხივებს ფოტონების ნაკადს. მსუბუქი დაღლილობის ჰიპოთეზა ამბობს, რომ ფოტონები დაკარგავენ ენერგიას მოგზაურობის დროს, მაგრამ დამკვირვებელი მაინც მიიღებს ფოტონების ნაკადს, რომელიც გრძელდება ორი კვირა.
თუმცა, სივრცის გაფართოებისას, არა მხოლოდ თავად ფოტონები იჭიმება (და შესაბამისად კარგავენ ენერგიას), არამედ მათი ნაკადიც იჭიმება. ამიტომ, ყველა ფოტონს დედამიწამდე მისვლას ორ კვირაზე მეტი სჭირდება. დაკვირვებები ადასტურებს ამ ეფექტს. სუპერნოვას აფეთქება გალაქტიკაში 0,5 წითელ გადანაცვლებით შეინიშნება სამი კვირის განმავლობაში, ხოლო გალაქტიკაში წითელში 1 - თვეში.
სინათლის დაღლილობის ჰიპოთეზა ასევე ეწინააღმდეგება CMB სპექტრის დაკვირვებებს და შორეული გალაქტიკების ზედაპირის სიკაშკაშეს. დროა მოისვენოთ „დაღლილი შუქი“ (ჩარლზ ლაინვივერი და თამარა დევისი).
სუპერნოვა, ისევე როგორც ეს გალაქტიკათა ქალწულის გროვაში, ეხმარება კოსმოსური გაფართოების გაზომვას. მათი დაკვირვებადი თვისებები გამორიცხავს ალტერნატიულ კოსმოლოგიურ თეორიებს, რომლებშიც სივრცე არ ფართოვდება.
პროცესი შეიძლება აღწერილი იყოს ტემპერატურის მიხედვით. სხეულის მიერ გამოსხივებულ ფოტონებს აქვთ ენერგიის განაწილება, რომელიც ზოგადად ხასიათდება ტემპერატურით, რომელიც მიუთითებს იმაზე, თუ რამდენად ცხელია სხეული. როდესაც ფოტონები მოძრაობენ გაფართოებულ სივრცეში, ისინი კარგავენ ენერგიას და მცირდება მათი ტემპერატურა. ამრიგად, სამყარო გრილდება გაფართოებისას, როგორც შეკუმშული ჰაერი, რომელიც გამოდის სკუბა მყვინთავის ბუშტიდან. მაგალითად, CMB-ს ახლა აქვს დაახლოებით 3 K ტემპერატურა, მაშინ როცა ის დაიბადა დაახლოებით 3000 კ ტემპერატურაზე. მაგრამ მას შემდეგ სამყარო ზომით გაიზარდა 1000-ით, ხოლო ფოტონების ტემპერატურა შემცირდა. იგივე ფაქტორით. შორეულ გალაქტიკებში გაზზე დაკვირვებით, ასტრონომები პირდაპირ ზომავენ ამ გამოსხივების ტემპერატურას შორეულ წარსულში. გაზომვები ადასტურებს, რომ სამყარო დროთა განმავლობაში გრილდება.
ასევე არსებობს გარკვეული წინააღმდეგობები წითელ ცვლასა და სიჩქარეს შორის ურთიერთობაში. გაფართოებით გამოწვეულ წითელ გადაადგილებას ხშირად ერევათ დოპლერის ეფექტით გამოწვეულ უფრო ნაცნობ წითელ ცვლასთან, რომელიც ზოგადად ხმის ტალღებს ახანგრძლივებს ხმის წყაროს ამოღების შემთხვევაში. იგივე ეხება სინათლის ტალღებს, რომლებიც უფრო გრძელი ხდება, როდესაც სინათლის წყარო შორდება სივრცეში.
დოპლერის წითელ ცვლა და კოსმოლოგიური წითელ ცვლა სრულიად განსხვავებული რამ არის და სხვადასხვა ფორმულებით არის აღწერილი. პირველი გამომდინარეობს ფარდობითობის სპეციალური თეორიიდან, რომელიც არ ითვალისწინებს სივრცის გაფართოებას, ხოლო მეორე გამომდინარეობს ფარდობითობის ზოგადი თეორიიდან. ეს ორი ფორმულა თითქმის ერთნაირია ახლომდებარე გალაქტიკებისთვის, მაგრამ განსხვავდება შორეული გალაქტიკებისთვის.
დოპლერის ფორმულის მიხედვით, თუ სივრცეში ობიექტის სიჩქარე უახლოვდება სინათლის სიჩქარეს, მაშინ მისი წითელ გადაწევა მიისწრაფვის უსასრულობისკენ და ტალღის სიგრძე ხდება ძალიან დიდი და, შესაბამისად, დაუკვირვებადი. თუ ეს ასე იყო გალაქტიკებისთვის, მაშინ ცაში ყველაზე შორს ხილული ობიექტები სინათლის სიჩქარეზე შესამჩნევად ნაკლები სიჩქარით დაიხევდნენ. მაგრამ წითელცვლის კოსმოლოგიური ფორმულა სხვა დასკვნამდე მივყავართ. სტანდარტული კოსმოლოგიური მოდელის ფარგლებში, გალაქტიკები წითელ გადაადგილებით დაახლოებით 1,5 (ანუ მათი გამოსხივების მიღებული ტალღის სიგრძე 50%-ით მეტია ლაბორატორიულ მნიშვნელობაზე) სინათლის სიჩქარით შორდებიან. ასტრონომებმა უკვე აღმოაჩინეს დაახლოებით 1000 გალაქტიკა, რომელთა წითელში გადაადგილება 1,5-ზე მეტია. ასე რომ, ჩვენ ვიცით დაახლოებით 1000 ობიექტი, რომელიც შორდება სინათლის სიჩქარეზე უფრო სწრაფად. CMB მოდის კიდევ უფრო დიდი მანძილიდან და აქვს წითელში გადაადგილება დაახლოებით 1000. როდესაც ახალგაზრდა სამყაროს ცხელმა პლაზმა ასხივებდა გამოსხივებას, რომელსაც დღეს ვიღებთ, ის ჩვენგან შორდებოდა სინათლის სიჩქარით თითქმის 50-ჯერ აღემატებოდა.
ადგილზე სირბილი
ძნელი დასაჯერებელია, რომ ჩვენ შეგვიძლია დავინახოთ გალაქტიკები, რომლებიც მოძრაობენ სინათლის სიჩქარეზე უფრო სწრაფად, მაგრამ ეს შესაძლებელია გაფართოების სიჩქარის ცვლილების გამო. წარმოიდგინეთ სინათლის სხივი, რომელიც ჩვენსკენ მოდის ჰაბლის მანძილიდან (14 მილიარდი სინათლის წელი) დიდი მანძილით. ის ჩვენსკენ მოძრაობს სინათლის სიჩქარით მის მდებარეობასთან შედარებით, მაგრამ ჩვენგან უფრო სწრაფად შორდება, ვიდრე სინათლის სიჩქარე. მიუხედავად იმისა, რომ სინათლე ჩვენკენ მიემართება მაქსიმალური სიჩქარით, ის ვერ ახერხებს სივრცის გაფართოებას. ეს ჰგავს ბავშვს, რომელიც ცდილობს ესკალატორზე უკუღმა გარბენას. ფოტონები ჰაბლის მანძილზე მოძრაობენ მაქსიმალური სიჩქარით, რათა დარჩნენ იმავე ადგილას.
შეიძლება ვიფიქროთ, რომ ჰაბლის მანძილიდან უფრო შორს მდებარე შუქი ვერასოდეს მიაღწევს ჩვენამდე და ჩვენ ვერასოდეს დავინახავთ მას. მაგრამ ჰაბლის მანძილი უცვლელი არ რჩება, რადგან ჰაბლის მუდმივი, რომელზეც ის დამოკიდებულია, დროთა განმავლობაში იცვლება. ეს მნიშვნელობა პროპორციულია ორი გალაქტიკის რეცესიის სიჩქარისა, გაყოფილი მათ შორის მანძილით. (გამოთვლებისთვის შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნებისმიერი ორი გალაქტიკა.) სამყაროს მოდელებში, რომლებიც შეესაბამება ასტრონომიულ დაკვირვებებს, მნიშვნელი უფრო სწრაფად იზრდება, ვიდრე მრიცხველი, ამიტომ ჰაბლის მუდმივი მცირდება. ამიტომ ჰაბლის მანძილი იზრდება. და თუ ასეა, სინათლე, რომელიც თავდაპირველად ჩვენამდე არ მოაღწია, შეიძლება საბოლოოდ იყოს ჰაბლის მანძილზე. შემდეგ ფოტონები აღმოჩნდებიან ისეთ რეგიონში, რომელიც სინათლის სიჩქარეზე უფრო ნელა შორდება, რის შემდეგაც ისინი შეძლებენ ჩვენამდე მოხვედრას.
არის თუ არა კოსმოსური წითელი ცვლა ნამდვილად დოპლერის ცვლა?
არასწორი: დიახ, რადგან უკანდახევა გალაქტიკები მოძრაობენ სივრცეში. დოპლერის ეფექტში სინათლის ტალღები იჭიმება (უფრო წითელი ხდება), რადგან მათი წყარო შორდება დამკვირვებელს. სინათლის ტალღის სიგრძე არ იცვლება სივრცეში მოგზაურობისას. დამკვირვებელი იღებს სინათლეს, ზომავს მის წითელ გადაადგილებას და ითვლის გალაქტიკის სიჩქარეს.
უფლებაპასუხი: არა, წითელ გადანაწილებას არაფერი აქვს საერთო დოპლერის ეფექტთან. გალაქტიკა თითქმის სტაციონარულია სივრცეში, ამიტომ ასხივებს ერთი და იგივე ტალღის სიგრძის სინათლეს ყველა მიმართულებით. მოგზაურობის დროს ტალღის სიგრძე უფრო გრძელი ხდება სივრცის გაფართოებასთან ერთად. ამიტომ სინათლე თანდათან წითლდება. დამკვირვებელი იღებს სინათლეს, ზომავს მის წითელ გადაადგილებას და ითვლის გალაქტიკის სიჩქარეს. კოსმოსური წითელი ცვლა განსხვავდება დოპლერის ცვლისგან, რაც დასტურდება დაკვირვებებით.
თუმცა, გალაქტიკას, რომელმაც გამოუშვა შუქი, შეუძლია განაგრძოს გადაადგილება სუპერნათური სიჩქარით. ამრიგად, ჩვენ შეგვიძლია დავაკვირდეთ სინათლეს გალაქტიკებიდან, რომლებიც, როგორც ადრე, ყოველთვის უფრო სწრაფად შორდებიან, ვიდრე სინათლის სიჩქარე. ერთი სიტყვით, ჰაბლის მანძილი არ არის ფიქსირებული და არ გვიჩვენებს დაკვირვებადი სამყაროს საზღვრებს.
და რა აღნიშნავს რეალურად დაკვირვებადი სივრცის საზღვარს? აქაც გარკვეული დაბნეულობაა. თუ სივრცე არ გაფართოვდა, მაშინ ჩვენ შეგვიძლია დავაკვირდეთ ყველაზე შორეულ ობიექტს ახლა ჩვენგან დაახლოებით 14 მილიარდი სინათლის წლის მანძილზე, ე.ი. მანძილი სინათლემ გაიარა დიდი აფეთქების შემდეგ 14 მილიარდი წლის განმავლობაში. მაგრამ სამყაროს გაფართოებასთან ერთად, ფოტონის მიერ გავლილი სივრცე გაფართოვდა მისი მოგზაურობის დროს. მაშასადამე, ამჟამინდელი მანძილი დაკვირვებული ობიექტებიდან ყველაზე შორს არის დაახლოებით სამჯერ მეტი - დაახლოებით 46 მილიარდი სინათლის წელი.
კოსმოლოგები ფიქრობდნენ, რომ ჩვენ ვცხოვრობთ შენელებულ სამყაროში და, შესაბამისად, შეგვიძლია დავაკვირდეთ უფრო და უფრო მეტ გალაქტიკას. თუმცა, აჩქარებულ სამყაროში ჩვენ შემოღობილი ვართ საზღვრით, რომლის მიღმაც ვერასდროს დავინახავთ მიმდინარე მოვლენებს - ეს არის კოსმიური მოვლენათა ჰორიზონტი. თუ გალაქტიკების სინათლე, რომელიც სინათლის სიჩქარეზე უფრო სწრაფად იკლებს ჩვენამდე, მაშინ ჰაბლის მანძილი გაიზრდება. მაგრამ აჩქარებულ სამყაროში მისი ზრდა აკრძალულია. შორეულმა მოვლენამ შეიძლება გამოაგზავნოს სინათლის სხივი ჩვენი მიმართულებით, მაგრამ ეს შუქი სამუდამოდ დარჩება ჰაბლის მანძილის მიღმა გაფართოების აჩქარების გამო.
როგორც ხედავთ, აჩქარებული სამყარო შავ ხვრელს წააგავს, რომელსაც ასევე აქვს მოვლენის ჰორიზონტი, რომლის გარედან სიგნალებს არ ვიღებთ. ჩვენი კოსმოსური მოვლენების ჰორიზონტამდე არსებული მანძილი (16 მილიარდი სინათლის წელი) მთლიანად ჩვენს დაკვირვებად რეგიონშია. გალაქტიკების მიერ გამოსხივებული შუქი, რომლებიც ახლა კოსმოსური მოვლენათა ჰორიზონტის მიღმა არიან, ვერასოდეს მიაღწევს ჩვენამდე, რადგან. მანძილი, რომელიც ახლა შეესაბამება 16 მილიარდ სინათლის წელს, ძალიან სწრაფად გაფართოვდება. ჩვენ შევძლებთ დავინახოთ გალაქტიკებში მომხდარი მოვლენები, სანამ ისინი ჰორიზონტს გადაკვეთდნენ, მაგრამ შემდგომი მოვლენების შესახებ არასოდეს ვიცოდეთ.
სამყაროში ყველაფერი ფართოვდება?
ადამიანები ხშირად ფიქრობენ, რომ თუ სივრცე ფართოვდება, მაშინ მასში ყველაფერიც ფართოვდება. მაგრამ ეს სიმართლეს არ შეესაბამება. გაფართოება, როგორც ასეთი (ანუ ინერციით, აჩქარების ან შენელების გარეშე) არ წარმოქმნის ძალას. ფოტონის ტალღის სიგრძე იზრდება სამყაროს ზრდასთან ერთად, რადგან, ატომებისა და პლანეტებისგან განსხვავებით, ფოტონები არ არის დაკავშირებული ობიექტები, რომელთა ზომები განისაზღვრება ძალების ბალანსით. გაფართოების ცვალებადი ტემპი ნამდვილად შემოაქვს ახალ ძალას წონასწორობაში, მაგრამ მას არ შეუძლია გამოიწვიოს ობიექტების გაფართოება ან შეკუმშვა.
მაგალითად, თუ გრავიტაცია გაძლიერდება, თქვენი ზურგის ტვინი შემცირდება მანამ, სანამ ხერხემლის ელექტრონები არ მიაღწევენ წონასწორობის ახალ პოზიციას, ოდნავ უფრო ახლოს. თქვენი სიმაღლე ოდნავ შემცირდებოდა, მაგრამ შეკუმშვა აქ შეჩერდებოდა. ანალოგიურად, თუ ჩვენ ვცხოვრობდით გრავიტაციით დომინირებულ სამყაროში, როგორც კოსმოლოგების უმეტესობას სჯეროდა რამდენიმე წლის წინ, მაშინ გაფართოება შენელდებოდა და ყველა სხეული დაექვემდებარებოდა მცირე შეკუმშვას, რაც აიძულებს მათ მიაღწიონ უფრო მცირე წონასწორობის ზომას. მაგრამ, მიაღწიეს მას, ისინი აღარ იკუმშებოდნენ.
რამდენად დიდია დაკვირვებადი სამყარო?
არასწორი: სამყარო 14 მილიარდი წლისაა, ამიტომ მის დაკვირვებად ნაწილს უნდა ჰქონდეს 14 მილიარდი სინათლის წლის რადიუსი. განვიხილოთ დაკვირვებული გალაქტიკებიდან ყველაზე შორეული - ის, რომლის ფოტონებიც დიდი აფეთქების შემდეგ დაუყოვნებლივ გამოვიდა, ჩვენამდე მხოლოდ ახლა მოაღწიეს. სინათლის წელიწადი არის ფოტონის მიერ გავლილი მანძილი წელიწადში. ეს ნიშნავს, რომ ფოტონმა გადალახა 14 მილიარდი სინათლის წელი
უფლება: როგორც სივრცე ფართოვდება, დაკვირვებად რეგიონს აქვს 14 მილიარდ სინათლის წელზე მეტი რადიუსი. როგორც ფოტონი მოგზაურობს, სივრცე, რომელსაც ის გადის, ფართოვდება. სანამ ის ჩვენამდე მიაღწევს, მანძილი გალაქტიკამდე, რომელიც გამოუშვა, უფრო მეტი ხდება, ვიდრე უბრალოდ ფრენის დროიდან გამოთვლილი - დაახლოებით სამჯერ მეტი.
ფაქტობრივად, გაფართოება აჩქარებს, რაც გამოწვეულია სუსტი ძალით, რომელიც „აბერავს“ ყველა სხეულს. მაშასადამე, შეკრული ობიექტები ოდნავ უფრო დიდია, ვიდრე ეს იქნებოდა არააჩქარებულ სამყაროში, ვინაიდან ძალთა ბალანსი მიიღწევა მათთან ოდნავ უფრო დიდი ზომით. დედამიწის ზედაპირზე გარე აჩქარება პლანეტის ცენტრიდან არის ცენტრისკენ ნორმალური გრავიტაციული აჩქარების მცირე ნაწილი ($10^(–30)$). თუ ეს აჩქარება მუდმივია, მაშინ ის არ გამოიწვევს დედამიწის გაფართოებას. უბრალოდ, პლანეტა იძენს ოდნავ უფრო დიდ ზომას, ვიდრე ეს იქნებოდა მომგერიებელი ძალის გარეშე.
მაგრამ ყველაფერი შეიცვლება, თუ აჩქარება არ იქნება მუდმივი, როგორც ზოგიერთი კოსმოლოგი თვლის. თუ მოგერიება გაიზრდება, მაშინ ამან შეიძლება საბოლოოდ გამოიწვიოს ყველა სტრუქტურის განადგურება და გამოიწვიოს "დიდი რიპი", რომელიც არ იქნება განპირობებული გაფართოებით ან აჩქარებით, არამედ იმიტომ, რომ აჩქარება იქნება აჩქარებული.
ასევე ფართოვდებიან სამყაროში არსებული ობიექტები?
არასწორი: დიახ. გაფართოება იწვევს სამყაროს და მასში არსებული ყველაფრის გაფართოებას. განვიხილოთ გალაქტიკების გროვა, როგორც ობიექტი. რაც უფრო დიდი ხდება სამყარო, ასევე იზრდება მტევანი. მტევნის საზღვარი (ყვითელი ხაზი) ფართოვდება.
უფლება: არა. სამყარო ფართოვდება, მაგრამ მასთან დაკავშირებული ობიექტები არა. მეზობელი გალაქტიკები ჯერ შორდებიან, მაგრამ საბოლოოდ მათი ურთიერთმიზიდულობა აჭარბებს გაფართოებას. კლასტერი იქმნება ისეთი ზომის, რომელიც შეესაბამება მის წონასწორობას.
რამდენადაც ახალი ზუსტი გაზომვები ეხმარება კოსმოლოგებს გაფართოებისა და აჩქარების უკეთ გააზრებაში, მათ შესაძლოა კიდევ უფრო ფუნდამენტური კითხვები დაუსვან სამყაროს ადრეულ მომენტებსა და უდიდეს მასშტაბებს. რამ გამოიწვია გაფართოება? ბევრი კოსმოლოგი თვლის, რომ დამნაშავეა პროცესი, რომელსაც ეწოდება "ინფლაცია" (bloat), სპეციალური ტიპის აჩქარებული გაფართოება. მაგრამ, ალბათ, ეს მხოლოდ ნაწილობრივი პასუხია: იმისათვის, რომ ის დაიწყოს, როგორც ჩანს, სამყარო უკვე ფართოვდება. და რაც შეეხება უდიდეს მასშტაბებს ჩვენი დაკვირვების მიღმა? სამყაროს სხვადასხვა ნაწილი განსხვავებულად ფართოვდება ისე, რომ ჩვენი სამყარო მხოლოდ მოკრძალებული ინფლაციური ბუშტია გიგანტურ სუპერსამყაროში? Არავინ იცის. მაგრამ ჩვენ ვიმედოვნებთ, რომ დროთა განმავლობაში ჩვენ შევძლებთ სამყაროს გაფართოების პროცესის გაგებას.
ავტორების შესახებ:
ჩარლზ ჰ. ლაინვივერი და თამარა მ. დევისი ავსტრალიის სტრომლოს ობსერვატორიის ასტრონომები არიან. 1990-იანი წლების დასაწყისში ბერკლის კალიფორნიის უნივერსიტეტში, ლაინვივერი იყო მეცნიერთა ჯგუფის ნაწილი, რომლებმაც აღმოაჩინეს CMB-ის რყევები COBE თანამგზავრის გამოყენებით. მან დაიცვა დისერტაცია არა მხოლოდ ასტროფიზიკის, არამედ ისტორიასა და ინგლისურ ლიტერატურაში. დევისი მუშაობს სუპერნოვას/აჩქარების ზონდის კოსმოსური ობსერვატორიის მშენებლობაზე.
შენიშვნები სტატიაზე "დიდი აფეთქების პარადოქსები"
პროფესორი ზასოვი ანატოლი ვლადიმროვიჩი, ფიზ. მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის ფაკულტეტი: ყველა გაუგებრობა, რომელთანაც სტატიის ავტორები ამტკიცებენ, დაკავშირებულია იმ ფაქტთან, რომ სიცხადისთვის ისინი ყველაზე ხშირად განიხილავენ სამყაროს შეზღუდული მოცულობის გაფართოებას ხისტი საცნობარო ჩარჩოში (უფრო მეტიც, საკმარისად მცირე ფართობის გაფართოება, რომ არ იყოს გათვალისწინებული დროის სხვაობა დედამიწაზე და შორეულ გალაქტიკებზე დედამიწის საცნობარო სისტემაში). აქედან მომდინარეობს იდეა როგორც აფეთქების, ასევე დოპლერის ცვლის შესახებ და ფართოდ გავრცელებული დაბნეულობა მოძრაობის სიჩქარეებთან. ავტორები, მეორეს მხრივ, წერენ და წერენ სწორად, თუ როგორ გამოიყურება ყველაფერი არაინერციულ (მოძრავი) კოორდინატულ სისტემაში, რომელშიც ჩვეულებრივ მუშაობენ კოსმოლოგები, თუმცა სტატიაში ეს პირდაპირ არ არის ნათქვამი (პრინციპში, ყველა მანძილი და სიჩქარე დამოკიდებულია საცნობარო ჩარჩოს არჩევაზე და აქ ყოველთვის არის გარკვეული თვითნებობა). ერთადერთი, რაც ნათლად არ არის დაწერილი, არის ის, რომ არ არის განსაზღვრული, რას ნიშნავს მანძილი გაფართოებულ სამყაროში. ჯერ ავტორები ამბობენ, რომ ეს გამრავლების დროზე გამრავლებული სინათლის სიჩქარეა, შემდეგ კი ნათქვამია, რომ ასევე აუცილებელია გავითვალისწინოთ ის გაფართოება, რომელმაც გალაქტიკა კიდევ უფრო ამოიღო, სანამ სინათლე გზაში იყო. ამრიგად, მანძილი უკვე გაგებულია, როგორც სინათლის სიჩქარე, გამრავლებული გამრავლების დროზე, რომელიც დასჭირდება, თუ გალაქტიკა შეწყვეტს უკან დახევას და ახლა ასხივებს შუქს. სინამდვილეში, ყველაფერი უფრო რთულია. მანძილი არის მოდელზე დამოკიდებული სიდიდე და მისი მიღება შეუძლებელია უშუალოდ დაკვირვების შედეგად, ამიტომ კოსმოლოგები კარგად აკეთებენ მის გარეშე და ანაცვლებენ მას წითელ ცვლით. მაგრამ ალბათ უფრო მკაცრი მიდგომა აქ შეუსაბამოა.
ბუნების ირონია ის არის, რომ სამყაროში ენერგიის ყველაზე უხვი ფორმა ასევე ყველაზე იდუმალია. სამყაროს დაჩქარებული გაფართოების განსაცვიფრებელი აღმოჩენის შემდეგ, სწრაფად გაჩნდა კონსენსუსის სურათი, რომელიც მიუთითებს იმაზე, რომ კოსმოსის 2/3 არის „ბნელი ენერგიისგან“ - გრავიტაციულად ამაღელვებელი მასალისგან. მაგრამ არის თუ არა მტკიცებულებები საკმარისად ძლიერი ბუნების ეგზოტიკური ახალი კანონების მხარდასაჭერად? იქნებ ამ შედეგებს უფრო მარტივი ასტროფიზიკური ახსნა აქვს?
ამ ჩანაწერის პროტოტიპი ცოტა ხნის წინ გამოქვეყნდა Habr-ის პოპულარულ მეცნიერებათა განყოფილებაში, თუმცა ჩაკეტილი იყო, ამიტომ, ალბათ, ყველა დაინტერესებულმა ვერ მიიღო იგი. ამ ვერსიაში შეტანილია საკმაოდ მნიშვნელოვანი დამატებები, რომლებიც ყველასთვის საინტერესო უნდა იყოს.
ბნელი ენერგიის ისტორია 1998 წელს დაიწყო, როდესაც ორი დამოუკიდებელი გუნდი იკვლევდა შორეულ სუპერნოვას. სამყაროს გაფართოების შენელების სიჩქარის გამოსავლენად.ერთ-ერთმა მათგანმა, სუპერნოვას კოსმოლოგიის პროექტმა, დაიწყო მუშაობა 1988 წელს და მას ხელმძღვანელობდა საულ პერლმუტერი. სხვა, რომელსაც ხელმძღვანელობდა ბრაიან შმიდტი High-z Supernova საძიებო ჯგუფი, შეუერთდა კვლევას 1994 წელს. შედეგმა შოკში ჩააგდო ისინი: სამყარო დიდი ხნის განმავლობაში იმყოფებოდა დაჩქარებული გაფართოების რეჟიმში.
დეტექტივების მსგავსად, კოსმოლოგები მთელ მსოფლიოში აგროვებდნენ დოსიეებს ბრალდებულებზე, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან აჩქარებაზე. მისი განსაკუთრებული თვისებები: გრავიტაციულად ამაღელვებელი, ხელს უშლის გალაქტიკების წარმოქმნას (მატერიის დაგროვება გალაქტიკებად), ვლინდება სივრცე-დროის გაჭიმვაში. ბრალდებულის მეტსახელია „ბნელი ენერგია“. ბევრი თეორეტიკოსი ვარაუდობს, რომ ბრალდებული არის კოსმოლოგიური მუდმივი. ის ნამდვილად ერგება დაჩქარებული გაფართოების სცენარს. მაგრამ იყო თუ არა საკმარისი მტკიცებულება ბნელი ენერგიის სრულად იდენტიფიცირებისთვის კოსმოლოგიურ მუდმივთან?
გრავიტაციულად ამაღელვებელი ბნელი ენერგიის არსებობა ფუნდამენტურ ფიზიკაზე დრამატულ გავლენას მოახდენს. ყველაზე კონსერვატიული ვარაუდი იყო, რომ სამყარო სავსეა ნულოვანი წერტილიანი კვანტური ენერგიის ერთგვაროვანი ზღვით ან ახალი ნაწილაკების კონდენსატით, რომელთა მასა არის $((10)^(39))$-ჯერ ნაკლები ელექტრონზე. ზოგიერთი მკვლევარი ასევე ვარაუდობს ფარდობითობის ზოგადი თეორიის შეცვლის აუცილებლობას, კერძოდ, ახალი შორ მანძილზე ძალების, რომლებიც ასუსტებენ გრავიტაციის ეფექტს. მაგრამ ყველაზე კონსერვატიულ წინადადებებსაც კი სერიოზული ხარვეზები ჰქონდა. მაგალითად, ნულოვანი წერტილის რხევების ენერგიის სიმკვრივე აღმოჩნდა 120 წარმოუდგენელი ბრძანებით ნაკლები, ვიდრე თეორიული პროგნოზები. ამ უკიდურესი ვარაუდების თვალსაზრისით, უფრო ბუნებრივი ჩანდა გამოსავლის ძებნა ტრადიციული ასტროფიზიკური კონცეფციების ფარგლებში: გალაქტიკათშორისი მტვერი (მასზე ფოტონების გაფანტვა და ფოტონის ნაკადის შედეგად შესუსტება) ან განსხვავება ახალს და ძველი სუპერნოვა. ამ შესაძლებლობას დაუჭირა მხარი ღამით გაღვიძებულმა კოსმოლოგებმა.
S. Perlmutter-ის, B. Schmidt-ისა და A. Riess-ის მიერ ჩატარებულმა სუპერნოვაზე დაკვირვებამ და მათმა ანალიზმა ცხადყო, რომ მათი სიკაშკაშის შემცირება მანძილით ბევრად უფრო სწრაფია, ვიდრე მოსალოდნელი იყო, იმ დროს მიღებული კოსმოლოგიური მოდელების მიხედვით. ცოტა ხნის წინ, ეს აღმოჩენა აღინიშნა. ეს დამატებითი გაქრობა ნიშნავს, რომ ზოგიერთი ეფექტური მანძილის დამატება შეესაბამება მოცემულ წითელ გადაადგილებას. მაგრამ ეს, თავის მხრივ, შესაძლებელია მხოლოდ მაშინ, როცა კოსმოლოგიური გაფართოება ხდება აჩქარებით, ე.ი. სიჩქარე, რომლითაც სინათლის წყარო შორდება ჩვენგან, არ მცირდება, მაგრამ დროთა განმავლობაში იზრდება. ახალი ექსპერიმენტების ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელი იყო ის, რომ მათ შესაძლებელი გახადეს არა მხოლოდ დაჩქარებული გაფართოების ფაქტის დადგენა, არამედ მნიშვნელოვანი დასკვნის გაკეთება სამყაროში მატერიის სიმკვრივეში სხვადასხვა კომპონენტის წვლილის შესახებ.
ბოლო დრომდე სუპერნოვა იყო დაჩქარებული გაფართოების ერთადერთი პირდაპირი მტკიცებულება და ბნელი ენერგიის ერთადერთი დამაჯერებელი საყრდენი. კოსმოსური მიკროტალღური ფონის ზუსტი გაზომვები, WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) მონაცემების ჩათვლით, იძლევა ბნელი ენერგიის რეალობის დამოუკიდებელ დადასტურებას. იგივე დაადასტურა კიდევ ორი მძლავრი პროექტის მონაცემებით: გალაქტიკების ფართომასშტაბიანი განაწილება სამყაროში და Sloan Digital Sky Survey (SDSS).
WMAP-ის, SDSS-ის და სხვა წყაროების მონაცემების კომბინაციამ დაადგინა, რომ ბნელი ენერგიის მიერ წარმოქმნილი გრავიტაციული მოგერიება ანელებს სამყაროში მატერიის სუპერმკვრივი რეგიონების კოლაფსს. ბნელი ენერგიის რეალობა მაშინვე გახდა ბევრად უფრო მისაღები.
სივრცის გაფართოება
კოსმოსური გაფართოება აღმოაჩინა ედვინ ჰაბლმა 1920-იანი წლების ბოლოს და, სავარაუდოდ, ჩვენი სამყაროს ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია. ასტრონომიული სხეულები არა მხოლოდ მოძრაობენ მეზობლების გრავიტაციული ურთიერთქმედების გავლენით, არამედ ფართომასშტაბიანი სტრუქტურები კიდევ უფრო იჭიმება კოსმოსური გაფართოებით. პოპულარული ანალოგია ქიშმიშის მოძრაობა ღუმელში ძალიან დიდ ნამცხვრში. ღვეზელის მოახლოებასთან ერთად იზრდება მანძილი ღვეზელში ჩაყრილ ქიშმიშის ნებისმიერ წყვილს შორის. თუ წარმოვიდგენთ, რომ ერთი კონკრეტული ჟესტი წარმოადგენს ჩვენს გალაქტიკას, მაშინ აღმოვაჩენთ, რომ ყველა სხვა ჟესტი (გალაქტიკა) შორდება ჩვენგან ყველა მიმართულებით. ჩვენი სამყარო გაფართოვდა დიდი აფეთქების მიერ შექმნილი ცხელი, მკვრივი კოსმოსური სუპიდან გალაქტიკების და გალაქტიკათა მტევნების გაცილებით ცივ და იშვიათ კრებულში, რომელსაც დღეს ვხედავთ.
შორეულ გალაქტიკებში ვარსკვლავებისა და გაზის გამოსხივებული სინათლე ანალოგიურად იჭიმება და ახანგრძლივებს მის ტალღის სიგრძეს დედამიწაზე მოგზაურობისას. ტალღის სიგრძის ეს ცვლა მოცემულია წითელი გადაადგილებით $z=\left(\lambda_(obs)-\lambda_0\right)/\lambda_0$ სადაც $\lambda_(obs)$ არის სინათლის სიგრძე დედამიწაზე და $\lambda_( 0) $ არის გამოსხივებული სინათლის ტალღის სიგრძე. მაგალითად, წყალბადის ატომში ლიმანის ალფა გადასვლას ახასიათებს $\lambda_0=121,6$ ნანომეტრის ტალღის სიგრძე (ძირითად მდგომარეობაში დაბრუნებისას). ეს გარდამავალი შეიძლება გამოვლინდეს შორეული გალაქტიკების გამოსხივებაში. კერძოდ, ის გამოიყენებოდა რეკორდულად მაღალი წითელცვლის გამოსავლენად: განსაცვიფრებელი z=10 ლიმანის ალფა ხაზით $\lambda_(obs)=1337,6$ ნანომეტრზე. მაგრამ წითელი ცვლა მხოლოდ აღწერს კოსმოსის მასშტაბის ცვლილებას, როგორც სინათლის გამოსხივება და შთანთქმა, და არ გვაწვდის პირდაპირ ინფორმაციას ემიტერამდე მანძილის ან სამყაროს ასაკის შესახებ, როდესაც შუქი გამოიყოფა. თუ ჩვენ ვიცით მანძილი ობიექტამდე და წითელ გადაადგილება, შეგვიძლია ვეცადოთ მივიღოთ მნიშვნელოვანი ინფორმაცია სამყაროს გაფართოების დინამიკის შესახებ.
სუპერნოვაზე დაკვირვებამ გამოავლინა გრავიტაციულ-საწინააღმდეგო ნივთიერება, რომელიც აკონტროლებს სამყაროს აჩქარებას. ასტრონომები პირველად არ დგანან მატერიის დაკარგული პრობლემის წინაშე. გალაქტიკების მანათობელი მასები გრავიტაციულ მასებზე მნიშვნელოვნად ნაკლები აღმოჩნდა. ამ განსხვავებას ანაზღაურებდა ბნელი მატერია - ცივი არარელატივისტური მატერია, რომელიც ძირითადად, სავარაუდოდ, შედგება ნაწილაკებისგან, რომლებიც სუსტად ურთიერთქმედებენ ატომებთან და სინათლესთან.
თუმცა, დაკვირვებებმა აჩვენა, რომ მატერიის მთლიანი რაოდენობა სამყაროში, ბნელი მატერიის ჩათვლით, არის მთლიანი ენერგიის მხოლოდ 1/3. ეს დაადასტურა მილიონობით გალაქტიკის შესწავლამ 2DF და SDSS პროექტების ფარგლებში. მაგრამ ზოგადი ფარდობითობა პროგნოზირებს, რომ არსებობს ზუსტი კავშირი გაფართოებასა და სამყაროს ენერგეტიკულ შინაარსს შორის. ამიტომ ვიცით, რომ ყველა ფოტონის, ატომისა და ბნელი მატერიის მთლიანი ენერგიის სიმკვრივე უნდა დაემატოს რაღაც კრიტიკულ მნიშვნელობას, რომელიც განისაზღვრება ჰაბლის მუდმივით $H_(0)$: $((\rho)_(crit))=3H_( 0 )^(2)/8\pi\cdot(G)$. დაჭერა არის ის, რაც იქ არ არის, მაგრამ ეს სრულიად სხვა ამბავია.
სივრცე-დროის მასა, ენერგია და გამრუდება პირდაპირ კავშირშია ფარდობითობის ზოგად თეორიაში. მაშასადამე, ერთი ახსნა შეიძლება იყოს ის, რომ უფსკრული კრიტიკულ სიმკვრივესა და დაკვირვებულ მატერიის სიმკვრივეს შორის ივსება გარკვეული ენერგიის სიმკვრივით, რომელიც დაკავშირებულია სივრცის დეფორმაციასთან დიდი მასშტაბებით და შეინიშნება მხოლოდ $c/((H) რიგის მასშტაბებზე. _(0)) \sim 4000\ Mpc$. საბედნიეროდ, სამყაროს გამრუდება შეიძლება განისაზღვროს ზუსტი ICF გაზომვების გამოყენებით. რელიქვია, რომლის წარმოშობა 400000-ია დიდი აფეთქების შემდეგ, ICF არის სრულიად შავი სხეულის გამოსხივება, რომლის წყაროც არის პირველადი პლაზმა. როდესაც სამყარო გაცივდა $3000\K$-ზე ქვემოთ, პლაზმა გამჭვირვალე გახდა ფოტონებისთვის და მათ შეძლეს თავისუფლად გავრცელება სივრცეში. დღეს, თითქმის 15 მილიარდი წლის შემდეგ, ჩვენ ვაკვირდებით ფოტონების თერმულ რეზერვუარს $2,726\K$ ტემპერატურაზე, რაც კოსმოსური გაფართოების გამო წითელ გადაადგილების შედეგია.
ICF-ის მშვენიერი გამოსახულება მიიღეს WMAP თანამგზავრის გამოყენებით, რომელიც აჩვენებს "ცას" ფოტონების ტემპერატურის უმნიშვნელო ცვლილებებს. ეს ვარიაციები, რომელიც ცნობილია როგორც ICF ანიზოტროპია, ასახავს ადრეული სამყაროს სიმკვრივისა და მოძრაობის მცირე ვარიაციებს. ეს ვარიაციები, რომლებიც $((10)^(-5))$ დონეზე ხდება, არის ფართომასშტაბიანი სტრუქტურის (გალაქტიკები, გროვები) თესლი, რომელსაც დღეს ვაკვირდებით.
კოსმოსური მიკროტალღური ფონზე ყველაზე ცივი/ცხელი ლაქები გამოწვეულია ფოტონების გამო, რომლებიც გაიქცნენ გრავიტაციული პოტენციალის ყველაზე მაღალი/დაბალი სიმკვრივის უბნებიდან. ამ რეგიონების ზომები კარგად არის განსაზღვრული პლაზმის ფიზიკის მიერ. როდესაც განვიხილავთ სრულ სამყაროს, ამ ანისოტროპიების აშკარა კუთხის ზომა უნდა იყოს დაახლოებით $((0.5)^(0))$, თუ სამყაროს აქვს საკმარისი გამრუდება ენერგიის უფსკრულის შესავსებად და ორჯერ მეტი კუთხის ზომა სივრცის არარსებობის შემთხვევაში. გამრუდება. ამ გეომეტრიული ეფექტის ვიზუალიზაციის უმარტივესი გზა შემდეგია: წარმოიდგინეთ სამკუთხედი ფიქსირებული ფუძით და გვერდებით (მხოლოდ გვერდებით?) დახატული სხვადასხვა გამრუდების ზედაპირებზე. უნაგირის ზედაპირისთვის/სფერულისთვის შიდა კუთხეები იქნება უფრო მცირე/დიდი ვიდრე იგივე სამკუთხედი, რომელიც დახატულია ბრტყელ ზედაპირზე (ევკლიდეს გეომეტრიით).
1999 წლიდან ჩატარდა მთელი რიგი ექსპერიმენტები (TOCO, MAXIMA, BOOMERANG, WMAP), რომლებმაც აჩვენეს, რომ ICF ლაქებს აქვთ $((1)^(0))$-ის რიგის ზომები. ეს ნიშნავს, რომ სამყაროს გეომეტრია ბრტყელია. დაკარგული ენერგიის პრობლემის თვალსაზრისით, ეს ნიშნავს, რომ სხვა რამ, გარდა მრუდისა, უნდა იყოს პასუხისმგებელი უფსკრულის შევსებაზე. ზოგიერთი კოსმოლოგისთვის ეს შედეგი დეჟა ვუს ჰგავდა. ინფლაცია, ICF-ის პირველყოფილი რყევების წარმოშობის საუკეთესო თეორია, ვარაუდობს, რომ სამყაროს ძალიან ადრეულ პერიოდში განიცადა დაჩქარებული გაფართოების პერიოდი, რომელსაც ამოძრავებდა ნაწილაკი, რომელსაც ეწოდება ინფლატონი. ინფლატონს უნდა გაეწელა ნებისმიერი ფართომასშტაბიანი გამრუდება, რითაც სამყაროს გეომეტრია ბრტყელი ან ევკლიდური გახადა. მტკიცებულება ვარაუდობს ენერგიის ისეთი ფორმის არსებობას, რომელიც ხელს უშლის გალაქტიკების დაგროვებას, რომელიც გრავიტაციულად ამაღელვებელია და შესაძლოა გამოწვეული იყოს ინფლატონის გარდა სხვა ნაწილაკით.
კოსმოსური ჰარმონია
CMB და სუპერნოვას მონაცემები მუდმივად ადასტურებენ, რომ ბნელი ენერგია არის კოსმოსური აჩქარების წყარო. მაგრამ ეს მხოლოდ დასაწყისი იყო. WMAP-ის ზუსტი ICF გაზომვები რადიო, ოპტიკურ და რენტგენის ზონდირებასთან მატერიის ფართომასშტაბიანი განაწილების კომბინაციით, ასტროფიზიკოსებს აქვთ დამატებითი მტკიცებულება სამყაროს გაფართოების აჩქარების სიჩქარის შესახებ. გაირკვა, რომ სამყაროში სიმკვრივისა და დატკეპნის გრავიტაციული პოტენციალის ჭაბურღილები დროთა განმავლობაში დაჭიმული და გათლილი იყო, თითქოს მომგერიებელი გრავიტაციის გავლენის ქვეშ. ეს ეფექტი ცნობილია როგორც ინტეგრალური ეფექტი (Sachs-Wolfe (ISW)). ეს იწვევს კორელაციას ტემპერატურულ ანიზოტროპიას CMB-სა და სამყაროს ფართომასშტაბიან სტრუქტურას შორის. მიუხედავად იმისა, რომ სამყაროს გაციებისას პირველყოფილი პლაზმა გამჭვირვალე გახდა ფოტონებისთვის, ფოტონები დაუბრკოლებლად არ მოძრაობენ. კოსმოსი სავსეა არაერთგვაროვნებით, რომლებიც ძლიერია მცირე დისტანციებზე (სადაც მატერია გროვდება ვარსკვლავებად, გალაქტიკებად და ნისლეულებად) და თანდათან სუსტდება სიგრძის დიდი მასშტაბებით... მათი ფრენისას ფოტონები ცვივა გრავიტაციულ ჭაბურღილებში და გარეთ.
მას შემდეგ, რაც კოსმოსური გამოსხივება პირველად იქნა აღმოჩენილი (დაახლოებით 40 წლის წინ), საქსმა და ვოლფმა აჩვენეს, რომ დროში ცვალებადმა პოტენციალმა უნდა გამოიწვიოს მასში გამავალი ფოტონების ICF-ში ენერგიის ცვლა. ფოტონი ენერგიას იძენს გრავიტაციულ ჭაბურღილში მოხვედრისას და ხარჯავს მას, როცა მისგან გამოდის. თუ ამ პროცესის დროს პოტენციალი უფრო ღრმა გახდა, მაშინ ფოტონი მთლიანობაში დაკარგავს ენერგიას. თუ პოტენციალი მცირდება, ფოტონი ენერგიას მიიღებს.
სამყაროში, სადაც მთლიანი კრიტიკული სიმკვრივე იქმნება მხოლოდ ატომებისა და ბნელი მატერიის მიერ, სუსტი გრავიტაციული პოტენციალი ძალიან დიდ სივრცულ მასშტაბებზე (რაც შეესაბამება მატერიის ნაზი სიმკვრივის ტალღებს) ძალიან ნელა ვითარდება, რომ შესამჩნევი კვალი დატოვოს ICF ფოტონებზე. უფრო მკვრივი რეგიონები უბრალოდ იჭერს მიმდებარე მატერიას იმავე სიჩქარით, როგორც კოსმოსური გაფართოება ახანგრძლივებს ტალღებს, რის გამოც პოტენციალი უცვლელი რჩება. თუმცა, ბნელი ენერგიის გამო სამყაროს უფრო სწრაფი გაფართოებით, მატერიის აკრეცია ვერ გაუწევს კონკურენციას გაჭიმვას. ეფექტურად ირკვევა, რომ გრავიტაციული კოლაფსი ანელებს ამაღელვებელი ბნელი მატერიით. შესაბამისად, გრავიტაციული პოტენციალი ბრტყელდება და ფოტონები იძენენ ენერგიას ამ რეგიონებში გავლისას. ანალოგიურად, ფოტონები კარგავენ ენერგიას, როდესაც ისინი გადიან დაბალი სიმკვრივის ადგილებში. (არა ტრივიალური!)
უარყოფითი წნევა
კოსმოსური აჩქარების ყველაზე დიდი საიდუმლო ის კი არ არის, რომ ის ვარაუდობს, რომ ჩვენ ვერ ვხედავთ ნივთიერების 2/3-ს, რომელიც ავსებს სამყაროს, არამედ ის, რომ მატერიის არსებობას გრავიტაციული მოგერიებით აკისრებს. ბნელი ენერგიის ამ უცნაური თვისების გასათვალისწინებლად სასარგებლოა $w=((p)_(მუქი))/((\rho )_(მუქი))$. ეს გამოთქმა წააგავს გაზის მდგომარეობის განტოლებას. ფარდობითობის ზოგად თეორიაში, კოსმოსური გაფართოების ცვლილების სიჩქარე პროპორციულია $-\left(((\rho)_(სულ))+3((p)_(სულ)) \მარჯვნივ)$. დაჩქარებული გაფართოებისთვის, ეს მნიშვნელობა დადებითი უნდა იყოს. ვინაიდან $((\rho )_(სულ))$ დადებითია, ხოლო ჩვეულებრივი და ბნელი მატერიის საშუალო წნევა უმნიშვნელოა (რადგან ის ცივი და არარელატივისტურია), ჩვენ მივდივართ მოთხოვნამდე $3w\ჯერ ((\ rho )_(მუქი))+((\rho)_(სულ))
რატომ მოქმედებს წნევა სამყაროს გაფართოებაზე? აინშტაინმა აჩვენა, რომ მატერია და ენერგია ახშობენ სივრცე-დროს. ამრიგად, ცხელი გაზისთვის, მისი ატომების კინეტიკური ენერგია ხელს უწყობს მათ გრავიტაციულ ძალებს, რაც იზომება შორეული სხეულების აჩქარების გაზომვით. თუმცა, ძალები, რომლებიც საჭიროა გაზის შეკავებისთვის ან იზოლაციისთვის, მოქმედებს ამ ჭარბი წნევის წინააღმდეგ. სამყარო, მეორე მხრივ, არც იზოლირებულია და არც შეზღუდული. ცხელი გაზით სავსე სივრცის გაფართოება უფრო ნელი იქნება (თვითმიზიდულობის გამო), ვიდრე ცივი გაზით სავსე სამყაროს გაფართოება. იგივე ლოგიკით, საშუალო უარყოფითი წნევით, $((\rho )_(სულ))+3p
უარყოფითი წნევა იშვიათი არაა. წყლის წნევა ზოგიერთ მაღალ ხეზე ხდება უარყოფითი, რადგან კვება მაღლა მოძრაობს მათ სისხლძარღვთა სისტემაში. ერთგვაროვან ელექტრულ ან მაგნიტურ ველში ასევე შეიძლება მოიძებნოს კონფიგურაციები უარყოფითი წნევით. ამ შემთხვევებში, წნევა არის გაჭიმული ზამბარის მსგავსი შინაგანი ძალებით გამოწვეული დაძაბულობის ქვეშ. მიკროსკოპულ დონეზე, ჰიგსის ბოზონების რეზერვუარი (ჰიპოთეტური ნაწილაკები, რომლებიც წარმოქმნიან ნაწილაკების მასას სტანდარტულ მოდელში) ქმნის უარყოფით წნევას, როდესაც მისი თერმული ან კინეტიკური აგზნება მცირეა. მართლაც, ინფლატონი შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც ჰიგსის ბოზონის მძიმე ვერსია. ბნელი ენერგიის ერთ-ერთი შემოთავაზებული ვერსია, კვინტესენცია, შეიძლება იყოს ჰიგსის უფრო მსუბუქი ვერსია.
პრინციპში, სამყაროში წნევის ქვედა ზღვარი არ არსებობს. მიუხედავად იმისა, რომ უცნაური რამ ხდება, თუ $w$ დაეცემა $-1.$-ზე ნაკლებ მნიშვნელობაზე, ასეთი მასალის იზოლირებულ ნაწილებს შეიძლება ჰქონდეს უარყოფითი მასა. ....მაგრამ ერთი რამ ცხადია. ასეთი ძლიერი უარყოფითი წნევა არ არის ნორმალური ნაწილაკებისთვის და ფარდობითობის ზოგადი ველებისთვის. მრავალრიცხოვანი დაკვირვებები იწვევს ბნელი ენერგიის პარამეტრების უფრო ვიწრო დიაპაზონს, ვიდრე ზემოთ მოყვანილი ზოგადი მსჯელობიდან გამომდინარე.
სხვადასხვა თეორიული მოდელების პროგნოზების ერთობლიობა და საუკეთესო დაკვირვებები CMB-ზე, ფართომასშტაბიან სტრუქტურებსა და სუპერნოვაზე იძლევა $$\Omega_(მუქი)= 0.728^(+0.015)_(-0.016)$$$$w= -0.980\ pm0.053 $ $
ბნელი ენერგიის მოკლე ისტორია
ბნელი ენერგია, ან მსგავსი რამ, კოსმოლოგიის ისტორიაში არაერთხელ გაჩნდა. პანდორას ყუთი გახსნა აინშტაინმა, რომელმაც გრავიტაციული ველი შემოიტანა თავის განტოლებებში. კოსმოსური გაფართოება იმ დროს ჯერ კიდევ არ იყო აღმოჩენილი და განტოლებები სწორად „ვარაუდობდნენ“, რომ მატერიის შემცველი სამყარო არ შეიძლებოდა იყოს სტატიკური მათემატიკური დამატების გარეშე - კოსმოლოგიური მუდმივი, რომელიც ჩვეულებრივ აღინიშნება $\Lambda$-ით. ეფექტი უდრის სამყაროს შევსებას უარყოფითი ენერგიის ზღვით, რომელშიც მოძრაობენ ვარსკვლავები და ნისლეულები. გაფართოების აღმოჩენამ აღმოფხვრა თეორიის ამ ad hoc დამატების აუცილებლობა.
მომდევნო ათწლეულებში სასოწარკვეთილმა თეორეტიკოსებმა პერიოდულად შემოიტანეს $\Lambda$ ახალი ასტრონომიული ფენომენების ახსნის მცდელობაში. ეს დაბრუნება ყოველთვის ხანმოკლე იყო და ჩვეულებრივ მთავრდებოდა აღმოჩენების უფრო დამაჯერებელი ახსნა-განმარტებით. თუმცა, 1960-იანი წლებიდან გაჩნდა იდეა, რომ ყველა ნაწილაკისა და ველის ვაკუუმური (ნულოვანი) ენერგია აუცილებლად უნდა წარმოქმნას $\Lambda$-ის მსგავსი ტერმინი. გარდა ამისა, არსებობს საფუძველი იმის დასაჯერებლად, რომ კოსმოლოგიური მუდმივი ბუნებრივად შეიძლება წარმოიშვას სამყაროს ევოლუციის ადრეულ ეტაპებზე.
1980 წელს ჩამოყალიბდა ინფლაციის თეორია. ამ თეორიაში ადრეულმა სამყარომ განიცადა დაჩქარებული ექსპონენციური გაფართოების პერიოდი. გაფართოება განპირობებული იყო ახალი ნაწილაკით გამოწვეული უარყოფითი წნევით - . ინფლატონი ძალიან წარმატებული აღმოჩნდა. მან ბევრი დაუშვა. ეს პარადოქსები მოიცავს ჰორიზონტისა და სამყაროს სიბრტყის პრობლემებს. თეორიის პროგნოზები კარგად ეთანხმებოდა სხვადასხვა კოსმოლოგიურ დაკვირვებებს.
ბნელი ენერგია და სამყაროს მომავალი
ბნელი ენერგიის აღმოჩენით, იდეები იმის შესახებ, თუ როგორი შეიძლება იყოს ჩვენი სამყაროს შორეული მომავალი, მკვეთრად შეიცვალა. ამ აღმოჩენამდე მომავლის საკითხი ცალსახად იყო დაკავშირებული სამგანზომილებიანი სივრცის გამრუდების საკითხთან. თუ, როგორც ბევრს ადრე სჯეროდა, სივრცის გამრუდება 2/3-ით განსაზღვრავდა სამყაროს გაფართოების ამჟამინდელ ტემპს და არ არსებობდა ბნელი ენერგია, მაშინ სამყარო გაფართოვდებოდა განუსაზღვრელი ვადით, თანდათან შენელდებოდა. ახლა ნათელია, რომ მომავალი განისაზღვრება ბნელი ენერგიის თვისებებით.
ვინაიდან ჩვენ ახლა ცუდად ვიცნობთ ამ თვისებებს, მომავლის პროგნოზირება ჯერ არ შეგვიძლია. თქვენ შეგიძლიათ მხოლოდ განიხილოთ სხვადასხვა ვარიანტები. ძნელია იმის თქმა, თუ რა ხდება თეორიებში ახალი გრავიტაციით, მაგრამ არის შესაძლებლობა განიხილოს სხვა სცენარები ახლავე. თუ ბნელი ენერგია დროში მუდმივია, როგორც ეს ვაკუუმური ენერგიის შემთხვევაშია, მაშინ სამყარო ყოველთვის განიცდის აჩქარებულ გაფართოებას. გალაქტიკების უმეტესობა საბოლოოდ დაშორდება ჩვენს გალაქტიკას უზარმაზარი მანძილით და ჩვენი გალაქტიკა, რამდენიმე მეზობლთან ერთად, აღმოჩნდება კუნძული სიცარიელეში. თუ ბნელი ენერგია არის კვინტესენცია, მაშინ შორეულ მომავალში დაჩქარებული გაფართოება შეიძლება შეჩერდეს და შეიცვალოს შეკუმშვითაც კი. ამ უკანასკნელ შემთხვევაში, სამყარო დაუბრუნდება მდგომარეობას ცხელი და მკვრივი მატერიით, იქნება "დიდი აფეთქება საპირისპიროდ", უკან დროში.
ჩვენი სამყაროს ენერგეტიკული ბიუჯეტი. ყურადღება უნდა მიაქციოთ იმ ფაქტს, რომ ნაცნობი მატერიის წილი (პლანეტები, ვარსკვლავები, მთელი სამყარო ჩვენს ირგვლივ) მხოლოდ 4 პროცენტია, დანარჩენი კი ენერგიის „ბნელი“ ფორმებია.
კიდევ უფრო დრამატული ბედი ელის სამყაროს, თუ ბნელი ენერგია არის მოჩვენება და ისეთი, რომ მისი ენერგიის სიმკვრივე განუსაზღვრელი დროით იზრდება. სამყაროს გაფართოება უფრო და უფრო სწრაფი იქნება, ის იმდენად აჩქარდება, რომ გალაქტიკები გამოიყვანება გროვებიდან, ვარსკვლავები გალაქტიკებიდან, პლანეტები მზის სისტემიდან. საქმე იქამდე მივა, რომ ელექტრონები დაშორდებიან ატომებს, ატომის ბირთვები კი პროტონებად და ნეიტრონებებად დაიყოფა. იქნება, როგორც ამბობენ, დიდი უფსკრული.
თუმცა, ასეთი სცენარი ნაკლებად სავარაუდოა. სავარაუდოდ, ფანტომის ენერგიის სიმკვრივე შეზღუდული დარჩება. მაგრამ მაშინაც კი, სამყაროს შეუძლია უჩვეულო მომავლის მოლოდინი. ფაქტია, რომ ბევრ თეორიაში ფანტომური ქცევა - ენერგიის სიმკვრივის ზრდა დროთა განმავლობაში - თან ახლავს არასტაბილურობას. ამ შემთხვევაში, სამყაროს ფანტომური ველი გახდება უაღრესად არაერთგვაროვანი, მისი ენერგიის სიმკვრივე სამყაროს სხვადასხვა ნაწილში იქნება განსხვავებული, ზოგიერთი ნაწილი სწრაფად გაფართოვდება და ზოგიერთმა შეიძლება განიცადოს კოლაფსი. ჩვენი გალაქტიკის ბედი დამოკიდებული იქნება იმაზე, თუ რა ზონაში მოხვდება იგი.
თუმცა ეს ყველაფერი კოსმოლოგიური სტანდარტებით შორეულ მომავალს ეხება. მომდევნო 20 მილიარდი წლის განმავლობაში სამყარო იგივე დარჩება, როგორიც ახლაა. ჩვენ გვაქვს დრო, რომ გავიგოთ ბნელი ენერგიის თვისებები და ამით უფრო ზუსტად ვიწინასწარმეტყველოთ მომავალი - და შესაძლოა მასზე გავლენაც კი მოვახდინოთ.
