Big Bang-ul și Originea Universului
Dacă, din curiozitate, luăm o carte de referință sau vreun manual de știință populară, cu siguranță ne vom împiedica de una dintre versiunile teoriei originii Universului - așa-numita Teoria Big Bang. Pe scurt, această teorie poate fi formulată după cum urmează: inițial, toată materia a fost comprimată într-un „punct”, care avea o temperatură neobișnuit de ridicată, iar apoi acest „punct” a explodat cu o forță extraordinară. Ca urmare a exploziei, atomi, substanțe, planete, stele, galaxii și, în cele din urmă, viața s-au format treptat dintr-un nor foarte fierbinte de particule subatomice care se extinde treptat în toate direcțiile. În același timp, Expansiunea Universului continuă și nu se știe cât va continua: poate cândva își va atinge limitele.Există o altă teorie a originii universului. Potrivit acesteia, originea Universului, întregul univers, viața și omul este un act creator rezonabil, realizat de Dumnezeu, Creatorul și omnipotentul, a cărui natură este de neînțeles pentru mintea umană. Materialiștii „convinși” sunt de obicei înclinați să ridiculizeze această teorie, dar din moment ce jumătate din umanitate crede în ea într-o formă sau alta, nu avem dreptul să o trecem în tăcere.
explicând originea universului iar omul dintr-o poziție mecanicistă, interpretând Universul ca un produs al materiei, a cărui dezvoltare este supusă legilor obiective ale naturii, susținătorii raționalismului, de regulă, neagă factorii non-fizici, mai ales când este vorba de existența unor un fel de minte universală sau cosmică, deoarece aceasta este „neștiințifică”. Același lucru științific trebuie considerat și ceea ce poate fi descris cu ajutorul formulelor matematice.
Una dintre cele mai mari probleme cu care se confruntă susținătorii teoriei big bang-ului este tocmai faptul că niciunul dintre scenariile pe care le propun pentru originea universului nu poate fi descris matematic sau fizic. Conform teoriilor de bază Marea explozie, starea inițială a Universului era un punct de dimensiuni infinit de mici, cu densitate infinit de mare și temperatură infinit de ridicată. Cu toate acestea, o astfel de stare depășește limitele logicii matematice și nu poate fi descrisă formal. Deci, în realitate, nu se poate spune nimic cert despre starea inițială a Universului, iar calculele de aici eșuează. Prin urmare, acest stat a primit numele de „fenomen” în rândul oamenilor de știință.Întrucât această barieră nu a fost încă depășită, în publicațiile de divulgare științifică pentru publicul larg, subiectul „fenomenului” este de obicei omis cu totul, iar în publicațiile și publicațiile științifice de specialitate ai căror autori încearcă să facă față cumva acestei probleme matematice, despre se spune că „fenomenul” este inacceptabil din punct de vedere științific. Stephen Hawking, profesor de matematică la Universitatea din Cambridge, și J.F.R. Ellis, profesor de matematică la Universitatea din Cape Town, în cartea sa „The Long Scale of Space-Time Structure” afirmă: dincolo de legile cunoscute ale fizicii”. Atunci trebuie să recunoaștem că în numele fundamentării „fenomenului”, această piatră de temelie Teoria Big Bang, este necesar să admitem posibilitatea utilizării unor metode de cercetare care depășesc sfera fizicii moderne.
„Fenomenul”, ca orice alt punct de plecare al „începutului universului”, care include ceva ce nu poate fi descris pe categorii științifice, rămâne o întrebare deschisă. Cu toate acestea, apare următoarea întrebare: de unde a venit „fenomenul” în sine, cum s-a format? La urma urmei, problema „fenomenului” este doar o parte dintr-o problemă mult mai mare, problema însăși sursei stării inițiale a Universului. Cu alte cuvinte, dacă Universul a fost inițial comprimat într-un punct, atunci ce l-a adus în această stare? Și chiar dacă abandonăm „fenomenul” care provoacă dificultăți teoretice, rămâne încă întrebarea: cum s-a format Universul?
În încercarea de a ocoli această dificultate, unii oameni de știință propun așa-numita teorie a „universului pulsatoriu”. În opinia lor, Universul este infinit, iar și iar, se micșorează până la un punct, apoi se extinde la niște granițe. Un astfel de univers nu are nici început, nici sfârșit, există doar un ciclu de expansiune și un ciclu de contracție. În același timp, autorii ipotezei susțin că Universul a existat întotdeauna, eliminând astfel complet problema „începutului lumii”. Dar adevărul este că nimeni nu a prezentat încă o explicație satisfăcătoare a mecanismului pulsației. De ce pulsează Universul? Care sunt motivele? Fizicianul Steven Weinberg în cartea sa „Primele trei minute” indică faptul că, cu fiecare pulsație următoare din Univers, raportul dintre numărul de fotoni și numărul de nucleoni trebuie să crească inevitabil, ceea ce duce la dispariția noilor pulsații. Weinberg ajunge la concluzia că în acest fel numărul de cicluri de pulsație ale Universului este finit, ceea ce înseamnă că la un moment dat trebuie să se oprească. Prin urmare, „Universul pulsatoriu” are un sfârșit și, prin urmare, are un început...
Și din nou ne confruntăm cu problema începutului. Teoria generală a relativității a lui Einstein creează probleme suplimentare. Principala problemă a acestei teorii este că nu ia în considerare timpul așa cum îl cunoaștem noi. În teoria lui Einstein, timpul și spațiul sunt combinate într-un continuum spațiu-timp cu patru dimensiuni. Este imposibil pentru el să descrie un obiect ca ocupând un anumit loc la un anumit moment. Descrierea relativistă a unui obiect definește poziția sa spațială și temporală ca un întreg unic, întins de la începutul până la sfârșitul existenței obiectului. De exemplu, o persoană ar fi descrisă ca un întreg de-a lungul întregului drum al dezvoltării sale de la embrion până la cadavru. Astfel de construcții sunt numite „viermi spațiu-timp”.
Dar dacă suntem „viermi spațiu-timp”, atunci suntem doar o formă obișnuită a materiei. Faptul că omul este o ființă rațională nu este luat în considerare. Prin definirea omului drept „vierme”, teoria relativității nu ține cont de percepția noastră individuală asupra trecutului, prezentului și viitorului, ci are în vedere o serie de cazuri separate, unite prin existența spațio-temporală. De fapt, știm că existăm doar în azi, în timp ce trecutul există doar în memoria noastră, iar viitorul - în imaginația noastră. Și asta înseamnă că toate conceptele „începutului Universului”, construite pe teoria relativității, nu țin cont de percepția timpului de către conștiința umană. Cu toate acestea, timpul în sine este încă puțin studiat.
Analizând concepte alternative, nemecaniste, ale originii Universului, John Gribbin în cartea sa „Zeii albi” subliniază că în ultimii ani s-a produs o „serie de suișuri și coborâșuri ale imaginației creatoare a gânditorilor, pe care astăzi nu-i mai spunem. chemați fie profeți, fie clarvăzători”. Unul dintre aceste creșteri creative a fost conceptul de „găuri albe” sau quasari, care „scuipă” galaxii întregi în fluxul de materie primară. O altă ipoteză discutată în cosmologie este ideea așa-numitelor tuneluri spațiu-timp, așa-numitele „canale spațiale”. Această idee a fost exprimată pentru prima dată în 1962 de către fizicianul John Wheeler în cartea „Geometrodinamică”, în care cercetătorul a formulat posibilitatea unei călătorii intergalactice extraspațiale, extraordinar de rapide, care, dacă s-ar deplasa cu viteza luminii, ar dura milioane de ani. . Unele versiuni ale conceptului de „canale supradimensionale” iau în considerare posibilitatea de a le folosi pentru a călători în trecut și viitor, precum și în alte universuri și dimensiuni.
Dumnezeu și Big Bang-ul
După cum puteți vedea, teoria „big bang-ului” este atacată din toate părțile, ceea ce provoacă nemulțumiri legitime în rândul oamenilor de știință ortodocși. În același timp, publicațiile științifice din ce în ce mai des întâlnesc recunoașterea indirectă sau directă a existenței unor forțe supranaturale dincolo de controlul științei. Există un număr tot mai mare de oameni de știință, inclusiv matematicieni importanți și fizicieni teoreticieni, care sunt convinși de existența lui Dumnezeu sau a unei Minți superioare. Astfel de oameni de știință includ, de exemplu, câștigătorii Premiului Nobel George Wylde și William McCree. Celebrul om de știință sovietic, doctor în științe, fizician și matematician O.V. Tupitsyn a fost primul om de știință rus care a reușit să demonstreze matematic că Universul, și odată cu el omul, au fost create de o Minte nemăsurat mai puternică decât a noastră, adică de Dumnezeu.Nu se poate argumenta, scrie O. V. Tupitsyn în Caietele sale, că viața, inclusiv viața inteligentă, este întotdeauna un proces strict ordonat. Viața se bazează pe ordine, un sistem de legi prin care materia se mișcă. Moartea este, dimpotrivă, dezordine, haos și, în consecință, distrugerea materiei. Nicio ordine nu este posibilă fără influență din exterior, în plus, influența uneia rezonabile și intenționate - începe imediat procesul de distrugere, ceea ce înseamnă moarte. Fără a înțelege acest lucru și, prin urmare, fără a recunoaște ideea lui Dumnezeu, știința nu va fi niciodată destinată să descopere cauza principală a Universului care a apărut din pra-materie ca urmare a unor procese strict ordonate sau, așa cum le numește fizica, legi fundamentale. . Fundamental - aceasta înseamnă de bază și neschimbătoare, fără de care existența lumii ar fi în general imposibilă.
Cu toate acestea, este foarte dificil pentru o persoană modernă, în special pentru cea crescută în ateism, să-L includă pe Dumnezeu în sistemul viziunii sale asupra lumii - din cauza intuiției nedezvoltate și a lipsei totale a unui concept despre Dumnezeu. Ei bine, atunci trebuie să crezi în big bang...
„La început a fost o explozie. Nu explozia cu care suntem familiarizați pe Pământ și care începe dintr-un anumit centru și apoi se răspândește, captând tot mai mult spațiu, ci o explozie care s-a produs simultan peste tot, umplând tot spațiul de la bun început, cu fiecare particulă de materie care se îndepărtează în fugă. din orice alte particule”. S. Weinberg. Primele trei minute.
O viziune modernă asupra originii universului
Conform conceptelor moderne, Universul pe care îl observăm în prezent a apărut cu 13,77 ± 0,059 miliarde de ani în urmă dintr-o stare singulară inițială și s-a extins și s-a răcit continuu de atunci. Acest moment este considerat a fi momentul nașterii Universului și, prin urmare, este adesea luat drept începutul timpului.
Descoperirea universului în expansiune a fost una dintre răsturnările intelectuale semnificative ale secolului al XX-lea. Acum nu putem decât să ne întrebăm că o astfel de idee nu a apărut mai devreme. Isaac Newton și alți oameni de știință ar fi trebuit să realizeze că universul statistic va începe în curând să se contracte sub influența forțelor gravitaționale. În același timp, credința într-un univers static era atât de mare încât a existat în mintea oamenilor de știință încă de la începutul secolului al XX-lea. Chiar și Einstein, dezvoltând teoria generală a relativității, era sigur de natura statică a Lumii.
Big Bang-ul și recesiunea galaxiilor au fost dovedite datorită unui astfel de fenomen precum efectul Doppler. După ce matematicianul sovietic Alexander Fridman a obținut o soluție generală a ecuațiilor Einstein aplicate la descrierea întregului Univers, s-a constatat că Universul se modifică în timp. Sistemele stelare nu pot fi la distanțe constante unele de altele și trebuie fie să se apropie, fie să se îndepărteze.
De aici rezultă concluzia că Universul trebuie să se extindă sau, dimpotrivă, să se contracte la starea sa inițială. În special, Friedman a prezis necesitatea existenței unei „stare singulare” și, prin urmare, necesitatea unui motiv care a determinat extinderea substanței superdense. Adică, în trecutul îndepărtat, Universul nu era ca cel pe care îl observăm astăzi. Anterior, nu existau corpuri sau sisteme cerești separate. Lumea era aproape omogenă, foarte densă și se extindea rapid. Abia mult mai târziu, din această substanță au apărut stele. Aceasta a fost descoperirea teoretică a unui univers în explozie.
Mai târziu, astronomul Edmine Hubble a confirmat această teorie studiind spectrele galaxiilor. Sistemele stelare și galaxiile sunt unități structurale ale Universului. Sunt observați de la distanțe mari și, prin urmare, studiul mișcărilor lor a devenit baza pentru studierea cinematicii Universului. Viteza de îndepărtare și apropiere a obiectelor poate fi măsurată folosind așa-numitul efect Doppler, conform căruia lungimea de undă a unei surse de lumină care se apropie este mai mică decât cea a uneia care se retrage. Adică, culoarea primei surse va fi deplasată la sfârșitul spectrului violet, iar a doua - la roșu.
Explorând lumina stelelor foarte îndepărtate, astronomii au descoperit că liniile spectrelor lor sunt deplasate spre marginea roșie. Un studiu lung al spectrelor galaxiilor a arătat că aproape toate sistemele stelare se îndepărtează de noi și, cu cât mai departe, cu atât mai repede. Această descoperire a fost un șoc pentru mulți oameni de știință, care credeau că toate galaxiile se mișcă aleatoriu, iar numărul de grupuri de galaxii care se retrag și se apropie este aproximativ același. Mai târziu, astrofizicienii au stabilit că nu stelele și galaxiile se împrăștie, ci grupurile de galaxii în sine.
În același timp, îndepărtarea galaxiilor în interpretarea Doppler a deplasării spre roșu nu este singura dovadă a Big Bang-ului. O confirmare independentă este radiația cosmică de fundal de corp negru - un fundal constant slab de unde radio care vin la noi din spațiu din toate părțile. În 1940, fizicianul Georgy Gamow a prezentat o teorie despre Universul fierbinte, care spunea că la începutul expansiunii Universului, temperatura materiei era foarte ridicată și a scăzut odată cu expansiunea. O altă concluzie a teoriei a fost că în Universul de astăzi ar trebui să existe radiații electromagnetice slabe rămase dintr-o eră de densitate și temperatură ridicată a materiei. Pe măsură ce universul a evoluat, s-a răcit până când radiația s-a transformat într-o rămășiță slabă. Și astăzi, intensitatea acestei radiații cosmice de fond cu microunde este ceea ce ne-am aștepta în vremea noastră de la un Big Bang vizibil slăbit.
Brian Greene, în cartea sa The Fabric of the Cosmos, observă că este greșit să ne gândim la Big Bang ca la o teorie a originii cosmosului. Big Bang-ul este o teorie care descrie evoluția cosmică dintr-o fracțiune de secundă după ce se întâmplă ceva pentru a aduce universul în existență. Această teorie nu spune ce a explodat, cauza singularității sau materia și energia.
Ca urmare a dezvoltării teoriei Big Bang-ului, oamenii de știință au identificat punctul de plecare al expansiunii Universului observabil - singularitatea cosmologică. În acest moment, descrierea corectă din punct de vedere matematic a geometriei spațiului și timpului este încălcată. Termenul de „singularitate” în sine poate fi numit o trăsătură, deoarece starea inițială a materiei era caracterizată de densități absolut excepționale de materie și energie, tinzând spre infinit. Uneori, singularitatea este numită „mingea de foc primordială” în care nici una dintre structurile observate astăzi, nici galaxiile, nici stele, nu ar putea exista. Chiar și atomii trebuiau separați în bucăți sub influența presiunii și temperaturii ridicate.
Ce se întâmplă în zona singularității nu este cunoscut, dar este clar logic că multe legi ale teoriei relativității și ale fizicii cuantice sunt încălcate acolo.
Știind că istoria Universului nostru a început cu o anumită stare singulară, merită să ne punem întrebarea ce a cauzat expansiunea sa. Presiunea uriașă la început nu poate provoca o viteză mare de expansiune a substanței, deoarece datorită omogenității etapei inițiale dispar căderile de presiune, ceea ce poate crea o forță care duce la dilatare. Mai mult, presiunea ridicată crește forțele gravitaționale, încetinind expansiunea spațiului. Cu toate acestea, există proprietăți de vid care, în unele cazuri, au densitate de energie pozitivă, densitate de materie, presiune negativă sau tensiune. Aceasta duce la faptul că constanta cosmologică, o cantitate care caracterizează proprietățile vidului, se poate dovedi a fi atât de mare încât, prin acțiunea sa gravitațională, va eclipsa gravitația materiei fizice obișnuite și va duce la o „împingere” de la care a început expansiunea Universului. Pe baza celor de mai sus, este de remarcat faptul că procesul Big Bang-ului nu poate fi comparat cu explozia unei grenade, când particulele și atomii se nasc și zboară în spațiu, precum fragmentele și gazele. Această analogie este absolut greșită și nu explică cum au apărut spațiul și timpul. În cazul unei bombe, forța care împinge particulele în afară este cauzată de un gradient de presiune în interiorul materiei, în timp ce în Univers materia este omogenă și nu există gradienți de presiune. Datorită valorii mari a presiunii negative, semnul sursei se schimbă și apare antigravitația, ceea ce duce la extinderea lumii. Acesta este ceea ce a provocat Big Bang-ul.
Este important de înțeles că expansiunea spațiului nu afectează dimensiunea obiectelor - stele, galaxii și nebuloase (Fig. 1).
Acest lucru se datorează forțelor gravitaționale care țin galaxiile împreună. Dacă totul s-a extins liber, atunci noi înșine, Fig. 1
casele și planetele noastre s-ar extinde proporțional cu expansiunea spațiului și nu am observa nicio diferență.
De obicei, oamenii de știință combină teoria Big Bang și modelul Universului fierbinte, dar aceste concepte sunt independente și, din punct de vedere istoric, a existat și un concept de Univers inițial rece lângă Big Bang. Astăzi, teoria unui univers timpuriu fierbinte este dovedită de prezența radiației cosmice de fond cu microunde.
Astronomii au găsit alte dovezi care leagă Big Bang-ul de universul timpuriu fierbinte. Timp de aproximativ un minut după explozie, temperatura tânărului Mir a fost mai mare decât în nucleul oricărei stele. Universul a funcționat ca un reactor de fuziune, dar reacțiile s-au oprit când universul s-a răcit și s-a extins. În același timp, a constat din hidrogen și heliu cu mici impurități de litiu. Calculele sunt în acord cu masele de heliu și hidrogen pe care le observăm în timpul nostru.
În spatele misterului singularității cosmice, secretul originii Universului a fost ascuns multă vreme, însă, în anii ’60. au început să apară alte scenarii ale originii Lumii.
Teoria Big Bang a devenit un model cosmologic aproape la fel de larg acceptat ca și rotația Pământului în jurul Soarelui. Conform teoriei, acum aproximativ 14 miliarde de ani, fluctuațiile spontane ale vidului absolut au dus la apariția universului. Ceva comparabil ca dimensiune cu o particulă subatomică sa extins la o dimensiune inimaginabilă într-o fracțiune de secundă. Dar în această teorie există multe probleme pentru care fizicienii se luptă, propunând din ce în ce mai multe ipoteze noi.
Ce este în neregulă cu teoria Big Bang
Din teorie rezultă că toate planetele și stelele s-au format din praful împrăștiat prin spațiu ca urmare a exploziei. Dar ce a precedat este neclar: aici modelul nostru matematic al spațiu-timp nu mai funcționează. Universul a apărut dintr-o stare inițială singulară, căreia nu se poate aplica fizica modernă. De asemenea, teoria nu ia în considerare cauzele apariției singularității sau materia și energia pentru apariția acesteia. Se crede că răspunsul la întrebarea existenței și originii singularității inițiale va fi dat de teoria gravitației cuantice.
Majoritatea modelelor cosmologice prezic că întregul univers este mult mai mare decât partea observabilă - o regiune sferică cu un diametru de aproximativ 90 de miliarde de ani lumină. Vedem doar acea parte a Universului, a cărei lumină a reușit să ajungă pe Pământ în 13,8 miliarde de ani. Dar telescoapele sunt din ce în ce mai bune, descoperim din ce în ce mai multe obiecte îndepărtate și până acum nu există niciun motiv să credem că acest proces se va opri.
De la Big Bang, universul s-a extins într-un ritm accelerat. Cea mai dificilă ghicitoare a fizicii moderne este întrebarea ce cauzează accelerația. Conform ipotezei de lucru, Universul conține o componentă invizibilă numită „energie întunecată”. Teoria Big Bang nu explică dacă Universul se va extinde la infinit și, dacă da, la ce va duce acest lucru - la dispariția lui sau altceva.
Deși mecanica newtoniană a fost înlocuită de fizica relativistă, nu poate fi numit gresit. Cu toate acestea, percepția asupra lumii și modelele de descriere a universului s-au schimbat complet. Teoria Big Bang a prezis o serie de lucruri care nu erau cunoscute înainte. Astfel, dacă o altă teorie îi ia locul, atunci ar trebui să fie similară și să extindă înțelegerea lumii.
Ne vom concentra asupra celor mai interesante teorii care descriu modele alternative Big Bang.
Universul este ca un miraj al unei găuri negre
Universul a apărut din cauza prăbușirii unei stele într-un univers cu patru dimensiuni, cred oamenii de știință de la Institutul Perimetru de Fizică Teoretică. Rezultatele cercetării lor au fost publicate în Scientific American. Niayesh Afshordi, Robert Mann și Razi Pourhasan spun că universul nostru tridimensional a devenit ca un „miraj olografic” atunci când o stea cu patru dimensiuni s-a prăbușit. Spre deosebire de teoria Big Bang, conform căreia Universul a apărut dintr-un spațiu-timp extrem de fierbinte și dens, unde legile standard ale fizicii nu se aplică, noua ipoteză a unui univers cu patru dimensiuni explică atât motivele nașterii, cât și rapiditatea acestuia. expansiune.
Conform scenariului formulat de Afshordi și colegii săi, universul nostru tridimensional este un fel de membrană care plutește printr-un univers și mai mare care există deja în patru dimensiuni. Dacă ar exista stele cu patru dimensiuni în acest spațiu cu patru dimensiuni, ar exploda și ele, la fel ca cele tridimensionale din Universul nostru. Stratul interior ar deveni o gaură neagră, iar stratul exterior ar fi aruncat în spațiu.
În universul nostru, găurile negre sunt înconjurate de o sferă numită orizont de evenimente. Și dacă în spațiul tridimensional această graniță este bidimensională (ca o membrană), apoi într-un univers cu patru dimensiuni, orizontul evenimentelor va fi limitat la o sferă care există în trei dimensiuni. Simulările computerizate ale prăbușirii unei stele cu patru dimensiuni au arătat că orizontul său de evenimente tridimensional se va extinde treptat. Este exact ceea ce observăm, numind creșterea unei membrane 3D expansiunea universului, cred astrofizicienii.
Îngheț mare
O alternativă la Big Bang ar putea fi Big Freeze. O echipă de fizicieni de la Universitatea din Melbourne, condusă de James Kvatch, a prezentat un model pentru nașterea universului, care seamănă mai mult cu un proces gradual de înghețare a energiei amorfe decât cu stropirea și expansiunea acesteia în trei direcții ale spațiului.
Energia fără formă, conform oamenilor de știință, s-a răcit ca apa până la cristalizare, creând cele trei dimensiuni spațiale și una temporală obișnuite.
Teoria Big Freeze pune la îndoială afirmația acceptată în prezent a lui Albert Einstein privind continuitatea și fluiditatea spațiului și timpului. Este posibil ca spațiul să aibă părți constitutive - blocuri de construcție indivizibile, cum ar fi atomi mici sau pixeli în grafica computerizată. Aceste blocuri sunt atât de mici încât nu pot fi observate, totuși, urmând noua teorie, este posibil să se detecteze defecte care ar trebui să refracte fluxurile altor particule. Oamenii de știință au calculat astfel de efecte folosind aparatul matematic, iar acum vor încerca să le detecteze experimental.
Univers fără început sau sfârșit
Ahmed Farag Ali de la Universitatea Benh din Egipt și Sauria Das de la Universitatea din Lethbridge din Canada au venit cu o nouă soluție la problema singularității, renunțând la Big Bang. Ei au adus idei de la celebrul fizician David Bohm la ecuația Friedmann care descrie expansiunea Universului și Big Bang-ul. „Este uimitor că micile ajustări pot rezolva atât de multe probleme”, spune Das.
Modelul rezultat a combinat teoria generală a relativității și teoria cuantică. Nu numai că neagă singularitatea care a precedat Big Bang-ul, dar și împiedică universul să revină la starea inițială în timp. Conform datelor obținute, Universul are o dimensiune finită și o viață infinită. În termeni fizici, modelul descrie Universul umplut cu un fluid cuantic ipotetic, care constă din gravitoni - particule care asigură interacțiunea gravitațională.
Oamenii de știință susțin, de asemenea, că descoperirile lor sunt în concordanță cu măsurători recente ale densității universului.
Inflație haotică nesfârșită
Termenul de „inflație” se referă la expansiunea rapidă a universului, care a avut loc exponențial în primele momente după Big Bang. Prin ea însăși, teoria inflației nu respinge teoria Big Bang-ului, ci doar o interpretează diferit. Această teorie rezolvă câteva probleme fundamentale ale fizicii.
Conform modelului inflaționist, la scurt timp după naștere, universul s-a extins exponențial pentru o perioadă foarte scurtă de timp: dimensiunea sa s-a dublat de multe ori. Oamenii de știință cred că în 10 până la -36 de secunde, universul a crescut în dimensiune de cel puțin 10 până la 30-50 de ori și, posibil, mai mult. La sfârșitul fazei inflaționiste, Universul a fost umplut cu o plasmă superfierbintă de quarci liberi, gluoni, leptoni și cuante de înaltă energie.
Conceptul presupune care există în lume multe universuri izolate cu dispozitiv diferit
Fizicienii au ajuns la concluzia că logica modelului inflaționist nu contrazice ideea unei nașteri multiple constante de noi universuri. Fluctuațiile cuantice - la fel ca cele care au creat lumea noastră - pot apărea în orice cantitate, dacă există condiții adecvate pentru aceasta. Este foarte posibil ca universul nostru să fi ieșit din zona de fluctuație formată în lumea predecesorului. De asemenea, se poate presupune că, cândva și undeva în universul nostru, se va forma o fluctuație care va „exploda” un univers tânăr de un tip complet diferit. Conform acestui model, universurile copil pot înmuguri continuu. În același timp, nu este deloc necesar ca aceleași legi fizice să fie stabilite în noile lumi. Conceptul implică faptul că în lume există multe universuri izolate unele de altele cu structuri diferite.
Teoria ciclică
Paul Steinhardt, unul dintre fizicienii care au pus bazele cosmologiei inflaționiste, a decis să dezvolte în continuare această teorie. Omul de știință care conduce Centrul pentru Fizică Teoretică de la Princeton, împreună cu Neil Turok de la Institutul Perimetru de Fizică Teoretică, au subliniat o teorie alternativă în cartea Endless Universe: Beyond the Big Bang („Universul infinit: dincolo de Big Bang”). Modelul lor se bazează pe o generalizare a teoriei cuantice a superstringurilor cunoscută sub numele de teoria M. Potrivit ei, lumea fizică are 11 dimensiuni - zece spațiale și una temporală. În el „plutesc” spații de dimensiuni mai mici, așa-numitele brane (prescurtare de la „membrană”). Universul nostru este doar una dintre acele brane.
Modelul Steinhardt și Turok afirmă că Big Bang-ul a avut loc ca urmare a ciocnirii branei noastre cu o altă brană - un univers necunoscut. În acest scenariu, coliziunile au loc pe termen nelimitat. Conform ipotezei lui Steinhardt și Turok, o altă brană tridimensională „plutește” lângă brana noastră, separată de o distanță mică. De asemenea, se extinde, se aplatizează și se golește, dar într-un trilion de ani, branele vor începe să convergă și, în cele din urmă, să se ciocnească. În acest caz, o cantitate uriașă de energie, particule și radiații va fi eliberată. Acest cataclism va lansa un alt ciclu de expansiune și răcire a universului. Din modelul lui Steinhardt și Turok, rezultă că aceste cicluri au fost în trecut și cu siguranță se vor repeta în viitor. Cum au început aceste cicluri, teoria tace.
Univers
ca un calculator
O altă ipoteză despre structura universului spune că întreaga noastră lume nu este altceva decât o matrice sau un program de calculator. Ideea că universul este un computer digital a fost propusă pentru prima dată de inginerul german și pionierul computerelor Konrad Zuse în cartea sa Calculating Space. („spațiu de calcul”). Printre cei care au văzut universul ca pe un computer gigant se numără fizicienii Stephen Wolfram și Gerard "t Hooft.
Teoreticienii în fizica digitală sugerează că universul este în esență informație și, prin urmare, computabil. Din aceste ipoteze rezultă că Universul poate fi considerat ca rezultat al unui program de calculator sau al unui dispozitiv de calcul digital. Acest computer ar putea fi, de exemplu, un automat celular gigant sau o mașină Turing universală.
dovezi indirecte natura virtuală a universului numit principiul incertitudinii în mecanica cuantică
Conform teoriei, fiecare obiect și eveniment al lumii fizice provine din a pune întrebări și a înregistra răspunsuri „da” sau „nu”. Adică, în spatele a tot ceea ce ne înconjoară, se află un anumit cod, asemănător codului binar al unui program de calculator. Și suntem un fel de interfață prin care apare accesul la datele „Internetului universal”. O dovadă indirectă a naturii virtuale a Universului se numește principiul incertitudinii în mecanica cuantică: particulele de materie pot exista într-o formă instabilă și sunt „fixate” într-o stare specifică numai atunci când sunt observate.
Un adept al fizicii digitale, John Archibald Wheeler, a scris: „Nu ar fi nerezonabil să ne imaginăm că informația se află în miezul fizicii în același mod ca și în miezul unui computer. Totul din ritm. Cu alte cuvinte, tot ceea ce există - fiecare particulă, fiecare câmp de forță, chiar și continuumul spațiu-timp însuși - își primește funcția, sensul și, în cele din urmă, însăși existența sa.
Marea explozie. Acesta este numele teoriei, sau mai degrabă una dintre teorii, a originii sau, dacă vreți, a creației Universului. Numele, poate, este prea frivol pentru un eveniment atât de înspăimântător și uluitor. Mai ales intimidant dacă ți-ai pus vreodată întrebări foarte dificile despre univers.
De exemplu, dacă universul este tot ceea ce este, cum a început? Și ce s-a întâmplat înainte de asta? Dacă spațiul nu este infinit, atunci ce este dincolo de el? Și în ce anume ar trebui să fie plasat acest ceva? Cum poți înțelege cuvântul „infinit”?
Aceste lucruri sunt greu de înțeles. Mai mult, atunci când începi să te gândești la asta, ai un sentiment ciudat de ceva maiestuos - teribil. Dar întrebările despre univers sunt una dintre cele mai importante întrebări pe care omenirea și-a pus-o de-a lungul istoriei sale.
Materiale conexe:
Fapte interesante despre vedete
Care a fost începutul existenței universului?
Majoritatea oamenilor de știință sunt convinși că începutul existenței universului a fost stabilit de o explozie grandioasă de materie care a avut loc acum aproximativ 15 miliarde de ani. Timp de mulți ani, majoritatea oamenilor de știință au împărtășit ipoteza că începutul universului a fost pus de o explozie uriașă, pe care oamenii de știință au numit-o în glumă „Big Bang”. În opinia lor, toată materia și tot spațiul, care acum este reprezentat de miliarde și milioane de galaxii și stele, acum 15 miliarde de ani se potriveau într-un spațiu minuscul nu mai mare de câteva cuvinte din această propoziție.
Cum s-a format universul?
Oamenii de știință cred că în urmă cu 15 miliarde de ani, acest volum mic a explodat în particule minuscule mai mici decât atomii, dând naștere existenței universului. Inițial, a fost o nebuloasă de particule mici. Mai târziu, când aceste particule au fost combinate, s-au format atomi. Galaxiile stelare s-au format din atomi. De la acel Big Bang, universul a continuat să se extindă ca un balon care se umflă.
Materiale conexe:
Cele mai mari planete din univers
Îndoieli cu privire la teoria Big Bang
Dar în ultimii ani, oamenii de știință care studiază structura universului au făcut câteva descoperiri neașteptate. Unii dintre ei pun la îndoială teoria Big Bang. Ce poți face, lumea noastră nu corespunde întotdeauna ideilor noastre confortabile despre ea.
Distribuția materiei în timpul unei explozii
O problemă este modul în care materia este distribuită în univers. Când un obiect explodează, conținutul său se împrăștie uniform în toate direcțiile. Cu alte cuvinte, dacă materia a fost inițial comprimată într-un volum mic și apoi a explodat, atunci materia ar fi trebuit să fie distribuită uniform în spațiul Universului.
Realitatea este însă foarte diferită de reprezentările așteptate. Trăim într-un univers foarte neuniform. Când priviți în spațiu, aglomerări separate de materie apar departe unele de altele. Galaxii enorme sunt împrăștiate ici și colo în spațiul cosmic. Între
Nici măcar oamenii de știință moderni nu pot spune exact ce a fost în Univers înainte de Big Bang. Există mai multe ipoteze care ridică vălul secretului asupra uneia dintre cele mai complexe probleme ale universului.
Originea lumii materiale
Înainte de secolul 20, existau doar două. Credincioșii religioși credeau că lumea a fost creată de Dumnezeu. Oamenii de știință, dimpotrivă, au refuzat să recunoască universul creat de om. Fizicienii și astronomii au fost susținători ai ideii că cosmosul a existat întotdeauna, lumea era statică și totul va rămâne la fel ca acum miliarde de ani.
Cu toate acestea, progresul științific accelerat la începutul secolului a dus la faptul că cercetătorii au posibilitatea de a studia întinderile extraterestre. Unii dintre ei au fost primii care au încercat să răspundă la întrebarea ce era în Univers înainte de Big Bang.
Cercetarea Hubble
Secolul al XX-lea a distrus multe teorii ale erelor trecute. În locul eliberat au apărut noi ipoteze, explicând secrete de neînțeles până acum. Totul a început cu faptul că oamenii de știință au stabilit faptul expansiunii universului. A fost realizat de Edwin Hubble. El a descoperit că galaxiile îndepărtate diferă prin lumina lor de acele clustere cosmice care erau mai aproape de Pământ. Descoperirea acestei regularități a stat la baza legii expansiunii a lui Edwin Hubble.
Big bang-ul și originea universului au fost studiate când a devenit clar că toate galaxiile „fug” de observator, indiferent unde s-ar afla el. Cum ar putea fi explicat acest lucru? Deoarece galaxiile se mișcă, înseamnă că un fel de energie le împinge înainte. În plus, fizicienii au calculat că toate lumile au fost cândva în același punct. Din cauza unui fel de împingere, au început să se miște în toate direcțiile cu o viteză de neimaginat.
Acest fenomen se numește Big Bang. Și originea universului a fost explicată tocmai cu ajutorul teoriei despre acest eveniment de lungă durată. Când s-a întamplat? Fizicienii au determinat viteza de mișcare a galaxiilor și au derivat o formulă prin care au calculat când a avut loc „șocul” inițial. Nimeni nu poate numi numere exacte, dar aproximativ acest fenomen a avut loc acum aproximativ 15 miliarde de ani.
Apariția teoriei Big Bang
Faptul că toate galaxiile sunt surse de lumină înseamnă că o cantitate uriașă de energie a fost eliberată în timpul Big Bang-ului. Ea a fost cea care a dat naștere chiar strălucirii pe care lumile o pierd în cursul distanței lor față de epicentrul celor întâmplate. Teoria Big Bang a fost dovedită pentru prima dată de astronomii americani Robert Wilson și Arno Penzias. Ei au detectat un fundal electromagnetic cosmic cu microunde a cărui temperatură era de trei grade Kelvin (adică -270 Celsius). Această descoperire a susținut ideea că universul a fost extrem de fierbinte la început.
Teoria Big Bang a răspuns la multe dintre întrebările puse în secolul al XIX-lea. Cu toate acestea, acum există altele noi. De exemplu, ce a fost în Univers înainte de Big Bang? De ce este atât de omogen, în timp ce cu o eliberare atât de mare de energie, substanța ar trebui să se împrăștie inegal în toate direcțiile? Descoperirile lui Wilson și Arno au pus sub semnul întrebării geometria euclidiană clasică, deoarece s-a dovedit că spațiul are curbură zero.
teoria inflaționistă
Noile întrebări puse au arătat că teoria modernă a originii lumii este fragmentară și incompletă. Cu toate acestea, pentru o lungă perioadă de timp părea că va fi imposibil să treci dincolo de deschidere în anii 60. Și doar cercetările foarte recente ale oamenilor de știință au făcut posibilă formularea unui nou principiu important pentru fizica teoretică. A fost un fenomen de expansiune inflaționistă superrapidă a Universului. A fost studiat și descris folosind teoria cuantică a câmpului și teoria generală a relativității a lui Einstein.
Deci cum era universul înainte de Big Bang? Știința modernă numește această perioadă „inflație”. La început, a existat doar un câmp care umplea tot spațiul imaginar. Poate fi comparat cu un bulgăre de zăpadă aruncat pe panta unui munte înzăpezit. Nodul se va rostogoli în jos și crește în dimensiune. În același mod, câmpul, din cauza fluctuațiilor aleatorii, și-a schimbat structura într-un timp de neimaginat.
Când s-a format o configurație omogenă, a avut loc o reacție. Conține cele mai mari mistere ale universului. Ce s-a întâmplat înainte de Big Bang? Un câmp inflaționist care nu semăna deloc cu materia actuală. După reacție, a început creșterea universului. Dacă continuăm analogia cu un bulgăre de zăpadă, atunci după primul dintre ei s-au rostogolit alți bulgări de zăpadă, crescând de asemenea în dimensiune. Momentul Big Bang-ului din acest sistem poate fi comparat cu al doilea în care un bolovan uriaș a căzut în abis și s-a ciocnit în cele din urmă cu pământul. În acel moment, a fost eliberată o cantitate enormă de energie. Ea încă nu poate trece peste. Datorită continuării reacției de la explozie, Universul nostru crește astăzi.
Materia și câmpul
Acum Universul este format dintr-un număr inimaginabil de stele și alte corpuri cosmice. Această colecție de materie emană o energie extraordinară, care contrazice legea fizică a conservării energiei. Ce spune el? Esența acestui principiu se rezumă la faptul că într-un timp infinit cantitatea de energie din sistem rămâne neschimbată. Dar cum poate fi combinat acest lucru cu universul nostru, care continuă să se extindă?
Teoria inflaționistă a fost capabilă să răspundă la această întrebare. Este extrem de rar ca astfel de mistere ale universului să fie rezolvate. Ce s-a întâmplat înainte de Big Bang? domeniul inflatiei. După apariția lumii, materia familiară nouă a venit în locul ei. Totuși, pe lângă el, în Univers există și care are energie negativă. Proprietățile acestor două entități sunt opuse. Așa se compensează energia provenită din particule, stele, planete și alte materii. Această relație explică și de ce universul nu s-a transformat încă într-o gaură neagră.
Când a avut loc pentru prima dată Big Bang-ul, lumea era prea mică pentru ca ceva să se prăbușească. Acum, când Universul s-a extins, găurile negre locale au apărut în unele dintre părțile sale. Câmpul lor gravitațional absoarbe totul în jurul lor. Nici măcar lumina nu poate scăpa din ea. De fapt, din această cauză, astfel de găuri devin negre.
Expansiunea universului
Chiar și în ciuda fundamentării teoretice a teoriei inflaționiste, încă nu este clar cum arăta Universul înainte de Big Bang. Imaginația umană nu poate imagina această imagine. Cert este că domeniul inflaționist este intangibil. Nu poate fi explicată prin legile obișnuite ale fizicii.
Când a avut loc Big Bang-ul, câmpul inflaționist a început să se extindă cu o rată care a depășit viteza luminii. Conform indicatorilor fizici, nu există nimic material în Univers care s-ar putea mișca mai repede decât acest indicator. Lumina se răspândește prin lumea existentă cu numere exorbitante. Câmpul inflaționist s-a extins cu și mai multă viteză, tocmai datorită naturii sale nemateriale.
Starea actuală a universului
Perioada actuală a evoluției Universului este cea mai potrivită pentru existența vieții. Oamenii de știință le este dificil să determine cât va dura această perioadă de timp. Dar dacă cineva a întreprins astfel de calcule, atunci cifrele rezultate nu au fost în niciun fel mai mici de sute de miliarde de ani. Pentru o viață umană, un astfel de segment este atât de mare încât chiar și în calculul matematic trebuie să fie scris folosind grade. Prezentul a fost studiat mult mai bine decât preistoria universului. Ceea ce s-a întâmplat înainte de Big Bang, în orice caz, va rămâne doar subiectul cercetărilor teoretice și al calculelor îndrăznețe.
În lumea materială, chiar și timpul rămâne o cantitate relativă. De exemplu, quasarii (un tip de obiecte astronomice) care există la o distanță de 14 miliarde de ani lumină de Pământ sunt în urmă cu aceleași 14 miliarde de ani lumină. Acest interval de timp este enorm. Este greu de definit chiar și matematic, ca să nu mai vorbim de faptul că pur și simplu este imposibil să-ți imaginezi clar așa ceva cu ajutorul imaginației umane (chiar și a celei mai înflăcărate).
Știința modernă își poate explica, teoretic, întreaga viață a lumii noastre materiale, începând din primele fracțiuni de secunde ale existenței sale, când tocmai a avut loc Big Bang-ul. Istoria completă a universului este încă în curs de finalizare. Astronomii descoperă noi fapte uimitoare cu ajutorul echipamentelor de cercetare modernizate și îmbunătățite (telescoape, laboratoare etc.).
Cu toate acestea, există încă fenomene neînțelese. O astfel de pată albă, de exemplu, este energia sa întunecată. Esența acestei mase ascunse continuă să emoționeze mințile celor mai educați și avansați fizicieni ai timpului nostru. În plus, nu a existat niciodată un punct de vedere unificat cu privire la motivele pentru care există încă mai multe particule în Univers decât antiparticule. Pe acest subiect au fost formulate mai multe teorii fundamentale. Unele dintre aceste modele sunt cele mai populare, dar niciunul dintre ele nu a fost încă acceptat de comunitatea științifică internațională
Pe scara cunoașterii universale și a descoperirilor colosale ale secolului al XX-lea, aceste lacune par destul de nesemnificative. Dar istoria științei arată cu o regularitate de invidiat că explicarea unor astfel de fapte și fenomene „mici” devine baza pentru întreaga idee a omenirii despre disciplină în ansamblu (în acest caz, vorbim despre astronomie). Prin urmare, generațiile viitoare de oameni de știință vor avea cu siguranță ceva de făcut și ceva de descoperit în domeniul înțelegerii naturii Universului.
