Veľký tresk a vznik vesmíru
Ak si zo zvedavosti zoberieme do ruky príručku alebo nejakú populárno-náučnú príručku, určite natrafíme na jednu z verzií teórie o vzniku Vesmíru – tzv. teória veľkého tresku. Stručne možno túto teóriu povedať takto: spočiatku bola všetka hmota stlačená do jedného „bodu“, ktorý mal nezvyčajne vysokú teplotu, a potom tento „bod“ vybuchol obrovskou silou. V dôsledku explózie sa zo superhorúceho oblaku subatomárnych častíc postupne rozpínajúcich sa do všetkých strán postupne sformovali atómy, látky, planéty, hviezdy, galaxie a napokon aj život. Zároveň pokračuje expanzia vesmíru a nie je známe, ako dlho bude pokračovať: možno raz dosiahne svoje hranice.Existuje aj iná teória o vzniku vesmíru. Podľa nej je vznik Vesmíru, celého vesmíru, života a človeka rozumným tvorivým činom uskutočneným Bohom, Stvoriteľom a všemohúcim, ktorého povaha je pre ľudskú myseľ nepochopiteľná. „Presvedčení“ materialisti majú zvyčajne tendenciu zosmiešňovať túto teóriu, no keďže polovica ľudstva jej v tej či onej podobe verí, nemáme právo ju mlčať.
vysvetľovanie pôvod vesmíru a človek z mechanistickej pozície, interpretujúci Vesmír ako produkt hmoty, ktorej vývoj podlieha objektívnym prírodným zákonom, zástancovia racionalizmu spravidla popierajú nefyzikálne faktory, najmä ak ide o existenciu niektorých druh Vesmírnej alebo Kozmickej mysle, keďže toto je „nevedecké“. Za vedecké by sa malo považovať to, čo možno opísať pomocou matematických vzorcov.
Jedným z najväčších problémov, ktorým čelia zástancovia teórie veľkého tresku, je práve to, že žiadny zo scenárov, ktoré navrhujú pre vznik vesmíru, nemožno opísať matematicky ani fyzikálne. Podľa základných teórií veľký tresk, počiatočný stav vesmíru bol bod nekonečne malej veľkosti s nekonečne vysokou hustotou a nekonečne vysokou teplotou. Takýto stav však presahuje hranice matematickej logiky a nemožno ho formálne opísať. Takže v skutočnosti sa o počiatočnom stave vesmíru nedá povedať nič konkrétne a výpočty tu zlyhávajú. Preto tento štát dostal medzi vedcami názov „fenomén“.Keďže táto bariéra ešte nie je prekonaná, v populárno-vedeckých publikáciách pre laickú verejnosť sa téma „fenomén“ zvyčajne úplne vynecháva a v odborných vedeckých publikáciách a publikáciách, ktorých autori sa snažia nejakým spôsobom vyrovnať s týmto matematickým problémom, o tzv. „fenomén“ je vraj vedecky neprijateľný. Stephen Hawking, profesor matematiky na University of Cambridge, a J.F.R. Ellis, profesor matematiky na Univerzite v Kapskom Meste, vo svojej knihe „The Long Scale of Space-Time Structure“ uvádza: mimo známych fyzikálnych zákonov.“ Potom musíme uznať, že v mene podloženia „fenoménu“ tohto základného kameňa teória veľkého tresku, je potrebné pripustiť možnosť využitia výskumných metód, ktoré presahujú rámec modernej fyziky.
Otvorenou otázkou zostáva „fenomén“, ako každý iný východiskový bod „začiatku vesmíru“, ktorý zahŕňa niečo, čo nemožno opísať vedeckými kategóriami. Vynára sa však nasledujúca otázka: odkiaľ sa vzal samotný „fenomén“, ako vznikol? Koniec koncov, problém „javu“ je len časťou oveľa väčšieho problému, problému samotného zdroja počiatočného stavu vesmíru. Inými slovami, ak bol vesmír pôvodne stlačený do bodu, čo ho potom priviedlo do tohto stavu? A aj keď opustíme „fenomén“, ktorý spôsobuje teoretické ťažkosti, stále zostáva otázka: ako vznikol vesmír?
V snahe obísť tento problém niektorí vedci navrhujú takzvanú teóriu „pulzujúceho vesmíru“. Podľa ich názoru je Vesmír nekonečný, znova a znova sa zmenšuje do bodu, potom sa rozširuje do nejakých hraníc. Takýto vesmír nemá začiatok ani koniec, existuje len cyklus expanzie a cyklus kontrakcie. Autori hypotézy zároveň tvrdia, že Vesmír vždy existoval, čím sa zdanlivo úplne odstránila otázka „začiatku sveta“. Faktom ale je, že ešte nikto nepredložil uspokojivé vysvetlenie mechanizmu pulzácie. Prečo vesmír pulzuje? Aké sú na to dôvody? Fyzik Steven Weinberg vo svojej knihe „The First Three Minutes“ naznačuje, že s každou ďalšou pulzáciou vo vesmíre sa musí nevyhnutne zvyšovať pomer počtu fotónov k počtu nukleónov, čo vedie k zániku nových pulzácií. Weinberg prichádza k záveru, že týmto spôsobom je počet cyklov pulzovania vesmíru konečný, čo znamená, že v určitom bode sa musia zastaviť. Preto má „pulzujúci vesmír“ koniec, a teda aj začiatok...
A opäť narážame na problém začiatku. Einsteinova všeobecná teória relativity vytvára ďalšie problémy. Hlavným problémom tejto teórie je, že nezohľadňuje čas, ako ho poznáme. V Einsteinovej teórii sa čas a priestor spájajú do štvorrozmerného časopriestorového kontinua. Je nemožné, aby opísal objekt ako objekt zaberajúci určité miesto v určitom čase. Relativistický popis objektu vymedzuje jeho priestorovú a časovú polohu ako jeden celok, natiahnutý od začiatku do konca existencie objektu. Napríklad osoba by bola zobrazená ako jeden celok pozdĺž celej cesty svojho vývoja od embrya po mŕtvolu. Takéto konštrukcie sa nazývajú „časopriestorové červy“.
Ale ak sme „časopriestorové červy“, tak sme len obyčajná forma hmoty. Neberie sa do úvahy skutočnosť, že človek je racionálna bytosť. Tým, že teória relativity definuje človeka ako „červa“, neberie do úvahy naše individuálne vnímanie minulosti, prítomnosti a budúcnosti, ale uvažuje o množstve samostatných prípadov, ktoré spája časopriestorová existencia. V skutočnosti vieme, že existujeme iba dnes, zatiaľ čo minulosť existuje iba v našej pamäti a budúcnosť - v našej predstavivosti. A to znamená, že všetky koncepty „začiatku Vesmíru“, postavené na teórii relativity, nezohľadňujú vnímanie času ľudským vedomím. Samotný čas je však stále málo skúmaný.
John Gribbin analyzujúc alternatívne, nemechanistické koncepty vzniku vesmíru, vo svojej knihe „Bieli bohovia“ zdôrazňuje, že v posledných rokoch došlo k „sérii vzostupov a pádov tvorivej predstavivosti mysliteľov, ktorým dnes už nie sme volajte buď prorokov, alebo jasnovidcov." Jedným z takýchto kreatívnych vzostupov bol koncept „bielych dier“ alebo kvazarov, ktoré „vypľuli“ celé galaxie v prúde primárnej hmoty. Ďalšou hypotézou diskutovanou v kozmológii je myšlienka takzvaných časopriestorových tunelov, takzvaných „vesmírnych kanálov“. Túto myšlienku prvýkrát vyjadril v roku 1962 fyzik John Wheeler v knihe „Geometrodynamics“, v ktorej výskumník sformuloval možnosť mimopriestorového, mimoriadne rýchleho medzigalaktického cestovania, ktoré, ak by sa pohybovalo rýchlosťou svetla, by trvalo milióny rokov. . Niektoré verzie konceptu „naddimenzionálnych kanálov“ zvažujú možnosť ich použitia na cestovanie do minulosti a budúcnosti, ako aj do iných vesmírov a dimenzií.
Boh a Veľký tresk
Ako vidíte, na teóriu „veľkého tresku“ útočia zo všetkých strán, čo medzi ortodoxnými vedcami vyvoláva oprávnenú nevôľu. Zároveň sa vo vedeckých publikáciách čoraz častejšie stretávame s nepriamym alebo priamym uznaním existencie nadprirodzených síl, ktoré sú mimo kontroly vedy. Rastie počet vedcov, vrátane významných matematikov a teoretických fyzikov, ktorí sú presvedčení o existencii Boha alebo vyššej mysle. Medzi takýchto vedcov patria napríklad nositelia Nobelovej ceny George Wylde a William McCree. Slávny sovietsky vedec, doktor vied, fyzik a matematik O.V. Tupitsyn bol prvým ruským vedcom, ktorému sa podarilo matematicky dokázať, že Vesmír a s ním aj človek boli stvorení Mysľou, ktorá je nezmerateľne mocnejšia ako naša, teda Bohom.Nemožno argumentovať, píše O. V. Tupitsyn vo svojich Zápiskoch, že život, vrátane inteligentného života, je vždy prísne usporiadaný proces. Život je založený na poriadku, systéme zákonov, podľa ktorých sa hmota pohybuje. Smrť je naopak neporiadok, chaos a v dôsledku toho deštrukcia hmoty. Žiadny poriadok nie je možný bez vplyvu zvonku, navyše vplyv rozumného a cieľavedomého – okamžite nastupuje proces deštrukcie, ktorá znamená smrť. Bez toho, aby sme to pochopili, a teda bez uznania myšlienky Boha, veda nebude nikdy predurčená na to, aby objavila základnú príčinu vesmíru, ktorá vznikla z prahmoty v dôsledku prísne usporiadaných procesov alebo, ako ich nazýva fyzika, základných zákonov. . Fundamentálny – to znamená základný a nemenný, bez ktorého by existencia sveta bola vo všeobecnosti nemožná.
Pre moderného človeka, zvlášť odchovaného ateizmom, je však veľmi ťažké zaradiť Boha do systému svojho svetonázoru – pre nerozvinutú intuíciu a úplný nedostatok pojmu Boha. No, potom musíte veriť veľký tresk...
„Na začiatku bol výbuch. Nie výbuch, ktorý poznáme na Zemi a ktorý začína od určitého stredu a potom sa šíri, zachycujúc stále viac priestoru, ale výbuch, ktorý sa odohral všade súčasne a zapĺňa celý priestor od samého začiatku, pričom každá častica hmoty sa ponáhľa preč. od akýchkoľvek iných častíc." S. Weinberg. Prvé tri minúty.
Moderný pohľad na vznik vesmíru
Podľa moderných konceptov vesmír, ktorý v súčasnosti pozorujeme, vznikol pred 13,77 ± 0,059 miliardami rokov z nejakého počiatočného singulárneho stavu a odvtedy sa neustále rozširuje a ochladzuje. Tento moment je považovaný za moment zrodu Vesmíru, a preto je často braný ako začiatok času.
Objav rozpínajúceho sa vesmíru bol jedným z významných intelektuálnych prevratov 20. storočia. Teraz sa môžeme len čudovať, že takýto nápad neprišiel skôr. Isaac Newton a ďalší vedci si mali uvedomiť, že štatistický vesmír sa čoskoro nutne začne zmenšovať pod vplyvom gravitačných síl. Viera v statický vesmír bola zároveň taká veľká, že v hlavách vedcov existovala už na začiatku 20. storočia. Dokonca aj Einstein, ktorý rozvíjal všeobecnú teóriu relativity, si bol istý statickou povahou sveta.
Veľký tresk a recesia galaxií boli dokázané vďaka takému javu, akým je Dopplerov jav. Potom, čo sovietsky matematik Alexander Fridman získal všeobecné riešenie Einsteinových rovníc aplikovaných na popis celého vesmíru, sa zistilo, že vesmír sa časom mení. Hviezdne systémy nemôžu byť od seba v konštantnej vzdialenosti a musia sa buď priblížiť, alebo vzdialiť.
Z toho vyplýva záver, že Vesmír sa musí rozpínať alebo naopak sťahovať do pôvodného stavu. Najmä Friedman predpovedal potrebu existencie "singulárneho stavu", a teda potrebu dôvodu, ktorý podnietil superhustú substanciu expandovať. To znamená, že v dávnej minulosti vesmír nebol ako ten, ktorý pozorujeme dnes. Predtým neexistovali žiadne samostatné nebeské telesá alebo systémy. Svet bol takmer homogénny, veľmi hustý a rýchlo sa rozširujúci. Až oveľa neskôr z tejto látky vznikli hviezdy. Toto bol teoretický objav explodujúceho vesmíru.
Neskôr astronóm Edmine Hubble túto teóriu potvrdil štúdiom spektier galaxií. Hviezdne systémy a galaxie sú štruktúrnymi jednotkami vesmíru. Sú pozorované z veľkých vzdialeností, a preto sa štúdium ich pohybov stalo základom pre štúdium kinematiky Vesmíru. Rýchlosť vzďaľovania a približovania sa objektov je možné merať pomocou takzvaného Dopplerovho javu, podľa ktorého je vlnová dĺžka približujúceho sa svetelného zdroja menšia ako u vzďaľujúceho sa. To znamená, že farba prvého zdroja sa posunie na koniec fialového spektra a druhý - na červenú.
Pri skúmaní svetla veľmi vzdialených hviezd astronómovia zistili, že čiary ich spektier sú posunuté smerom k červenému okraju. Dlhé štúdium spektier galaxií ukázalo, že takmer všetky hviezdne systémy sa od nás vzďaľujú a čím ďalej, tým rýchlejšie. Tento objav bol šokom pre mnohých vedcov, ktorí verili, že všetky galaxie sa pohybujú náhodne a počet vzďaľujúcich sa a približujúcich sa kôp galaxií je približne rovnaký. Neskôr astrofyzici zistili, že sa nerozptyľujú hviezdy a galaxie, ale samotné zhluky galaxií.
Odstránenie galaxií v dopplerovskej interpretácii červeného posunu zároveň nie je jediným dôkazom veľkého tresku. Nezávislým potvrdením je kozmické žiarenie na pozadí čierneho telesa - neustále slabé pozadie rádiových vĺn, ktoré k nám prichádzajú z vesmíru zo všetkých strán. V roku 1940 fyzik Georgy Gamow predložil teóriu o horúcom vesmíre, podľa ktorej na samom začiatku expanzie vesmíru bola teplota hmoty veľmi vysoká a s expanziou klesala. Ďalším záverom teórie bolo, že v dnešnom vesmíre by malo zostať slabé elektromagnetické žiarenie z éry vysokej hustoty a teploty hmoty. Ako sa vesmír vyvíjal, ochladzoval sa, až sa žiarenie zmenilo na slabý zvyšok. A dnes je intenzita tohto žiarenia kozmického mikrovlnného pozadia taká, aká by sa v našej dobe očakávala od výrazne oslabeného Veľkého tresku.
Brian Greene vo svojej knihe The Fabric of the Cosmos poznamenáva, že je nesprávne považovať Veľký tresk za teóriu pôvodu vesmíru. Veľký tresk je teória, ktorá mapuje kozmický vývoj od zlomku sekundy po tom, čo sa stane niečo, čo privedie vesmír k existencii. Táto teória nehovorí, čo explodovalo, príčina singularity, ani hmota a energia.
V dôsledku vývoja teórie Veľkého tresku vedci identifikovali počiatočný bod expanzie pozorovateľného vesmíru - kozmologickú singularitu. V tomto momente je porušený matematicky správny popis geometrie priestoru a času. Samotný pojem „singularita“ možno nazvať znakom, pretože počiatočný stav hmoty sa vyznačoval úplne výnimočnými hustotami hmoty a energie, smerujúcimi k nekonečnu. Niekedy sa singularita nazýva „prvotná ohnivá guľa“, v ktorej nemôže existovať žiadna z dnes pozorovaných štruktúr, ani galaxie, ani hviezdy. Dokonca aj atómy museli byť pod vplyvom vysokého tlaku a teploty rozdelené na kúsky.
Čo sa deje v oblasti singularity nie je známe, ale je logicky jasné, že sa tam porušujú mnohé zákony teórie relativity a kvantovej fyziky.
S vedomím, že história nášho vesmíru začala určitým singulárnym stavom, stojí za to položiť si otázku, čo spôsobilo jeho expanziu. Obrovský tlak na začiatku nemôže spôsobiť vysokú rýchlosť expanzie látky, pretože v dôsledku homogenity počiatočného štádia miznú tlakové straty, ktoré môžu vytvárať silu vedúcu k expanzii. Okrem toho vysoký tlak zvyšuje gravitačné sily a spomaľuje expanziu priestoru. Existujú však vákuové vlastnosti, ktoré majú v niektorých prípadoch pozitívnu hustotu energie, hustotu hmoty, podtlak alebo napätie. To vedie k tomu, že kozmologická konštanta, veličina charakterizujúca vlastnosti vákua, sa môže ukázať ako taká veľká, že svojim gravitačným pôsobením zatieni gravitáciu bežnej fyzickej hmoty a povedie k „tlaku“, z ktorého začala expanzia vesmíru. Na základe vyššie uvedeného stojí za zmienku, že proces Veľkého tresku nemožno porovnávať s výbuchom granátu, keď sa častice a atómy rodia a rozletujú sa vo vesmíre ako úlomky a plyny. Táto analógia je absolútne nesprávna a nevysvetľuje, ako vznikol priestor a čas. V prípade bomby je sila, ktorá odtláča častice od seba, spôsobená tlakovým gradientom vo vnútri hmoty, zatiaľ čo vo vesmíre je hmota homogénna a neexistujú žiadne tlakové gradienty. Vplyvom veľkej hodnoty podtlaku sa mení znamienko zdroja, dochádza k antigravitácii, ktorá vedie k expanzii sveta. Toto spôsobilo Veľký tresk.
Je dôležité pochopiť, že rozpínanie vesmíru nemá vplyv na veľkosť objektov – hviezd, galaxií a hmlovín (obr. 1).
Je to spôsobené gravitačnými silami, ktoré držia galaxie pohromade. Ak by sa všetko voľne rozširovalo, tak my sami, obr
naše domy a planéty by sa rozširovali úmerne s rozširovaním vesmíru a nepostrehli by sme žiadny rozdiel.
Vedci zvyčajne kombinujú teóriu veľkého tresku a model horúceho vesmíru, ale tieto koncepty sú nezávislé a historicky existoval aj koncept studeného počiatočného vesmíru blízko Veľkého tresku. Dnes je teória horúceho raného vesmíru dokázaná prítomnosťou kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia.
Astronómovia našli ďalšie dôkazy, ktoré spájajú Veľký tresk s horúcim raným vesmírom. Asi jednu minútu po výbuchu bola teplota mladého Mira vyššia ako v jadre akejkoľvek hviezdy. Vesmír fungoval ako fúzny reaktor, ale reakcie sa zastavili, keď sa vesmír ochladil a roztiahol. Zároveň sa skladal z vodíka a hélia s malými prímesami lítia. Výpočty sú v dobrej zhode s hmotnosťami hélia a vodíka, ktoré pozorujeme v našej dobe.
Za záhadou kozmickej singularity sa však dlho skrývalo tajomstvo vzniku vesmíru, v 60. rokoch 20. storočia. sa začali objavovať ďalšie scenáre vzniku Sveta.
Teória veľkého tresku sa stala takmer rovnako široko uznávaným kozmologickým modelom ako rotácia Zeme okolo Slnka. Podľa teórie asi pred 14 miliardami rokov spontánne výkyvy absolútnej prázdnoty viedli k vzniku vesmíru. Niečo, čo je veľkosťou porovnateľné so subatomárnou časticou, expandovalo do nepredstaviteľnej veľkosti v zlomku sekundy. Ale v tejto teórii je veľa problémov, s ktorými fyzici zápasia a predkladajú stále nové a nové hypotézy.
Čo je zlé na teórii veľkého tresku
Vyplýva to z teórieže všetky planéty a hviezdy vznikli z prachu rozptýleného vesmírom v dôsledku výbuchu. Čo tomu však predchádzalo, nie je jasné: tu náš matematický model časopriestoru prestáva fungovať. Vesmír vznikol z počiatočného singulárneho stavu, na ktorý sa moderná fyzika nedá aplikovať. Teória tiež neuvažuje o príčinách výskytu singularity ani o hmote a energii pre jej vznik. Predpokladá sa, že odpoveď na otázku existencie a pôvodu počiatočnej singularity dá teória kvantovej gravitácie.
Väčšina kozmologických modelov predpovedáže celý vesmír je oveľa väčší ako pozorovateľná časť – sférická oblasť s priemerom asi 90 miliárd svetelných rokov. Vidíme len tú časť vesmíru, z ktorej sa svetlu podarilo dostať na Zem za 13,8 miliardy rokov. Ale teleskopy sa zlepšujú, objavujeme čoraz vzdialenejšie objekty a zatiaľ nie je dôvod veriť, že sa tento proces zastaví.
Od Veľkého tresku sa vesmír zrýchľuje. Najťažšou hádankou modernej fyziky je otázka, čo spôsobuje zrýchlenie. Podľa pracovnej hypotézy vesmír obsahuje neviditeľnú zložku nazývanú „temná energia“. Teória veľkého tresku nevysvetľuje, či sa vesmír bude rozširovať donekonečna, a ak áno, k čomu to povedie - k jeho zániku alebo niečomu inému.
Hoci newtonovskú mechaniku nahradila relativistická fyzika, nedá sa to nazvať zle. Úplne sa však zmenilo vnímanie sveta a modely na opis vesmíru. Teória veľkého tresku predpovedala množstvo vecí, ktoré predtým neboli známe. Ak teda na jej miesto nastúpi iná teória, potom by mala byť podobná a rozširovať chápanie sveta.
Zameriame sa na najzaujímavejšie teórie popisujúce alternatívne modely veľkého tresku.
Vesmír je ako fatamorgána čiernej diery
Vesmír vznikol v dôsledku kolapsu hviezdy v štvorrozmernom vesmíre, domnievajú sa vedci z Perimeter Institute for Theoretical Physics. Výsledky ich výskumu boli publikované v časopise Scientific American. Niayesh Afshordi, Robert Mann a Razi Pourhasan hovoria, že náš trojrozmerný vesmír sa po kolapse štvorrozmernej hviezdy zmenil na „holografickú fatamorgánu“. Na rozdiel od teórie veľkého tresku, podľa ktorej vesmír vznikol z extrémne horúceho a hustého časopriestoru, kde neplatia štandardné fyzikálne zákony, nová hypotéza štvorrozmerného vesmíru vysvetľuje dôvody zrodu aj jeho rýchle rozšírenie.
Podľa scenára, ktorý sformuloval Afshordi a jeho kolegovia, je náš trojrozmerný vesmír akousi membránou, ktorá pláva cez ešte väčší vesmír, ktorý už existuje v štyroch dimenziách. Ak by v tomto štvorrozmernom priestore boli štvorrozmerné hviezdy, tiež by explodovali, rovnako ako tie trojrozmerné v našom vesmíre. Vnútorná vrstva by sa stala čiernou dierou a vonkajšia vrstva by bola vymrštená do vesmíru.
V našom vesmíre sú čierne diery obklopené guľou nazývanou horizont udalostí. A ak v trojrozmernom priestore je táto hranica dvojrozmerná (ako membrána), potom v štvorrozmernom vesmíre bude horizont udalostí obmedzený na guľu, ktorá existuje v troch dimenziách. Počítačové simulácie kolapsu štvorrozmernej hviezdy ukázali, že jej trojrozmerný horizont udalostí sa bude postupne rozširovať. To je presne to, čo pozorujeme a nazývame rast 3D membrány expanziou vesmíru, veria astrofyzici.
Big Freeze
Alternatívou k Veľkému tresku by mohlo byť Big Freeze. Tím fyzikov z Melbournskej univerzity pod vedením Jamesa Kvatcha predstavil model zrodu vesmíru, ktorý je skôr postupným procesom zmrazovania amorfnej energie, než jej špliechaním a rozpínaním v troch smeroch priestoru.
Beztvará energia podľa vedcov vychladla ako voda na kryštalizáciu a vytvorila zvyčajné tri priestorové a jednu časovú dimenziu.
Teória Big Freeze spochybňuje v súčasnosti uznávané tvrdenie Alberta Einsteina o kontinuite a plynulosti priestoru a času. Je možné, že priestor má základné časti – nedeliteľné stavebné bloky, ako sú malé atómy alebo pixely v počítačovej grafike. Tieto bloky sú také malé, že ich nemožno pozorovať, avšak podľa novej teórie je možné odhaliť defekty, ktoré by mali lámať toky iných častíc. Vedci vypočítali takéto efekty pomocou matematického aparátu a teraz sa ich pokúsia experimentálne odhaliť.
Vesmír bez začiatku a konca
Ahmed Farag Ali z Benh University v Egypte a Sauria Das z University of Lethbridge v Kanade prišli s novým riešením problému singularity odstránením Veľkého tresku. Priniesli nápady slávneho fyzika Davida Bohma do Friedmannovej rovnice opisujúcej expanziu vesmíru a Veľký tresk. „Je úžasné, že malé úpravy môžu potenciálne vyriešiť toľko problémov,“ hovorí Das.
Výsledný model kombinoval všeobecnú teóriu relativity a kvantovú teóriu. Nielenže popiera jedinečnosť, ktorá predchádzala Veľkému tresku, ale tiež zabraňuje tomu, aby sa vesmír časom zmenšil späť do pôvodného stavu. Podľa získaných údajov má Vesmír konečnú veľkosť a nekonečnú životnosť. Z fyzikálneho hľadiska model opisuje vesmír naplnený hypotetickou kvantovou tekutinou, ktorá pozostáva z gravitónov - častíc, ktoré poskytujú gravitačnú interakciu.
Vedci tiež tvrdia, že ich zistenia sú v súlade s nedávnymi meraniami hustoty vesmíru.
Nekonečná chaotická inflácia
Pojem „inflácia“ označuje rýchle rozpínanie vesmíru, ku ktorému došlo exponenciálne v prvých okamihoch po Veľkom tresku. Samotná teória inflácie teóriu veľkého tresku nevyvracia, ale iba inak interpretuje. Táto teória rieši niekoľko základných problémov fyziky.
Podľa inflačného modelu sa vesmír krátko po svojom zrode na veľmi krátky čas exponenciálne rozpínal: jeho veľkosť sa mnohonásobne zdvojnásobila. Vedci sa domnievajú, že za 10 až -36 sekúnd sa vesmír zväčšil najmenej 10 až 30 až 50-krát a možno aj viac. Na konci inflačnej fázy bol vesmír naplnený superhorúcou plazmou voľných kvarkov, gluónov, leptónov a vysokoenergetických kvánt.
Pojem naznačuje ktorá vo svete existuje veľa izolovaných vesmírov s iným zariadením
Fyzici prišli k záveru, že logika inflačného modelu nie je v rozpore s myšlienkou neustáleho viacnásobného zrodu nových vesmírov. Kvantové fluktuácie - rovnaké ako tie, ktoré vytvorili náš svet - sa môžu vyskytnúť v akomkoľvek množstve, ak sú na to vhodné podmienky. Je celkom možné, že náš vesmír sa vynoril z fluktuačnej zóny vytvorenej vo svete predchodcov. Dá sa tiež predpokladať, že niekedy a niekde v našom Vesmíre sa vytvorí fluktuácia, ktorá „vyfúkne“ mladý Vesmír úplne iného druhu. Podľa tohto modelu môžu detské vesmíry vznikať nepretržite. Zároveň nie je vôbec potrebné, aby sa v nových svetoch ustanovili rovnaké fyzikálne zákony. Tento koncept znamená, že vo svete existuje mnoho navzájom izolovaných vesmírov s rôznymi štruktúrami.
Cyklická teória
Paul Steinhardt, jeden z fyzikov, ktorí položili základy inflačnej kozmológie, sa rozhodol túto teóriu ďalej rozvíjať. Vedec, ktorý vedie Centrum pre teoretickú fyziku v Princetone, spolu s Neilom Turokom z Perimeter Institute for Theoretical Physics načrtol alternatívnu teóriu v knihe Endless Universe: Beyond the Big Bang ("Nekonečný vesmír: Beyond the Big Bang"). Ich model je založený na zovšeobecnení kvantovej teórie superstrun známej ako M-teória. Fyzický svet má podľa nej 11 dimenzií – desať priestorových a jednu časovú. „Plávajú“ v ňom priestory menších rozmerov, takzvané brány (skratka pre "membrána"). Náš vesmír je len jednou z týchto brán.
Steinhardt a Turok model uvádza, že Veľký tresk nastal v dôsledku kolízie našej brány s inou bránou – nám neznámym vesmírom. V tomto scenári sa kolízie vyskytujú neobmedzene. Podľa hypotézy Steinhardta a Turoka vedľa našej brány „pláva“ ďalšia trojrozmerná brána, oddelená od seba v malej vzdialenosti. Tiež sa rozširuje, splošťuje a vyprázdňuje, ale za bilión rokov sa brány začnú zbiehať a nakoniec sa zrazia. V tomto prípade sa uvoľní obrovské množstvo energie, častíc a žiarenia. Táto kataklizma spustí ďalší cyklus expanzie a ochladzovania vesmíru. Z modelu Steinhardta a Turoka vyplýva, že tieto cykly boli v minulosti a určite sa budú opakovať aj v budúcnosti. Ako tieto cykly začali, teória mlčí.
Vesmír
ako počítač
Ďalšia hypotéza o štruktúre vesmíru hovorí, že celý náš svet nie je nič iné ako matica alebo počítačový program. Myšlienku, že vesmír je digitálny počítač, prvýkrát navrhol nemecký inžinier a počítačový priekopník Konrad Zuse vo svojej knihe Výpočet priestoru. ("výpočtový priestor"). Medzi tých, ktorí tiež vnímali vesmír ako obrovský počítač, patria fyzici Stephen Wolfram a Gerard „t Hooft.
Teoretici digitálnej fyziky naznačujú, že vesmír je v podstate informácia, a preto je vypočítateľný. Z týchto predpokladov vyplýva, že vesmír možno považovať za výsledok počítačového programu alebo digitálneho výpočtového zariadenia. Týmto počítačom by mohol byť napríklad obrovský celulárny automat alebo univerzálny Turingov stroj.
nepriamy dôkaz virtuálna povaha vesmíru nazývaný princíp neurčitosti v kvantovej mechanike
Podľa teórie každý objekt a udalosť fyzického sveta pochádza z kladenia otázok a zaznamenávania odpovedí „áno“ alebo „nie“. To znamená, že za všetkým, čo nás obklopuje, je určitý kód, podobný binárnemu kódu počítačového programu. A sme akýmsi rozhraním, cez ktoré sa objavuje prístup k údajom „univerzálneho internetu“. Nepriamy dôkaz virtuálnej povahy vesmíru sa v kvantovej mechanike nazýva princíp neurčitosti: častice hmoty môžu existovať v nestabilnej forme a sú „zafixované“ v špecifickom stave iba vtedy, keď sú pozorované.
Nasledovník digitálnej fyziky John Archibald Wheeler napísal: „Nebolo by nerozumné predstaviť si, že informácie sú v jadre fyziky rovnakým spôsobom ako v jadre počítača. Všetko z rytmu. Inými slovami, všetko, čo existuje – každá častica, každé silové pole, dokonca aj samotné časopriestorové kontinuum – dostáva svoju funkciu, svoj význam a v konečnom dôsledku aj svoju existenciu.
Veľký tresk. Tak sa volá teória, alebo skôr jedna z teórií vzniku alebo ak chcete, stvorenia Vesmíru. Názov je možno príliš frivolný na takú desivú a úžasnú udalosť. Zvlášť zastrašujúce, ak ste si niekedy položili veľmi ťažké otázky o vesmíre.
Napríklad, ak je vesmír všetko, čo je, ako to začalo? A čo sa stalo pred tým? Ak priestor nie je nekonečný, čo je potom za ním? A do čoho presne by sa toto niečo malo umiestniť? Ako rozumiete slovu „nekonečný“?
Tieto veci je ťažké pochopiť. Navyše, keď o tom začnete premýšľať, dostanete strašidelný pocit niečoho majestátneho - hrozného. Ale otázky o vesmíre sú jednou z najdôležitejších otázok, ktoré si ľudstvo počas svojej histórie kládlo.
Súvisiace materiály:
Zaujímavé fakty o hviezdach
Aký bol začiatok existencie vesmíru?
Väčšina vedcov je presvedčená, že začiatok existencie vesmíru položila grandiózna veľká explózia hmoty, ku ktorej došlo asi pred 15 miliardami rokov. Väčšina vedcov dlhé roky zdieľala hypotézu, že začiatok vesmíru bol poznačený obrovskou explóziou, ktorú vedci vtipne nazvali „Veľký tresk“. Podľa ich názoru sa všetka hmota a všetok priestor, ktorý teraz predstavujú miliardy a milióny galaxií a hviezd, pred 15 miliardami rokov zmestili do malého priestoru, ktorý nie je väčší ako pár slov v tejto vete.
Ako vznikol vesmír?
Vedci sa domnievajú, že pred 15 miliardami rokov tento malý objem explodoval na drobné častice menšie ako atómy, čím vznikol vesmír. Spočiatku to bola hmlovina malých častíc. Neskôr, keď sa tieto častice spojili, vznikli atómy. Hviezdne galaxie vznikli z atómov. Od tohto Veľkého tresku sa vesmír naďalej rozpína ako nafukovací balón.
Súvisiace materiály:
Najväčšie planéty vo vesmíre
Pochybnosti o teórii veľkého tresku
Za posledných pár rokov však vedci, ktorí študujú štruktúru vesmíru, urobili niekoľko neočakávaných objavov. Niektorí z nich spochybňujú teóriu veľkého tresku. Čo sa dá robiť, náš svet nie vždy zodpovedá našim pohodlným predstavám o ňom.
Rozloženie hmoty počas výbuchu
Jedným z problémov je spôsob, akým sa hmota distribuuje vo vesmíre. Keď predmet vybuchne, jeho obsah sa rovnomerne rozptýli všetkými smermi. Inými slovami, ak bola hmota na začiatku stlačená v malom objeme a potom explodovala, potom by hmota mala byť rovnomerne rozložená v priestore vesmíru.
Realita je však veľmi odlišná od očakávaných predstáv. Žijeme vo veľmi nerovnomerne naplnenom vesmíre. Pri pohľade do vesmíru sa oddelené zhluky hmoty objavujú ďaleko od seba. Obrovské galaxie sú rozptýlené sem a tam vo vesmíre. Medzi
Ani moderní vedci nevedia presne povedať, čo bolo vo vesmíre pred Veľkým treskom. Existuje niekoľko hypotéz, ktoré odhaľujú závoj tajomstva nad jednou z najzložitejších otázok vesmíru.
Pôvod hmotného sveta
Pred 20. storočím boli len dve. Náboženskí veriaci verili, že svet stvoril Boh. Vedci naopak odmietli uznať vesmír vytvorený človekom. Fyzici a astronómovia boli zástancami myšlienky, že kozmos vždy existoval, svet bol statický a všetko zostane rovnaké ako pred miliardami rokov.
Zrýchlený vedecký pokrok na prelome storočí však viedol k tomu, že výskumníci majú možnosť skúmať mimozemské priestory. Niektorí z nich sa ako prví pokúsili odpovedať na otázku, čo bolo vo vesmíre pred Veľkým treskom.
Hubbleov výskum
20. storočie zničilo mnohé teórie minulých období. Na uvoľnenom mieste sa objavili nové hypotézy vysvetľujúce doteraz nepochopiteľné tajomstvá. Všetko to začalo tým, že vedci zistili skutočnosť expanzie vesmíru. Vyrobil ho Edwin Hubble. Zistil, že vzdialené galaxie sa líšia svojim svetlom od tých kozmických zhlukov, ktoré boli bližšie k Zemi. Objav tejto pravidelnosti vytvoril základ Edwina Hubbleovho zákona expanzie.
Veľký tresk a vznik vesmíru sa skúmali, keď sa ukázalo, že všetky galaxie „utekajú“ pred pozorovateľom, bez ohľadu na to, kde sa nachádza. Ako by sa to dalo vysvetliť? Keďže sa galaxie pohybujú, znamená to, že ich nejaký druh energie tlačí dopredu. Fyzici navyše vypočítali, že všetky svety boli kedysi v rovnakom bode. V dôsledku nejakého strkania sa začali pohybovať na všetky strany nepredstaviteľnou rýchlosťou.
Tento jav sa nazýva Veľký tresk. A pôvod vesmíru bol presne vysvetlený pomocou teórie o tejto dlhotrvajúcej udalosti. Kedy sa to stalo? Fyzici určili rýchlosť pohybu galaxií a odvodili vzorec, podľa ktorého vypočítali, kedy nastal prvotný „šok“. Nikto nevie pomenovať presné čísla, ale približne tento jav sa odohral asi pred 15 miliardami rokov.
Vznik teórie veľkého tresku
Skutočnosť, že všetky galaxie sú zdrojom svetla, znamená, že počas Veľkého tresku sa uvoľnilo obrovské množstvo energie. Bola to ona, ktorá dala vzniknúť jasu, ktorý svety strácajú v priebehu svojej vzdialenosti od epicentra toho, čo sa stalo. Teóriu veľkého tresku prvýkrát dokázali americkí astronómovia Robert Wilson a Arno Penzias. Detegovali elektromagnetické kozmické mikrovlnné pozadie, ktorého teplota bola tri stupne Kelvina (to znamená -270 Celzia). Toto zistenie podporilo myšlienku, že vesmír bol spočiatku extrémne horúci.
Teória veľkého tresku odpovedala na mnohé otázky položené v 19. storočí. Teraz sú však nové. Čo bolo napríklad vo vesmíre pred Veľkým treskom? Prečo je taká homogénna, pričom pri takom obrovskom uvoľnení energie by sa látka mala rozptýliť nerovnomerne do všetkých strán? Objavy Wilsona a Arna spochybnili klasickú euklidovskú geometriu, pretože sa dokázalo, že priestor má nulové zakrivenie.
inflačná teória
Nové položené otázky ukázali, že moderná teória vzniku sveta je fragmentárna a neúplná. Dlho sa však zdalo, že v 60-tych rokoch nebude možné posunúť sa mimo otvoreného priestoru. A až nedávny výskum vedcov umožnil sformulovať nový dôležitý princíp pre teoretickú fyziku. Bol to fenomén superrýchleho inflačného rozpínania vesmíru. Bola študovaná a opísaná pomocou kvantovej teórie poľa a Einsteinovej všeobecnej teórie relativity.
Aký bol teda vesmír pred Veľkým treskom? Moderná veda nazýva toto obdobie „inflácia“. Na začiatku bolo len pole, ktoré vypĺňalo celý pomyselný priestor. Dá sa to prirovnať k snehovej gule hodenej dolu svahom zasneženej hory. Hrudka sa zroluje a zväčší sa. Tak isto pole v dôsledku náhodných výkyvov zmenilo svoju štruktúru v nepredstaviteľnom čase.
Keď sa vytvorila homogénna konfigurácia, došlo k reakcii. Obsahuje najväčšie záhady vesmíru. Čo sa stalo pred Veľkým treskom? Inflačné pole, ktoré vôbec nevyzeralo ako aktuálna záležitosť. Po reakcii začal rast vesmíru. Ak budeme pokračovať v analógii so snehovou guľou, potom sa po prvej z nich skotúľali ďalšie snehové gule, ktoré sa tiež zväčšovali. Okamih Veľkého tresku v tomto systéme možno prirovnať k druhému, keď do priepasti spadol obrovský balvan a nakoniec sa zrazil so zemou. V tej chvíli sa uvoľnilo obrovské množstvo energie. Stále sa nedokáže preniesť. Je to kvôli pokračovaniu reakcie z výbuchu, že náš vesmír dnes rastie.
Hmota a pole
Teraz sa vesmír skladá z nepredstaviteľného množstva hviezd a iných kozmických telies. Táto zbierka hmoty vyžaruje obrovskú energiu, ktorá je v rozpore s fyzikálnym zákonom zachovania energie. čo hovorí? Podstata tohto princípu spočíva v tom, že počas nekonečného času zostáva množstvo energie v systéme nezmenené. Ale ako sa to dá skombinovať s naším vesmírom, ktorý sa stále rozpína?
Na túto otázku bola schopná odpovedať inflačná teória. Je mimoriadne zriedkavé, že sa takéto záhady vesmíru vyriešia. Čo sa stalo pred Veľkým treskom? inflačné pole. Po vzniku sveta prišla na jeho miesto nám známa hmota. Okrem nej však vo vesmíre existuje aj negatívna energia. Vlastnosti týchto dvoch entít sú opačné. Takto sa kompenzuje energia pochádzajúca z častíc, hviezd, planét a inej hmoty. Tento vzťah tiež vysvetľuje, prečo sa vesmír ešte nepremenil na čiernu dieru.
Keď prvýkrát nastal Veľký tresk, svet bol príliš malý na to, aby sa niečo zrútilo. Teraz, keď sa vesmír rozšíril, v niektorých jeho častiach sa objavili miestne čierne diery. Ich gravitačné pole pohlcuje všetko okolo nich. Neunikne z nej ani svetlo. V skutočnosti kvôli tomu takéto diery sčernejú.
Rozšírenie vesmíru
Aj napriek teoretickému podloženiu inflačnej teórie stále nie je jasné, ako vesmír vyzeral pred Veľkým treskom. Ľudská fantázia si tento obraz nevie predstaviť. Faktom je, že inflačné pole je nehmotné. Nedá sa to vysvetliť bežnými fyzikálnymi zákonmi.
Keď nastal Veľký tresk, inflačné pole sa začalo rozširovať rýchlosťou, ktorá presahovala rýchlosť svetla. Podľa fyzikálnych ukazovateľov nie je vo vesmíre nič materiálne, ktoré by sa mohlo pohybovať rýchlejšie ako tento ukazovateľ. Svetlo sa šíri existujúcim svetom s premrštenými číslami. Inflačné pole sa šírilo ešte väčšou rýchlosťou práve pre svoju nemateriálnu povahu.
Aktuálny stav vesmíru
Súčasné obdobie vývoja vesmíru je najvhodnejšie pre existenciu života. Pre vedcov je ťažké určiť, ako dlho bude toto obdobie trvať. Ale ak sa niekto pustil do takýchto výpočtov, potom výsledné čísla neboli v žiadnom prípade menšie ako stovky miliárd rokov. Na jeden ľudský život je takýto segment taký veľký, že aj pri matematickom výpočte ho treba zapísať pomocou stupňov. Súčasnosť bola študovaná oveľa lepšie ako prehistória vesmíru. To, čo sa dialo pred Veľkým treskom, v každom prípade zostane len predmetom teoretického výskumu a odvážnych výpočtov.
V hmotnom svete aj čas zostáva relatívnou veličinou. Napríklad kvazary (typ astronomických objektov), ktoré existujú vo vzdialenosti 14 miliárd svetelných rokov od Zeme, zaostávajú za naším obvyklým „teraz“ o tých istých 14 miliárd svetelných rokov. Tento časový odstup je obrovský. Je ťažké to definovať čo i len matematicky, nehovoriac o tom, že niečo také si s pomocou ľudskej fantázie (aj tej najzarytejšej) jednoducho nemožno jasne predstaviť.
Moderná veda si teoreticky dokáže vysvetliť celý život nášho hmotného sveta, počnúc prvými zlomkami sekúnd jeho existencie, keď práve nastal Veľký tresk. Kompletná história vesmíru sa stále dokončuje. Astronómovia objavujú nové úžasné skutočnosti pomocou modernizovaných a vylepšených výskumných zariadení (teleskopy, laboratóriá atď.).
Stále však existujú nepochopené javy. Takouto bielou škvrnou je napríklad jej temná energia. Podstata tejto skrytej masy naďalej vzrušuje mysle najvzdelanejších a najpokročilejších fyzikov našej doby. Okrem toho nikdy neexistoval jednotný názor na dôvody, prečo je vo vesmíre stále viac častíc ako antičastíc. Na túto tému bolo sformulovaných niekoľko základných teórií. Niektoré z týchto modelov sú najobľúbenejšie, ale žiadny z nich zatiaľ nebol prijatý medzinárodnou vedeckou komunitou ako
V rozsahu univerzálneho poznania a kolosálnych objavov 20. storočia sa tieto medzery zdajú celkom zanedbateľné. História vedy však so závideniahodnou pravidelnosťou ukazuje, že vysvetlenie takýchto „malých“ faktov a javov sa stáva základom pre celú predstavu ľudstva o disciplíne ako celku (v tomto prípade hovoríme o astronómii). Ďalšie generácie vedcov preto určite budú mať čo robiť a čo objavovať v oblasti porozumenia podstaty Vesmíru.
