May katibayan na nagsimulang lumawak ang Uniberso 10 - 15 bilyong taon na ang nakalilipas. Sa simula ng ikadalawampu siglo, ang Amerikanong astronomo na si V. M. Slifer, batay sa kanyang pananaliksik, ay nagpakita na sa spectra ng ilang malabong mga kalawakan, na tinawag niyang nebulae, ang mga kapansin-pansing paglilipat ng mga linya patungo sa pulang dulo ay sinusunod. Kung ipagpalagay natin na ang mga redshift na ito ay sanhi ng radial recession velocity, pagkatapos ay napagpasyahan ni Slipher na ang ilan sa mga nebulae nito ay lumalayo sa Araw sa bilis na lampas sa 1000 km/s. Noong unang bahagi ng 1930s, nang maging malinaw na ang Slipher nebulae ay hindi hihigit sa mga kalawakan, pinalawak ni Hubble at Humason ang mga sukat ng Slipher sa mga malabong galaxy. Dahil natukoy nila ang tinatayang mga distansya sa mga kalawakan na ito, naitatag nila ang pagiging pangkalahatan ng relasyong redshift-distansya na sumusunod sa mga pag-aaral na ito.
Mula nang isagawa nina Hubble at Humason ang kanilang seminal na gawain, ang mga makabuluhang pagbabago ay ginawa sa sukat ng distansya ng mga kalawakan. Ang mga pag-aaral ni Allan Sandage, pangunahing batay sa data na nakuha gamit ang 200-inch Hale reflector, ay nagpapahiwatig ng napakalapit sa linear na katangian ng redshift-distance na relasyon. Kung ipagpalagay natin na ang mga redshift ay nagpapahiwatig ng distansya sa linya ng paningin, kung gayon ang relasyon ng redshift-distansya ay magiging isang pangunahing batas na nauugnay sa bilis ng pag-alis at distansya.
Sa anong bilis ng paglawak ng Uniberso?
Ang buong nakikitang Uniberso ay lumilitaw na lumalawak, at ang bilis ng pagpapalawak na ito ay tinutukoy mula sa katotohanan na ang dalawang kalawakan na matatagpuan sa layo na 10 milyong pc mula sa isa't isa ay lumalayo sa isa't isa sa bilis na humigit-kumulang 550 km/s. Para sa mga ordinaryong kalawakan, ang mga redshift na tumutugma sa paggalaw sa kalahati ng bilis ng liwanag ay naobserbahan, habang para sa malalayong galaxy, ang mga redshift ay nagpapahiwatig ng mga umuurong na tulin na lumalampas sa 0.8 na bilis ng liwanag. Sa batayan na ito maaari nating sabihin na sa malalaking sukat ang pangkalahatang pagpapalawak ng Uniberso ay isang matatag na itinatag na katotohanan. Kung ipagpalagay natin na ang itaas na rate ng pagpapalawak ng Uniberso ay nagbago nang kaunti sa nakaraan, kung gayon ang napakasimpleng mga kalkulasyon ay humahantong sa atin sa sumusunod na konklusyon: 17 bilyong taon na ang nakalilipas, ang lahat ng kasangkot sa pagpapalawak ay malapit sa isa't isa. Ang "edad" na ito ay nababagay sa mga astronomo na nag-aaral nang mabuti sa ating Galaxy.
kanin. Mga posibleng senaryo para sa pagpapalawak ng Uniberso
Hindi naman kinakailangan na ang pagpapalawak ng Uniberso ay magkatulad. Posible, halimbawa, na ang simula ng Uniberso ay inilatag sa pamamagitan ng isang napakalaking proseso ng pagsabog at ang unang napakataas na rate ng pagpapalawak ay unti-unting nagsimulang bumaba. Naturally, ang oras na lumipas mula noong simula ng pagpapalawak, na itinatag mula sa kasalukuyang sinusunod na mga rate ng pagpapalawak, ay magiging mas mababa kaysa sa nabanggit na halaga na 17 bilyong taon. Posible rin na ang ating Uniberso ay isang pulsating system, na kasalukuyang nasa proseso ng pagpapalawak, at ito ay magsisimulang magkontrata.
Maraming mga obserbasyon ang sumusuporta sa hypothesis ng isang lumalawak na uniberso. Ang mga ito ay halos tiyak na mga kalawakan na ating namamasid tulad ng mga ito ay limang bilyong taon na ang nakalilipas o higit pa. Ang naobserbahang bilang ng mga ito sa malalayong distansya ay nagpapakita kung gaano mas aktibo ang Uniberso 5 - 10 bilyong taon na ang nakalipas kaysa sa kasalukuyang panahon. Ang isa pang kumpirmasyon ng hypothesis na ang isang napakalaking cosmic na pagsabog ay naganap mga 10 bilyong taon na ang nakalilipas ay nakuha salamat sa mga obserbasyon nina Penzias at Wilson, na binigyang-kahulugan ni Dicke. Bilang resulta ng mga obserbasyon na ito, ang mga labi ng enerhiya na orihinal na nauugnay sa pagsabog na simula ng pagpapalawak ay nakita sa anyo ng microwave background radiation na may epektibong temperatura na 3 K, na tumatagos sa buong Uniberso. Ginagawang posible ng pinakatumpak na modernong mga obserbasyon na irehistro ang mga kalawakan at malalayong quasar sa mga distansyang hanggang 8 - 10 bilyong light years, o mga 3 bilyong pc. Ang mga obserbasyon na ito ay nagbibigay sa atin ng pagkakataong tumingin sa nakaraan at makita ang mga bagay na makalangit na katulad noong 8 - 10 bilyong taon na ang nakararaan.
Paano nabuo ang ating Galaxy?
Ang sagot sa tanong na ito ay maibibigay kung ating isaisip na ang pinakamatanda at pinakahiwalay na mga bituin ay matatagpuan sa malalayong distansya mula sa gitnang eroplano ng Milky Way. Ito ay malamang na nangangahulugan na sa ilang sandali pagkatapos ng paputok na pagsisimula ng pagpapalawak, ang aming Galaxy ay nagkaroon ng hitsura ng isang hiwalay na higanteng halos spherical gas clump. Ang unang proseso ng gas condensing sa mga bituin at mga kumpol ng bituin ay lumilitaw na kumalat sa buong ulap. Sa paglipas ng panahon, ang gas ay tumutok nang higit pa patungo sa gitnang eroplano ng Galaxy, na pagkatapos ay nakuha ang kasalukuyang pag-ikot nito. Nabuo ang mas batang mga bituin at kumpol kapag ang orihinal na kumpol ng gas ay higit na na-compress, at sa kasalukuyang yugto ang gitnang gas (at alikabok) na ulap ay kapansin-pansing manipis.
kanin. Pamamahagi ng mga bituin sa Kalawakan
Lumilitaw ngayon na ang kapanganakan ng bituin ay ganap na nakakulong sa mga rehiyon ng interstellar gas at alikabok na ilang daang parsec ang layo mula sa gitnang eroplano ng Milky Way. Ayon sa kaakit-akit na larawang ito, unang nabuo ang pinakamatandang globular at open cluster. Sa korona ng ating Galaxy at mga kumpol matagal na itong tumigil. Gayunpaman, maaari nating isaalang-alang ang ating sarili na masuwerte, dahil ang mga prosesong ito ay nagpapatuloy malapit sa gitnang eroplano ng Galaxy, kung saan matatagpuan ang Araw at Lupa, sa isang banda, malapit sa eroplanong ito, at sa kabilang banda, sa labas ng Galaxy, i.e., kung saan puspusan pa rin ang lahat Ang mga evolutionary cauldron ay kumukulo!
Isang daang taon lamang ang nakalipas, natuklasan ng mga siyentipiko na ang ating Uniberso ay mabilis na lumalaki sa laki.
Isang daang taon lamang ang nakalipas, ang mga ideya tungkol sa Uniberso ay batay sa Newtonian mechanics at Euclidean geometry. Kahit na ang ilang mga siyentipiko, tulad ng Lobachevsky at Gauss, na tinanggap (bilang isang hypothesis lamang!)
Alexey Levin
Noong 1870, ang Ingles na matematiko na si William Clifford ay nagkaroon ng isang napakalalim na ideya na ang espasyo ay maaaring kurbada, at hindi pantay sa iba't ibang mga punto, at sa paglipas ng panahon ay maaaring magbago ang kurbada nito. Inamin pa niya na ang mga pagbabagong ito ay kahit papaano ay may kaugnayan sa paggalaw ng bagay. Ang parehong mga ideyang ito, pagkalipas ng maraming taon, ay naging batayan ng pangkalahatang teorya ng relativity. Si Clifford mismo ay hindi nabuhay upang makita ito - namatay siya sa tuberculosis sa edad na 34, 11 araw bago ipinanganak si Albert Einstein.
Redshift
Ang unang impormasyon tungkol sa pagpapalawak ng Uniberso ay ibinigay ng astrospectrography. Noong 1886, napansin ng English astronomer na si William Huggins na bahagyang nabago ang wavelength ng starlight kumpara sa terrestrial spectra ng parehong mga elemento. Batay sa formula para sa optical na bersyon ng Doppler effect, na hinango noong 1848 ng French physicist na si Armand Fizeau, maaaring kalkulahin ang radial velocity ng isang bituin. Ginagawang posible ng gayong mga obserbasyon na subaybayan ang paggalaw ng isang bagay sa kalawakan.
Isang daang taon lamang ang nakalipas, ang mga ideya tungkol sa Uniberso ay batay sa Newtonian mechanics at Euclidean geometry. Kahit na ang ilang mga siyentipiko, tulad ng Lobachevsky at Gauss, na nag-assume (bilang isang hypothesis lamang!) ang pisikal na realidad ng non-Euclidean geometry, itinuturing na outer space na walang hanggan at hindi nagbabago. Dahil sa paglawak ng Uniberso, hindi madaling hatulan ang distansya sa malalayong galaxy. Ang liwanag na dumating pagkalipas ng 13 bilyong taon mula sa galaxy A1689-zD1, 3.35 bilyong light years ang layo (A), "namumula" at humihina habang naglalakbay ito sa lumalawak na espasyo, at ang kalawakan mismo ay lumalayo (B). Magdadala ito ng impormasyon tungkol sa distansya sa redshift (13 billion light years), sa angular size (3.5 billion light years), sa intensity (263 billion light years), habang ang totoong distansya ay 30 billion light years. taon.
Pagkalipas ng isang-kapat ng isang siglo, ang pagkakataong ito ay ginamit sa isang bagong paraan ni Vesto Slifer, isang empleyado ng obserbatoryo sa Flagstaff sa Arizona, na, mula noong 1912, ay nag-aaral ng spectra ng spiral nebulae na may 24-pulgadang teleskopyo na may isang magandang spectrograph. Upang makakuha ng de-kalidad na imahe, ang parehong photographic plate ay nalantad sa loob ng ilang gabi, kaya ang proyekto ay mabagal na gumalaw. Mula Setyembre hanggang Disyembre 1913, pinag-aralan ni Slipher ang Andromeda nebula at, gamit ang formula ng Doppler-Fizeau, dumating sa konklusyon na ito ay papalapit sa Earth ng 300 km bawat segundo.
Noong 1917, naglathala siya ng data sa radial velocities ng 25 nebulae, na nagpakita ng makabuluhang asymmetries sa kanilang mga direksyon. Apat na nebula lamang ang lumapit sa Araw, ang natitira ay tumakas (at ang ilan ay napakabilis).
Si Slifer ay hindi naghangad ng katanyagan at hindi nagsulong ng kanyang mga resulta. Samakatuwid, sila ay naging kilala sa astronomical circles lamang nang ang sikat na British astrophysicist na si Arthur Eddington ay nagbigay pansin sa kanila.
Noong 1924, naglathala siya ng isang monograp sa teorya ng relativity, na kasama ang isang listahan ng radial velocities ng 41 nebulae na natagpuan ni Slipher. Ang parehong apat na blue-shifted nebulae ay naroroon, habang ang natitirang 37 ay may mga spectral na linya na red-shifted. Ang kanilang radial velocities ay nag-iiba-iba sa pagitan ng 150 at 1800 km/s at nasa average na 25 beses na mas mataas kaysa sa kilalang tulin ng mga bituin sa Milky Way noong panahong iyon. Iminungkahi nito na ang mga nebula ay lumahok sa iba't ibang mga paggalaw kaysa sa mga "klasikal" na luminaries.
Mga Isla sa Kalawakan
Noong unang bahagi ng 1920s, karamihan sa mga astronomo ay naniniwala na ang spiral nebulae ay matatagpuan sa periphery ng Milky Way, at sa kabila nito ay walang iba kundi walang laman, madilim na espasyo. Totoo, noong ika-18 siglo, nakita ng ilang siyentipiko ang higanteng mga kumpol ng bituin sa nebulae (tinawag sila ni Immanuel Kant na mga islang uniberso). Gayunpaman, ang hypothesis na ito ay hindi popular, dahil imposibleng mapagkakatiwalaan na matukoy ang mga distansya sa nebulae.
Ang problemang ito ay nalutas ni Edwin Hubble, nagtatrabaho sa 100-pulgada na sumasalamin sa teleskopyo sa Mount Wilson Observatory ng California. Noong 1923-1924, natuklasan niya na ang Andromeda nebula ay binubuo ng maraming makinang na bagay, kabilang ang mga variable na bituin ng pamilyang Cepheid. Nalaman na noon na ang panahon ng pagbabago sa kanilang maliwanag na ningning ay nauugnay sa ganap na ningning, at samakatuwid ang mga Cepheid ay angkop para sa pag-calibrate ng mga cosmic na distansya. Sa tulong nila, tinantya ng Hubble ang distansya sa Andromeda sa 285,000 parsec (ayon sa modernong data, ito ay 800,000 parsec). Ang diameter ng Milky Way noon ay pinaniniwalaan na humigit-kumulang 100,000 parsecs (sa katotohanan ay tatlong beses itong mas mababa). Sinundan nito na ang Andromeda at ang Milky Way ay dapat ituring na mga independiyenteng kumpol ng bituin. Di-nagtagal, nakilala ni Hubble ang dalawa pang independiyenteng kalawakan, na sa wakas ay nakumpirma ang hypothesis ng "mga uniberso ng isla".
Upang maging patas, nararapat na tandaan na dalawang taon bago ang Hubble, ang distansya sa Andromeda ay kinakalkula ng Estonian astronomer na si Ernst Opik, na ang resulta - 450,000 parsec - ay mas malapit sa tama. Gayunpaman, gumamit siya ng ilang teoretikal na pagsasaalang-alang na hindi kasingkumbinsi ng mga direktang obserbasyon ni Hubble.
Noong 1926, nagsagawa si Hubble ng istatistikal na pagsusuri ng mga obserbasyon ng apat na raang "extragalactic nebulae" (isang terminong ginamit niya sa mahabang panahon, iniiwasan ang pagtawag sa kanila na mga kalawakan) at nagmungkahi ng isang pormula para sa pag-uugnay ng distansya sa isang nebula sa maliwanag na ningning nito. Sa kabila ng napakalaking mga pagkakamali ng pamamaraang ito, kinumpirma ng bagong data na ang mga nebula ay ipinamamahagi nang higit pa o hindi gaanong pantay sa kalawakan at matatagpuan malayo sa mga hangganan ng Milky Way. Ngayon ay wala nang anumang pagdududa na ang espasyo ay hindi limitado sa ating Galaxy at sa mga pinakamalapit na kapitbahay nito.
Mga taga-disenyo ng fashion sa kalawakan
Naging interesado si Eddington sa mga resulta ni Slipher bago pa man mabigyang linaw ang kalikasan ng spiral nebulae. Sa oras na ito, umiral na ang isang modelong kosmolohikal, na sa isang tiyak na kahulugan ay hinulaan ang epekto na kinilala ni Slipher. Maraming naisip si Eddington tungkol dito at, natural, hindi pinalampas ang pagkakataon na bigyan ang mga obserbasyon ng Arizona astronomer ng isang kosmological na tunog.
Ang modernong teoretikal na kosmolohiya ay nagsimula noong 1917 na may dalawang rebolusyonaryong papel na nagpapakita ng mga modelo ng uniberso batay sa pangkalahatang relativity. Ang isa sa mga ito ay isinulat mismo ni Einstein, ang isa pa ng Dutch astronomer na si Willem de Sitter.
Mga batas ni Hubble
Empirikal na natuklasan ni Edwin Hubble ang tinatayang proporsyonalidad ng mga redshift at galactic na distansya, na ginawa niyang proporsyonalidad sa pagitan ng mga bilis at distansya gamit ang Doppler-Fizeau formula. Kaya nakikitungo kami sa dalawang magkaibang pattern dito.
Hindi alam ni Hubble kung paano sila nauugnay sa isa't isa, ngunit ano ang sinasabi ng agham ngayon tungkol dito?
Gaya rin ng ipinakita ni Lemaître, ang linear na ugnayan sa pagitan ng cosmological (sanhi ng pagpapalawak ng Uniberso) redshift at mga distansya ay hindi nangangahulugang ganap. Sa pagsasagawa, ito ay mahusay na sinusunod lamang para sa mga displacement na mas mababa sa 0.1. Kaya ang empirical na batas ng Hubble ay hindi eksakto, ngunit tinatayang, at ang Doppler-Fizeau formula ay wasto lamang para sa maliliit na pagbabago ng spectrum.
Ngunit ang teoretikal na batas na nagkokonekta sa radial speed ng malalayong bagay na may distansya sa kanila (na may proportionality coefficient sa anyo ng Hubble parameter V=Hd) ay may bisa para sa anumang redshift. Gayunpaman, ang bilis ng V na lumilitaw dito ay hindi lahat ng bilis ng mga pisikal na signal o tunay na katawan sa pisikal na espasyo. Ito ang rate ng pagtaas ng mga distansya sa pagitan ng mga kalawakan at mga kumpol ng kalawakan, na sanhi ng paglawak ng Uniberso. Masusukat lamang natin ito kung napigilan natin ang paglawak ng Uniberso, agad na iunat ang mga teyp sa pagsukat sa pagitan ng mga kalawakan, basahin ang mga distansya sa pagitan ng mga ito at hatiin ang mga ito sa mga agwat ng oras sa pagitan ng mga sukat. Naturally, hindi ito pinapayagan ng mga batas ng pisika. Samakatuwid, mas gusto ng mga cosmologist na gamitin ang Hubble parameter H sa isa pang formula, na kinabibilangan ng scale factor ng Universe, na tiyak na naglalarawan sa antas ng pagpapalawak nito sa iba't ibang cosmic epochs (dahil ang parameter na ito ay nagbabago sa paglipas ng panahon, ang modernong halaga nito ay tinutukoy ng H0 ). Ang Uniberso ay lumalawak na ngayon sa mabilis na bilis, kaya tumataas ang halaga ng parameter ng Hubble.
Sa pamamagitan ng pagsukat ng mga cosmological redshift, nakakakuha tayo ng impormasyon tungkol sa lawak ng pagpapalawak ng espasyo. Ang liwanag ng kalawakan, na dumating sa amin na may cosmological redshift z, ay umalis dito noong ang lahat ng cosmological na distansya ay 1+z beses na mas maliit kaysa sa ating panahon. Ang karagdagang impormasyon tungkol sa kalawakan na ito, tulad ng kasalukuyang distansya o bilis ng pag-alis nito mula sa Milky Way, ay maaari lamang makuha gamit ang isang partikular na modelo ng kosmolohiya. Halimbawa, sa modelong Einstein-de Sitter, ang isang kalawakan na may z = 5 ay lumalayo sa atin sa bilis na katumbas ng 1.1 s (ang bilis ng liwanag). Ngunit kung gumawa ka ng isang karaniwang pagkakamali at i-equalize lamang ang V/c at z, ang bilis na ito ay magiging limang beses na mas malaki kaysa sa bilis ng liwanag. Ang pagkakaiba, tulad ng nakikita natin, ay seryoso.
Depende sa bilis ng malalayong bagay sa redshift ayon sa STR, GTR (depende sa modelo at oras, ipinapakita ng curve ang kasalukuyang oras at ang kasalukuyang modelo). Sa mga maliliit na displacement ang dependence ay linear.
Si Einstein, sa diwa ng mga panahon, ay naniniwala na ang Uniberso sa kabuuan ay static (sinubukan niyang gawin din itong walang katapusan sa kalawakan, ngunit hindi mahanap ang tamang mga kondisyon ng hangganan para sa kanyang mga equation). Bilang isang resulta, nagtayo siya ng isang modelo ng isang saradong Uniberso, ang espasyo kung saan ay may palaging positibong kurbada (at samakatuwid ito ay may pare-parehong may hangganan na radius). Ang oras sa Uniberso na ito, sa kabaligtaran, ay dumadaloy tulad ng Newton, sa isang direksyon at sa parehong bilis. Ang space-time ng modelong ito ay curved dahil sa spatial na bahagi, habang ang bahagi ng oras ay hindi deformed sa anumang paraan. Ang static na kalikasan ng mundong ito ay nagbibigay ng isang espesyal na "insert" sa pangunahing equation, na pumipigil sa gravitational collapse at sa gayon ay gumaganap bilang isang omnipresent na anti-gravity field. Ang intensity nito ay proporsyonal sa isang espesyal na pare-pareho, na tinawag ni Einstein na unibersal (tinatawag na ngayong cosmological constant).
Ang modelong kosmolohikal ni Lemaître ng pagpapalawak ng Uniberso ay nauna sa panahon nito. Nagsisimula ang uniberso ng Lemaître sa Big Bang, pagkatapos nito ay bumagal muna ang pagpapalawak at pagkatapos ay nagsimulang bumilis.
Ginawang posible ng modelo ni Einstein na kalkulahin ang laki ng Uniberso, ang kabuuang dami ng bagay, at maging ang halaga ng cosmological constant. Upang gawin ito, kailangan lamang natin ang average na density ng cosmic matter, na, sa prinsipyo, ay maaaring matukoy mula sa mga obserbasyon. Hindi nagkataon na hinangaan ni Eddington ang modelong ito at ginamit ito sa pagsasanay ni Hubble. Gayunpaman, ito ay nawasak ng kawalang-tatag, na hindi napansin ni Einstein: sa pinakamaliit na paglihis ng radius mula sa halaga ng balanse, ang mundo ni Einstein ay lumalawak o sumasailalim sa pagbagsak ng gravitational. Samakatuwid, ang modelong ito ay walang kaugnayan sa tunay na Uniberso.
Walang laman ang mundo
Si De Sitter ay nagtayo rin, tulad ng kanyang paniniwala, isang static na mundo ng patuloy na kurbada, ngunit hindi positibo, ngunit negatibo. Naglalaman ito ng cosmological constant ni Einstein, ngunit ganap na kulang sa matter. Kapag ang mga particle ng pagsubok ng di-makatwirang maliit na masa ay ipinakilala, sila ay nagkakalat at napupunta sa kawalang-hanggan. Bilang karagdagan, ang oras ay dumadaloy nang mas mabagal sa paligid ng uniberso ng de Sitter kaysa sa gitna nito. Dahil dito, ang mga magagaan na alon mula sa malalayong distansya ay dumarating na may pulang shift, kahit na ang pinagmulan nito ay nakatigil na may kaugnayan sa nagmamasid. Kaya noong 1920s, nagtaka si Eddington at iba pang mga astronomo kung ang modelo ni de Sitter ay may anumang bagay na karaniwan sa katotohanan na makikita sa mga obserbasyon ni Slipher.
Ang mga hinalang ito ay nakumpirma, kahit na sa ibang paraan. Ang static na kalikasan ng uniberso ng de Sitter ay naging haka-haka, dahil nauugnay ito sa isang hindi matagumpay na pagpili ng sistema ng coordinate. Pagkatapos iwasto ang error na ito, ang espasyo ng de Sitter ay naging flat, Euclidean, ngunit hindi static. Salamat sa antigravitational cosmological constant, lumalawak ito habang pinapanatili ang zero curvature. Dahil sa pagpapalawak na ito, ang mga wavelength ng mga photon ay tumataas, na nangangailangan ng paglilipat ng mga parang multo na linya na hinulaang ni de Sitter. Ito ay nagkakahalaga ng pagpuna na ito ay kung paano ipinaliwanag ang cosmological redshift ng malalayong galaxy ngayon.
Mula sa mga istatistika hanggang sa dinamika
Ang kasaysayan ng hayagang di-static na mga teoryang kosmolohikal ay nagsisimula sa dalawang papel ng Soviet physicist na si Alexander Friedman, na inilathala sa German journal na Zeitschrift fur Physik noong 1922 at 1924. Kinakalkula ni Friedman ang mga modelo ng mga uniberso na may positibo at negatibong kurbada sa panahon, na naging gintong pondo ng teoretikal na kosmolohiya. Gayunpaman, halos hindi napansin ng mga kontemporaryo ang mga gawang ito (sa una ay itinuturing pa ni Einstein na ang unang papel ni Friedman ay mali sa matematika). Si Friedman mismo ay naniniwala na ang astronomiya ay wala pang arsenal ng mga obserbasyon na magpapahintulot sa isa na magpasya kung alin sa mga modelong kosmolohikal ang mas pare-pareho sa katotohanan, at samakatuwid ay limitado ang kanyang sarili sa purong matematika. Marahil ay iba ang ikinilos niya kung nabasa niya ang mga resulta ni Slifer, ngunit hindi ito nangyari.
Ang pinakamalaking cosmologist ng unang kalahati ng ika-20 siglo, si Georges Lemaitre, ay nag-iba ng iniisip. Sa bahay, sa Belgium, ipinagtanggol niya ang kanyang disertasyon sa matematika, at pagkatapos noong kalagitnaan ng 1920s ay nag-aral siya ng astronomiya - sa Cambridge sa ilalim ng direksyon ni Eddington at sa Harvard Observatory sa ilalim ng Harlow Shapley (habang nasa USA, kung saan naghanda siya ng pangalawang disertasyon sa MIT, nakilala niya sina Slifer at Hubble). Noong 1925, si Lemaître ang unang nagpakita na ang static na katangian ng modelo ni de Sitter ay haka-haka. Sa kanyang pagbabalik sa kanyang tinubuang-bayan bilang isang propesor sa Unibersidad ng Louvain, itinayo ni Lemaitre ang unang modelo ng isang lumalawak na uniberso na may malinaw na batayan ng astronomya. Nang walang pagmamalabis, ang gawaing ito ay isang rebolusyonaryong tagumpay sa agham sa kalawakan.
Pangkalahatang rebolusyon
Sa kanyang modelo, napanatili ni Lemaitre ang isang cosmological constant na may Einsteinian numerical value. Samakatuwid, ang kanyang uniberso ay nagsisimula sa isang static na estado, ngunit sa paglipas ng panahon, dahil sa mga pagbabago, ito ay nagsisimula sa isang landas ng patuloy na paglawak sa isang pagtaas ng rate. Sa yugtong ito ay nagpapanatili ito ng positibong kurbada, na bumababa habang tumataas ang radius. Kasama ni Lemaitre sa kanyang uniberso hindi lamang bagay, kundi pati na rin ang electromagnetic radiation. Hindi ito ginawa ni Einstein o ni de Sitter, na kilala ni Lemaitre, o ni Friedman, na alam niya sa oras na iyon.
Mga nauugnay na coordinate
Sa mga kalkulasyon ng kosmolohikal, madaling gamitin ang mga kasamang sistema ng coordinate, na lumalawak kasabay ng pagpapalawak ng Uniberso. Sa isang idealized na modelo, kung saan ang mga kalawakan at mga kumpol ng kalawakan ay hindi nakikilahok sa anumang tamang galaw, ang kanilang mga kasamang coordinate ay hindi nagbabago. Ngunit ang distansya sa pagitan ng dalawang bagay sa isang naibigay na sandali sa oras ay katumbas ng kanilang pare-parehong distansya sa kasamang mga coordinate, na pinarami ng halaga ng scale factor para sa sandaling ito. Ang sitwasyong ito ay madaling mailarawan sa isang inflatable na globo: ang latitude at longitude ng bawat punto ay hindi nagbabago, at ang distansya sa pagitan ng anumang pares ng mga punto ay tumataas sa pagtaas ng radius.
Ang paggamit ng comoving coordinates ay nakakatulong sa amin na maunawaan ang malalim na pagkakaiba sa pagitan ng lumalawak na universe cosmology, special relativity, at Newtonian physics. Kaya, sa Newtonian mechanics ang lahat ng mga paggalaw ay kamag-anak, at ang ganap na kawalang-kilos ay walang pisikal na kahulugan. Sa kabaligtaran, sa kosmolohiya, ang immobility sa comoving coordinates ay ganap at, sa prinsipyo, ay maaaring kumpirmahin ng mga obserbasyon. Ang espesyal na teorya ng relativity ay naglalarawan ng mga proseso sa space-time, kung saan ang mga spatial at temporal na bahagi ay maaaring ihiwalay sa isang walang katapusang bilang ng mga paraan gamit ang mga pagbabagong Lorentz. Ang cosmological space-time, sa kabaligtaran, ay natural na nahahati sa isang hubog na lumalawak na espasyo at isang solong cosmic time. Sa kasong ito, ang bilis ng pag-urong ng malalayong kalawakan ay maaaring maraming beses na mas mataas kaysa sa bilis ng liwanag.
Iminungkahi ni Lemaitre, pabalik sa USA, na ang mga redshift ng malalayong kalawakan ay lumitaw dahil sa paglawak ng espasyo, na "nag-uunat" ng mga light wave. Ngayon ay napatunayan na niya ito sa matematika. Ipinakita rin niya na ang mga maliliit (mas maliit na unit) na mga redshift ay proporsyonal sa mga distansya sa pinagmumulan ng liwanag, at ang koepisyent ng proporsyonalidad ay nakasalalay lamang sa oras at nagdadala ng impormasyon tungkol sa kasalukuyang rate ng pagpapalawak ng Uniberso. Dahil ang formula ng Doppler-Fizeau ay nagpapahiwatig na ang radial speed ng isang galaxy ay proporsyonal sa redshift nito, napagpasyahan ni Lemaître na ang bilis na ito ay proporsyonal din sa distansya nito. Matapos suriin ang mga bilis at distansya ng 42 kalawakan mula sa listahan ng Hubble at isinasaalang-alang ang intragalactic na bilis ng Araw, itinatag niya ang mga halaga ng mga koepisyent ng proporsyonalidad.
Trabaho na hindi sinasadya
Inilathala ni Lemaitre ang kanyang trabaho noong 1927 sa Pranses sa maliit na nabasang journal na Annals of the Brussels Scientific Society. Ito ay pinaniniwalaan na ito ang pangunahing dahilan kung bakit siya sa simula ay halos hindi napapansin (kahit ng kanyang guro na si Eddington). Totoo, sa taglagas ng parehong taon, nagawang talakayin ni Lemaitre ang kanyang mga natuklasan kay Einstein at natutunan mula sa kanya ang tungkol sa mga resulta ni Friedman. Ang lumikha ng General Relativity ay walang teknikal na pagtutol, ngunit determinado siyang hindi naniniwala sa pisikal na katotohanan ng modelo ni Lemetre (tulad ng hindi niya tinanggap dati ang mga konklusyon ni Friedman).
Mga Hubble graph
Samantala, noong huling bahagi ng 1920s, natuklasan nina Hubble at Humason ang isang linear na ugnayan sa pagitan ng mga distansya ng 24 na mga kalawakan at ang kanilang mga radial velocities, na kinakalkula (karamihan sa pamamagitan ng Slipher) mula sa mga redshift. Napagpasyahan ni Hubble mula dito na ang radial speed ng isang kalawakan ay direktang proporsyonal sa distansya nito. Ang koepisyent ng proporsyonalidad na ito ay tinutukoy na ngayon ng H0 at tinatawag na Hubble parameter (ayon sa pinakabagong data, ito ay bahagyang lumampas sa 70 (km/s)/megaparsec).
Ang papel ni Hubble na nagpaplano ng linear na relasyon sa pagitan ng galactic na bilis at mga distansya ay nai-publish noong unang bahagi ng 1929. Isang taon bago nito, nakuha ng batang Amerikanong matematiko na si Howard Robertson, kasunod ni Lemaitre, ang pag-asa mula sa modelo ng isang lumalawak na Uniberso, na maaaring alam ni Hubble. Gayunpaman, ang kanyang sikat na artikulo ay hindi binanggit ang modelong ito nang direkta o hindi direkta. Kalaunan ay nagpahayag si Hubble ng mga pagdududa na ang mga bilis na lumilitaw sa kanyang pormula ay aktwal na naglalarawan sa mga paggalaw ng mga kalawakan sa kalawakan, ngunit palagi niyang pinipigilan ang kanilang partikular na interpretasyon. Nakita niya ang kahulugan ng kanyang pagtuklas sa pagpapakita ng proporsyonalidad ng galactic distances at redshifts, na iniiwan ang iba sa mga theorists. Samakatuwid, sa lahat ng nararapat na paggalang kay Hubble, walang dahilan upang ituring na siya ang nakatuklas ng pagpapalawak ng Uniberso.
At gayon pa man ito ay lumalawak!
Gayunpaman, ang Hubble ay nagbigay daan para sa pagkilala sa pagpapalawak ng Uniberso at modelo ni Lemaître. Noong 1930, ang mga masters ng kosmolohiya gaya nina Eddington at de Sitter ay nagbigay pugay sa kanya; Maya-maya, napansin at pinahahalagahan ng mga siyentipiko ang gawain ni Friedman. Noong 1931, sa udyok ni Eddington, isinalin ni Lemaitre ang kanyang artikulo sa Ingles (na may maliliit na pagbawas) para sa Buwanang Balita ng Royal Astronomical Society. Sa parehong taon, sumang-ayon si Einstein sa mga konklusyon ni Lemaître, at makalipas ang isang taon, kasama si de Sitter, nagtayo siya ng isang modelo ng isang lumalawak na Uniberso na may patag na espasyo at curved time. Ang modelong ito, dahil sa pagiging simple nito, ay napakapopular sa mga cosmologist sa mahabang panahon.
Sa parehong 1931, inilathala ni Lemaitre ang isang maikling (at walang anumang matematika) na paglalarawan ng isa pang modelo ng Uniberso, na pinagsama ang cosmology at quantum mechanics. Sa modelong ito, ang paunang sandali ay ang pagsabog ng pangunahing atom (tinawag din itong quantum ni Lemaitre), na nagbunga ng parehong espasyo at oras. Dahil ang gravity ay nagpapabagal sa pagpapalawak ng bagong panganak na Uniberso, ang bilis nito ay bumababa - marahil halos sa zero. Kalaunan ay ipinakilala ni Lemaitre ang isang cosmological constant sa kanyang modelo, na nagpilit sa Uniberso na tuluyang pumasok sa isang matatag na rehimen ng pagpapabilis ng pagpapalawak. Kaya't inaasahan niya ang parehong ideya ng Big Bang at modernong mga modelo ng kosmolohiya na isinasaalang-alang ang pagkakaroon ng madilim na enerhiya. At noong 1933, nakilala niya ang cosmological constant sa density ng enerhiya ng vacuum, na hindi pa naisip ng sinuman noon. Nakapagtataka lang kung gaano kaaga ang siyentipikong ito, tiyak na karapat-dapat sa titulong tumuklas ng pagpapalawak ng Uniberso,!
Sa tanong: Paano nakumpirma ang pagpapalawak ng Uniberso? ibinigay ng may-akda Alena Sokolovskaya ang pinakamagandang sagot ay Ito ay pinaniniwalaan na kinumpirma ng paglipat ng mga parang multo na linya ng malalayong bagay sa mahabang wavelength alinsunod sa epekto ng Doppler. (Sa ilalim ng numero uno)
Ang isang internasyonal na grupo ng mga siyentipiko na pinamumunuan ni Alexey Vikhlinin mula sa Space Research Institute ng Russian Academy of Sciences ay eksperimento na nakumpirma ang pinabilis na pagpapalawak ng Uniberso gamit ang isang bagong independiyenteng pamamaraan at naibalik ang larawan ng pag-unlad nito sa paglipas ng panahon.
Si Alexey Vikhlinin, na nagsasalita sa kumperensya na "High Energy Astrophysics Ngayon at Bukas", na ginanap sa Institute of Space Research ng Russian Academy of Sciences, ay nagsabi na noong nakaraang siglo, ang mga obserbasyon ng malayong supernovae ay nagpakita na ang ating Uniberso ay lumalawak sa isang pagbilis. rate.
Upang ipaliwanag ang acceleration na ito, ang konsepto ng "dark energy" ("invisible energy") ay ipinakilala. Ang mga katangian nito ay naging napaka hindi pangkaraniwan - halimbawa, ang madilim na enerhiya ay dapat magkaroon ng negatibong presyon upang "itulak" ang Uniberso.
Ang gawain ng internasyonal na pangkat ng mga siyentipiko ay batay sa pag-aaral ng pamamahagi ng napakalaking mga kumpol ng kalawakan sa kalawakan - ang mga pangunahing elemento ng malakihang istruktura ng Uniberso. (Ang malakihang istraktura ay maaaring isipin bilang mga kumpol ng mga kalawakan na konektado ng mga filament.
Ang Abel85 galaxy cluster, na matatagpuan humigit-kumulang 740 milyong light-years mula sa Earth, ay nakita ng Chandra X-ray Observatory. Ang lilang glow ay gas na pinainit sa ilang milyong degrees.
Ilustrasyon para sa isang modelo ng paglago ng mga istrukturang kosmiko ng Uniberso. Tatlong edad ng Uniberso ang inilalarawan: 0.9 bilyon, 3.2 bilyon at 13.7 bilyong taon (kasalukuyang estado).
86 sa pinakamalalaking kumpol ng kalawakan sa Uniberso, na matatagpuan sa layong ilang daang milyon hanggang ilang bilyong light years mula sa Milky Way, ay natuklasan at pinag-aralan nang detalyado.
Batay sa mga resulta na nakuha, muling itinayo ng mga astrophysicist ang isang larawan ng pag-unlad ng Uniberso simula sa humigit-kumulang 2/3 ng edad nito hanggang sa kasalukuyan, iyon ay, sa nakalipas na 5.5 bilyong taon (na humigit-kumulang tumutugma sa edad ng Araw). Ang mga resulta ng pag-aaral na ito ay nagpakita na ang paglago ng malakihang istraktura ay bumagal nang malaki sa panahong ito.
Ang puwersa kung saan ang madilim na enerhiya ay "nagtutulak" ng bagay ay inilalarawan ng isang parameter ng dark energy equation ng estado, na may pisikal na kahulugan na katulad ng higpit ng isang spring.
Naniniwala ang mga astrophysicist na ang pag-aaral ng kalikasan ng madilim na enerhiya ay lilikha ng isang bagong teorya ng vacuum, na maaaring mapalawak sa iba pang mga pisikal na phenomena. Posible na sa loob ng balangkas ng bagong teorya ay lalabas na ang ating espasyo ay hindi apat, ngunit limang dimensyon.
Wikipedia (hindi palaging tama))) ay nagsabi:
Pinagmulan: link
Sagot mula sa 22 sagot[guru]
Kamusta! Narito ang isang seleksyon ng mga paksa na may mga sagot sa iyong tanong: Paano nakumpirma ang pagpapalawak ng Uniberso?
Sagot mula sa mabuting pakikitungo[guru]
ang lahat ng ito ay bunga ng isang teorya lamang 🙂 ang itinuturo nila sa paaralan.
may mga mas maaasahang teorya, na may mas kawili-wili at makatotohanang "ebidensya".
Sagot mula sa Mikhail Levin[guru]
3. - kalokohan, hindi alam ang density kahit sa antas ng pagkakasunud-sunod. Ngayong natuklasan na ang madilim na bagay, ang densidad ay tila tinatantya na hindi bababa sa sampung beses na mas malaki
4. kabaligtaran lang - walang amoy ng homogeneity o isotropy.
Ngunit ang pinakamahalagang palatandaan ay nawawala. Halimbawa, ang kawalan ng mga bituin na may mass na 0.7-0.8 solar mass sa mga susunod na yugto ng pag-unlad.
Sagot mula sa Neurosis[guru]
Ang lumalawak na Uniberso ay napatunayan ng isang pulang pagbabago sa mga wavelength ng liwanag na ibinubuga ng mga kalawakan dahil sa kanilang distansya mula sa nagmamasid, ayon sa epekto ng Doppler.
Ang unang nakapansin nito ay sina V. M. Slifer at E. P. Hubble (American astronomers). Sila ay
pinag-aralan ang bilis ng paggalaw ng mga kalawakan (mula sa ilang daan hanggang libu-libong km/s).
Ngunit ang lahat ng iba pang phenomena na iyong inilista ay hindi direktang nagpapatunay sa hypothesis
"Big Bang"
Sagot mula sa Itapon[guru]
paglilipat ng ningning sa pulang bahagi ng spectrum.
Sagot mula sa OOO ALYANSA[newbie]
Ipinapakita sa atin ng "Doppler shift" kung paano lumalayo ang mga bagay (mga kalawakan, kumpol ng mga kalawakan, atbp.) (hindi lumalayo sa isang partikular na oras) mula sa atin sa malayong nakaraan, at ngayon ay bumabagal ang mga bagay na ito, at marahil ay gumagalaw. mahabang panahon sa atin!
Ang modelo ng isang homogenous na isotropic na hindi nakatigil na mainit na lumalawak na Uniberso, na binuo batay sa pangkalahatang teorya ng relativity at ang relativistic na teorya ng grabidad na nilikha ni A. Einstein noong 1916, ay kasalukuyang tinatanggap bilang pangunahing isa sa kosmolohiya. Ang modelong ito ay batay sa dalawang pagpapalagay: ang mga katangian ng Uniberso ay pareho sa lahat ng mga punto nito (homogeneity) at mga direksyon (isotropy); Ang pinakakilalang paglalarawan ng gravitational field ay ang mga equation ni Einstein. Mula dito ay sumusunod ang tinatawag na curvature ng espasyo at ang koneksyon sa pagitan ng curvature at mass (enerhiya) density. Ang kosmolohiya batay sa mga postulate na ito ay relativistic.
Ang isang mahalagang tampok ng modelong ito ay ang hindi pagkakatigil nito. Ito ay tinutukoy ng dalawang postulate ng teorya ng relativity: 1) ang prinsipyo ng relativity, na nagsasaad na sa lahat ng inertial system ang lahat ng mga batas ay pinapanatili anuman ang bilis kung saan ang mga sistemang ito ay gumagalaw nang pantay at rectilinearly na may kaugnayan sa isa't isa; 2) eksperimento na nakumpirma ang pare-pareho ng bilis ng liwanag.
Mula sa teorya ng relativity, sinundan nito na ang hubog na espasyo ay hindi maaaring nakatigil: dapat itong lumawak o kumukurot. Ito ay unang napansin ng St. Petersburg physicist at mathematician na si A. A. Friedman noong 1922. Noong 1922-1924. iniharap niya ang hypothesis ng pagpapalawak ng Uniberso. Ang empirical confirmation ng hypothesis na ito ay ang pagkatuklas ng American astronomer na si E. Hubble noong 1929 ng tinatawag na redshift.
Pinag-aaralan ng mga astronomo ang mga celestial na katawan sa pamamagitan ng radiation na kanilang natatanggap mula sa kanila. Ang radiation na ito ay pinaghihiwalay sa tulong ng mga espesyal na prism, pagkuha ng tinatawag na spectrum, na binubuo ng pitong pangunahing kulay. Minsan nakikita natin ang isang natural na nagaganap na spectrum sa kalangitan - isang bahaghari. Lumilitaw ito dahil hinahati ng mga patak ng tubig ang sinag ng araw sa mga bahagi nito. Nakukuha ng mga siyentipiko ang spectrum sa artipisyal na paraan. Ang bawat katawan ay may sariling espesyal na spectrum, i.e. isang tiyak na relasyon sa pagitan ng mga kulay. Sa pamamagitan ng pag-aaral nito, makakagawa tayo ng mga konklusyon tungkol sa komposisyon ng mga katawan, ang bilis at direksyon ng kanilang paggalaw.
Ang red shift ay isang pagbawas sa mga frequency ng electromagnetic radiation: sa nakikitang bahagi ng spectrum, ang mga linya ay inililipat patungo sa pulang dulo nito. Ayon sa naunang natuklasang Doppler effect, kapag ang anumang pinagmumulan ng oscillation ay lumayo sa atin, ang nakikitang frequency ng oscillations ay bumababa, at ang wavelength ay tumataas nang naaayon. Kapag na-irradiated, nangyayari ang "pagmumula", i.e. ang mga linya ng spectrum ay lumilipat patungo sa mas mahabang red wavelength.
Ang pagtuklas ng red shift ay pinadali ng katotohanan na ang liwanag na dumadaan sa isang daluyan ay hinihigop ng mga kemikal na elemento ng daluyan na iyon. Dahil ang mga antas ng enerhiya kung saan matatagpuan ang mga electron na bumubuo sa mga elemento ng kemikal ay magkakaiba, ang bawat elemento ng kemikal ay sumisipsip ng isang espesyal na bahagi ng liwanag, na nag-iiwan ng mga madilim na linya sa spectrum ng sinag na dumadaan dito. Mula sa hinihigop na bahagi ng spectrum, matutukoy ng isa ang komposisyon ng daluyan kung saan dumaan ang liwanag, pati na rin ang bilis ng paggalaw ng bagay na nagpapalabas ng liwanag. Ang mga madilim na linya ay nagbabago habang ang bagay ay lumalayo sa amin patungo sa pulang bahagi ng spectrum.
Kaya, para sa lahat ng malalayong pinagmumulan ng liwanag, ang pulang paglilipat ay naitala, at kung mas malayo ang pinagmulan, mas mataas ang antas. Ang pulang shift ay naging proporsyonal sa distansya sa pinagmulan, na nakumpirma ang hypothesis na sila ay lumalayo, i.e. tungkol sa pagpapalawak ng Metagalaxy ng nakikitang bahagi ng Uniberso. Ang pagtuklas ng red shift ay nagbigay-daan sa amin upang tapusin na ang mga kalawakan ay lumalayo at ang Uniberso ay lumalawak. Ang red shift ay mapagkakatiwalaang kinukumpirma ang teoretikal na konklusyon tungkol sa hindi nakatigil na kalikasan ng ating Uniberso.
Kung ang Uniberso ay lumalawak, nangangahulugan ito na ito ay bumangon sa isang tiyak na punto ng oras. Paano ito nangyari? Ang isang mahalagang bahagi ng lumalawak na modelo ng uniberso ay ang ideya ng isang Big Bang na naganap humigit-kumulang 13.7 plus o minus 0.2 bilyong taon na ang nakalilipas. Ang may-akda ng modelo ng Big Bang ay si G. A. Gamov, isang mag-aaral ng A. A. Friedman, at ang terminong "Big Bang" mismo ay kabilang sa astronomer ng Ingles na si F. Hoyle. “Noong una may pasabog. Hindi ang uri ng pagsabog na pamilyar sa atin sa Earth, na nagsisimula mula sa isang tiyak na sentro at pagkatapos ay kumakalat, kumukuha ng higit at mas maraming espasyo, ngunit isang pagsabog na nangyari sa lahat ng dako nang sabay-sabay, na pinupuno ang lahat ng espasyo mula pa sa simula, ng bawat butil ng bagay. nagmamadaling palayo sa bawat iba pang mga particle."
Ang paunang estado ng Uniberso (ang tinatawag na punto ng singularidad- mula sa Ingles, "single" - ang nag-iisa) ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na katangian: walang katapusang mass density, espasyo sa anyo ng isang punto at paputok na pagpapalawak 1
rhenium Ang modelo ng Big Bang ay nakumpirma ng pagtuklas noong 1965. radiation ng background ng cosmic microwave photon at neutrino nabuo sa maagang yugto ng pagpapalawak ng Uniberso. Ang hula ng cosmic microwave background radiation ay bunga ng modelo ng Big Bang at ng lumalawak na Uniberso, at ang pagtuklas nito ay isang kumpirmasyon ng kahihinatnan na ito. Ang salitang "relict" ay hindi sinasadya dito - ang mga relict na hayop ay tinatawag ding mga species na lumitaw noong sinaunang panahon at umiiral hanggang ngayon.
Ang tanong ay lumitaw: saan nabuo ang Uniberso? Sinasabi ng Bibliya na nilalang ng Diyos “ang lahat ng bagay mula sa wala.” Matapos mabuo ang mga batas ng konserbasyon ng bagay at enerhiya sa klasikal na agham, ipinalagay ng ilang pilosopo na ang "wala" ay nangangahulugang orihinal na kaguluhang materyal na iniutos ng Diyos.
Nakapagtataka, inamin ng modernong siyensiya na ang lahat ay maaaring nilikha mula sa wala. "Wala" sa siyentipikong terminolohiya ay tinatawag vacuum. Vacuum, na physics noong ika-19 na siglo. itinuturing na kawalan ng laman, ayon sa modernong mga konseptong pang-agham, ito ay isang natatanging anyo ng bagay, na may kakayahang, sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ng "pagsilang" sa iba pang mga anyo nito. Pinapayagan ng quantum mechanics na ang isang vacuum ay maaaring pumasok sa isang "nasasabik na estado," bilang isang resulta kung saan ang isang patlang ay maaaring mabuo dito, at mula dito (na kung saan ay nakumpirma ng modernong pisikal na mga eksperimento) bagay.
Ang kapanganakan ng Uniberso mula sa "wala" ay nangangahulugang, mula sa isang modernong pang-agham na pananaw, ang kusang paglitaw nito mula sa isang vacuum, kapag sa kawalan ng mga particle ang kusang paglitaw ng potensyal ng enerhiya ay nangyayari, i.e. larangan bilang isa sa mga uri ng pisikal na bagay. Ang lakas ng patlang ay walang tiyak na halaga (ayon sa "prinsipyo ng kawalan ng katiyakan" ni Heisenberg): ang patlang ay patuloy na nakakaranas ng pagbabagu-bago, bagaman ang average (naobserbahan) na halaga ng lakas ay zero.
Salamat sa mga pagbabago, ang vacuum ay nakakakuha ng mga espesyal na katangian. Sa isang vacuum, “patuloy na nililikha ang mga partikulo mula sa wala bilang mga pagbabago-bago ng enerhiya, at pagkatapos ay nawasak muli, ngunit mabilis na naglalaho na hindi sila maaaring direktang maobserbahan. Ang ganitong mga particle ay tinatawag na virtual” 1 .
Ang pagbabagu-bago ay kumakatawan sa hitsura ng mga virtual na particle na patuloy na ipinanganak at agad na nawasak, ngunit nakikilahok din sa mga pakikipag-ugnayan tulad ng mga tunay na particle. "Maaari nating sabihin na ang bawat isa sa mga nagbabanggaan na mga particle ay napapalibutan ng isang ulap ng mga virtual na particle. Kapag ang mga particle ay nagdampi sa isa't isa sa mga gilid ng kanilang mga ulap, ang mga virtual na particle ay nagiging tunay."
Kaya, ang Uniberso ay maaaring nabuo mula sa "wala", i.e. mula sa "nasasabik na vacuum". Ang gayong hypothesis, siyempre, ay hindi nagpapatunay sa artipisyal na paglikha ng mundo. Ang lahat ng ito ay maaaring mangyari alinsunod sa mga batas ng pisika sa natural na paraan, nang walang panghihimasok sa labas mula sa anumang mga ideal na entity. At sa kasong ito, ang mga pang-agham na hypotheses ay hindi nagpapatunay o nagpapabulaanan ng mga relihiyosong dogma, na nasa kabilang panig ng empirikal na nakumpirma at pinabulaanan ang natural na agham.
Ang mga kamangha-manghang bagay sa modernong pisika ay hindi nagtatapos doon. Bilang tugon sa kahilingan ng isang mamamahayag na balangkasin ang kakanyahan ng teorya ng relativity sa isang pangungusap, sinabi ni A. Einstein: “Dati ay pinaniniwalaan na kung ang lahat ng bagay ay mawawala sa Uniberso, kung gayon ang espasyo at oras ay mapangalagaan; Ang teorya ng relativity ay nagsasaad na kasama ng materya, espasyo at oras ay mawawala din." Ang paglipat ng konklusyong ito sa modelo ng isang lumalawak na Uniberso, maaari nating tapusin na bago ang pagbuo ng Uniberso (kung ang ating Uniberso ay natatangi) ay walang espasyo o oras.
Tandaan na ang teorya ng relativity ay tumutugma sa dalawang uri ng lumalawak na modelo ng Uniberso. Sa una sa kanila, ang kurbada ng espasyo-oras ay negatibo o nasa limitasyon na katumbas ng zero; sa opsyong ito, tumataas ang lahat ng distansya nang walang limitasyon sa paglipas ng panahon. Sa pangalawang bersyon ng modelo, ang curvature ay positibo, ang espasyo ay may hangganan, at sa kasong ito, ang pagpapalawak ay pinapalitan sa paglipas ng panahon ng compression. Sa parehong mga bersyon, ang teorya ng relativity ay pare-pareho sa kasalukuyang empirically nakumpirma na pagpapalawak ng Uniberso.
Ang isip ng tao ay hindi maiiwasang magtanong: kung ano ang naroon noong walang anuman, at kung ano ang lampas sa pagpapalawak. Ang unang tanong ay malinaw na salungat sa sarili nito, ang pangalawa ay lumampas sa saklaw ng tiyak na agham.
Maaaring sabihin ng isang astronomo na bilang isang scientist ay wala siyang karapatang sagutin ang mga ganoong katanungan. Ngunit dahil lumitaw pa rin ang mga ito, ang mga posibleng katwiran para sa mga sagot ay nabuo, na hindi gaanong pang-agham bilang natural na pilosopikal.
Kaya, ang pagkakaiba ay ginawa sa pagitan ng mga terminong "walang hanggan" at "walang hanggan." Ang isang halimbawa ng isang infinity na hindi walang limitasyon ay ang ibabaw ng Earth: maaari tayong maglakad dito nang walang katapusan, ngunit gayunpaman ito ay nalilimitahan ng atmospera sa itaas at ng crust ng lupa sa ibaba. Ang uniberso ay maaari ding maging walang hanggan, ngunit limitado. Sa kabilang banda, mayroong isang kilalang pananaw ayon sa kung saan hindi maaaring magkaroon ng anumang walang katapusan sa materyal na mundo, dahil ito ay bubuo sa anyo ng mga may hangganan na sistema na may mga feedback loop kung saan ang mga sistemang ito ay nilikha sa proseso ng pagbabago. ang kapaligiran. Iwanan natin ang mga pagsasaalang-alang na ito sa natural na pilosopiya, dahil sa natural na agham, sa huli, ang pamantayan ng katotohanan ay hindi abstract na mga kaisipan, ngunit ang empirical na pagsubok ng mga hypotheses.
Ano ang nangyari sa mga unang yugto ng ebolusyon ng Uniberso, na tinatawag na Big Bang? Ang nangingibabaw na hypothesis sa kosmolohiya ay ang unti-unting ebolusyon ng pisikal na bagay at ang pagbuo ng mga umiiral na pisikal na pwersa mula sa orihinal na nag-iisang superforce. Ang mga sumusunod na yugto ng Big Bang ay nakikilala: inflationary, superstring, grand unification stage, electroweak, quark, yugto ng nucleosynthesis.
Nang ang edad ng Uniberso ay wala pang 10~43 s, ang matinding paglawak nito (inflation) ay naganap, na tinatawag na inflation (isang kilalang salita na ginamit dito sa isang napaka-espesipikong kahulugan). "Nag-aalok ang inflation ng natural na mekanismo para sa paglikha ng malalaking spatial na sukat sa Uniberso" 1.
Ano ang lumawak sa kawalan ng bagay sa kalawakan? Space mismo, lalo na ang tatlong spatial na dimensyon (sa pangkalahatan, spatial na dimensyon sa mga unang yugto ng ebolusyon ng Uniberso at kasalukuyang umaabot sa 10). Ito yugto ng implasyon."Nang matapos ang inflation, nagkaroon ng malaking paglipat ng enerhiya. Ang enerhiya na nagtulak sa pagpapalawak ng inflationary ay na-convert sa elementarya na mga particle at radiation, na nagresulta sa isang malaking pagtaas sa temperatura ng Uniberso." 1
Nang ang edad ng Uniberso ay umabot sa 10 -43 s, lumitaw ang mga unang materyal na bagay, na tinatawag na superstrings, dahil, sa pamamagitan ng pagkakatulad sa mga ordinaryong string, mayroon silang haba at ang pag-aari ng vibrating. Ang mga string ay walang kapal, at ang haba ay tungkol sa 10 33 cm Ito yugto ng superstring. Ipinapalagay na ang mga string vibrations ay may kakayahang makabuo ng lahat ng posibleng mga particle at pisikal na field. Kasabay nito, ang mga "ordinaryong" particle at pisikal na field ay nabubuhay lamang sa totoong mundo na may bilang ng mga dimensyon na 3+1 (tatlong spatial kasama ang oras). "Ang kaakit-akit na katangian ng gayong larawan ay ginagawang posible na isaalang-alang ang lahat ng mga particle bilang parehong pangunahing bagay - isang superstring... Ang mga katangian ng isang superstring, tulad ng pag-uunat at vibrational na enerhiya, ay maaaring mag-iba, at ang mga pagkakaiba-iba na ito ay lumilitaw bilang mga particle na may iba't ibang katangian... Ang isa pang kaakit-akit na katangian ng superstring theory ay ang mga pakikipag-ugnayan ng particle ay natural na ipinaliwanag sa pamamagitan ng paghiwa-hiwalay ng string o pagsasama-sama ng magkakahiwalay na piraso."
Sa bawat kasunod na yugto, habang lumalawak ang Uniberso, unti-unting bumababa ang temperatura, na tinutukoy ang patuloy na mga pisikal na proseso. Ang susunod na yugto ay pinangalanan yugto ng dakilang pagkakaisa, dahil ang nag-iisang superpower ay nahati sa simula sa puwersa ng grabidad at puwersa ng dakilang pagkakaisa. Sa yugtong ito, tatlong spatial na sukat lamang, na kilala sa amin bilang haba, lapad at taas, ang patuloy na lumawak. Ang pagbaba sa temperatura ay naging sanhi ng pag-urong ng mga string, at nagsimula silang maging katulad ng mga bagay na tulad ng punto, na kilala ngayon bilang elementarya na mga particle at antiparticle. Sa panahong ito, ang mga elementarya na particle ay nagpapalitan ng mga particle na responsable sa paglilipat ng puwersa ng dakilang pag-iisa at hindi nakikilala sa isa't isa.
Sa edad ng Uniberso 10 35 s, ang puwersa ng grand unification ay nahati sa malakas at electroweak na pwersa. Nagsimula na yugto ng electroweak. Ang mga elementarya na particle ay nawalan ng kakayahang makipag-ugnayan sa isa't isa sa pamamagitan ng grand unification force at nahati sa mga quark at lepton, ngunit salamat sa electroweak na puwersa nakipag-ugnayan sila sa radiation at hindi nakikilala mula dito.
Sa edad ng Uniberso K) -10 s, naganap ang paghahati ng mga electroweak na pwersa sa mahina at electromagnetic na pwersa. Nagsimula na yugto ng quark. Sa simula, sa kawalan ng electroweak na puwersa, ang malakas na puwersa ay naging mas maimpluwensyahan, na pinagsama ang mga quark sa mga proton at neutron.
Sa edad ng Uniberso 10 4 s sa temperatura na isang bilyong degree, nagsimula ang proseso ng pagbuo ng nuclei ng hydrogen at helium atoms (nucleosynthesis). Alinsunod dito yugto nakuha ang pangalan nucleosynthesis. Ang prosesong ito ay ganap na natapos sa humigit-kumulang tatlong minuto.
Sa susunod na 300,000 taon, patuloy na lumawak ang Uniberso, at bumaba ang temperatura sa 3000 degrees. Nagsimulang mabuo ang mga atomo mula sa nuclei ng mga atomo at mga electron at nagsimula panahon ng bagay. Ang hitsura ng mga atom ay makikita bilang pagtatapos ng Big Bang.
Sa mga yugto ng paglitaw ng bagay, ang Uniberso ay binubuo ng isang siksik na pinaghalong elementarya na mga particle na nasa estado ng plasma (isang bagay sa pagitan ng solid at likidong estado). Mas lumawak ang plasma sa ilalim ng impluwensya ng blast wave. Alinsunod dito, ang temperatura nito ay bumaba, at bilang isang resulta, ang komposisyon ng sangkap ay nagbago: "... kapag ang temperatura ay higit sa 1 bilyong degree, ang electromagnetic radiation ay may sapat na enerhiya upang sirain ang anumang nuclei na maaaring lumitaw. Gayundin, kung ang isang atom sa paanuman ay nagawang mabuo kapag ang temperatura ay higit sa tatlong libong grado, ang radiation ay malapit nang bumangga dito at patumbahin ang mga electron, na iniiwan silang libre. Sa ibaba ng temperaturang ito, ang enerhiya ng radiation ay hindi na sapat upang maglabas ng mga electron, at samakatuwid ay nakaligtas ang mga atomo” 1.
0.01 s pagkatapos ng pagsisimula ng Big Bang, isang pinaghalong light nuclei (/3 hydrogen at */3 helium) ang lumitaw sa Uniberso. Sa mga tuntunin ng kemikal na komposisyon nito, ang Uniberso ay binubuo pa rin ng higit sa 90% hydrogen at helium.
"Dahil walang libreng sisingilin na mga particle na may kakayahang makipag-ugnayan sa karamihan ng radiation, ito ay nanatiling hindi nababago sa panahon ng karagdagang pagpapalawak ng Uniberso." Dahil ang mga atomo ay neutral at ang mga photon na bumubuo sa radiation ay negatibong sisingilin, ang radiation ay humiwalay sa bagay kapag nabuo ang mga atomo. Ang pagtuklas ng radiation na ito, na tinatawag na relict radiation, ay ang mapagpasyang kumpirmasyon ng modelo ng Big Bang.
Doon. P. 67.
Alam ng bawat mag-aaral na ang Uniberso ay nabuo bilang resulta ng Big Bang. At alam ng bawat estudyante na ang Uniberso ay lumalawak, tulad ng isang lobo na nagpapalaki. Ang mga kalawakan ay lumalayo sa isa't isa, bilang ebidensya ng pinakasimpleng pisikal na epekto.
Mayroong isang phenomenon sa physics na tinatawag na Doppler effect. Ang bawat karaniwang tao ay nakatagpo nito: kapag ang isang ambulansya ay dumaan sa isang tagamasid na naka-on ang sound signal nito, sa una ay tila mas mataas ang tunog, at habang ang sasakyan ay lumalayo, ito ay nagiging mas mababa (nagbabago ang dalas ng tunog). Mayroong isang simpleng paliwanag para dito: ang tunog ay mga alon na naglalakbay sa isang tiyak na landas patungo sa tainga ng tao. Habang humahaba ang landas, nagbabago rin ang mga parameter ng papasok na signal.
Ang mga astrophysicist ay umaasa din sa epekto ng Doppler kapag tinitingnan ang Uniberso sa pamamagitan ng mga teleskopyo. Noong 1920s, napansin nina Georges Lemaître at Edwin Hubble na ang lahat ng mga kalawakan ay may mapula-pula na kulay, at habang malayo ang kalawakan, mas kapansin-pansin ang pagbaba sa mga frequency ng papasok na radiation (ang tinatawag na red shift).
Ang liwanag ay maaari ding ilarawan bilang isang alon, na nangangahulugang ang Doppler effect ay nalalapat din dito. Nang walang mga detalye, ang mga bagay na lumalayo sa tagamasid ay lilitaw na mapula-pula (red shift), at ang mga bagay na papalapit ay lilitaw na mala-bughaw (blue shift). Ito ay kung paano ipinanganak ang teorya na ang Uniberso ay lumalawak.
Simula noon, maraming beses nang iniharap ang iba pang mga pang-agham na hypotheses, ngunit wala sa kanila ang nakatanggap ng makatwirang kumpirmasyon.
Ngayon, iminungkahi ng German theoretical physicist na si Christof Wetterich mula sa Unibersidad ng Heidelberg na tingnan ang mapupulang kulay ng malalayong mga kalawakan at kalimutan ang tungkol sa Doppler effect nang ilang sandali.
Ang mga atomo na bumubuo sa lahat ng celestial (at hindi lamang celestial) na katawan ay naglalabas ng katangiang liwanag, depende sa masa ng elementarya na mga particle na bumubuo sa mga atomo, at mas partikular, mga electron. Kung ang mass ng isang atom ay tumaas, kung gayon ang photon na ibinubuga nito ay magkakaroon ng mas mataas na enerhiya. Ang matataas na enerhiya ay tumutugma sa mataas na frequency, at ang pinakamaikling wavelength (at pinakamataas na frequency) ay makikita sa violet at blue light. Ang mga particle na nakakakuha ng masa ay magiging mala-bughaw, at ang mga pumapayat ay magiging mapula-pula.
Ngunit hindi ito nangangahulugan na ang lahat ng mga kalawakan sa Uniberso ay nawawalan ng masa. Dahil ang bilis ng liwanag, bagama't hindi matamo, ay may hangganan (mga 300 libong kilometro bawat segundo sa isang vacuum), habang tumitingin tayo, mas malalayong mga kaganapan ang nakikita natin. Halimbawa, kung sinabi ng mga astronomo na ang isang bituin ay 20 libong light years mula sa Earth, nangangahulugan ito na nakikita natin ito bilang ito ay 20 libong taon na ang nakalilipas.
Kung ang lahat ng mga katawan ay dati ay may mas kaunting masa kaysa sa ngayon, at patuloy na nagiging "mas mabigat," kung gayon ang lahat ng mga kalawakan ay magmumukhang mapula-pula kumpara sa kung ano ang hitsura nila ngayon, at ang antas ng pulang pagbabagong ito ay magiging proporsyonal sa distansya ng kalawakan mula sa Earth. Sa katunayan, ito mismo ang nakikita natin ngayon.
Kung titingnan mo ang kalawakan mula sa puntong ito, ang lahat ay mag-iiba ang hitsura. Ang hypothesis ni Wetterich ay hindi ganap na ibinubukod ang pagkakaroon ng Big Bang at ang pagpapalawak ng Uniberso. Sa unang bahagi ng kasaysayan nito ay mayroong isang maikling panahon, na inilarawan ng inflationary model, kung kailan nabuo ang mga elementary particle. Ngunit bago iyon, ayon kay Wetterich, ang Big Bang ay walang singularidad - ang walang katapusang density ng Uniberso. Sa halip, ang Big Bang ay lumawak nang walang katiyakan sa nakaraan. At ngayon ang espasyo ay static na o gumuho pa nga.
Ang payat na hypothesis na ito ay may isang malaking sagabal lamang: hindi ito mapapatunayan sa eksperimentong paraan. Kapag pinag-uusapan natin ang patuloy na "pagtimbang" ng lahat ng mga katawan sa Uniberso, dapat nating isaalang-alang na ang masa ay isang dimensional na dami, na nangangahulugang maaari lamang itong masukat na may kaugnayan sa isang bagay. At kung ang mass ng kahit na ang kilo na pamantayan na nakaimbak sa International Bureau of Weights and Measures ay tumaas, kung gayon sa ano natin ihahambing ang masa ng mga bituin at kalawakan?
Mababasa ni Wetterich ang tungkol sa kanyang hypothesis sa preprint na website na arXiv.org. At bagaman nangangailangan pa rin ito ng pagtatasa ng eksperto, sa ngayon ang mga astrophysicist ay karaniwang tumugon nang positibo sa ideya. Ayon sa mga kasamahan ni Wetterich, ang kanyang hypothesis, sa pinakamababa, ay makakatulong sa mga physicist na maiwasan ang isang panig na pag-iisip.
"Ang lahat ng kosmolohiya ngayon ay nakabatay sa Standard Model, ang Big Bang theory at ang pagpapalawak ng Universe. Naniniwala ako na bago umakyat sa komportableng balangkas ng isang siyentipikong teorya, kinakailangang isaalang-alang ang lahat ng alternatibong paliwanag ng mga pisikal na phenomena," komento Arjun Berera, isang physicist sa pag-aaral at Propesor sa Unibersidad ng Edinburgh.
Si Wetterich mismo ay hindi isinasaalang-alang ang kanyang hypothesis na ang tanging tamang paliwanag ng lahat ng mga proseso sa Uniberso. Sinabi niya na sa tulong ng kanyang modelo ay posible na tumingin sa ilang mga phenomena nang naiiba. Halimbawa, gumagamit na ang mga physicist ng iba't ibang interpretasyon ng quantum mechanics, na ang bawat isa ay mathematically explainable. Pagkatapos ng lahat, ang kawalan ng isang Big Bang singularity ay ginagawang mas madaling maunawaan ang mga pinagmulan ng uniberso.
