Világegyetemünk 13,7 milliárd évvel ezelőtt származott, a Nagyrobbanás generálta, és több generáció alatt a tudósok igyekeztek megérteni ezt a jelenséget.
A XX. Század 20-as évek végén Edwin Hubble felfedezte, hogy az összes látott galaxis szétszóródik - mint egy gránát töredéke egy robbanás után. Ugyanakkor a belga csillagász és teológus Georges Lemaitre állította fel hipotézisét (1931-ben a "Természet" oldalain tették közzé).). Úgy véli, hogy a világegyetem története az "elsődleges atom" felrobbantásával kezdődött, és ez időt, helyet és anyagot teremtett (korábban, az 1920-as évek elején, Alexander Fridman, a szovjet tudós, Einstein egyenleteit elemezve, arra a következtetésre jutott, hogy "Az univerzum egy pontból jött létre", és "szokásos éveink több tízmilliárdjára volt szükség").
A csillagászok először hevesen elutasították a belga teológus érvelését. Mivel a Nagyrobbanás elmélete tökéletesen kombinálódott a Teremtő Isten keresztény hitével. A tudósok két évszázad óta elfojtják a "minden kezdete" mindenféle vallási spekuláció beterjedését a tudományba. És most Isten, akit a newtoni mechanika kerekeinek megmérgezett ingadozása alatt kiűztek a természetből, váratlanul visszatér. A nagy robbanás lángjában jön, nehéz megjelenni egy diadalmasabb képre.
A probléma azonban nem csak a teológiában volt - a Nagyrobbanás sem tartotta be a pontos tudományok törvényeit. A világegyetem történetének legfontosabb pillanatát a megértés túllépte. Ebben a szinguláris (speciális) pontban, amely a tér-idő tengelyén helyezkedik el, az általános relativitáselmélet nem működött, mert a nyomás, a hőmérséklet, az energia sűrűsége és a tér görbülete végtelenségig rohant, vagyis elvesztették minden fizikai jelentőségüket. Ezen a ponton ezek a másodpercek, mérők és csillagászati egységek eltűntek, nem nullává váltak, nem negatív értékekké, hanem teljes távollétükké váltak abszolút értelmetlenséggé. Ez a pont egy rés, amelyet nem lehet kiküszöbölni a logika vagy a matematika gólyalábjain, egy lyuk az időben és a térben.
Roger Penrose és Stephen Hawking csak az 1960-as évek végén mutattak meggyőzően arról, hogy Einstein elmélete keretében a Nagyrobbanás szingularitása elkerülhetetlen. Ez azonban nem tudta megkönnyíteni a teoretikusok munkáját. Hogyan lehet leírni a Nagyrobotot? Például mi okozta ezt az eseményt? Végül is, ha előtte egyáltalán nem volt idő, akkor úgy tűnt, hogy nincs ok, ami szülte.
Amint azt most megértjük, a nagy robbanás teljes elméletének elkészítése érdekében össze kell kapcsolni Einsteinnek a helyet és az időt leíró doktrínáját a kvantumelmélettel, amely az elemi részecskékkel és azok kölcsönhatásaival foglalkozik. Valószínűleg több mint egy évtizedbe telhet, amíg ez megtörténik, és egyetlen „világegyetem-képletből” származik.
És hol lehet például megjelenni az a hatalmas energiamennyiség, amely hihetetlen erejű robbanáshoz vezetett? Talán az Univerzum örökölte elődjétől, amely összeomlott egy egyedi pontra? Akkor viszont honnan szerezte? Vagy az energiát az ősi vákuumba öntötték, amelyből a mi univerzumunk úgy csúszott ki, mint egy "habbuborék"? Vagy az idősebb generáció univerzumai továbbadják az energiát a fiatalabb generáció univerzumainak a fekete lyukakon keresztül - azokon a szinguláris pontokon keresztül -, amelyek mélyén talán új világok születnek, amelyeket soha nem fogunk látni? Bárhogyan is van, az ilyen modellekben a világegyetem "nyitott rendszerként" jelenik meg, amely nem felel meg teljesen a Nagyrobbanás "klasszikus" képének: "Semmi nem volt, és hirtelen a világegyetem született".
A világegyetem a kialakulás idején rendkívül sűrű és forró állapotban volt.
Promóciós videó:
Vagy talán néhány kutató szerint Világegyetemünk általában … energiátlan, vagy inkább teljes energiája nulla? Az anyag által kibocsátott sugárzás pozitív energiája a negatív gravitációs energiára kerül. Plusz és mínusz nullát ad. Úgy tűnik, hogy ez a hírhedt „0” kulcs a nagy robbanás természetének megértéséhez. Tőle - "nullától", "semmitől" - minden azonnal született. Véletlenül. Spontán. Éppen. A 0-tól való elhanyagolható események egyetemes lavinahoz vezettek. Ilyen összehasonlítást is lehet tenni: egy kőgömb, amely egy Chomolungma tetején egyensúlyba kerül, oly vékony, mint egy torony, hirtelen megfordult és lefordult, "események lavinaja" -ot hozva létre.
1973 - az amerikai fizikus, Edward Trion megkísérelte leírni világegyetemünk születésének folyamatát a Heisenberg bizonytalanság elvével, amely a kvantumelmélet egyik alapja. Ezen elv szerint minél pontosabban mérjük például az energiát, annál bizonytalanabbá válik az idő. Tehát, ha az energia szigorúan nulla, akkor az idő tetszőlegesen hosszú lehet. Olyan nagy, hogy előbb-utóbb ingadozás lép fel a kvantum-vákuumban, amelyből az Univerzum születni fog. Ez a tér gyors növekedéséhez vezet, látszólag semmiből. "Csak az, hogy az univerzumok néha születnek, ennyi is", így Trion magyarázta egyszerűen a nagy robbanás hátterét. Nagy véletlenszerű robbanás volt. Ez minden.
Megtörténhet a nagy robbanás?
Furcsa módon, igen. Egy olyan világegyetemben élünk, amely még mindig hozhat gyümölcsöt és új világokat szülhet. Számos modellt hoztak létre, amelyek leírják a jövő „nagy robbantását”.
Miért például nem jelennek meg új ingadozások abban a vákuumban, amely világegyetemünket szülte? Talán ezen 13,7 milliárd év alatt a világegyetem mellett számtalan világkészlet jelent meg, amelyek semmilyen módon nem érintkeztek egymással. Különböző természetű törvények vannak, vannak különböző fizikai állandók. A legtöbb ilyen világban az élet soha nem fordulhat elő. Sokuk azonnal meghal, összeomlik. De néhány univerzumban - pusztán véletlenül! - vannak olyan feltételek, amelyek között az élet származhat.
De a lényeg nem csak a vákuumban marad, amely az „minden idők és népek” kezdete előtt megmarad. A jövőbeli világok által keltett ingadozások vákuumban is előfordulhatnak, amely szétszóródik az univerzumunkban - pontosabban a sötét energiában, amely kitölti. A "megújuló univerzum" ilyen típusú modelljét az amerikai kozmológus, a Szovjetunió szülője, Alexander Vilenkin fejlesztette ki. Ezek az új "nagy frufru" nem fenyegetnek bennünket. Nem pusztítják el az univerzum szerkezetét, nem égetik el hamuvá, hanem csak egy új teret hoznak létre megfigyelésünk és megértésünk határain túl. Lehet, hogy az ilyen új robbanások, amelyek új világok születését jelzik, számos fekete lyuk mélyén fordulnak elő, gondolja Lee Smolin amerikai asztrofizikus.
Andrej Linde kozmológus, egy másik, a Nyugaton élő szovjetunió úgy véli, hogy mi is képesek vagyunk új Nagyrobbanást létrehozni, miután az űrben egy bizonyos ponton óriási mennyiségű energiát gyűjtöttünk össze, amely meghaladja egy bizonyos kritikus határot. Számításai szerint a jövő űrmérnökei láthatatlan anyagcsipet - csak néhány milligramm századot - vehetnek fel és olyan mértékben kondenzálhatják azt, hogy ennek a rögnek az energiája 1015 gigavolt legyen. Egy apró fekete lyuk képződik, amely exponenciálisan növekedni kezd. Ez létrehoz egy „lánya univerzumot” saját téridőjével, amely gyorsan elválik a világegyetemtől.
… Sok fantasztikus dolog van a Big Bang természetében. Ennek az elméletnek az érvényességét azonban számos természeti jelenség bizonyítja. Ide tartoznak az Univerzum megfigyelt kiterjedése, a kémiai elemek eloszlásának képe, valamint a kozmikus háttér-sugárzás, amelyet „a Nagyrobbanás emléke” -nek neveznek.
A nagy robbanás előtt?
A világ nem létezik örökre. A Big Bang lángjaiból származott. Ez azonban egy egyedi jelenség volt a világűr történetében? Vagy egy ismétlődő esemény, például csillagok és bolygók születése? Mi lenne, ha a Nagyrobbanás csak egy átmeneti szakasz az örökkévalóság egyik állapotáról a másikra?
Sok fizikus azt mondja, hogy kezdetben volt valami, és nem semmi. Talán univerzumunk - akárcsak mások is - elemi kvantum vákuumból született. De nem számít, mennyire "minimális egyszerű" egy ilyen állapot - és a fizika törvényei nem engedik meg, hogy kevesebb létezzen, mint kvantum-vákuum -, ezt nem lehet "Semminek" nevezni.
Talán az általunk látott világegyetem csak egy örökkévalóság összesített állapota? És a galaxisok és galaxisfürtök bizarr elrendezése - valami olyan, mint egy kristályrács, amely az univerzumunk születése előtt létező n-dimenziós világban teljesen más felépítésű volt, és amelyet valószínűleg megjósolt az Einstein által keresett „mindent megfogalmazó formula”? És megtalálható-e az elkövetkező évtizedekben? A tudósok szándékában állnak az Ismeretlen falán, amely elválasztotta az univerzumunkat, és megpróbálták megérteni, mi történt egy pillanattal korábban, szokásos elképzeléseink szerint abszolút semmi sem volt. Az örök kozmosz milyen formáit lehet elképzelni, ha idővel és térrel olyan tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek az univerzumunkban elképzelhetetlenek?
A legígéretesebb elméletek közül néhány, amelyekbe a fizikusok egész örökkévalóságot próbálnak összenyomni, talán a kvantumgeometria, a kvantum spin dinamika vagy a kvantum gravitáció elmélete. Fejlesztésükhöz a legnagyobb hozzájárulást Abei Ashtekar, Ted Jacobson, Jerzy Lewandowski, Carlo Rovelli, Lee Smolin és Thomas Thiemann tették. Mindezek a legösszetettebb fizikai konstrukciók, egész paloták, amelyek képletekből és hipotézisekből épülnek fel, csak azért, hogy elrejtsék a mélységükben és sötétségükben rejtett rést, az idő és a tér szingularitását.
A szingularitás kora
Az új elméletek körforgalmi útjai arra késztetnek minket, hogy lépjünk át a látszólag nyilvánvaló igazságok felett. Tehát a kvantumgeometriában a korábban végtelenül osztott tér és idő hirtelen különálló szigetekre osztódik - részekre, kvantákra, amelyeknél kevesebbet nem tartalmaz. Minden egyes pont beágyazható ezekbe a „sziklákba”. Maga a téridő önmagában egydimenziós struktúrák összefonódásává válik - egy "spin-hálózat", azaz diszkrét struktúrává, egyfajta láncá válik, különálló linkektől szőtt.
A lehető legkisebb tér hurok térfogata csak 10-99 köbcentiméter. Ez az érték annyira kicsi, hogy egy köbcentiméterben sokkal több a hely kvantuma, mint az ugyanazon köbcentiméternél az Univerzumban, amelyet megfigyeltünk (térfogata 1085 centiméter egy kocka). Nincs semmi a tér kvantumában, nincs energia, nem számít - akárcsak a matematikai pont belsejében - definíció szerint, nincs sem háromszög, sem ikozaéder. De ha a "Világegyetem szubmikroszkópos szövete" hipotézist alkalmazzuk a Nagyrobbanás leírására, elképesztő eredményeket kapunk, amint azt Abei Ashtekar és Martin Bojovald a Pennsylvaniai Egyetemen mutatták be.
Ha a kozmológia standard elméletében, amely folyamatos téráramot feltételez, a differenciálegyenleteket kicseréljük a kvantumgeometria elméletéből fakadó más differenciálegyenletekre, akkor a titokzatos szingularitás eltűnik. A fizika nem ér véget a nagy robbanás kezdetén - ez az első biztató következtetés a kozmológusokról, akik megtagadták az univerzum azon tulajdonságainak elfogadását, amelyeket a végső igazságnak tekintünk.
A kvantitatív gravitáció elméletében feltételezzük, hogy világegyetemünk (mint mindenki más) a kvantum-vákuum véletlenszerű fluktuációjának eredményeként született - egy globális makroszkopikus környezetben, amelyben nem volt idő. Minden alkalommal, amikor egy kvantum-vákuumban megjelenik egy bizonyos méretű ingadozás, új univerzum születik. „Elágazik” attól a homogén környezettől, amelyben kialakult, és megkezdi saját életét. Most megvan a saját története, saját tere, saját ideje, saját idő nyílja.
A modern fizikában számos elmélet jött létre, amelyek megmutatják, hogy egy örökké létező környezetből, ahol nincs makrotime, de mikor áramlik mikrotime, olyan hatalmas világ léphet fel, mint a miénk.
Például az olaszországi fizikusok, Gabriele Veneziano és Maurizio Gasperini a húros elmélet keretében azt sugallják, hogy az úgynevezett „húr vákuum” létezett eredetileg. A véletlenszerű kvantumingadozások ahhoz vezettek, hogy az energia sűrűsége elérte a kritikus értéket, és ez helyi összeomlást okozott. Ami végül az univerzum születésével vákuumban született.
A kvantumgeometria elmélete keretében Abei Ashtekar és Martin Bojovald megmutatta, hogy a tér és az idő primitívebb alapvető struktúrákból, nevezetesen a "spin-hálózatokból" származhat.
Eckhard Rebhan a düsseldorfi egyetemen és - függetlenül tőle - George Ellis és Roy Maartens a finnországi egyetemen kifejleszti a "statikus univerzum" ötletét, amelyet Albert Einstein és a brit csillagász, Arthur Eddington már gondolkodott. A kvantitatív gravitáció hatására való törekvésük során Rebhan és kollégái egy olyan gömbfelülettel álltak elő, amely az örök üresség (vagy ha inkább az üres örökkévalóság) közepén helyezkedik el, ahol nincs idő. Bizonyos instabilitás miatt itt alakul ki inflációs folyamat, amely forró Big Banghoz vezet.
A felsorolt modellek természetesen spekulatív jellegűek, de alapvetően megfelelnek a fizika modern fejlettségi szintjének és az elmúlt néhány évtized csillagászati megfigyeléseinek eredményeinek. Mindenesetre egy dolog világos. A Big Bang inkább egy szokásos, természetes esemény volt, nem pedig egyfajta.
Ez az elmélet segít megérteni, mi történt a nagy robbanás előtt? Ha az univerzum megszületett, akkor mi szülte? Hol jelenik meg szülei „genetikai lenyomata” a kozmológia modern elméleteiben? 2005 - Abei Ashtekar például közzétette új számításainak eredményeit (Tomasz Pavlovsky és Paramprit Singh segítették megtenni ezeket). Tőlük egyértelmű volt, hogy ha a kezdeti helyek helyesek, akkor ugyanaz a tér-idő létezett a Nagyrobbanás előtt, mint az esemény után. Világegyetemünk fizikája, mint egy tükörben, tükröződik a másik világ fizikájában. Ezekben a számításokban a Big Bang, mint egy tükörképernyő, átvágta az örökkévalóságot, az összeférhetetlen természet és annak tükröződése mellé helyezve. És mi itt a hitelesség, mi a szellem?
Az egyetlen dolog, amit "a tükörüveg másik oldaláról" láthatunk, az, hogy az Univerzum akkoriban nem bővült, hanem összehúzódott. A Big Bang vált összeomlásának pontjává. Ebben a pillanatban a tér és az idő egy pillanatra megszakadt, hogy újra tükröződjön - folytatódjon - úgy, mint egy főnix a nekünk már ismert világban, az univerzumban, amelyet formulainkkal, kódjainkkal és számainkkal mérünk. Az univerzum szó szerint kifelé fordult, mint egy kesztyű vagy ing, és azóta folyamatosan bővül. A Nagyrobbanás Ashtekar szerint nem "az egész világegyetem alkotása a semmiből", hanem csupán egy átmenet az örökkévalóság egyik dinamikus formájából a másikba. Talán az Univerzum végtelen "nagy frufru" sorozaton megy keresztül, és ez a több tízmilliárd (vagy akármi) évi év, amely elválasztja az egyes fázisait, csak a "kozmikus szinuszos" időszakaiazon törvények szerint, amelyekben az univerzum él?
Megtekintésre ajánlott: "Ki teremtette meg az univerzumot? A nagy robbanás - fontos tudományos magyarázat: minden érv"
A. Volkov