Keď došlo k veľkej explózii. Experimentálne potvrdenie teórie veľkého tresku. Vesmír je ako počítač

Teória veľkého tresku sa stala takmer rovnako všeobecne akceptovaným kozmologickým modelom ako rotácia Zeme okolo Slnka. Podľa teórie asi pred 14 miliardami rokov viedli spontánne oscilácie v absolútnej prázdnote k vzniku vesmíru. Niečo o veľkosti subatomárnej častice sa za zlomok sekundy rozšírilo na nepredstaviteľné veľkosti. Ale v tejto teórii existuje veľa problémov, o ktoré sa fyzici bijú a predkladajú čoraz viac nových hypotéz.

Čo je zlé na teórii veľkého tresku

Z teórie vyplýva, že všetky planéty a hviezdy vznikli z prachu rozptýleného po vesmíre v dôsledku výbuchu. Čo však predchádzalo, je nejasné: tu prestáva fungovať náš matematický model časopriestoru. Vesmír vznikol z počiatočného singulárneho stavu, na ktorý sa nedá aplikovať moderná fyzika. Teória tiež nezohľadňuje príčiny singularity alebo hmoty a energie pre ich výskyt. Predpokladá sa, že odpoveď na otázku existencie a pôvodu počiatočnej singularity dá teória kvantovej gravitácie.

Väčšina kozmologických modelov predpovedá že celý vesmír je oveľa väčší ako pozorovateľná časť - sférická oblasť s priemerom asi 90 miliárd svetelných rokov. Vidíme iba tú časť vesmíru, svetlo, z ktorého sa podarilo dostať na Zem za 13,8 miliárd rokov. Ale ďalekohľady sa zlepšujú, detekujeme čoraz viac vzdialených objektov a zatiaľ nie je dôvod veriť, že sa tento proces zastaví.

Od Veľkého tresku sa vesmír rozširoval akceleráciou. Najťažšia hádanka moderná fyzika - otázka, čo spôsobuje zrýchlenie. Podľa pracovnej hypotézy vesmír obsahuje neviditeľnú zložku zvanú „temná energia“. Teória veľkého tresku nevysvetľuje, či sa bude vesmír rozširovať donekonečna, a ak áno, kam to povedie - k jeho zániku alebo niečomu inému.

Aj keď newtonovská mechanika bola nahradená relativistickou fyzikou, nemožno to nazvať chybným. Vnímanie sveta a modely na popis vesmíru sa však úplne zmenili. Teória veľkého tresku predpovedala množstvo vecí, ktoré predtým neboli známe. Ak teda na jeho miesto príde iná teória, potom by mala byť podobná a rozšíriť chápanie sveta.

Zameriame sa na najzaujímavejšie teórie popisujúce alternatívne modely Veľkého tresku.

Vesmír je ako fatamorgána čiernej diery

Vesmír vznikol zrútením hviezdy v štvorrozmernom vesmíre, tvrdia vedci z Obvodného ústavu pre teoretickú fyziku. Výsledky ich výskumu boli publikované v časopise Scientific American. Nyayesh Afshordi, Robert Mann a Razi Purhasan tvrdia, že keď sa zrútila štvorrozmerná hviezda, náš trojrozmerný vesmír sa stal akýmsi „holografickým preludom“. Na rozdiel od teórie Veľkého tresku, podľa ktorej vesmír vzišiel z extrémne horúceho a hustého časopriestoru, kde neplatia štandardné zákony fyziky, nová hypotéza o štvorrozmernom vesmíre vysvetľuje dôvody vzniku aj jeho rýchlu expanziu

Podľa scenára formulovaného Afshordim a jeho kolegami je náš trojrozmerný vesmír akousi membránou, ktorá pláva ešte objemnejším vesmírom, ktorý už existuje v štyroch dimenziách. Keby v tomto štvorrozmernom priestore existovali vlastné štvordimenzionálne hviezdy, explodovali by tiež, rovnako ako trojrozmerné hviezdy v našom vesmíre. Z vnútornej vrstvy by sa stala čierna diera a vonkajšia vrstva by bola vyhodená do vesmíru.

V našom vesmíre sú čierne diery obklopené guľou nazývanou horizont udalostí. A ak je v trojrozmernom priestore táto hranica dvojrozmerná (ako membrána), potom vo štvorrozmernom vesmíre bude horizont udalostí obmedzený sférou, ktorá existuje v troch dimenziách. Počítačové simulácie zrútenia štvorrozmernej hviezdy ukázali, že jej horizont trojrozmerných udalostí sa bude postupne rozširovať. To je to, čo pozorujeme a nazývame rast 3D membrány expanziou vesmíru, veria astrofyzici.

Veľké zmrazenie

Alternatívou k Veľkému tresku by mohol byť Big Freeze. Tím fyzikov z Melbournskej univerzity pod vedením Jamesa Kvatcha predstavil model zrodu Vesmíru, ktorý vyzerá skôr ako postupný proces zmrazovania amorfnej energie ako jej špliechanie a rozpínanie sa v troch smeroch vesmíru.

Beztvará energia sa podľa vedcov podobne ako voda ochladila na kryštalizáciu a vytvorili sa zvyčajné tri priestorové a jednorazové rozmery.

Teória veľkého zmrazenia spochybňuje momentálne akceptované vyhlásenie Alberta Einsteina o kontinuite a plynulosti priestoru a času. Je možné, že vesmír má svoje súčasti - nedeliteľné stavebné bloky, ako sú malé atómy alebo pixely v počítačovej grafike. Tieto bloky sú také malé, že ich nie je možné pozorovať, avšak podľa novej teórie možno zistiť chyby, ktoré by mali lámať toky iných častíc. Vedci vypočítali takéto účinky pomocou matematického prístroja a teraz sa ich pokúsia experimentálne zistiť.

Vesmír bez začiatku alebo konca

Ahmed Farag Ali z egyptskej univerzity Benha a Sauria Das z lethbridgeskej univerzity v Kanade navrhli nové riešenie problému singularity opustením Veľkého tresku. Predstavili myšlienky slávneho fyzika Davida Bohma do Friedmanovej rovnice popisujúcej rozpínanie vesmíru a Veľký tresk. „Je úžasné, že malé pozmeňujúce a doplňujúce návrhy môžu potenciálne vyriešiť toľko problémov,“ hovorí Das.

Výsledný model kombinoval všeobecnú relativitu a kvantovú teóriu. Popiera nielen jedinečnosť, ktorá predchádzala Veľkému tresku, ale tiež neumožňuje, aby sa vesmír časom stiahol do pôvodného stavu. Podľa získaných údajov má vesmír konečnú veľkosť a nekonečnú životnosť. Z fyzikálneho hľadiska model popisuje Vesmír naplnený hypotetickou kvantovou tekutinou, ktorá sa skladá z gravitonov - častíc poskytujúcich gravitačnú interakciu.

Vedci tiež tvrdia, že ich objavy sú v súlade s najnovšími meraniami hustoty vesmíru.

Nekonečná chaotická inflácia

Termín „inflácia“ sa vzťahuje na rýchlu expanziu vesmíru, ku ktorej došlo exponenciálne v prvých okamihoch po Veľkom tresku. Teória inflácie sama o sebe nevyvracia teóriu veľkého tresku, iba ju interpretuje odlišne. Táto teória rieši niekoľko základných problémov fyziky.

Podľa inflačného modelu je vesmír krátko po narodení veľmi krátky čas exponenciálne expandoval: jeho veľkosť sa mnohonásobne zdvojnásobila. Vedci sa domnievajú, že za 10 až -36 stupňov sekúnd sa vesmír zväčšil o najmenej 10 až 30-50 stupňov a možno aj viac. Na konci inflačnej fázy bol vesmír naplnený superhotou plazmou voľných kvarkov, gluónov, leptónov a vysokoenergetických kvant.

Koncept naznačuječo existuje na svete veľa izolovaných vesmírov s iným zariadením

Fyzici prišli na to, že logika inflačného modelu nie je v rozpore s myšlienkou neustáleho viacnásobného zrodu nových vesmírov. Kvantové výkyvy - rovnaké ako tie, ktoré spôsobili vznik nášho sveta - sa môžu vyskytnúť v akomkoľvek množstve za predpokladu, že sú splnené príslušné podmienky. Je dosť možné, že náš vesmír vzišiel z fluktuačného pásma vytvoreného v predchodcovom svete. Je tiež možné predpokladať, že niekedy a niekde v našom vesmíre sa vytvorí fluktuácia, ktorá „vyfúkne“ mladý vesmír úplne iného druhu. V tomto modeli sa môžu detské vesmíry neustále rozbiehať. Zároveň nie je vôbec potrebné, aby v nových svetoch boli rovnaké fyzikálne zákony... Tento koncept naznačuje, že na svete existuje veľa izolovaných vesmírov s rôznymi zariadeniami.

Cyklická teória

Paul Steinhardt, jeden z fyzikov, ktorý položil základy inflačnej kozmológie, sa rozhodol túto teóriu ďalej rozvíjať. Vedec, ktorý vedie Centrum teoretickej fyziky v Princetone, spolu s Neilom Turokom z Perimetrického ústavu pre teoretickú fyziku predstavili alternatívnu teóriu v knihe Endless Universe: Beyond the Big Bang. („Infinite Universe: Beyond the Big Bang“). Ich model je založený na zovšeobecnení kvantovej teórie superstrún známej ako M-theory. Podľa nej fyzický svet má 11 rozmerov - desať priestorových a jednu časovú. „Plávajú“ v ňom priestory nižších rozmerov, takzvané otruby (skratka pre „membránu“). Náš vesmír je len jedna takáto brána.

Steinhardtov a Turokov model tvrdia, že Veľký tresk nastal v dôsledku zrážky našej brány s ďalšou bránou - neznámym vesmírom. V tomto scenári ku kolíziám dochádza nekonečne dlho. Podľa hypotézy Steinhardta a Turoka vedľa našej brány „pláva“ ďalšia trojrozmerná brána, ktorú oddeľuje malá vzdialenosť. Tiež sa rozširuje, splošťuje a vyprázdňuje, ale po bilióne rokov sa brány začnú zbiehať a nakoniec narazia. Uvoľníte tak obrovské množstvo energie, častíc a žiarenia. Táto kataklizma spustí ďalší cyklus rozpínania a ochladzovania vesmíru. Z modelu Steinhardt a Turok 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 vesmíru („Výpočetný priestor“). Medzi tými, ktorí tiež považovali vesmír za obrovský počítač, sú fyzici Stephen Wolfram a Gerard "t Hooft".

Teoretici digitálnej fyziky predpokladajú, že vesmír je v podstate informačný, a preto vypočítateľný. Z týchto predpokladov vyplýva, že na vesmír sa dá pozerať ako na výsledok počítačového programu alebo digitálneho výpočtového zariadenia. Týmto počítačom by mohol byť napríklad obrovský bunkový automat alebo univerzálny Turingov stroj.

Nepriamy dôkaz virtuálna podstata vesmíru nazval princíp neurčitosti v kvantovej mechanike

Podľa teórie každý objekt a udalosť fyzického sveta pochádza z kladenia otázok a registrácie odpovedí „áno“ alebo „nie“. To znamená, že za všetkým, čo nás obklopuje, sa skrýva určitý kód, podobný binárnemu kódu počítačového programu. A sme akýmsi rozhraním, cez ktoré sa objavuje prístup k údajom „univerzálneho internetu“. Princíp neistoty v kvantovej mechanike sa nazýva nepriamym dôkazom virtuálnej povahy vesmíru: častice hmoty môžu existovať v nestabilnej forme a v konkrétnom stave sú „fixované“ iba pri ich pozorovaní.

Nasledovník digitálnej fyziky John Archibald Wheeler napísal: „Bolo by nerozumné si predstaviť, že informácie sú v jadre fyziky aj v jadre počítača. Všetko z trochu. Inými slovami, všetko, čo existuje - každá častica, každé silové pole, dokonca aj samotné časopriestorové kontinuum - dostane svoju funkciu, svoj význam a nakoniec svoju vlastnú existenciu. ““

Veľký tresk patrí do kategórie teórií, ktoré sa snažia úplne vystopovať históriu zrodu vesmíru, určiť počiatočné, súčasné a konečné procesy v jeho živote.

Bolo niečo pred vznikom vesmíru? Túto zásadnú, takmer metafyzickú otázku si vedci kladú dodnes. Vznik a vývoj vesmíru vždy bol a zostáva predmetom vášnivých debát, neuveriteľných hypotéz a vzájomne sa vylučujúcich teórií. Hlavné verzie pôvodu všetkého, čo nás obklopuje, podľa cirkevnej interpretácie predpokladali božský zásah a vedecký svet podporoval Aristotelovu hypotézu o statickej povahe vesmíru. Posledný model nasledoval Newton, ktorý bránil nekonečnosť a stálosť vesmíru, a Kant, ktorý túto teóriu rozvinul vo svojich dielach. V roku 1929 americký astronóm a kozmológ Edwin Hubble radikálne zmenil pohľad vedcov na svet.

Objavil nielen prítomnosť početných galaxií, ale aj expanziu vesmíru - kontinuálne izotropné zväčšovanie veľkosti vesmíru, ktoré sa začalo v okamihu Veľkého tresku.

Komu vďačíme za objav Veľkého tresku?

Práce Alberta Einsteina o teórii relativity a jeho gravitačných rovniciach umožnili de Sitterovi vytvoriť kozmologický model vesmíru. S týmto modelom súvisel ďalší výskum. V roku 1923 Weil navrhol, aby sa hmota umiestnená vo vesmíre rozšírila. Pri vývoji tejto teórie má veľký význam práca vynikajúceho matematika a fyzika AA Fridmana. Už v roku 1922 umožnil expanziu vesmíru a urobil opodstatnené závery, že počiatok všetkej hmoty bol v jednom nekonečne hustom bode a Veľký tresk dal rozvoj všetkému. V roku 1929 publikoval Hubble svoje články vysvetľujúce podriadenie radiálnej rýchlosti vzdialenosti. Neskôr bola táto práca známa ako „Hubblov zákon“.

G.A.Gamov, opierajúc sa o Friedmanovu teóriu veľkého tresku, vyvinul myšlienku vysoká teplota východiskový materiál. Naznačil tiež prítomnosť kozmického žiarenia, ktoré nezmizlo s expanziou a ochladením sveta. Vedec vykonal predbežné výpočty možnej teploty zvyškového žiarenia. Ich odhadovaná hodnota sa pohybovala v rozmedzí 1 - 10 K. Do roku 1950 uskutočnil Gamow presnejšie výpočty a výsledok oznámil na 3 K. V roku 1964 rádioastronóm z Ameriky, vylepšujúci anténu, odstránením všetkých možných signálov, určil parametre kozmického žiarenia. Ukázalo sa, že jeho teplota bola rovná 3 K. Táto informácia sa stala najdôležitejším potvrdením Gamowovej práce a existencie reliktného žiarenia. Následné merania kozmického pozadia, uskutočňované na otvorenom priestranstve, nakoniec preukázali presnosť výpočtov vedca. S mapou CMB sa môžete oboznámiť pomocou.

Moderné chápanie teórie veľkého tresku: ako sa to stalo?

Jedným z modelov, ktoré komplexne vysvetľujú nám známy vzhľad a vývoj vesmíru, je teória Veľkého tresku. Podľa dnes všeobecne prijímanej verzie pôvodne existovala kozmologická singularita - stav s nekonečnou hustotou a teplotou. Fyzici vyvinuli teoretické zdôvodnenie zrodu vesmíru z bodu, ktorý mal extrémny stupeň hustoty a teploty. Po objavení sa Veľkého tresku začal vesmír a hmota Kozmu nepretržitý proces expanzie a stabilného chladenia. Podľa posledných štúdií bol počiatok vesmíru položený najmenej pred 13,7 miliardami rokov.

Počiatočné obdobia pri formovaní vesmíru

Prvým momentom, ktorého rekonštrukciu umožňujú fyzické teórie, je Planckova éra, ktorej vznik bol možný 10 - 43 sekúnd po Veľkom tresku. Teplota látky dosiahla 10 x 32 K a jej hustota bola 10 x 93 g / cm3. V tomto období sa gravitácia osamostatnila a oddelila sa od základných interakcií. Neustále rozširovanie a znižovanie teploty spôsobilo fázový prechod elementárnych častíc.

Ďalšie obdobie, charakterizované exponenciálnou expanziou vesmíru, prišlo o ďalších 10 - 35 sekúnd. Volalo sa to „Kozmická inflácia“. Nastala náhla expanzia, mnohonásobne vyššia ako obvykle. Toto obdobie prinieslo odpoveď na otázku, prečo je teplota v rôznych bodoch vesmíru rovnaká? Po Veľkom tresku sa hmota nerozptyľovala okamžite po vesmíre, ďalších 10 - 35 sekúnd bola dosť kompaktná a bola v nej nastolená tepelná rovnováha, ktorá sa počas inflačnej expanzie neporušila. Obdobie poskytlo základný materiál - kvark-gluónovú plazmu, ktorá sa používala na tvorbu protónov a neutrónov. Tento proces prebiehal po ďalšom poklese teploty, ktorý sa nazýva „baryogenéza“. Vznik hmoty sprevádzal súčasný vznik antihmoty. Tieto dve antagonistické látky zničili a stali sa žiarením, ale prevládal počet bežných častíc, čo umožnilo vznik vesmíru.

Ďalšia fázová premena, ktorá nastala po poklese teploty, viedla k objaveniu sa nám známych elementárnych častíc. Éra „nukleosyntézy“, ktorá nastala po tomto, bola poznačená spojením protónov s ľahkými izotopmi. Prvé vytvorené jadrá mali krátku životnosť, rozpadli sa v nevyhnutných kolíziách s inými časticami. Stabilnejšie prvky vznikli po troch minútach od stvorenia sveta.

Ďalším významným míľnikom bola dominancia gravitácie nad ostatnými dostupnými silami. Po 380 tisíc rokoch od času Veľkého tresku sa objavil atóm vodíka. Zvýšenie vplyvu gravitácie slúžilo ako koniec počiatočného obdobia formovania Vesmíru a zahájilo sa proces vzniku prvých hviezdnych systémov.

Aj po takmer 14 miliardách rokov sa vo vesmíre stále zachováva reliktné žiarenie. Jeho existencia v kombinácii s červeným posunom sa predstavuje ako argument na podporu konzistencie teórie Veľkého tresku.

Kozmologická singularita

Ak sa pomocou všeobecnej teórie relativity a skutočnosti kontinuálnej expanzie vesmíru vrátime na začiatok času, potom sa rozmery vesmíru budú rovnať nule. Východisko alebo veda nemôžu presne opísať pomocou fyzikálnych znalostí. Aplikované rovnice nie sú vhodné pre taký malý objekt. Potrebná je symbióza, ktorá môže kombinovať kvantovú mechaniku a všeobecnú teóriu relativity, ale, bohužiaľ, ešte nebola vytvorená.

Vývoj vesmíru: čo ho čaká v budúcnosti?

Vedci zvažujú dve možné možnosti vývoja udalostí: rozpínanie vesmíru sa nikdy neskončí, alebo sa dostane do kritického bodu a začne sa opačný proces - kompresia. Táto základná voľba závisí od hodnoty priemernej hustoty látky v jej zložení. Ak je vypočítaná hodnota nižšia ako kritická hodnota, predpoveď je priaznivá; ak je väčšia, potom sa svet vráti do singulárneho stavu. Vedci v súčasnosti nepoznajú presnú hodnotu opísaného parametra, a tak vo vzduchu visí otázka budúcnosti vesmíru.

Vzťah náboženstva k teórii veľkého tresku

Hlavné náboženstvá ľudstva: katolicizmus, pravoslávie, islam svojím spôsobom podporujú tento model stvorenia sveta. Liberálni predstavitelia týchto náboženských vierovyznaní súhlasia s teóriou vzniku vesmíru v dôsledku nejakého nevysvetliteľného zasahovania, definovaného ako Veľký tresk.

Názov teórie známej celému svetu - „Veľký tresk“ - dal nepriateľ nechtiac verzii pre expanziu vesmíru Hoylom. Túto myšlienku považoval za „úplne neuspokojivú“. Po zverejnení jeho tematických prednášok sa zábavný termín okamžite ujal verejnosť.

Dôvody veľkého tresku nie sú isté. Podľa jednej z početných verzií patriacich A. Yu. Glushkovi bola pôvodná hmota stlačená do bodu čierna hyperdiera a príčinou výbuchu bol kontakt dvoch takýchto objektov, pozostávajúcich z častíc a antičastíc. Počas zničenia hmota čiastočne prežila a dala vzniknúť nášmu vesmíru.

Inžinieri Penzias a Wilson, ktorí objavili žiarenie kozmického mikrovlnného pozadia z vesmíru, dostali Nobelove ceny za fyziku.

Teplota žiarenia pozadia bola spočiatku veľmi vysoká. O niekoľko miliónov rokov neskôr sa ukázalo, že tento parameter je v medziach zaisťujúcich vznik života. Ale do tohto obdobia sa podarilo sformovať iba malý počet planét.

Astronomické pozorovania a výskum pomáhajú nájsť odpovede na najdôležitejšie otázky ľudstva: „Ako sa všetko objavilo a čo nás čaká v budúcnosti?“ Napriek tomu, že nie všetky problémy boli vyriešené a hlavná príčina vzniku vesmíru nemá striktné a usporiadané vysvetlenie, teória Veľkého tresku našla dostatočné množstvo potvrdení, čo z nej robí hlavný a prijateľný model vzniku vesmíru.

Naša Galaxia - Mliečna dráha - patrí k takzvaným galaxiám špirálového typu (S - Galaxies), ktoré sú rotujúcim diskom plynného vodíka, prachu a hviezd s výraznými špirálovitými ramenami (obr. 1.6). Jedná sa o zložitý astronomický objekt, ktorý sa skladá z jadra, zahustenia v centrálnej časti - výčnelku (z anglického slova „buldge“), halu a samotného disku (obr. 1.7). Husté jadro v strede disku obsahuje väčšinou staré hviezdy a neobsahuje žiadny plyn ani prach. Srdcom našej Galaxie je čierna diera (Čierne diery sú krásne popísané v knihe A.M. Cherepashchuk "Čierne diery").
Nedávno orbitálne röntgenové observatórium Chandra zaznamenalo silný röntgenový záblesk v strede Galaxie, ktorý umožnil určiť veľkosť čiernej diery - nie viac ako vzdialenosť od Zeme po Slnko.
Disk Galaxie je plný plynu, prachu a hlavne mladých hviezd. Priemer disku je asi 30 000 parsekov (Pc), vydutie je 8 000 Pc. V špirálových ramenách disku sú sústredené takmer všetky hviezdy a väčšina plynno-prachovej hmoty.
Disk je obklopený guľovitou svätožiarou. Jeho veľkosť je rádovo väčšia ako priečna veľkosť disku. Svätožiara obsahuje vzácne hviezdy a hviezdokopy - zhluky s počtom státisícov hviezd. Okrem toho má svätožiara temná hmota („Temná hmota“), ktorá bola identifikovaná gravitačnými účinkami. Tmavá hmota zvyšuje hmotnosť Galaxie najmenej niekoľkokrát.
Slnko, najbližšia hviezda k nám, sa nachádza v špirále Orion vo vzdialenosti ~ 25000 Pc od centra našej galaxie. Slnko je relatívne mladá hviezda - stará 5 miliárd rokov. Mliečna cesta je najmenej dvakrát staršia ako Slnko: hviezdokopy môžu byť staré 10 miliárd rokov.
Celkový počet hviezd na disku Galaxie je 10 11 (sto miliárd). Okrem hviezd obsahuje Galaxy aj medzihviezdne médium. Hlavnou zložkou medzihviezdneho média je medzihviezdny plyn, ktorý pozostáva hlavne (~ 90%) z vodíka a medzihviezdneho prachu (~ 1%). Medzihviezdne médium obsahuje magnetické polia a elektromagnetické žiarenie. Galaxia rotuje odlišne: na periférii je jej rýchlosť rotácie menšia ako v centrálnych oblastiach. Obdobie nášho Slnečná sústava okolo stredu Galaxie je približne 200 miliónov rokov. Pamätajme na tento údaj. Vrátime sa k tomu neskôr.
Priemerná hustota medzihviezdnej hmoty na disku sa odhaduje na 10 - 24 g / cm 3 (zhruba - 1 atóm vodíka na cm 3). Od tejto hodnoty existujú veľké odchýlky: jedná sa o husté oblaky až do desiatok parsekov s hustotou od 100 do 1 000 atómov / cm 3.
Látka v Galaxii v atómovom stave pod vplyvom ultrafialového žiarenia hviezd ionizuje(neutrálne atómy „stratia“ svoje elektrónové obaly). Takže napríklad až 90% vodíka je ióny - protóny.
Hmotnosť celého vesmíru, a to sú opticky jasné hviezdy, medzihviezdny prach a plyn, molekulárne mračná, planéty, sú sústredené v protónoch a neutrónoch (85% sú protóny a 15% sú neutróny). Neutróny, ktoré sú nestabilnou časticou, existujú iba vo vnútri jadier. To všetko predstavuje takzvanú baryonickú hmotu.

Poďme sa teraz venovať problému kvantitatívnych vzťahov medzi rôznymi formami hmoty v modernom vesmíre. Na obr. 1.8 odpovedá na túto otázku. Odpoveď je podľa úrovne našich vedomostí pre dnešok. Zo schémy znázornenej na obr. 1.8, je vidieť, že iba pár percent (asi 4%) zloženia vesmíru odkazuje na to, z čoho podľa nás vychádza náš svet. Toto je baryonická hmota. Všetko ostatné, a to je prakticky 96% - tmavá hmota a tmavá energia - sú pre nás stále nejasnými hmotnými látkami vesmíru. Vieme, že určite existujú. Ale nevieme, čo to je. Budujeme iba hypotézy a pokúšame sa ustanoviť experimenty v nádeji, že sa preukáže ich platnosť. Faktom však zostáva - zatiaľ nemáme argumenty v prospech konečného výberu hypotézy vysvetľujúcej zloženie tmavej hmoty a temnej energie vo vesmíre.
Temná energia je podľa moderných názorov presne silou, vďaka ktorej sa vesmír rozpína. Ak gravitácia, na ktorú sme zvyknutí, núti telá navzájom sa priťahovať, potom je tmavá energia skôr antigravitácia, ktorá prispieva k rozšíreniu telies vo vesmíre. Zdá sa, že bezprostredne po Veľkom tresku sa rozpínanie vesmíru spomaľovalo, ale potom „temná energia“ zvíťazila nad gravitáciou a začalo sa zrýchlenie - rozpínanie vesmíru. Nejde o hypotézu, ale o experimentálny fakt objavený z radiácie červený posun - pokles jasnosti vzdialených supernov: sú jasnejšie, ako by mali byť, z obrazu spomalenia rozpínania vesmíru. Účinok „červeného posuvu“ - zvýšenie spektrálnej vlnovej dĺžky pozorovaného zdroja zaznamenaného pozorovateľom (preto sa hviezdy javia ako jasnejšie) - je jedným z pozoruhodných experimentálnych astronomických faktov. Kozmologický „červený posun“ pozorovaných galaxií predpovedal A. Einstein a stále je jedným z presvedčivých dôkazov rozpínajúceho sa vesmíru.
Vrhajúc sa do éry ranej kozmológie, možno si spomenúť, že to bol veľký A. Einstein, ktorý v snahe zachovať statickú povahu vesmíru zaviedol kozmologickú konštantu, ktorá sa stala historickou, - vyrovnávaciu silu príťažlivosti nebeských telies. Ale po objavení „červeného posunu“ konštantu zo svojich rovníc vymazal. A. Einstein sa zjavne mýlil v tom, že to odmietol: Koniec koncov, toto je temná energia, ktorá zaujíma moderných astrofyzikov.
Nie je jasné, či má ľudstvo šťastie alebo nie, ale žije v období vývoja vesmíru, keď prevláda temná energia, ktorá prispieva k expanzii. Ale tento proces pravdepodobne nie je večný a po časovom intervale porovnateľnom s vekom vesmíru (10 - 20 miliárd rokov) sa história môže vrátiť späť - náš svet sa začne zmenšovať. Či už nastane okamih Veľkého nárazu alebo nie - alternatívy k Veľkému tresku sú v modernej kozmológii určite veľkou otázkou.
Vedcom sa podarilo dokázať existenciu rozpínavého vesmíru - to je červený posun optického žiarenia Galaxie a reliktného elektromagnetického žiarenia - reliktných fotónov, o ktorom bude reč nižšie. Možno budú vedci schopní v budúcnosti ustanoviť existenciu „predchodcov“ blížiacej sa kompresie vesmíru.
Ďalšia experimentálna skutočnosť - štúdia odklonu svetla zo vzdialených galaxií v gravitačných poliach vesmíru viedla astrofyzikov k záveru o existencii skrytej - temnej hmoty - niekde v našej blízkosti. Práve táto temná hmota mení dráhy svetelných lúčov o väčšie množstvo, ako by sa dalo očakávať v prítomnosti iba viditeľných blízkych galaxií. Vedci študovali distribúciu viac ako 50 000 galaxií na hviezdnej oblohe v snahe zostaviť priestorový model štruktúry tmavej hmoty. Všetky získané výsledky neúprosne svedčia v prospech jeho existencie a Vesmír je v podstate temná hmota. Moderné odhady hovoria o 80%. Tu sa budeme opakovať znova - nevieme, z akých častíc sa táto tmavá hmota skladá. Vedci iba predpokladajú, že sa skladá z dvoch častí: doteraz neznámej z niektorých exotických masívnych častíc a fyzické vákuum.
K tomuto problému sa vrátime, ale nateraz sa opäť obrátime na obvyklú formu hmoty pre nás, ktorú tvoria baryóny (protóny a neutróny) a elektróny - „baryonická hmota“. Vieme o nej oveľa viac. Za viac ako storočie histórie vývoja fyziky - od objavu elementárnych častíc a štruktúry atómu po výsledky výskumu v tejto oblasti, ako aj v astrofyzike, získala veda k dispozícii veľa nových výsledkov v štruktúre hmoty, ktorá je nám známa.

Teória veľkého tresku má v tomto desaťročí silného konkurenta - cyklickú teóriu.

Teórii veľkého tresku dôveruje absolútna väčšina vedcov študujúcich ranú históriu nášho vesmíru. V skutočnosti to veľa vysvetľuje a nijako to neodporuje experimentálnym údajom. V poslednej dobe má však rivala tvárou v tvár novej cyklickej teórii, ktorej základy vyvinuli dvaja odborníci z triedy - riaditeľ Ústavu teoretických vied na Princetonskej univerzite Paul Steinhardt a laureát Maxwellovej medaily a prestížneho medzinárodného ocenenia TED Neil Turok, riaditeľ Kanadského inštitútu pre pokročilé štúdium teoretických poznatkov Fyzika (Perimetrický ústav pre teoretickú fyziku). S pomocou profesora Steinhardta sa Popular Mechanics pokúsila hovoriť o cyklickej teórii a dôvodoch jej vzniku.

Názov tohto článku nemusí znieť ako šikovný žart. Podľa všeobecne prijatého kozmologického konceptu, teórie Veľkého tresku, náš Vesmír vznikol z extrémneho stavu fyzikálneho vákua generovaného kvantovou fluktuáciou. V tomto stave neexistoval ani čas, ani priestor (alebo boli zapletené do časopriestorovej peny) a všetky základné fyzikálne interakcie boli navzájom spojené. Neskôr sa rozišli a získali samostatnú existenciu - najskôr gravitáciu, potom silnú interakciu a až potom - slabú a elektromagnetickú.

Okamžik, ktorý predchádzal týmto zmenám, sa zvyčajne označuje ako nula času, t \u003d 0, ale toto je čistá konvencia, pocta matematickému formalizmu. Podľa štandardnej teórie sa nepretržitý tok času začal až po osamostatnení gravitačnej sily. Tento moment sa zvyčajne pripisuje hodnote t \u003d 10 -43 s (presnejšie 5,4x10 -44 s), ktorá sa nazýva Planckov čas. Moderné fyzikálne teórie jednoducho nie sú schopné zmysluplne pracovať s kratšími časovými obdobiami (predpokladá sa, že to vyžaduje kvantovú teóriu gravitácie, ktorá ešte nebola vytvorená). V kontexte tradičnej kozmológie nemá zmysel hovoriť o tom, čo sa stalo pred počiatočným okamihom času, pretože čas v našom chápaní vtedy jednoducho neexistoval.

Teórii veľkého tresku dôveruje veľká väčšina vedcov študujúcich ranú históriu nášho vesmíru. V skutočnosti to veľa vysvetľuje a nijako to neodporuje experimentálnym údajom. V poslednej dobe má však rivala tvárou v tvár novej cyklickej teórii, ktorej základy vyvinuli dvaja odborníci z triedy - riaditeľ Ústavu teoretických vied na Princetonskej univerzite Paul Steinhardt a laureát Maxwellovej medaily a prestížneho medzinárodného ocenenia TED Neil Turok, riaditeľ Kanadského inštitútu pre pokročilé štúdium teoretických poznatkov Fyzika (Perimetrický ústav pre teoretickú fyziku). S pomocou profesora Steinhardta sa Popular Mechanics pokúsila hovoriť o cyklickej teórii a dôvodoch jej vzniku.

Inflačná kozmológia

Koncept inflácie je podstatnou súčasťou štandardnej kozmologickej teórie (pozri bočný panel). Po skončení inflácie si gravitácia prišla na svoje a vesmír sa ďalej rozširoval, ale klesajúcou rýchlosťou. Tento vývoj trval 9 miliárd rokov, po ktorých vstúpilo do činnosti ďalšie antigravitačné pole stále neznámej povahy, ktoré sa nazýva temná energia. Opäť priniesol Vesmír do režimu exponenciálnej expanzie, ktorá by, zdá sa, mala zostať v budúcich časoch. Je potrebné poznamenať, že tieto závery vychádzajú z astrofyzikálnych objavov uskutočnených na konci minulého storočia, takmer 20 rokov po objavení sa inflačnej kozmológie.

Inflačná interpretácia Veľkého tresku bola prvýkrát navrhnutá asi pred 30 rokmi a odvtedy bola mnohokrát vylepšená. Táto teória vyriešila niekoľko základných problémov, s ktorými sa predchádzajúca kozmológia nedokázala vyrovnať. Napríklad vysvetlila, prečo žijeme vo vesmíre s plochou euklidovskou geometriou - v súlade s klasické rovnice Friedman, to je presne to, čo by malo robiť s exponenciálnym rozširovaním. Inflačná teória vysvetlila, prečo má vesmírna hmota zrnitosť v rozsahu nepresahujúcom stovky miliónov svetelných rokov a je rovnomerne rozložená na veľké vzdialenosti. Podala tiež interpretáciu neúspechu akýchkoľvek pokusov o detekciu magnetických monopolov, veľmi masívnych častíc s jediným magnetickým pólom, o ktorých sa predpokladá, že sa ich narodilo v hojnom množstve pred začiatkom inflácie (inflácia natiahla priestor natoľko, že pôvodne vysoká hustota monopolov bola znížená takmer na nulu, a preto naša zariadenia ich nedokážu zistiť).

Krátko po objavení sa inflačného modelu si viacerí teoretici uvedomili, že jeho vnútorná logika neodporuje myšlienke permanentného viacnásobného zrodu čoraz viac nových vesmírov. Kvantové výkyvy, napríklad také, za ktoré vďačíme nášmu svetu za existenciu, sa môžu skutočne vyskytnúť v akomkoľvek množstve za predpokladu, že sú splnené príslušné podmienky. Nie je vylúčené, že náš vesmír opustil fluktuačnú zónu sformovanú v predchodcovom svete. Rovnakým spôsobom možno predpokladať, že niekedy a niekde v našom vlastnom vesmíre sa vytvorí fluktuácia, ktorá „vyfúkne“ mladý vesmír úplne iného druhu, tiež schopný kozmologického „plodenia“. Existujú vzorce, v ktorých sa takéto detské vesmíry vynárajú nepretržite, rozvetvujú sa od rodičov a nachádzajú si svoje vlastné miesto. Navyše nie je vôbec potrebné, aby sa v takýchto svetoch ustanovovali rovnaké fyzikálne zákony. Všetky tieto svety sú „vnorené“ do jedného časopriestorového kontinua, sú však natoľko vzdialené od seba, že navzájom nepociťujú prítomnosť. Koncepcia inflácie vo všeobecnosti umožňuje - navyše núti! - veriť, že v gigantickom megakozme existuje veľa izolovaných vesmírov s rôznymi usporiadaniami.

Alternatívne

Teoretickí fyzici veľmi radi prichádzajú s alternatívami aj k najbežnejšie prijatým teóriám. Inflačný model Veľkého tresku má tiež konkurenciu. Nedostali širokú podporu, ale dostali a majú svojich vlastných nasledovníkov. Teória Steinhardta a Turoka medzi nimi nie je prvá a určite nie posledná. Avšak dnes bol vyvinutý podrobnejšie ako ostatné a lepšie vysvetľuje pozorované vlastnosti nášho sveta. Má niekoľko verzií, z ktorých niektoré vychádzajú z teórie kvantových strún a multidimenzionálnych priestorov, zatiaľ čo iné sa spoliehajú na tradičnú teóriu kvantového poľa. Prvý prístup poskytuje živšie obrázky kozmologických procesov, takže sa nimi budeme zaoberať ďalej.

Najpokročilejšia verzia teórie strún je známa ako M-theory. Tvrdí, že fyzický svet má 11 dimenzií - desať priestorových a jednu časovú. Plávajú v nej priestory nižších rozmerov, takzvané brány. Náš vesmír je iba jednou z týchto brán s tromi priestorovými rozmermi. Je naplnená rôznymi kvantovými časticami (elektróny, kvarky, fotóny atď.), Čo sú v skutočnosti otvorené vibračné struny iba s jedným priestorovým rozmerom - dĺžkou. Konce každej šnúrky sú pevne zakotvené vo vnútri trojrozmernej brány a šnúra nemôže bránu opustiť. Existujú ale aj uzavreté reťazce, ktoré môžu migrovať mimo brány - sú to gravitóny, kvantá gravitačného poľa.

Ako vysvetľuje cyklická teória minulosť a budúcnosť vesmíru? Začnime súčasnou dobou. Prvé miesto teraz patrí temnej energii, ktorá spôsobuje, že sa náš vesmír exponenciálne rozširuje a pravidelne sa zdvojnásobuje. Vďaka tomu sa neustále zmenšuje hustota hmoty a žiarenia, slabne gravitačné zakrivenie priestoru a jeho geometria sa stáva čoraz plochejšou. V priebehu ďalších triliónov rokov sa veľkosť vesmíru zdvojnásobí asi stokrát a zmení sa na takmer prázdny svet, úplne zbavený hmotných štruktúr. Vedľa nás je ďalšia trojrozmerná brána, oddelená od nás malou vzdialenosťou vo štvrtej dimenzii, ktorá tiež prechádza podobnou exponenciálnou expanziou a sploštením. Po celú túto dobu zostáva vzdialenosť medzi branami prakticky nezmenená.

A potom sa tieto rovnobežné brány začnú zbiehať. Sú na seba tlačené silovým poľom, ktorého energia závisí od vzdialenosti medzi branami. Teraz je hustota energie takého poľa pozitívna, takže priestor oboch bran sa exponenciálne rozširuje - teda práve toto pole poskytuje efekt, ktorý sa vysvetľuje prítomnosťou temnej energie! Tento parameter však postupne klesá a za bilión rokov klesne na nulu. Obe brány sa budú aj tak rozširovať, ale nie exponenciálne, ale veľmi pomalým tempom. V dôsledku toho v našom svete zostane hustota častíc a žiarenia takmer nulová a geometria bude plochá.

Nový cyklus

Koniec starého príbehu je ale len predzvesťou ďalšieho cyklu. Otruby sa pohybujú smerom k sebe a nakoniec sa zrazia. V tejto fáze hustota energie medziodvetvového poľa klesá pod nulu a začína pôsobiť ako gravitácia (dovoľte mi, aby som vám pripomenul, že potenciálna gravitačná energia je negatívna!). Keď sú brány veľmi blízko, medzibránové pole začne v každom bode nášho sveta zosilňovať kvantové výkyvy a transformuje ich do makroskopických deformácií priestorovej geometrie (napríklad za milióntu sekundy pred zrážkou dosahuje vypočítaná veľkosť takýchto deformácií niekoľko metrov). Po zrážke sa práve v týchto zónach uvoľní leví podiel na kinetickej energii uvoľnenej počas nárazu. Výsledkom je, že sa tam nachádza väčšina horúcej plazmy s teplotou asi 1023 stupňov. Práve tieto oblasti sa stávajú lokálnymi gravitačnými uzlami a menia sa na embryá budúcich galaxií.

Takáto zrážka nahradzuje Veľký tresk inflačnej kozmológie. Je veľmi dôležité, aby sa všetka novovzniknutá hmota s pozitívnou energiou objavila v dôsledku nahromadenej negatívnej energie medziodvetvového poľa, preto nie je porušený zákon zachovania energie.

Inflačná teória umožňuje vznik viacerých dcérskych vesmírov, ktoré neustále pučia z existujúcich.

A ako sa takéto pole v tejto rozhodujúcej chvíli správa? Pred zrážkou hustota jeho energie dosiahne minimum (a záporné), potom sa začne zvyšovať a pri zrážke sa stane nulovou. Otruby sa potom navzájom odpudzujú a začnú sa rozchádzať. Hustota medzvetvovej energie prechádza opačným vývojom - stáva sa opäť negatívnou, nulovou, pozitívnou. Brána obohatená hmotou a žiarením sa najskôr rozširuje klesajúcou rýchlosťou pri brzdnom účinku vlastnej gravitácie a potom opäť prechádza do exponenciálnej expanzie. Nový cyklus končí ako predchádzajúci - a tak ďalej ad infinitum. Cykly, ktoré predchádzali náš, sa vyskytli aj v minulosti - v tomto modeli je čas nepretržitý, takže minulosť existuje aj za 13,7 miliárd rokov, ktoré uplynuli od posledného obohatenia našej brány hmotou a žiarením! Či už mali vôbec začiatok, teória mlčí.

Cyklická teória vysvetľuje vlastnosti nášho sveta novým spôsobom. Má plochú geometriu, pretože sa na konci každého cyklu nadmerne rozťahuje a pred začiatkom nového cyklu sa iba mierne deformuje. Kvantové fluktuácie, ktoré sa stávajú predchodcami galaxií, vznikajú chaoticky, ale v priemere rovnomerne - preto je vesmír plný zhlukov hmoty, ale na veľmi veľké vzdialenosti je dosť homogénny. Nemôžeme detekovať magnetické monopoly jednoducho preto, lebo maximálna teplota novorodeneckej plazmy nepresiahla 10 23 K a na vzhľad takýchto častíc sú potrebné oveľa vyššie energie - rádovo 10 27 K.

Momentom veľkého tresku je zrážka otrúb. Uvoľní sa obrovské množstvo energie, rozptýlia sa brány, nastane spomalenie expanzie, hmota a žiarenie vychladnú a vzniknú galaxie. Expanzia sa opäť urýchľuje v dôsledku pozitívnej medziodvetvovej energetickej hustoty a potom sa spomalí, geometria sa stane plochou. Vetvy sú navzájom priťahované, pred zrážkou sa kvantové výkyvy zosilnia a transformujú do deformácií priestorovej geometrie, ktoré sa v budúcnosti stanú zárodkami galaxií. Nastane kolízia a cyklus sa začína odznova.

Svet bez začiatku alebo konca

Cyklická teória existuje v niekoľkých verziách, rovnako ako teória inflácie. Podľa Paula Steinhardta sú však rozdiely medzi nimi čisto technické a zaujímavé iba pre špecialistov, všeobecný koncept zostáva nezmenený: „Po prvé, v našej teórii neexistuje okamih začiatku sveta, nijaká jedinečnosť. Existujú periodické fázy intenzívneho vytvárania hmoty a žiarenia, každú z nich je možné v prípade potreby nazvať Veľkým treskom. Ale žiadna z týchto fáz neoznačuje vznik nového vesmíru, ale iba prechod z jedného cyklu do druhého. Priestor aj čas existujú pred aj po ktorejkoľvek z týchto katakliziem. Preto je celkom prirodzené pýtať sa, aký bol stav vecí 10 miliárd rokov pred posledným Veľkým treskom, z ktorého sa počíta história vesmíru.

Druhým kľúčovým rozdielom je povaha a úloha temnej energie. Inflačná kozmológia nepredpovedala prechod spomalenej expanzie Vesmíru k zrýchlenej. A keď astrofyzici objavili tento jav pozorovaním výbuchov vzdialených supernov, štandardná kozmológia ani len nevedela, čo s tým. Hypotéza temnej energie bola predložená jednoducho preto, aby paradoxné výsledky týchto pozorovaní nejako spojila s teóriou. A náš prístup je oveľa lepšie utesnený vnútornou logikou, pretože spočiatku máme tmavú energiu a je to práve táto energia, ktorá zaisťuje striedanie kozmologických cyklov. ““ Ako však poznamenáva Paul Steinhardt, cyklická teória má aj slabé stránky: „Zatiaľ sa nám nepodarilo presvedčivo opísať proces kolízie a odrazu paralelných brán, ktorý sa deje na začiatku každého cyklu. Ostatné aspekty cyklickej teórie sú vyvinuté oveľa lepšie, ale stále je treba objasniť veľa nejasností. ““

Cvičná kontrola

Ale aj tie najkrajšie teoretické modely potrebujú experimentálne overenie. Môže byť cyklická kozmológia pozorovaním potvrdená alebo vyvrátená? „Inflačné aj cyklické teórie predpovedajú existenciu reliktných gravitačných vĺn,“ vysvetľuje Paul Steinhardt. - V prvom prípade vznikajú z primárnych kvantových fluktuácií, ktoré sú počas inflácie rozmazané po vesmíre a vytvárajú periodické oscilácie jeho geometrie - a to sú podľa všeobecnej teórie relativity gravitačné vlny. V našom scenári sú kvantové fluktuácie tiež hlavnou príčinou takýchto vĺn - rovnakých, ktoré sú zosilnené zrážkami otrúb. Výpočty ukázali, že každý mechanizmus generuje vlny so špecifickým spektrom a špecifickou polarizáciou. Tieto vlny museli zanechávať stopy na kozmickom mikrovlnnom žiarení, ktoré je neoceniteľným zdrojom informácií o ranom vesmíre. Doteraz sa také stopy nenašli, ale s najväčšou pravdepodobnosťou sa tak stane v priebehu budúceho desaťročia. Fyzici navyše už teraz uvažujú o priamej registrácii reliktných gravitačných vĺn pomocou kozmických lodí, ktorá sa objaví o dve až tri desaťročia. ““

Radikálna alternatíva

V 80. rokoch profesor Steinhardt významne prispel k rozvoju štandardnej teórie Veľkého tresku. To mu však nebránilo v hľadaní radikálnej alternatívy k teórii, do ktorej sa investovalo toľko práce. Ako sám Paul Steinhardt pre Popular Mechanics povedal, hypotéza o inflácii odhaľuje mnoho kozmologických záhad, ale to neznamená, že nemá zmysel hľadať ďalšie vysvetlenia: „Spočiatku ma iba zaujímalo, ako sa pokúsiť pochopiť základné vlastnosti nášho sveta bez toho, aby som sa uchýlila k inflácii. Neskôr, keď som sa hlbšie venoval tejto problematike, nadobudol som presvedčenie, že inflačná teória nie je vôbec taká dokonalá, ako tvrdia jej zástancovia. Keď sa inflačná kozmológia iba vytvárala, dúfali sme, že to vysvetlí prechod z počiatočného chaotického stavu hmoty do súčasného usporiadaného vesmíru. Dokázala to - ale išla oveľa ďalej. Vnútorná logika teórie si vyžadovala uznanie, že inflácia neustále vytvára nekonečné množstvo svetov. To by nebol veľký problém, keby ich fyzické zariadenie kopírovalo naše vlastné, ale to jednoducho nefunguje. Napríklad pomocou inflačnej hypotézy bolo možné vysvetliť, prečo žijeme v plochom euklidovskom svete, koniec koncov väčšina ostatných vesmírov určite nebude mať rovnakú geometriu. Stručne povedané, budovali sme teóriu, aby sme vysvetlili náš vlastný svet, vymkla sa nám spod kontroly a vytvorila nekonečnú škálu exotických svetov. Tento stav mi prestal vyhovovať. Štandardná teória navyše nedokáže vysvetliť podstatu skoršieho stavu, ktorý predchádzal exponenciálnej expanzii. V tomto zmysle je rovnako neúplná ako predinflačná kozmológia. Nakoniec nie je schopný povedať nič o podstate temnej energie, ktorá je hybnou silou expanzie nášho vesmíru už 5 miliárd rokov.

Ďalším rozdielom je podľa profesora Steinhardta teplotné rozloženie mikrovlnného žiarenia pozadia: „Toto žiarenie prichádzajúce z rôznych častí oblohy nie je teplotne úplne jednotné, má čoraz menej vyhrievané zóny. Na úrovni presnosti merania poskytovanej moderným vybavením je počet teplých a studených zón približne rovnaký, čo sa zhoduje so závermi oboch teórií - inflačných aj cyklických. Tieto teórie však predpovedajú jemnejšie rozdiely medzi zónami. V zásade ich môže zistiť európske vesmírne observatórium „Planck“, ktoré bolo spustené minulý rok a ďalšie najnovšie kozmická loď... Dúfam, že výsledky týchto experimentov pomôžu pri výbere medzi inflačnými a cyklickými teóriami. Môže sa však tiež stať, že situácia zostane neistá a žiadnej z teórií sa nedostane jednoznačnej experimentálnej podpory. No, potom budem musieť vymyslieť niečo nové. ““

Astrofyzici z NASA uskutočnili dôležitý vedecký objav - experimentálne potvrdili inflačnú teóriu vývoja vesmíru.

Vedci sú presvedčení, že sa „dotkli“ udalostí spred asi 14 000 000 000 rokov. V pokračovaní troch rokov nepretržitého pozorovania kozmického pozadia v mikrovlnnom rozsahu dokázali „zachytiť“ zostávajúce svetlo (relikviu) z prvých okamihov života vesmíru. Tieto objavy boli vykonané pomocou prístroja WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe).

Astrofyzici študujú Vesmír v okamihu jeho existencie, keď bol jeho vek asi triliónta sekundy, teda takmer okamžite po Veľkom tresku. Práve v tomto okamihu sa v malom vesmíre objavili základy budúcich stoviek miliónov galaxií, z ktorých sa počas stoviek miliónov rokov formovali hviezdy a planéty.

Hlavný postulát inflačnej teórie je nasledovný: po Veľkom tresku, ktorý dal vznik nášmu vesmíru, sa za neuveriteľne krátku dobu - bilión sekundy - zmenil z mikroskopického objektu na niečo kolosálne, mnohokrát väčšie ako celá pozorovateľná časť vesmíru, to znamená, že prešlo infláciou.

„Výsledky sú v prospech inflácie,“ uviedol Charles Bennett (Univerzita Johna Hopkinsa), ktorý objav oznámil. „Je úžasné, že môžeme povedať vôbec čokoľvek o tom, čo sa stalo za prvú bilióntinu sekundy existencie vesmíru,“ uviedol.

Je zrejmé, že v prvej triliónte zlomku sekundy po výbuchu bola rýchlosť rozpínania vesmíru vyššia ako rýchlosť svetla a čas, ktorý uplynul od rozpínania sa vesmíru z veľkosti niekoľkých atómov na stabilný sférický tvar, sa meria vo veľmi malom množstve. Prvýkrát bola táto hypotéza predložená v 80. rokoch.

"Ako vieme, čo bolo vo vesmíre v čase jeho vzniku? Kozmické mikrovlnné pozadie je skutočnou pokladnicou informácií o minulosti nášho vesmíru. Svetelné žiarenie, ktoré k nám zostúpilo, jasne naznačuje fakty vývoja vesmíru," hovorí doktor Gary Hinshaw, zamestnanec Kozmické centrum NASA Goddard.

Samotná inflačná teória existuje v niekoľkých verziách, informuje astronóm Nikolaj Nikolajevič Chugay (Astronomický ústav RAS) pre NewsInfo.

"Neexistuje o tom úplná teória, existujú však iba určité predpoklady o tom, ako sa to stalo. Existuje však jedna" predpoveď ", ktorá vyplýva zo skutočnosti, že kvantové fluktuácie (z latinského fluktuácie - fluktuácia; náhodné odchýlky fyzikálnych veličín od ich priemerných hodnôt) na mikroskopických váhach) predpovedajú určité spektrum porúch, to znamená distribúciu amplitúdy týchto porúch v závislosti od dĺžky stupnice, na ktorej sa táto porucha vyvíja. Na obrázku si môžete predstaviť vlnovku s rôznymi vlnovými dĺžkami, a ak máte jednu amplitúdu pre veľké meradlo, a u malých je to iné - hovoríte, že spektrum týchto porúch nie je ploché, “vysvetľuje Nikolai Chugay.

Asi do 70. rokov 20. storočia existoval štandardný obraz Veľkého tresku, podľa ktorého sa náš vesmír dostal z veľmi hustého horúceho stavu. Došlo k termonukleárnej fúzii hélia - to je jedno z potvrdení modelu horúceho vesmíru. V roku 1964 bolo objavené reliktné (zvyškové) žiarenie, za ktoré získala Nobelovu cenu. Relikviové žiarenie k nám prichádza z veľmi vzdialených oblastí. Počas expanzie sa žiarenie plní veľký vesmír, ochladzuje.

„Táto vlastnosť je podobná, ako keď balón praskne a ochladí," vysvetľuje Nikolaj Chugay. „To isté sa stane, keď z vás unikne sprej z balóna a je cítiť, ako sa balón ochladzuje."

"Detekcia tohto žiarenia (dnes je zima - iba 3 stupne) bola rozhodujúcim dôkazom horúcej fázy vesmíru. Tento model však nie je úplný," domnieva sa astronóm. - Nevysvetľuje to všetko. A hlavné je, že nevysvetľuje skutočnosť, že vesmír je homogénny. na všetkých mierkach. Kamkoľvek sa pozrieme - vidíme takmer rovnaké galaxie s rovnakou hustotou týchto galaxií v objemových jednotkách. Všade má približne rovnakú štruktúru. Pretože tieto vzdialené body vesmíru navzájom neinteragujú, ukazuje sa to zvláštne - z pohľadu fyziky - aké sú vzájomne relatívne neinteragujú a nevedia o sebe nič? A napriek tomu je vesmír v týchto vzdialených bodoch usporiadaný rovnako. A to by malo pre fyzika znamenať, že keď boli tieto vzdialené časti vesmíru v kontakte. To znamená, že boli súčasťou celku, v ktorom sa šírili poruchy a tieto poruchy sa vyhladili. To znamená, že kedysi bol vesmír, ktorý teraz vidíme vo veľkom meradle, fyzicky jedným - signálom ala a poruchy z týchto vzdialených bodov dokázali prejsť a rozmazať poruchy, ktoré tam vznikli. “

Dnes túto homogenitu vo vzdialených bodoch vesmíru v opačných oblastiach oblohy iba pozorujeme ako úplne identickú v hustote - reliktné žiarenie, ktoré pozorujeme s absolútne rovnakou intenzitou a jasom. „Bez ohľadu na to, kam sa pozriete,“ hovorí doktor Chugay.

„A to znamená, že vesmír bol absolútne homogénny - izotropný. Táto počiatočná inflačná fáza umožňuje„ pripraviť “taký homogénny vesmír. Ďalšou výhodou inflačnej fázy je nielen to, že pripravoval homogénny vesmír, ale aj to, že takzvané kvantové fluktuácie (poruchy hustoty na mikroskopických dĺžkových mierkach) boli spojené s kvantovou povahou nášho sveta (na úrovni elementárnych častíc), “uzavrel Nikolai Chugai.

Vypočujte si zvuky simulácie Veľkého tresku.

Pri článku boli použité materiály:

2.Kruhové sedadlo k vesmíru, prvé zlomené druhé 3.Ruské médiá