Hogyan történt a nagy robbanás. Mi történt az ősrobbanás előtt

Az Univerzum fejlődésének gondolata természetesen az Univerzum fejlődésének (születésének) kezdetének problémájának megfogalmazásához vezetett.

vége (halál). Jelenleg számos kozmológiai modell létezik, amelyek megmagyarázzák az anyag megjelenésének bizonyos aspektusait az Univerzumban, de nem magyarázzák magának az Univerzum születésének okait és folyamatát. A modern kozmológiai elméletek teljes halmaza közül csak G. Gamow Ősrobbanás-elmélete volt képes kielégítően megmagyarázni a problémával kapcsolatos szinte minden tényt. Az ősrobbanás-modell főbb jellemzőit a mai napig megőrizték, bár később kiegészítették az A. Guth és P. Steinhardt amerikai tudósok által kidolgozott infláció elméletével, vagy a felfújódó univerzum elméletével, és kiegészítették a szovjet fizikus A.D. Linda.

1948-ban az orosz származású kiváló amerikai fizikus, G. Gamow felvetette, hogy a fizikai Univerzum egy körülbelül 15 milliárd évvel ezelőtti óriási robbanás eredményeként jött létre. Ezután az Univerzum összes anyaga és energiája egyetlen apró szupersűrű csomóban összpontosult. Ha hiszel a matematikai számításokban, akkor a tágulás kezdetén az Univerzum sugara teljesen egyenlő volt nullával, sűrűsége pedig a végtelennel. Ezt a kezdeti állapotot ún szingularitás - ponttérfogat végtelen sűrűséggel. A fizika ismert törvényei nem szingularitásban érvényesek. Ebben az állapotban a tér és az idő fogalma elveszti értelmét, így nincs értelme megkérdezni, hol volt ez a pont. Ezenkívül a modern tudomány nem tud semmit mondani az állapot megjelenésének okairól.

A Heisenberg-féle bizonytalansági elv szerint azonban az anyag nem sűríthető egy pontba, ezért úgy gondolják, hogy az Univerzum kezdeti állapotában bizonyos sűrűséggel és mérettel rendelkezett. Egyes számítások szerint, ha a megfigyelhető Univerzum összes anyagát, amelyet körülbelül 10 61 g-ra becsülnek, 10 94 g/cm 3 sűrűségre tömörítünk, akkor körülbelül 10-33 cm 3 térfogatot fog elfoglalni. Bármilyen elektronmikroszkóppal lehetetlen lenne látni. Az ősrobbanás okairól és az Univerzum tágulásba való átmenetéről sokáig semmit sem lehetett mondani. De ma már megjelent néhány hipotézis, amelyek megpróbálják megmagyarázni ezeket a folyamatokat. Ezek alapozzák meg az Univerzum fejlődésének inflációs modelljét.

Az Univerzum "eleje".

Az ősrobbanás koncepciójának fő gondolata az, hogy az Univerzum kialakulásának korai szakaszában instabil, vákuumszerű állapotú volt, nagy energiasűrűséggel. Ez az energia kvantumsugárzásból származott, azaz. mintha a semmiből jött volna. Az a tény, hogy a fizikai vákuumban nincsenek rögzítettek

részecskék, mezők és hullámok, de ez nem élettelen űr. A légüres térben olyan virtuális részecskék vannak, amelyek megszületnek, mulandóan léteznek és azonnal eltűnnek. Ezért a vákuum „forr” a virtuális részecskékkel, és bonyolult kölcsönhatásokkal van telítve közöttük. Sőt, a vákuumban rejlő energia mintegy annak különböző szintjein található, pl. a vákuum energiaszintek különbségeinek jelensége van.

Amíg a vákuum egyensúlyi állapotban van, csak virtuális (szellem) részecskék léteznek benne, amelyek a vákuumból rövid időre energiát kölcsönöznek, hogy megszülethessenek, és gyorsan visszaadják a kölcsönzött energiát, hogy eltűnjenek. Amikor valamilyen oknál fogva a vákuum egy kezdeti ponton (szingularitás) gerjesztett és elhagyta az egyensúlyi állapotot, akkor a virtuális részecskék elkezdték visszacsapás nélkül felfogni az energiát, és valódi részecskévé változtak. Végül a tér egy bizonyos pontján hatalmas számú valós részecske keletkezett, a hozzájuk kapcsolódó energiával együtt. Amikor a gerjesztett vákuum összeomlott, óriási sugárzási energia szabadult fel, és a szupererő szupersűrű anyaggá sűrítette össze a részecskéket. A „kezdet” szélsőséges körülményei, amikor még a téridő is deformálódott, arra utalnak, hogy a vákuum is különleges állapotban volt, amit „hamis” vákuumnak neveznek. Rendkívül nagy sűrűségű energia jellemzi, ami rendkívül nagy anyagsűrűségnek felel meg. Ebben az anyagállapotban erős feszültségek és negatív nyomások keletkezhetnek benne, ami egyenértékű akkora gravitációs taszítással, amely az Univerzum ellenőrizetlen és gyors tágulását - az ősrobbanást - okozta. Ez volt a kezdeti lendület, világunk „eleje”.

Ettől a pillanattól kezdődik az Univerzum gyors tágulása, keletkezik az idő és a tér. Ebben az időben az „űrbuborékok”, egy vagy több univerzum embrióinak ellenőrizhetetlen felfúvódása zajlik, amelyek alapvető állandóikban és törvényeikben eltérhetnek egymástól. Egyikük Metagalaxisunk embriója lett.

Különböző becslések szerint az exponenciálisan előrehaladó "infláció" időszaka elképzelhetetlenül rövid ideig tart - a "indulás" után akár 10-33 másodpercig is. Ez az úgynevezett inflációs időszak. Ezalatt az Univerzum mérete 10 50-szeresére nőtt, a proton méretének egy milliárdodról a gyufásdoboz méretére.

Az inflációs szakasz vége felé az Univerzum üres és hideg volt, de amikor az infláció kiszáradt, az Univerzum hirtelen rendkívül "forróssá vált". Ez a hőkitörés, amely megvilágította a teret, a „hamis” vákuumban rejlő hatalmas energiatartalékoknak köszönhető. Ez a vákuumállapot nagyon instabil, és hajlamos a bomlásra. Amikor

az összeomlás befejeződik, a taszítás megszűnik, és az infláció véget ér. A sok valódi részecske formájában megkötött energia pedig sugárzás formájában szabadult fel, azonnal 10 27 K-re melegítette az Univerzumot. Ettől a pillanattól kezdve az Univerzum a „forró” ősrobbanás standard elmélete szerint fejlődött. .

Az Univerzum fejlődésének korai szakasza

Közvetlenül az Ősrobbanás után az Univerzum minden típusú elemi részecskék és antirészecskék plazmája volt, termodinamikai egyensúlyi állapotban 10 27 K hőmérsékleten, amelyek szabadon átalakultak egymásba. Ebben a vérrögben csak gravitációs és nagy (nagy) kölcsönhatások voltak. Aztán az Univerzum tágulni kezdett, és ezzel párhuzamosan a sűrűsége és hőmérséklete is csökkent. Az Univerzum további fejlődése szakaszosan ment végbe, és egyrészt differenciálódással, másrészt szerkezeteinek bonyolításával járt együtt. Az Univerzum fejlődésének szakaszai az elemi részecskék kölcsönhatásának jellemzőiben különböznek, és ún. korszakok. A legfontosabb változtatások kevesebb mint három percig tartottak.

Hadron korszak 10-7 másodpercig tartott. Ebben a szakaszban a hőmérséklet 10 13 K-re csökken. Ezzel egy időben mind a négy alapvető kölcsönhatás megjelenik, a kvarkok szabad léte megszűnik, hadronokká egyesülnek, melyek közül a legfontosabbak a protonok és a neutronok. A legjelentősebb esemény a szimmetria globális megtörése volt, amely Univerzumunk létezésének első pillanataiban következett be. A részecskék száma valamivel nagyobbnak bizonyult, mint az antirészecskék száma. Ennek az aszimmetriának az okai még mindig ismeretlenek. Az általános plazmaszerű csomóban minden milliárd pár részecske és antirészecske után eggyel több részecske jutott, nem volt elég pár a megsemmisítéséhez. Ez meghatározta az anyagi Univerzum további megjelenését, némelyikükön galaxisokkal, csillagokkal, bolygókkal és intelligens lényekkel.

Lepton korszak indulás után 1 másodpercig tartott. Az Univerzum hőmérséklete 10 10 K-re csökkent. Fő elemei a leptonok voltak, amelyek részt vettek a protonok és neutronok kölcsönös átalakulásában. Ennek a korszaknak a végén az anyag átlátszóvá vált a neutrínók számára, megszűntek kölcsönhatásba lépni az anyaggal, és azóta a mai napig fennmaradtak.

Sugárzás korszaka (foton korszak) 1 millió évig tartott. Ez idő alatt az Univerzum hőmérséklete 10 milliárd K-ről 3000 K-re csökkent. Ebben a szakaszban zajlottak le a primer nukleoszintézis legfontosabb folyamatai az Univerzum további fejlődése szempontjából - a protonok és neutronok kombinációja (kb. 8 volt szer kevesebb belőlük).

magasabb a protonoknál) atommagokká. A folyamat végére az Univerzum anyaga 75%-ban protonokból (hidrogénatommagokból) állt, körülbelül 25%-a héliummag, századszázaléka deutérium, lítium és más fényelemek, ami után az Univerzum átlátszóvá vált a fotonok számára. , hiszen a sugárzás elkülönült az anyagoktól és kialakult a mi korunkban reliktum sugárzásnak nevezett.

Aztán közel 500 ezer évig nem történt minőségi változás - az Univerzum lassú lehűlése és tágulása következett be. Az Univerzum, bár homogén maradt, egyre ritkább lett. Amikor 3000 K-re hűlt, a hidrogén- és hélium atommagok már képesek voltak szabad elektronokat befogni, és semleges hidrogén- és héliumatomokká alakulni. Ennek eredményeként egy homogén Univerzum jött létre, amely három, szinte kölcsönhatásban nem álló anyag keveréke volt: barionos anyag (hidrogén, hélium és izotópjaik), leptonok (neutrínók és antineutrínók) és sugárzás (fotonok). Ekkor már nem volt magas hőmérséklet és nagy nyomás. Úgy tűnt, hogy a jövőben az Univerzum további táguláson és lehűlésen megy keresztül, egy „lepton-sivatag” kialakulása – olyasmi, mint a termikus halál. De ez nem történt meg; éppen ellenkezőleg, volt egy ugrás, amely létrehozta a modern szerkezeti Univerzumot, amely a modern becslések szerint 1-3 milliárd évig tartott.

A környező világ nagyszerűsége és sokszínűsége minden képzeletet ámulatba ejt. Minden embert körülvevő tárgy és tárgy, más emberek, különféle növény- és állatfajták, csak mikroszkóppal látható részecskék, valamint felfoghatatlan csillaghalmazok: mindegyiket egyesíti az „Univerzum” fogalma.

Az Univerzum keletkezésére vonatkozó elméleteket az ember régóta dolgozta ki. Annak ellenére, hogy a vallásról vagy a tudományról még egy alapfogalom is hiányzik, az ókori emberek érdeklődő elméjében kérdések merültek fel a világrend alapelveiről és az ember helyzetéről az őt körülvevő térben. Nehéz megszámolni, hány elmélet létezik ma az Univerzum keletkezéséről, ezek egy részét vezető világhírű tudósok tanulmányozzák, mások pedig egyenesen fantasztikusak.

Kozmológia és tárgya

A modern kozmológia - az Univerzum szerkezetének és fejlődésének tudománya - eredetének kérdését az egyik legérdekesebb és még mindig nem kellően tanulmányozott rejtélynek tartja. A csillagok, galaxisok, naprendszerek és bolygók megjelenéséhez hozzájáruló folyamatok természete, fejlődésük, az Univerzum megjelenésének forrása, valamint mérete és határai: mindez csak egy rövid lista a vizsgált kérdésekről a modern tudósok által.

A világ kialakulásával kapcsolatos alapvető talányra a válaszok keresése oda vezetett, hogy manapság különféle elméletek léteznek az Univerzum keletkezéséről, létezéséről és fejlődéséről. A válaszokat kereső, hipotéziseket építő és tesztelő szakemberek izgalma jogos, mert az Univerzum születésének megbízható elmélete az egész emberiség számára feltárja, mekkora valószínűséggel létezik élet más rendszerekben, bolygókon.

Az Univerzum eredetére vonatkozó elméletek természettudományos fogalmak, egyéni hipotézisek, vallási tanítások, filozófiai elképzelések és mítoszok természete. Mindegyik feltételesen két fő kategóriába sorolható:

1. Elméletek, amelyek szerint az Univerzumot egy teremtő hozta létre. Más szóval, lényegük az, hogy az Univerzum létrehozásának folyamata tudatos és spirituális cselekvés volt, az akarat megnyilvánulása.
2. Tudományos tényezőkre épülő elméletek az Univerzum keletkezéséről. Posztulátumaik kategorikusan elutasítják mind a teremtő létezését, mind a világ tudatos teremtésének lehetőségét. Az ilyen hipotézisek gyakran az úgynevezett középszerűség elvén alapulnak. Nemcsak a mi bolygónkon, hanem másokon is sugallják az élet lehetőségét.

A kreacionizmus - a világ Teremtő általi teremtésének elmélete

Ahogy a neve is sugallja, a kreacionizmus (teremtés) az univerzum keletkezésének vallási elmélete. Ez a világkép azon a koncepción alapul, hogy a világegyetemet, a bolygót és az embert Isten vagy a Teremtő teremtette.

Az elképzelés sokáig uralkodó volt, egészen a 19. század végéig, amikor a tudomány különböző területein (biológia, csillagászat, fizika) felgyorsult a tudásfelhalmozás folyamata, és az evolúcióelmélet is elterjedt. A kreacionizmus a felfedezésekkel kapcsolatban konzervatív nézeteket valló keresztények sajátos reakciója lett. Az akkor uralkodó gondolat csak erősítette a vallási és más elméletek között fennálló ellentmondásokat.

Mi a különbség a tudományos és a vallási elméletek között?

A különböző kategóriákba tartozó elméletek közötti fő különbségek elsősorban a híveik által használt kifejezésekben rejlenek. Így a tudományos hipotézisekben a teremtő helyett a természet van, a teremtés helyett pedig az eredet. Ezzel együtt vannak olyan kérdések, amelyeket különböző elméletek hasonló módon fednek le, vagy akár teljesen megkettőznek.

Az Univerzum keletkezésére vonatkozó elméletek, amelyek ellentétes kategóriákba tartoznak, megjelenését egészen másképpen datálják. Például a leggyakoribb hipotézis (az ősrobbanás elmélete) szerint az Univerzum körülbelül 13 milliárd évvel ezelőtt keletkezett.

Ezzel szemben az Univerzum keletkezésének vallási elmélete teljesen más adatokat ad:

• Keresztény források szerint az Isten által teremtett Univerzum kora Jézus Krisztus születése idején 3483-6984 év volt.
• A hinduizmus azt sugallja, hogy világunk körülbelül 155 billió éves.

Kant és kozmológiai modellje

A 20. századig a legtöbb tudós azon a véleményen volt, hogy az Univerzum végtelen. Ezzel a minőséggel jellemezték az időt és a teret. Ráadásul véleményük szerint az Univerzum statikus és homogén volt.

Az Univerzum térbeli határtalanságának gondolatát Isaac Newton terjesztette elő. Ezt a feltevést valaki dolgozta ki, aki elméletet dolgozott ki az időhatárok hiányáról. Elméleti feltevéseit tovább vive Kant kiterjesztette az Univerzum végtelenségét a lehetséges biológiai termékek számára. Ez a posztulátum azt jelentette, hogy egy vég és kezdet nélküli ősi és hatalmas világ körülményei között számtalan lehetőség adódhat, amelyek eredményeként bármely biológiai faj megjelenése ténylegesen bekövetkezhet.

Az életformák lehetséges megjelenése alapján később Darwin elméletét dolgozták ki. A csillagos égbolt megfigyelései és a csillagászok számításainak eredményei megerősítették Kant kozmológiai modelljét.

Einstein elmélkedései

A 20. század elején Albert Einstein kiadta saját modelljét az Univerzumról. Relativitáselmélete szerint az Univerzumban egyszerre két ellentétes folyamat megy végbe: a tágulás és az összehúzódás. Egyetértett azonban a legtöbb tudós véleményével az Univerzum álló természetéről, ezért bevezette a kozmikus taszító erő fogalmát. Hatását úgy tervezték, hogy egyensúlyba hozza a csillagok vonzását, és leállítsa az összes égitest mozgási folyamatát, hogy fenntartsa az Univerzum statikus természetét.

Az Univerzum modelljének - Einstein szerint - van egy bizonyos mérete, de nincsenek határok. Ez a kombináció csak akkor valósítható meg, ha a tér ugyanúgy görbült, mint egy gömbben.

Egy ilyen modell tér jellemzői a következők:

• Háromdimenziós.
• Bezárni magát.
• Homogenitás (középpont és él hiánya), amelyben a galaxisok egyenletesen oszlanak el.

A. A. Friedman: Az Univerzum tágul

Az Univerzum forradalmian táguló modelljének megalkotója, A. A. Friedman (Szovjetunió) elméletét az általános relativitáselméletet jellemző egyenletek alapján építette fel. Igaz, az akkori tudományos világban általánosan elfogadott vélemény az volt, hogy világunk statikus, ezért nem fordítottak kellő figyelmet munkásságára.

Néhány évvel később Edwin Hubble csillagász olyan felfedezést tett, amely megerősítette Friedman elképzeléseit. Felfedezték a galaxisok távolságát a közeli Tejútrendszertől. Ugyanakkor megcáfolhatatlanná vált az a tény, hogy mozgásuk sebessége arányos marad a köztük és galaxisunk közötti távolsággal.

Ez a felfedezés magyarázza a csillagok és galaxisok egymáshoz viszonyított állandó „szóródását”, ami az univerzum tágulására vonatkozó következtetéshez vezet.

Friedman következtetéseit végül Einstein is elismerte, aki később a szovjet tudós érdemeit említette, mint az Univerzum tágulására vonatkozó hipotézis megalapozóját.

Nem mondható, hogy ellentmondások lennének ez az elmélet és az általános relativitáselmélet között, de az Univerzum tágulása során bizonyára volt egy kezdeti impulzus, amely a csillagok visszavonulását váltotta ki. A robbanás analógiájára az ötletet „ősrobbanásnak” nevezték.

Stephen Hawking és az antropikus elv

Stephen Hawking számításainak és felfedezéseinek eredménye a Világegyetem keletkezésének antropocentrikus elmélete. Alkotója azt állítja, hogy az emberi életre ilyen jól felkészült bolygó létezése nem lehet véletlen.

Stephen Hawking elmélete az Univerzum keletkezéséről a fekete lyukak fokozatos elpárolgását, energiavesztését és a Hawking-sugárzás kibocsátását is előírja.

A bizonyítékok felkutatása eredményeként több mint 40 jellemzőt azonosítottak és teszteltek, amelyek betartása szükséges a civilizáció fejlődéséhez. Hugh Ross amerikai asztrofizikus felmérte egy ilyen nem szándékos egybeesés valószínűségét. Az eredmény a 10 -53.

Univerzumunk egy billió galaxist tartalmaz, mindegyikben 100 milliárd csillag van. A tudósok számításai szerint a bolygók teljes számának 10 20-nak kell lennie. Ez a szám 33 nagyságrenddel kevesebb, mint a korábban számított. Következésképpen egyetlen bolygó sem tud az összes galaxisban olyan körülményeket kombinálni, amelyek alkalmasak lennének az élet spontán megjelenésére.

Az ősrobbanás elmélete: Az Univerzum eredete egy apró részecskéből

Az ősrobbanás elméletét támogató tudósok osztják azt a hipotézist, hogy az univerzum egy nagy robbanás következménye. Az elmélet fő posztulátuma az a kijelentés, hogy ezen esemény előtt a jelenlegi Univerzum minden eleme egy mikroszkopikus méretű részecske volt. Bent lévén az elemeket egy egyedi állapot jellemezte, amelyben nem lehetett mérni olyan mutatókat, mint a hőmérséklet, a sűrűség és a nyomás. Ezek végtelenek. Az anyagra és az energiára ebben az állapotban nincsenek hatással a fizika törvényei.

Ami 15 milliárd éve történt, azt instabilitásnak nevezzük, amely a részecske belsejében keletkezett. A szétszórt apró elemek lerakták a ma ismert világ alapjait.

Kezdetben az Univerzum egy apró (egy atomnál kisebb) részecskékből álló köd volt. Aztán egyesülve olyan atomokat alkottak, amelyek a csillaggalaxisok alapjául szolgáltak. Az Univerzum keletkezéséről szóló elmélet legfontosabb feladatai a robbanás előtti eseményekre és a robbanás okára vonatkozó kérdések megválaszolása.

A táblázat sematikusan ábrázolja a világegyetem kialakulásának szakaszait az ősrobbanás után.

Az Univerzum állapota	Időtengely	Becsült hőmérséklet
Expanzió (infláció)	10 -45 és 10 -37 másodperc között	Több mint 10 26 K
Kvarkok és elektronok jelennek meg	10 -6 s	Több mint 10 13 K
Protonok és neutronok keletkeznek	10-5 s	10 12 K
Megjelennek a hélium, a deutérium és a lítium magjai	10-4 másodperctől 3 percig	10 11 és 10 9 K között
Atomok keletkeztek	400 ezer év	4000 K
A gázfelhő tovább tágul	15 Ma	300 K
Megszületnek az első csillagok és galaxisok	1 milliárd év	20 K
A csillagrobbanások nehéz atommagok képződését váltják ki	3 milliárd év	10 K
A csillagszületési folyamat leáll	10-15 milliárd év	3 K
Az összes csillag energiája kimerült	10 14 év	10-2 K
A fekete lyukak kimerülnek, és elemi részecskék születnek	10 40 év	-20 K
Az összes fekete lyuk párolgása véget ér	10 100 év	10 -60 és 10 -40 K között

A fenti adatokból következően az Univerzum tovább tágul és lehűl.

A galaxisok közötti távolság állandó növekedése a fő posztulátum: mitől más az ősrobbanás elmélete. Az Univerzum ily módon való megjelenését a talált bizonyítékok megerősíthetik. Ennek cáfolására is van ok.

Az elmélet problémái

Tekintettel arra, hogy az ősrobbanás elméletét a gyakorlatban nem bizonyították, nem meglepő, hogy több olyan kérdés is felmerül, amelyekre nem tud választ adni:

1. Szingularitás. Ez a szó az Univerzum állapotát jelöli, egy pontba tömörítve. Az ősrobbanás elméletével az a probléma, hogy nem lehet leírni az ilyen állapotban az anyagban és a térben lejátszódó folyamatokat. Az általános relativitás törvénye itt nem érvényes, így lehetetlen matematikai leírást és egyenleteket alkotni a modellezéshez.
   Az Univerzum kezdeti állapotára vonatkozó kérdésre adott válasz megszerzésének alapvető lehetetlensége a kezdetektől hiteltelenné teszi az elméletet. Népszerű tudományos kiállításai inkább elhallgatják vagy csak mellékesen említik ezt a bonyolultságot. Azonban azon tudósok számára, akik az ősrobbanás elméletének matematikai alapot nyújtanak, ezt a nehézséget komoly akadályként ismerik el.
2. Csillagászat. Ezen a területen az ősrobbanás-elmélet azzal a ténnyel szembesül, hogy nem tudja leírni a galaxisok keletkezésének folyamatát. Az elméletek jelenlegi verziói alapján megjósolható, hogyan jelenik meg egy homogén gázfelhő. Ráadásul a sűrűsége mára körülbelül egy atom köbméterenként. Ahhoz, hogy valami többre jusson, nem teheti meg az Univerzum kezdeti állapotának módosítása nélkül. Az információ és a gyakorlati tapasztalat hiánya ezen a területen komoly akadálya a további modellezésnek.

Szintén eltérés van galaxisunk számított tömege és a vonzási sebesség tanulmányozása során kapott adatok között.. Úgy tűnik, galaxisunk tömege tízszer nagyobb, mint azt korábban gondolták.

Kozmológia és kvantumfizika

Ma már nincsenek olyan kozmológiai elméletek, amelyek ne kvantummechanikán alapulnának. Végül is az atomi és az atomok viselkedésének leírásával foglalkozik. A kvantumfizika és a klasszikus közötti különbség (Newton magyarázata szerint) az, hogy a második az anyagi tárgyakat figyeli meg és írja le, az első pedig magának a megfigyelésnek és mérésnek a kizárólag matematikai leírását tételezi fel. . A kvantumfizika esetében az anyagi értékek nem képezik a kutatás tárgyát, itt maga a megfigyelő is része a vizsgált helyzetnek.

Ezen jellemzők alapján a kvantummechanika nehezen tudja leírni a Világegyetemet, mivel a megfigyelő az Univerzum része. Ha azonban az univerzum felbukkanásáról beszélünk, elképzelhetetlen a külső szemlélő. A külső szemlélő részvétele nélküli modellfejlesztési kísérleteket az Univerzum keletkezésének kvantumelmélete koronázta meg J. Wheeler.

Lényege, hogy az Univerzum minden pillanatban kettészakad és végtelen számú másolat keletkezik. Ennek eredményeként a párhuzamos Univerzumok mindegyike megfigyelhető, és a megfigyelők láthatják az összes kvantumalternatívát. Ráadásul az eredeti és az új világ valóságos.

Inflációs modell

A fő feladat, amelynek megoldására az inflációelmélet hivatott, az ősrobbanás-elmélet és az expanziós elmélet által megválaszolatlanul hagyott kérdésekre a válaszok keresése. Ugyanis:

1. Milyen okból tágul az Univerzum?
2. Mi az az ősrobbanás?

Ebből a célból az Univerzum keletkezésének inflációs elmélete magában foglalja a tágulást nulla időre extrapolálva, az Univerzum teljes tömegét egy pontra korlátozva, és egy kozmológiai szingularitást képez, amelyet gyakran ősrobbanásnak neveznek.

Nyilvánvalóvá válik a jelenleg nem alkalmazható általános relativitáselmélet irrelevánssága. Ennek eredményeként csak elméleti módszerek, számítások és levezetések alkalmazhatók egy általánosabb elmélet (vagy "új fizika") kidolgozására és a kozmológiai szingularitás problémájának megoldására.

Új alternatív elméletek

A kozmikus inflációs modell sikere ellenére vannak tudósok, akik ellenzik, tarthatatlannak nevezik. Fő érvük az elmélet által javasolt megoldások kritikája. Az ellenzők azzal érvelnek, hogy a kapott megoldások néhány részletet hiányoznak, vagyis a kezdeti értékek problémájának megoldása helyett az elmélet csak ügyesen leteríti azokat.

Alternatíva számos egzotikus elmélet, amelyek ötlete az ősrobbanás előtti kezdeti értékek kialakításán alapul. Az Univerzum keletkezésére vonatkozó új elméletek röviden a következőképpen írhatók le:

• Húrelmélet. Hívei a tér és idő szokásos négy dimenziója mellett további dimenziók bevezetését is javasolják. Szerepet játszhatnak az Univerzum korai szakaszában, és jelenleg tömörített állapotban vannak. A tömörülésük okaira vonatkozó kérdésre válaszolva a tudósok azt a választ kínálják, hogy a szuperhúrok tulajdonsága a T-kettősség. Ezért a húrok további méretekre vannak „tekerve”, és méretük korlátozott.
• Brán elmélet. M-elméletnek is nevezik. Feltételei szerint az Univerzum keletkezési folyamatának kezdetén egy hideg, statikus ötdimenziós téridő van. Négy közülük (térbeli) korlátozásokkal, vagy falak - három-brán. A mi terünk az egyik falként működik, a második pedig rejtett. A harmadik három-brán négydimenziós térben található, és két határbrán határolja. Az elmélet egy harmadik bránt képzel el, amely ütközik a miénkkel, és nagy mennyiségű energiát szabadít fel. Ezek a feltételek válnak kedvezővé az ősrobbanás megjelenéséhez.

1. A ciklikus elméletek tagadják az ősrobbanás egyediségét, azzal érvelve, hogy az univerzum egyik állapotból a másikba kerül. Az ilyen elméletekkel a probléma az entrópia növekedése a termodinamika második főtétele szerint. Ebből következően a korábbi ciklusok időtartama rövidebb volt, az anyag hőmérséklete pedig lényegesen magasabb volt, mint a nagy robbanás idején. Ennek a valószínűsége rendkívül alacsony.

Nem számít, hány elmélet létezik a világegyetem keletkezéséről, csak kettő állta ki az idő próbáját, és győzte le az egyre növekvő entrópia problémáját. Steinhardt-Turok és Baum-Frampton tudósok fejlesztették ki őket.

Ezeket a viszonylag új elméleteket az Univerzum keletkezéséről a múlt század 80-as éveiben terjesztették elő. Sok követőjük van, akik ez alapján modelleket fejlesztenek, bizonyítékokat keresnek a megbízhatóságra és dolgoznak az ellentmondások kiküszöbölésén.

Húrelmélet

Az egyik legnépszerűbb az Univerzum keletkezésének elméletei között - Mielőtt továbbmennénk ötletének leírására, meg kell értenünk egyik legközelebbi versenytársának, a standard modellnek a koncepcióit. Feltételezi, hogy az anyag és a kölcsönhatások egy bizonyos részecskék halmazaként írhatók le, több csoportra osztva:

• Kvarkok.
• Leptonok.
• Bozonok.

Ezek a részecskék valójában az univerzum építőkövei, mivel olyan kicsik, hogy nem lehet őket részekre osztani.

A húrelmélet megkülönböztető vonása az az állítás, hogy az ilyen téglák nem részecskék, hanem ultramikroszkópos húrok, amelyek rezegnek. Ugyanakkor a különböző frekvenciákon oszcilláló húrok a standard modellben leírt különféle részecskék analógjaivá válnak.

Az elmélet megértéséhez fel kell ismernünk, hogy a húrok nem bármiféle anyag, hanem energia. Ezért a húrelmélet arra a következtetésre jut, hogy az univerzum minden eleme energiából áll.

Jó hasonlat lenne a tűz. Ha ránézünk, az anyagiságának benyomása támad, de nem lehet megérinteni.

Kozmológia iskolásoknak

Az Univerzum keletkezésének elméleteit röviden tanulmányozzák az iskolákban a csillagászati ​​órákon. A hallgatók bemutatják az alapvető elméleteket arról, hogyan alakult ki világunk, mi történik vele most és hogyan fog fejlődni a jövőben.

Az órák célja, hogy a gyerekek megismerkedjenek az elemi részecskék, kémiai elemek és égitestek képződésének természetével. Az Univerzum eredetéről szóló elméletek gyerekeknek az Ősrobbanás elméletének bemutatására redukálódnak. A tanárok vizuális anyagokat használnak: diák, táblázatok, poszterek, illusztrációk. Fő feladatuk, hogy felkeltsék a gyerekek érdeklődését az őket körülvevő világ iránt.

Tanfolyam „A fejlett technológiák elméleti alapjai” témában

Végezte: Larisa Mirzodzhonovna Belozerskaya, I. tanfolyam

Moszkvai Állami Nyílt Egyetem, fióktelep

A kozmológia az Univerzum fizikai tanulmányozása, amely magában foglalja mindaz elméletét, amit a világ mint az Univerzum része csillagászati ​​megfigyelések lefednek.

A modern kozmológia legnagyobb vívmánya a táguló Univerzum modellje, az úgynevezett ősrobbanás elmélet.

Ezen elmélet szerint minden megfigyelhető tér tágul. De mi történt a legelején? A Kozmoszban minden anyag egy kezdeti pillanatban szó szerint a semmivé volt összenyomva – egyetlen pontba tömörült. Fantasztikusan óriási sűrűsége volt - szinte elképzelhetetlen, olyan számban fejezik ki, amelyben egy után 96 nulla van - és ugyanilyen elképzelhetetlenül magas hőmérséklete. A csillagászok ezt az állapotot szingularitásnak nevezték.

Valamilyen oknál fogva ezt a csodálatos egyensúlyt a gravitációs erők hirtelen megsemmisítették - még csak elképzelni is nehéz, milyennek kellett volna lenniük az „ősanyag” végtelenül hatalmas sűrűsége mellett!

A tudósok ennek a pillanatnak a „Big Bang” nevet adták. Az univerzum kezdett tágulni és lehűlni.

Meg kell jegyezni, hogy az a kérdés, hogy az Univerzum milyen születésű - „meleg” vagy „hideg” -, nem oldódott meg azonnal egyértelműen, és hosszú ideig foglalkoztatta a csillagászokat. A probléma iránti érdeklődés korántsem tétlen volt – elvégre például az Univerzum kora az anyag fizikai állapotától függ a kezdeti pillanatban. Ezenkívül magas hőmérsékleten termonukleáris reakciók is végbemenhetnek. Következésképpen a „forró” Univerzum kémiai összetételének el kell térnie a „hideg” Univerzum összetételétől. Ez pedig meghatározza az égitestek méretét és fejlődési ütemét...

Több évtizeden át mindkét változat – az Univerzum „forró” és „hideg” születése – egyenlő feltételekkel létezett a kozmológiában, támogatói és kritikusai egyaránt. Az ügy „kicsi” maradt - megfigyelésekkel kellett megerősíteni őket.

A modern csillagászat igenlő választ adhat arra a kérdésre, hogy van-e bizonyíték a forró Univerzum és az Ősrobbanás hipotézisére. 1965-ben tettek egy felfedezést, amely a tudósok szerint egyenesen megerősíti, hogy a múltban az Univerzum anyaga nagyon sűrű és forró volt. Kiderült, hogy a világűrben vannak olyan elektromágneses hullámok, amelyek abban a távoli korszakban születtek, amikor még nem voltak csillagok, galaxisok vagy naprendszerünk.

Az ilyen sugárzás létezésének lehetőségét a csillagászok jóval korábban megjósolták. Az 1940-es évek közepén. George Gamow (1904-1968) amerikai fizikus az Univerzum eredetének és a kémiai elemek eredetének problémáival foglalkozott. A Gamow és tanítványai által végzett számítások lehetővé tették, hogy elképzelhető legyen, hogy az Univerzum létezésének első másodperceiben nagyon magas hőmérsékletű volt. A felmelegített anyag „izzott” - elektromágneses hullámokat bocsátott ki. Gamow azt javasolta, hogy a modern korban gyenge rádióhullámok formájában figyeljék meg őket, és még ennek a sugárzásnak a hőmérsékletét is megjósolta - körülbelül 5-6 K.

1965-ben Arno Penzias és Robert Wilson amerikai rádiómérnökök olyan kozmikus sugárzást észleltek, amely nem volt tulajdonítható egyetlen akkoriban ismert kozmikus forrásnak sem. A csillagászok arra a következtetésre jutottak, hogy ez a körülbelül 3 K hőmérsékletű sugárzás annak a távoli időknek az emléke (a latin „maradványból”, innen ered a sugárzás elnevezése – „ereklye”) azoknak a távoli időknek, amikor az Univerzum fantasztikus volt. forró. Most a csillagászok dönthettek az Univerzum „forró” születése mellett. A. Penzias és R. Wilson 1978-ban Nobel-díjat kapott a kozmikus mikrohullámú háttér (a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás hivatalos neve) 7,35 cm-es hullámhosszon történő felfedezéséért.

Az ősrobbanás az univerzum keletkezésének elnevezése. Ezen a koncepción belül úgy gondolják, hogy az Univerzum kezdeti állapota egy szingularitási pontnak nevezett pont volt, amelyben minden anyag és energia koncentrálódott. Végtelenül nagy anyagsűrűség jellemezte. A szingularitási pont konkrét tulajdonságai ismeretlenek, ahogyan az sem, hogy mi előzte meg a szingularitási állapotot.

Az alábbiakban a nulla időponttól – a terjeszkedés kezdetétől – bekövetkezett események hozzávetőleges kronológiája látható:

A robbanás óta eltelt idő	Hőmérséklet (Kelvin fok)	Esemény	Következmények
0 - 5*10-44 másodperc	1,3*1032	Nincs megbízható információ
5*10-44 - 10-36 másodperc	1,3*1032 – 1028	Az ismert fizikai törvényszerűségek kezdete, az inflációs expanzió korszaka	Az Univerzum tágulása a mai napig tart
10-36 - 10-4 másodperc	1028 – 1012	A köztes bozonok korszaka, majd a hadronkorszak, a szabad kvarkok létezése
10-4 - 10-3 másodperc	1012 – 1010	A részecskék és antirészecskék megjelenése a szabad kvarkokból, valamint megsemmisülésük, az anyag átlátszóságának megjelenése a neutrínók számára	A barion aszimmetria megjelenése, a neutrínó reliktum sugárzás megjelenése
10-3 - 10-120 másodperc	1010 – 109	A magreakciók menete hélium atommagok és néhány más könnyű kémiai elem szintéziséhez	A kémiai elemek elsődleges arányának megállapítása
300 ezer - 1 millió év között	3000 – 4500	A rekombináció korszakának vége	A CMB és a semleges gáz megjelenése
1 millió - 1 milliárd év	4500 – 10	A gázok gravitációs inhomogenitásának kialakulása	Csillagok és galaxisok kialakulása

Nincs megbízható információ az 5·10-44 másodperces pillanat – az első időkvantum vége – előtti állapotokról és eseményekről. A korszak fizikai paramétereiről csak annyit mondhatunk, hogy akkor a hőmérséklet 1,3·1032 K volt, az anyag sűrűsége pedig körülbelül 1096 kg/m3. A megadott értékek a meglévő elméletek alkalmazásának határai. A fénysebesség, a gravitációs állandó, a Planck- és a Boltzmann-állandó összefüggéseiből következnek, és „Planck-állandóknak” nevezik őket.

Az 5·10-44-től 10-36 másodpercig tartó időszak eseményeit az „inflációs Univerzum” modellje tükrözi, amely leírása nehéz, és jelen előadás keretein belül nem adható meg. Meg kell azonban jegyezni, hogy e modell szerint az Univerzum tágulása az energia térfogati koncentrációjának csökkenése nélkül, valamint az anyag és az energia elsődleges keverékének negatív nyomása alatt, azaz az anyagi tárgyak taszítása alatt ment végbe. egymástól, ami az Univerzum máig tartó tágulását okozta.

A robbanás kezdetétől számított 10-36-10-4 másodperc alatt lezajlott folyamatok megértéséhez az elemi részecskefizika alapos ismerete szükséges. Ebben az időszakban az elektromágneses sugárzás és az elemi részecskék - különböző típusú mezonok, hiperonok, protonok és antiprotonok, neutronok és antineutronok, neutronok és antineutrínók stb. egyensúlyban létezett, i.e. térfogatkoncentrációjuk egyenlő volt. Ebben az időben nagyon fontos szerepet játszottak először az erős, majd a gyenge kölcsönhatások mezői.

10-4 - 10-3 másodperc alatt megtörtént az elemi részecskék teljes halmazának kialakulása, amelyek egymásba átalakulva most az egész Univerzumot alkotják. A korábban létező elemi részecskék és antirészecskék túlnyomó többségének megsemmisülése megtörtént. Ebben az időszakban jelent meg a barion aszimmetria, amelyről kiderült, hogy a barionok számának nagyon kicsi, mindössze egymilliárd része többlete az antibarionokhoz képest. Nyilvánvalóan közvetlenül az Univerzum inflációs tágulásának korszaka után jelent meg. 1011 fokos hőmérsékleten az Univerzum sűrűsége már az atommagokra jellemző értékre csökkent, ezalatt a hőmérséklet ezredmásodpercekben a felére csökkent. Ezzel egy időben megszületett a meglévő és ma már reliktum neutrínósugárzás. Jelentős, nem kevesebb, mint 400 db/cm3-es sűrűsége és annak a lehetősége ellenére azonban, hogy segítségével megszerezhetőek a legfontosabb információk az Univerzum keletkezési időszakáról, regisztrálása még nem kivitelezhető.

A 10-3 másodperctől 10-120 másodpercig terjedő időszakban a termonukleáris reakciók eredményeként héliummagok és néhány más könnyű kémiai elem igen kis számú magja keletkezett, és a protonok jelentős része - hidrogénatommagok - keletkeztek. nem egyesülnek atommagokká. Mindegyikük elmerülve maradt az elektromágneses sugárzás szabad elektronjainak és fotonjainak „óceánjában”. Ettől a pillanattól kezdve az elsődleges gázban arányt állapítottak meg: 75-78% hidrogén és 25-22% hélium - ezeknek a gázoknak a tömegére vonatkoztatva.

A 300 ezer és 1 millió év közötti időszakban az Univerzum hőmérséklete 3000-45000 K-re esett, és megkezdődött a rekombináció korszaka. A korábban szabad elektronok könnyű atommagokkal és protonokkal kombinálva. Hidrogén-, hélium- és számos lítiumatom keletkezett. Az anyag átlátszóvá vált, és „levált” róla az eddig megfigyelt kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás. A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás minden jelenleg megfigyelt sajátossága, például az égi szféra különböző területeiről érkező áramlásainak hőmérséklet-ingadozása vagy polarizációja az anyag akkori tulajdonságairól és eloszlásáról alkotott képet tükrözi.

A rákövetkező - az Univerzum fennállásának első milliárd évében - hőmérséklete 3000-45000 K-ről 300 K-re csökkent. Annak a ténynek köszönhetően, hogy erre az időszakra az elektromágneses sugárzás forrásai - csillagok, kvazárok stb. még nem alakult ki az Univerzumban A reliktum sugárzás már lehűlt, ezt a korszakot az Univerzum „sötét korszakának” nevezik.

A csillagos éjszakai égbolt csillagokkal tarkított látványa minden olyan embert lenyűgöz, akinek a lelke még nem lusta és teljesen megkeményedt. Az örökkévalóság titokzatos mélysége megnyílik a csodálkozó emberi tekintet előtt, gondolatokat ébresztve az eredetiről, arról, hogy hol kezdődött minden...

Az ősrobbanás és a világegyetem eredete

Ha kíváncsiságból a kezünkbe veszünk egy segédkönyvet vagy valamilyen népszerű tudományos útmutatót, minden bizonnyal belebotlunk az Univerzum keletkezésének elméletének valamelyik változatába - az ún. ősrobbanás elmélet. Röviden ez az elmélet a következőképpen fogalmazható meg: kezdetben az összes anyagot egyetlen „pontba” tömörítették, amelynek szokatlanul magas hőmérséklete volt, majd ez a „pont” hatalmas erővel robbant fel. A robbanás eredményeként atomok, anyagok, bolygók, csillagok, galaxisok és végül élet alakult ki fokozatosan minden irányba táguló szubatomi részecskék szuperforró felhőjéből. Ugyanakkor az Univerzum Tágulása folytatódik, és nem tudni, meddig tart: talán egyszer eléri a határait.

Van egy másik elmélet is az Univerzum keletkezéséről. Eszerint az Univerzum, az egész univerzum, az élet és az ember keletkezése a teremtő és mindenható Isten által végrehajtott racionális teremtő cselekedet, amelynek természete az emberi elme számára felfoghatatlan. A „meggyőződött” materialisták általában hajlamosak nevetségessé tenni ezt az elméletet, de mivel az emberiség fele ilyen vagy olyan formában hisz benne, nincs jogunk csendben átadni.

Magyarázva az univerzum eredete Az ember pedig mechanisztikus pozícióból, az Univerzumot az anyag termékeként kezelve, amelynek fejlődése az objektív természeti törvényeknek van alárendelve, a racionalizmus hívei általában tagadják a nem fizikai tényezőket, különösen akkor, ha egy anyag létezéséről van szó. bizonyos egyetemes vagy kozmikus elme, mivel ez „tudománytalan”. Amit matematikai képletekkel le lehet írni, azt tudományosnak kell tekinteni.

Az egyik legnagyobb probléma, amellyel az ősrobbanás teoretikusai szembesülnek, az, hogy az univerzum keletkezésére javasolt forgatókönyveik egyike sem írható le sem matematikailag, sem fizikailag. Az alapelméletek szerint nagy durranás, az Univerzum kezdeti állapota egy végtelenül kicsi pont volt, végtelenül nagy sűrűséggel és végtelenül magas hőmérséklettel. Egy ilyen állapot azonban túlmutat a matematikai logika határain, és formálisan nem írható le. Tehát a valóságban semmi határozottat nem lehet mondani az Univerzum kezdeti állapotáról, és a számítások itt kudarcot vallanak. Ezért ezt az állapotot „jelenségnek” nevezték a tudósok körében.

Mivel ezt az akadályt még nem sikerült leküzdeni, a nagyközönség számára készült népszerű tudományos publikációkban általában teljesen kihagyják a „jelenség” témáját, de a speciális tudományos publikációkban és kiadásokban, amelyek szerzői megpróbálnak valahogy megbirkózni ezzel a matematikai problémával. , a „jelenségről” úgy beszélnek, mint ami tudományos szempontból elfogadhatatlan. Stephen Hawking, a Cambridge-i Egyetem matematikaprofesszora és J.F.R. Ellis, a Fokvárosi Egyetem matematika professzora a „The Long Scale of Space-Time Structure” című könyvében rámutat: „Eredményeink alátámasztják azt az elképzelést, hogy az Univerzum véges számú évvel ezelőtt keletkezett. A kiindulópont azonban Az Univerzum keletkezésének elmélete – az úgynevezett „jelenség” – túlmutat a fizika ismert törvényein. Aztán el kell ismernünk, hogy a „jelenség” igazolása nevében ez a sarokkő ősrobbanás elmélet, lehetővé kell tenni a modern fizika keretein túlmutató kutatási módszerek alkalmazásának lehetőségét.

A „jelenség”, mint a „világegyetem kezdetének” bármely más kiindulópontja, amely magában foglal valamit, ami nem írható le tudományos kategóriákban, továbbra is nyitott kérdés. Felmerül azonban a következő kérdés: honnan jött, hogyan alakult ki maga a „jelenség”? Hiszen a „jelenség” problémája csak egy része egy sokkal nagyobb problémának, a Világegyetem kezdeti állapotának forrásának problémájának. Más szóval, ha az Univerzum eredetileg egy pontba tömörült, akkor mi hozta ebbe az állapotba? És még ha feladjuk is az elméleti nehézségeket okozó „jelenséget”, akkor is megmarad a kérdés: hogyan keletkezett az Univerzum?

Ennek a nehézségnek a megkerülésére tett kísérletként egyes tudósok az úgynevezett "pulzáló univerzum" elméletet javasolják. Véleményük szerint az Univerzum a végtelenségig, újra és újra vagy egy pontig zsugorodik, vagy bizonyos határokig kitágul. Egy ilyen Univerzumnak nincs se kezdete, se vége, csak egy tágulási és egy összehúzódási ciklus van. Ugyanakkor a hipotézis szerzői azt állítják, hogy az Univerzum mindig is létezett, ezáltal úgy tűnik, hogy teljesen eltávolítja a „világ kezdetének” kérdését. De tény, hogy még senki sem adott kielégítő magyarázatot a pulzációs mechanizmusra. Miért lüktet az Univerzum? Milyen okai vannak ennek? Steven Weinberg fizikus „Az első három perc” című könyvében rámutat arra, hogy az Univerzumban minden egymást követő pulzációval elkerülhetetlenül növekednie kell a fotonok számának a nukleonok számához viszonyított arányának, ami az új pulzációk kihalásához vezet. Weinberg arra a következtetésre jut, hogy így az Univerzum pulzációs ciklusainak száma véges, ami azt jelenti, hogy egy ponton meg kell állniuk. Következésképpen a „pulzáló Univerzumnak” van vége, vagyis van kezdete is...

És ismét beleütközünk a kezdet problémájába. Einstein általános relativitáselmélete további gondokat okoz. Ezzel az elmélettel az a fő probléma, hogy nem úgy tekinti az időt, ahogyan ismerjük. Einstein elméletében az idő és a tér négydimenziós tér-idő kontinuummá egyesül. Lehetetlen, hogy egy tárgyat úgy írjon le, hogy egy bizonyos helyen egy bizonyos időben foglal el. Egy tárgy relativisztikus leírása meghatározza annak térbeli és időbeli helyzetét, mint egységes egészet, amely a tárgy létezésének kezdetétől a végéig terjed. Például egy személyt egyetlen egészként ábrázolnak az embriótól a holttestig terjedő fejlődésének teljes útján. Az ilyen szerkezeteket „tér-idő férgeknek” nevezik.

De ha "tér-idő férgek" vagyunk, akkor csak az anyag közönséges formája vagyunk. Azt a tényt, hogy az ember racionális lény, nem veszik figyelembe. A relativitáselmélet azáltal, hogy egy személyt „féregként” határoz meg, nem veszi figyelembe a múltról, jelenről és jövőről alkotott egyéni felfogásunkat, hanem számos egyedi esetet vesz figyelembe, amelyeket a tér-idő lét egyesít. A valóságban tudjuk, hogy csak a mában létezünk, míg a múlt csak az emlékezetünkben, a jövő pedig a képzeletünkben. Ez azt jelenti, hogy a relativitáselméletre épülő „világegyetem kezdetének” fogalma nem veszi figyelembe az emberi tudat időfelfogását. Magát az időt azonban még kevesen tanulmányozzák.

John Gribbin az Univerzum keletkezésének alternatív, nem mechanisztikus elképzeléseit elemezve a „Fehér istenek” című könyvében hangsúlyozza, hogy az elmúlt években „egy sor felfutás következett be azoknak a gondolkodóknak a kreatív képzeletében, akiket ma már nem nevezünk prófétának. vagy tisztánlátók.” Az egyik ilyen kreatív áttörés a „fehér lyukak” vagy kvazárok koncepciója volt, amelyek egész galaxisokat „köpnek ki” magukból az elsődleges anyag áramlásában. A kozmológiában tárgyalt másik hipotézis az úgynevezett tér-idő alagutak, az úgynevezett „űrcsatornák” ötlete. Ezt a gondolatot 1962-ben John Wheeler fizikus fogalmazta meg először Geometrodynamics című könyvében, amelyben a kutató a transzdimenzionális, szokatlanul gyors intergalaktikus utazás lehetőségét fogalmazta meg, ami ha fénysebességgel haladna, évmilliókig tartana. A "felsőbb dimenziós csatornák" fogalmának egyes változatai fontolóra veszik annak lehetőségét, hogy a múltba és a jövőbe, valamint más univerzumokba és dimenziókba utazzanak.

Isten és az ősrobbanás

Amint látjuk, az „ősrobbanás” elméletét minden oldalról támadják, ami jogos nemtetszését váltja ki az ortodox álláspontot képviselő tudósok körében. Ugyanakkor a tudományos publikációkban egyre gyakrabban lehet találkozni a tudományon kívül eső természetfeletti erők létezésének közvetett vagy közvetlen felismerésével. Egyre növekszik azon tudósok száma, köztük kiemelkedő matematikusok és elméleti fizikusok, akik meg vannak győződve Isten vagy egy magasabb Elme létezéséről. Ilyen tudósok például a Nobel-díjas George Wild és William McCrea. A híres szovjet tudós, a tudomány doktora, fizikus és matematikus O.V. Tupitsyn volt az első orosz tudós, aki képes volt matematikailag bebizonyítani, hogy az Univerzumot és vele együtt az embert a miénknél mérhetetlenül hatalmasabb Elme, vagyis Isten teremtette.

Nem lehet vitatkozni – írja O. V. Tupitsyn Jegyzetfüzeteiben –, hogy az élet, beleértve a racionális életet is, mindig szigorúan elrendelt folyamat. Az élet renden alapszik, törvények rendszerén, amelyek szerint az anyag mozog. A halál éppen ellenkezőleg, rendetlenség, káosz, és ennek következtében az anyag pusztulása. Külső befolyás, ésszerű és céltudatos befolyás nélkül nem lehetséges a rend - azonnal megkezdődik a pusztulás folyamata, ami a halált jelenti. Ennek megértése, tehát Isten eszméjének felismerése nélkül a tudomány soha nem lesz hivatott felfedezni az Univerzum kiváltó okát, amely az ősanyagból keletkezett szigorúan rendezett folyamatok vagy – ahogy a fizika nevezi – alapvető törvények eredményeként. . A fundamentális alapvetőt és megváltoztathatatlant jelent, amely nélkül a világ létezése teljesen lehetetlen lenne.

Egy modern embernek, főleg az ateizmuson nevelkedettnek azonban nagyon nehéz Istent belefoglalni világnézete rendszerébe - a fejletlen intuíció és az istenfogalom teljes hiánya miatt. Nos, akkor hinni kell benne nagy durranás...

Még a modern tudósok sem tudják biztosan megmondani, mi volt az Univerzumban az Ősrobbanás előtt. Számos hipotézis létezik, amelyek fellebbentik a titok fátylát az univerzum egyik legbonyolultabb kérdése felett.

Az anyagi világ eredete

A 20. századig csak két híve volt a vallási nézőpontnak, akik hittek abban, hogy a világot Isten teremtette. A tudósok éppen ellenkezőleg, nem voltak hajlandók elismerni az Univerzum ember alkotta természetét. Fizikusok és csillagászok támogatták azt az elképzelést, hogy az űr mindig is létezett, a világ statikus volt, és minden ugyanaz marad, mint évmilliárdokkal ezelőtt.

A századfordulón felgyorsult tudományos fejlődés azonban oda vezetett, hogy a kutatóknak lehetőségük nyílt földönkívüli terek tanulmányozására. Néhányan közülük elsőként próbáltak választ adni arra a kérdésre, hogy mi volt az Univerzumban az Ősrobbanás előtt.

Hubble kutatás

A 20. század az elmúlt korok számos elméletét megsemmisítette. A megüresedett térben új hipotézisek jelentek meg, amelyek eddig felfoghatatlan rejtélyeket magyaráztak meg. Az egész azzal kezdődött, hogy a tudósok megállapították az Univerzum tágulásának tényét. Ezt Edwin Hubble készítette. Felfedezte, hogy a távoli galaxisok fényükben különböznek a Földhöz közelebbi kozmikus halmazoktól. Ennek a mintának a felfedezése képezte Edwin Hubble tágulási törvényének alapját.

Az Ősrobbanást és az Univerzum keletkezését akkor vizsgálták, amikor világossá vált, hogy minden galaxis „elmenekül” a megfigyelő elől, függetlenül attól, hogy hol van. Mivel magyarázható ez? Mivel a galaxisok mozognak, ez azt jelenti, hogy valamilyen energia löki őket előre. Ráadásul a fizikusok kiszámították, hogy valaha minden világ egy ponton volt. Némi lökés hatására elképzelhetetlen gyorsasággal kezdtek mozogni minden irányba.

Ezt a jelenséget „ősrobbanásnak” nevezték. Az Univerzum eredetét pedig pontosan ennek az ősi eseménynek az elmélete segítségével magyarázták meg. Mikor történt? A fizikusok meghatározták a galaxisok mozgási sebességét, és levezettek egy képletet, amellyel kiszámították, amikor a kezdeti „lökés” megtörtént. Senki sem tud pontos számokat mondani, de hozzávetőlegesen ez a jelenség körülbelül 15 milliárd évvel ezelőtt történt.

Az ősrobbanás elméletének megjelenése

Az a tény, hogy minden galaxis fényforrás, azt jelenti, hogy az Ősrobbanás hatalmas mennyiségű energiát szabadított fel. Ő szülte azt a fényességet, amelyet a világ elveszít, ahogy távolodnak a történtek epicentrumától. Az ősrobbanás elméletét először Robert Wilson és Arno Penzias amerikai csillagászok bizonyították. Felfedezték az elektromágneses kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást, amelynek hőmérséklete a Kelvin-skála szerint három fok volt (azaz -270 Celsius). Ez a lelet alátámasztotta azt az elképzelést, hogy az Univerzum kezdetben rendkívül forró volt.

Az ősrobbanás elmélete számos, a 19. században megfogalmazott kérdésre válaszolt. Most azonban újak jelentek meg. Például mi volt az Univerzumban az Ősrobbanás előtt? Miért ilyen homogén, miközben ekkora energiafelszabadulás mellett az anyagnak minden irányba egyenlőtlenül kellene szétszóródnia? Wilson és Arno felfedezései kétségbe vonják a klasszikus euklideszi geometriát, mivel bebizonyosodott, hogy a térnek nulla görbülete van.

Inflációs elmélet

A feltett új kérdések megmutatták, hogy a világ keletkezésének modern elmélete töredékes és hiányos. Sokáig azonban úgy tűnt, hogy lehetetlen továbblépni a hatvanas években felfedezettnél. És csak a tudósok legújabb kutatásai tették lehetővé az elméleti fizika új fontos elvének megfogalmazását. Ez volt az Univerzum rendkívül gyors inflációs tágulásának jelensége. A kvantumtérelmélet és az Einstein-féle általános relativitáselmélet segítségével tanulmányozták és írták le.

Tehát mi volt az Univerzumban az Ősrobbanás előtt? A modern tudomány ezt az időszakot „inflációnak” nevezi. Kezdetben csak egy mező volt, amely minden képzeletbeli teret betöltött. Egy havas hegy lejtőjén ledobott hógolyóhoz hasonlítható. A csomó lefelé gördül és megnövekszik. Ugyanígy a mező a véletlenszerű ingadozások miatt elképzelhetetlen idő alatt megváltoztatta szerkezetét.

Amikor homogén konfiguráció alakult ki, reakció lépett fel. Az Univerzum legnagyobb titkait tartalmazza. Mi történt az ősrobbanás előtt? Egy inflációs mező, amely egyáltalán nem volt olyan, mint a jelenlegi anyag. A reakció után megindult az Univerzum növekedése. Ha egy hógolyóval folytatjuk a hasonlatot, akkor az első után újabb hógolyók gurultak le, szintén megnövekedve. Az Ősrobbanás pillanata ebben a rendszerben ahhoz a másodikhoz hasonlítható, amikor egy hatalmas blokk a mélységbe zuhant, és végül a talajnak ütközött. Abban a pillanatban óriási mennyiségű energia szabadult fel. Még mindig nem fogyhat el. A robbanásból eredő reakció folytatódásának köszönhető, hogy Univerzumunk ma növekszik.

Anyag és mező

Az Univerzum ma már elképzelhetetlen számú csillagból és más kozmikus testből áll. Ez az anyaghalmaz hatalmas energiát sugároz, ami ellentmond az energiamegmaradás fizikai törvényének. Mit mond? Ennek az elvnek a lényege abban rejlik, hogy a rendszerben lévő energia mennyisége végtelen ideig változatlan marad. De hogyan illeszkedhet ez az Univerzumunkba, amely folyamatosan tágul?

Az inflációs elmélet válaszolni tudott erre a kérdésre. Rendkívül ritka, hogy az Univerzum ilyen rejtélyeit megfejtik. Mi történt az ősrobbanás előtt? Inflációs mező. A világ megjelenése után a számunkra ismerős anyag vette át a helyét. Ezen kívül azonban van még valami az Univerzumban, aminek negatív energiája van. Ennek a két entitásnak a tulajdonságai ellentétesek. Ez kompenzálja a részecskékből, csillagokból, bolygókból és egyéb anyagokból származó energiát. Ez a kapcsolat azt is megmagyarázza, hogy az Univerzum miért nem változott még fekete lyukká.

Amikor az ősrobbanás először történt, a világ túl kicsi volt ahhoz, hogy bármi összedőljön. Most, amikor az Univerzum kitágul, bizonyos részein helyi fekete lyukak jelentek meg. Gravitációs terejük mindent elnyel körülöttük. Még a fény sem tud kijönni belőle. Valójában ez az oka annak, hogy az ilyen lyukak feketévé válnak.

Az Univerzum tágulása

Az inflációs elmélet elméleti igazolása ellenére még mindig nem világos, hogyan nézett ki az Univerzum az Ősrobbanás előtt. Az emberi képzelet nem tudja elképzelni ezt a képet. Az tény, hogy az inflációs mező megfoghatatlan. Nem magyarázható a fizika szokásos törvényeivel.

Amikor az ősrobbanás megtörtént, az inflációs mező a fénysebességet meghaladó mértékben kezdett tágulni. A fizikai mutatók szerint nincs semmi olyan anyag az Univerzumban, amely gyorsabban tudna mozogni ennél a mutatónál. A fény hihetetlen mennyiségben terjed a létező világon. Az inflációs mező még nagyobb sebességgel terjedt, éppen megfoghatatlansága miatt.

Az Univerzum jelenlegi állapota

Az Univerzum evolúciójának jelenlegi időszaka ideálisan alkalmas az élet létezésére. A tudósok nehezen tudják meghatározni, meddig tart ez az időszak. De ha valaki végzett ilyen számításokat, az így kapott számok nem kevesebbek százmilliárd évnél. Egy emberi életre egy ilyen szegmens akkora, hogy még a matematikai számításban is hatványokkal kell leírni. A jelent sokkal jobban tanulmányozták, mint az Univerzum őstörténetét. Ami az ősrobbanás előtt történt, az mindenesetre csak elméleti kutatás és merész számítások tárgya marad.

Az anyagi világban még az idő is relatív érték marad. Például a kvazárok (a csillagászati ​​objektumok egy fajtája), amelyek 14 milliárd fényévnyi távolságra léteznek a Földtől, 14 milliárd fényévvel maradnak el a szokásos „most” mögött. Ez az időkülönbség óriási. Még matematikailag is nehéz definiálni, nem beszélve arról, hogy az emberi képzelet (még a legbuzgóbb) segítségével egyszerűen lehetetlen ilyet egyértelműen elképzelni.

A modern tudomány elméletileg meg tudja magyarázni anyagi világunk egész életét, a létezésének első másodperceitől kezdve, amikor az ősrobbanás éppen bekövetkezett. Az Univerzum teljes története még mindig frissítés alatt áll. A csillagászok elképesztő új tényeket fedeznek fel modernizált és továbbfejlesztett kutatóberendezések (teleszkópok, laboratóriumok stb.) segítségével.

Vannak azonban olyan jelenségek is, amelyeket még mindig nem értünk. Ilyen fehér folt például a sötét energiája. Ennek a rejtett tömegnek a lényege továbbra is izgatja korunk legműveltebb és legfejlettebb fizikusainak tudatát. Ezen túlmenően nem alakult ki egységes álláspont arról, hogy miért van még mindig több részecske az Univerzumban, mint antirészecske. Számos alapvető elmélet született ezzel kapcsolatban. Néhány ilyen modell a legnépszerűbb, de a nemzetközi tudományos közösség még egyiket sem fogadta el

A 20. század egyetemes tudásának és kolosszális felfedezésének skáláján ezek a hiányosságok egészen jelentéktelennek tűnnek. A tudománytörténet azonban irigylésre méltó rendszerességgel mutatja, hogy az ilyen „kis” tények és jelenségek magyarázata válik az emberiség tudományág egészének megértésének alapjává (jelen esetben csillagászatról beszélünk). Ezért a tudósok jövő nemzedékeinek minden bizonnyal lesz tennivalója és felfedeznivalója az Univerzum természetére vonatkozó ismeretek terén.