Mūsu Visuma izcelsme bija pirms 13,7 miljardiem gadu, to radīja Lielais sprādziens, un vairākas paaudzes zinātnieki ir mēģinājuši izprast šo parādību.
XX gadsimta 20. gadu beigās Edvīns Habls atklāja, ka visas redzamās galaktikas ir līdzīgas granātas fragmentiem pēc eksplozijas, vienlaikus beļģu astronoms un teologs Georges Lemaitre izvirzīja savu hipotēzi (1931. gadā tā tika publicēta “Dabas” lappusēs).). Viņš uzskata, ka Visuma vēsture sākās ar "primārā atoma" eksploziju, un tas radīja laiku, telpu un matēriju (agrāk, 1920. gadu sākumā, padomju zinātnieks Aleksandrs Fridmans, analizējot Einšteina vienādojumus, arī nonāca pie secinājuma, ka "Visums tika izveidots no punkta", un tas prasīja "desmitiem miljardu mūsu parasto gadu").
Sākumā astronomi dedzīgi noraidīja Beļģijas teologa argumentāciju. Tā kā Lielā sprādziena teorija bija lieliski apvienota ar kristīgo ticību Dievam Radītājam. Divu gadsimtu garumā zinātnieki ir apslāpējuši jebkādu reliģisku minējumu par "visu sākumu sākumu" iekļūšanu zinātnē. Un tagad Dievs, izraidīts no dabas zem Ņūtona mehāniķu izmērītā riteņu šūpošanās, negaidīti atgriežas. Viņš tuvojas Lielā sprādziena liesmām, un ir grūti iedomāties triumfālāku viņa izskata ainu.
Tomēr problēma bija ne tikai teoloģijā - Lielais sprādziens nepakļāvās eksakto zinātņu likumiem. Vissvarīgākais brīdis Visuma vēsturē bija nesaprotams. Šajā vienskaitļa (speciālajā) punktā, kas atrodas uz telpas-laika ass, vispārējā relativitātes teorija pārstāja darboties, jo spiediens, temperatūra, enerģijas blīvums un telpas izliekums metās līdz bezgalībai, tas ir, viņi zaudēja visu fizisko nozīmi. Šajā brīdī visas šīs sekundes, skaitītāji un astronomiskās vienības pazuda, pārvērtās nevis par nulli, ne par negatīvām vērtībām, bet par pilnīgu to neesamību, par absolūtu bezjēdzību. Šis punkts ir plaisa, kuru nevar pārvarēt uz loģikas vai matemātikas balstiem, caurums caur laiku un telpu.
Tikai 20. gadsimta 60. gadu beigās Rodžers Penrozs un Stefans Hokings pārliecinoši parādīja, ka Einšteina teorijas ietvaros Lielā sprādziena singularitāte ir neizbēgama. Tomēr tas nevarēja atvieglot teorētiķu darbu. Kā aprakstīt lielo sprādzienu? Kas, piemēram, bija šī notikuma iemesls? Galu galā, ja pirms viņa vispār nebija laika, tad šķita, ka nav iemesla, kas viņu dzemdēja.
Kā mēs tagad saprotam, lai izveidotu pilnīgu Lielā sprādziena teoriju, Einšteina doktrīna, kas apraksta telpu un laiku, ir jāsaista ar kvantu teoriju, kas nodarbojas ar elementārdaļiņām un to mijiedarbību. Droši vien var paiet vairāk nekā viena desmitgade, pirms to būs iespējams izdarīt un iegūt vienu “Visuma formulu”.
Un kur, piemēram, varētu parādīties milzīgais enerģijas daudzums, kas izraisīja šo neticamā spēka eksploziju? Varbūt to no sava priekšgājēja mantoja mūsu Visums, kas sabruka vienskaitļa punktā? Tomēr kur tad viņa to ieguva? Vai arī enerģija tika izlieta pirmatnējā vakuumā, no kura mūsu Visums izslīdēja kā “putu burbulis”? Vai arī vecākās paaudzes visumi caur melnajiem caurumiem - tiem vienskaitļa punktiem - pārnes enerģiju uz jaunākās paaudzes universiem, kuru dziļumos, iespējams, dzimst jaunas pasaules, kuras mēs nekad neredzēsim? Lai kā arī būtu, Visums šādos modeļos parādās kā “atvērta sistēma”, kas pilnībā neatbilst “klasiskajam” Lielā sprādziena attēlam: “Nebija nekā, un pēkšņi Visums piedzima”.
Visums veidošanās laikā bija ārkārtīgi blīvā un karstā stāvoklī.
Reklāmas video:
Vai varbūt, pēc dažu pētnieku domām, mūsu Visumam parasti … nav enerģijas, vai drīzāk tā kopējā enerģija ir nulle? Materiāla izstarotā pozitīvā starojuma enerģija tiek pārklāta ar negatīvo gravitācijas enerģiju. Plus un mīnus dod nulli. Šis bēdīgi slavenais “0”, šķiet, ir atslēga, lai izprastu Lielā sprādziena būtību. No viņa - no "nulles", no "neko" - viss uzreiz dzima. Nejauši. Spontāni. Vienkārši. Neliela novirze no 0 izraisīja universālu notikumu lavīnu. Var veikt arī šādu salīdzinājumu: akmens bumba, balansējot uz kādas Chomolungma augšdaļas tik plānas kā smaile, pēkšņi pagriezās un apgāzās, izveidojot “notikumu lavīnu”.
1973. gads - fiziķis Edvards Trions no Amerikas mēģināja aprakstīt mūsu Visuma dzimšanas procesu, izmantojot Heizenberga nenoteiktības principu, kas ir viens no kvantu teorijas pamatiem. Saskaņā ar šo principu, jo precīzāk, piemēram, mēra enerģiju, jo neskaidrāks laiks kļūst. Tātad, ja enerģija ir stingri nulle, tad laiks var būt patvaļīgi ilgs. Tik liels, ka agrāk vai vēlāk svārstības radīsies kvantu vakuumā, no kura jādzimst Visumam. Tas novedīs pie straujas kosmosa izaugsmes, šķietami neko neizmantojot. “Tas ir tikai tas, ka reizēm dzimst Visumi, tas arī viss,” tā vienkārši Triona paskaidroja Lielā sprādziena fona. Tas bija liels nejaušs sprādziens. Tas ir viss.
Vai lielais sprādziens varētu atkārtoties?
Savādi, jā. Mēs dzīvojam Visumā, kas joprojām var nest augļus un dzemdēt jaunas pasaules. Ir izveidoti vairāki modeļi, kas raksturo nākotnes "lielos sprādzienus".
Kāpēc, piemēram, tajā pašā vakuumā, kas dzemdēja mūsu Visumu, neparādās jaunas svārstības? Iespējams, šo 13,7 miljardu gadu laikā blakus mūsu Visumam parādījās neskaitāmas pasaules, kuras nekādā veidā nepieskārās viena otrai. Viņiem ir atšķirīgi dabas likumi, ir dažādas fiziskās konstantes. Lielākajā daļā šo pasauli dzīve nekad nevarētu rasties. Daudzi no viņiem nekavējoties mirst, sabrūk. Bet dažos Visumos - tīri nejauši! - ir apstākļi, kādos dzīvība var rasties.
Bet jēga ir ne tikai vakuumā, kas paliek pirms “visu laiku un tautu” sākuma. Svārstības, kas piepildītas ar nākotnes pasaulēm, var rasties arī vakuumā, kas izplatās mūsu Visumā - precīzāk, tumšajā enerģijā, kas to piepilda. Šāda veida "atjaunojošā Visuma" modeli izstrādāja amerikāņu kosmologs, Padomju Savienības dzimtais Aleksandrs Vilenkins. Šie jaunie "lielie sprādzieni" mūs neapdraud. Viņi neiznīcinās Visuma struktūru, viņi to nededzinās pelnos, bet tikai radīs jaunu telpu ārpus mūsu novērošanas un izpratnes robežām. Iespējams, ka šādi "sprādzieni", kas norāda uz jaunu pasauļu dzimšanu, notiek daudzo melno caurumu dziļumā, kur notiek punktēšana, uzskata amerikāņu astrofiziķis Lī Smolins.
Cits PSRS dzimtais iedzīvotājs, kas dzīvo Rietumos, kosmologs Andrejs Linde uzskata, ka mēs paši esam spējīgi radīt jaunu Lielo sprādzienu, kad kādā kosmosa vietā esam savākuši milzīgu enerģijas daudzumu, kas pārsniedz noteiktu kritisko robežu. Pēc viņa aprēķiniem, nākotnes kosmosa inženieri varētu ņemt neredzamu šķipsniņu matērijas - tikai dažas miligramas simtdaļas - un to kondensēt tādā mērā, ka šī recekļa enerģija būs 1015 gigalektronvolti. Izveidosies mazs melns caurums, kas sāks eksponenciāli paplašināties. Tas radīs “meitas Visumu” ar savu telpas laiku, kas ātri atdalīsies no mūsu Visuma.
… Lielā sprādziena dabā ir daudz fantastisku lietu. Bet šīs teorijas pamatotību pierāda vairākas dabas parādības. Tajos ietilpst novērotā Visuma izplešanās, ķīmisko elementu izplatības attēls, kā arī kosmiskais fona starojums, ko sauc par “Lielā sprādziena relikviju”.
Pirms lielā sprādziena?
Pasaule neeksistē mūžīgi. Tā cēlonis bija Lielā sprādziena liesmas. Tomēr vai šī bija unikāla parādība kosmosa vēsturē? Vai arī tāds atkārtots notikums kā zvaigžņu un planētu dzimšana? Ko darīt, ja lielais sprādziens ir tikai pārejas posms no viena Mūžības stāvokļa uz otru?
Daudzi fiziķi saka, ka sākotnēji bija kaut kas, nevis nekas. Varbūt mūsu Visums - tāpat kā citi - ir dzimis no elementāra kvantu vakuuma. Bet neatkarīgi no tā, cik "minimāli vienkāršs" ir šāds stāvoklis - un fizikas likumi neļauj eksistēt mazāk par kvantu vakuumu - to nevar saukt par "neko".
Varbūt Visums, ko mēs redzam, ir tikai vēl viens apkopots Mūžības stāvoklis? Un dīvainais galaktiku un galaktiku kopu izvietojums - kaut kas līdzīgs kristāla režģim, kam n-dimensiju pasaulē, kas pastāvēja pirms mūsu Visuma dzimšanas, bija pavisam cita struktūra un ko, iespējams, paredzēja "formula visam", ko meklēja Einšteins? Un vai tas tiks atrasts nākamajās desmitgadēs? Zinātnieki intensīvi peering caur Nezināmā sienu, kas ir norobežojis mūsu Visumu, mēģinot saprast, kas notika pirms brīža, saskaņā ar mūsu ierastajām idejām nebija pilnīgi nekā. Kādas mūžīgā kosmosa formas var iedomāties, apveltot laiku un telpu ar tām īpašībām, kuras mūsu Visumā nav iedomājamas?
Iespējams, ka dažas no visdaudzsološākajām teorijām, kuras fiziķi mēģina iespiest veselā Mūžībā, ir kvantu ģeometrijas teorija, kvantu griešanās dinamika vai kvantu gravitācija. Vislielāko ieguldījumu viņu attīstībā deva Abejs Ašhtekars, Teds Jēkabsons, Jerzy Lewandowski, Carlo Rovelli, Lee Smolin un Thomas Thiemann. Visas šīs ir vissarežģītākās fiziskās konstrukcijas, veselas pilis, kas uzceltas no formulām un hipotēzēm, lai tikai paslēptu to dziļumā un tumsā paslēpto izrāvienu, laika un telpas savdabību.
Savdabības laikmets
Jauno teoriju apļveida ceļi liek mums pārspēt šķietami acīmredzamās patiesības. Tātad kvantu ģeometrijā telpa un laiks, iepriekš bezgalīgi sadaloties, pēkšņi sadalās atsevišķās salās - porcijās, kvantās, mazākās, kurās nekā nav. Šajos "laukakmeņos" var būt iestrādāti visi vienskaitļa punkti. Pats telpas-laiks pārvēršas par viendimensiju struktūru savijšanu - par “griešanās tīklu”, tas ir, tas kļūst par diskrētu struktūru, sava veida ķēdi, kas austa no atsevišķām saitēm.
Mazākās iespējamās telpas cilpas tilpums ir tikai 10-99 kubikcentimetri. Šī vērtība ir tik maza, ka vienā kubikcentimetrā ir daudz vairāk telpas kvantu nekā tie paši kubikcentimetri Visumā, kuru novērojam (tā tilpums ir 1085 centimetri kubā). Kosmosa kvantās nav nekā, nav enerģijas, vienalga - tāpat kā matemātiskā punkta iekšpusē - pēc definīcijas nav trijstūra vai ikozaedra. Bet, ja lielā sprādziena aprakstīšanai izmantojam hipotēzi “Visuma submikroskopiskie audi”, mēs iegūstam pārsteidzošus rezultātus, kā parādīja Abei Ashtekars un Martins Bojovalds no Pensilvānijas universitātes.
Ja standarta kosmētikas teorijā diferenciālvienādojumus aizstājam ar nepārtrauktu telpas plūsmu ar citiem diferenciālvienādojumiem, kas izriet no kvantu ģeometrijas teorijas, tad noslēpumainā singularitāte pazūd. Fizika nebeidzas tur, kur sākas lielais sprādziens - tas ir pirmais iedrošinošais kosmologu secinājums, kurš atteicās pieņemt Visuma īpašības, kuras mēs redzam kā galīgo patiesību.
Kvantu gravitācijas teorijā tiek pieņemts, ka mūsu Visums (tāpat kā visi pārējie) ir dzimis kvantu vakuuma nejaušu svārstību rezultātā - globālā makroskopiskā vidē, kurā nebija laika. Katru reizi, kad kvantu vakuumā parādās noteikta lieluma svārstības, piedzimst jauns Visums. Tas “atdalās” no viendabīgās vides, kurā tas izveidojās, un sāk pats savu dzīvi. Tagad viņai ir sava vēsture, sava telpa, savs laiks, sava laika bultiņa.
Mūsdienu fizikā ir izveidotas vairākas teorijas, kas parāda, kā no mūžīgi pastāvošās vides, kur nav makrolaika, bet dažās vietās plūst tā mikrolaiks, var rasties tik milzīga pasaule kā mūsējā.
Piemēram, fiziķi Gabriele Veneziano un Maurizio Gasperini no Itālijas stīgu teorijas ietvaros liek domāt, ka sākotnēji bija tā sauktais "stīgu vakuums". Nejaušas kvantu svārstības tajā noveda pie tā, ka enerģijas blīvums sasniedza kritisko vērtību, un tas izraisīja lokālu sabrukumu. Kas beidzās ar mūsu Visuma dzimšanu no vakuuma.
Abei Ashtekars un Martins Bojovalds kvantu ģeometrijas teorijas ietvaros parādīja, ka telpa un laiks var rasties no primitīvākām pamata struktūrām, proti, "spin tīkliem".
Eckhards Rebans no Diseldorfas universitātes un - neatkarīgi no viņa - Džordžs Ellijs un Rojs Maartens no Keiptaunas universitātes izstrādā ideju par “statisko Visumu”, kuru jau apdomāja Alberts Einšteins un britu astronoms Artūrs Eddingtons. Tiecoties iztikt bez kvantu gravitācijas ietekmes, Rebhans un viņa kolēģi nāca klajā ar sfērisku telpu, kas atrodas mūžīgā tukšuma (vai, ja vēlaties, tukšas mūžības) vidū, kur nav laika. Zināmas nestabilitātes dēļ šeit attīstās inflācijas process, kas izraisa karstu Lielo sprādzienu.
Protams, uzskaitītie modeļi ir spekulatīvi, taču tie pamatā atbilst mūsdienu fizikas attīstības līmenim un pēdējo pāris gadu desmitu astronomisko novērojumu rezultātiem. Jebkurā gadījumā skaidrs ir viens. Lielais sprādziens drīzāk bija parasts, dabisks notikums, nevis savdabīgs.
Vai šāda veida teorija palīdzēs mums saprast, kas varēja notikt pirms Lielā sprādziena? Ja Visums ir dzimis, kas to dzemdēja? Kur parādās vecāku “ģenētiskais nospiedums” mūsdienu kosmoloģijas teorijās? 2005. gads - piemēram, Abei Ašhtekars publiskoja savu jauno aprēķinu rezultātus (Tomašs Pavlovskis un Paramprits Singhs viņiem palīdzēja tos izdarīt). No tiem bija skaidrs, ka, ja sākotnējās telpas ir pareizas, tad pirms Lielā sprādziena pastāvēja tāds pats telpas laiks kā pēc šī notikuma. Mūsu Visuma fizika it kā spogulī tika atspoguļota otras pasaules fizikā. Šajos aprēķinos Lielais sprādziens līdzīgi kā spoguļattēls izgriezās caur Mūžību, novietojot blakus nesavietojamo - dabu un tās atspoguļojumu. Un kas šeit ir autentiskums, kas ir spoks?
Vienīgais, ko var redzēt "no spoguļstikla otras puses", ir tas, ka Visums tajā laikā nepaplašinājās, bet gan saruka. Lielais sprādziens kļuva par tā sabrukuma punktu. Šajā brīdī telpa un laiks uz brīdi apstājās, lai atkal atspoguļotos - turpinātu - pacelties kā fenikss mums zināmajā pasaulē, tajā Visumā, kuru mēs mēra ar savām formulām, kodiem un skaitļiem. Visums ir burtiski pagriezies uz āru, piemēram, cimdā vai kreklā, un kopš tā laika ir nepārtraukti paplašinājies. Lielais sprādziens, pēc Ashtekara domām, nebija "visa Visuma radīšana no nekā", bet bija tikai pāreja no vienas dinamiskas Mūžības formas uz otru. Varbūt Visums pārdzīvo nebeidzamas "lielo sprādzienu" sērijas, un šie desmitiem miljardu (vai neatkarīgi) gadu gadi, kas atdala tā atsevišķās fāzes, ir tikai "kosmiskā sinusoīda" periodisaskaņā ar likumiem, no kuriem Visums dzīvo?
Ieteicams skatīšanai: "Kas radīja Visumu? Lielais sprādziens - svarīgs zinātnisks skaidrojums: visi argumenti"
A. Volkovs