Viens no galvenajiem jautājumiem, kas neiznāk no cilvēka apziņas, vienmēr ir bijis un ir jautājums: "Kā parādījās Visums?" Protams, uz šo jautājumu nav viennozīmīgas atbildes, un maz ticams, ka tas tiks saņemts tuvākajā nākotnē, taču zinātne strādā šajā virzienā un veido noteiktu teorētisku mūsu Visuma rašanās modeli. Pirmkārt, jāņem vērā Visuma pamatīpašības, kuras jāapraksta kosmoloģiskā modeļa ietvaros.
*** Modelī jāņem vērā novērotie attālumi starp objektiem, kā arī to kustības ātrums un virziens. Šādi aprēķini ir balstīti uz Habla likumu: cz = H0D, kur z ir objekta sarkanā nobīde, D ir attālums līdz šim objektam un c ir gaismas ātrums.
*** Visuma vecumam modelī jāpārsniedz vecāko objektu vecums pasaulē.
*** Modelī jāņem vērā sākotnējā elementu pārpilnība.
*** Modelī jāņem vērā novērotā Visuma liela mēroga struktūra.
*** Modelī jāņem vērā novērotais fona fons.
Reklāmas video:
Īsa Visuma vēsture. Singularitāte, ko redz mākslinieks (foto)
Apsveriet īsi vispārpieņemto Visuma rašanās un agrīnās evolūcijas teoriju, kuru atbalsta lielākā daļa zinātnieku. Mūsdienās Lielā sprādziena teorija nozīmē karstā Visuma modeļa un Lielā sprādziena kombināciju. Un, kaut arī šie jēdzieni vispirms pastāvēja neatkarīgi viens no otra, to apvienošanās rezultātā bija iespējams izskaidrot Visuma sākotnējo ķīmisko sastāvu, kā arī relikvijas starojuma klātbūtni.
Saskaņā ar šo teoriju Visums radās apmēram pirms 13,77 miljardiem gadu no kāda blīva apsildāma objekta - vienskaitļa stāvokļa, kuru ir grūti aprakstīt mūsdienu fizikas ietvaros. Cita starpā kosmoloģiskās īpatnības problēma ir tā, ka, aprakstot to, lielākā daļa fizisko lielumu, piemēram, blīvums un temperatūra, mēdz būt bezgalīgi. Tajā pašā laikā ir zināms, ka bezgalīgā blīvumā entropijai (haosa mērauklai) vajadzētu būt nullei, kas nesakrīt ar bezgalīgu temperatūru.
Visuma evolūcija
*** Pirmie 10 -43 sekundēs pēc Lielā sprādziena tiek saukti par kvantu haosa posmu. Visuma daba šajā eksistences posmā ir pretrunā ar aprakstiem mums zināmās fizikas ietvaros. Notiek nepārtraukta viena laiktelpas sadalīšanās kvantos.
*** Planck moments - kvantu haosa beigu brīdis, kas -43 sekundēs iekrīt 10. Šajā brīdī Visuma parametri bija vienādi ar Plankas vērtībām, piemēram, Plankas temperatūra (apmēram 1032 K). Plankas laikmeta laikā visas četras fundamentālās mijiedarbības (vāja, spēcīga, elektromagnētiska un gravitācijas) tika apvienotas viena veida mijiedarbībā. Plancka momentu nav iespējams uzskatīt par noteiktu ilgu periodu, jo mūsdienu fizika nedarbojas ar mazākiem parametriem nekā Planck parametri.
*** Inflācijas pakāpe. Nākamais posms Visuma vēsturē bija inflācijas posms. Pirmajā inflācijas brīdī gravitācijas mijiedarbība atdalījās no vienotā supersimetriskā lauka (kas iepriekš ietvēra fundamentālās mijiedarbības laukus). Šajā periodā matērijai ir negatīvs spiediens, kas izraisa Visuma kinētiskās enerģijas eksponenciālu pieaugumu. Vienkārši sakot, šajā periodā Visums sāka ļoti ātri uzbriest, un uz beigām fizisko lauku enerģija tiek pārveidota parasto daļiņu enerģijā. Šī posma beigās vielas un starojuma temperatūra ievērojami paaugstinās. Līdz ar inflācijas posma beigām izceļas spēcīga mijiedarbība. Arī šajā brīdī rodas Visuma bariona asimetrija.
[Visuma barjonu asimetrija ir novērotā parādība, ka Visumā matērija dominē pār antimatēriju]
*** Radiācijas dominēšanas stadija. Nākamais Visuma attīstības posms, kas ietver vairākus posmus. Šajā posmā Visuma temperatūra sāk samazināties, veidojas kvarki, pēc tam hadroni un leptoni. Nukleosintēzes laikmetā notiek sākotnējo ķīmisko elementu veidošanās, tiek sintezēts hēlijs. Tomēr radiācija joprojām dominē pār matēriju.
*** Vielas dominēšanas laikmets. Pēc 10 000 gadiem vielas enerģija pamazām pārsniedz radiācijas enerģiju un notiek to atdalīšanās. Viela sāk dominēt starojumā, parādās relikvijas fons. Arī vielas atdalīšana ar radiāciju ievērojami palielināja sākotnējās neviendabīgumu vielas sadalījumā, kā rezultātā sāka veidoties galaktikas un supergalaktikas. Visuma likumi ir nonākuši tādā formā, kādā mēs tos šodien ievērojam.
Iepriekšējais attēls sastāv no vairākām fundamentālām teorijām un sniedz vispārēju priekšstatu par Visuma veidošanos tā pastāvēšanas agrīnās stadijās.
No kurienes radies Visums?
Ja Visums radās no kosmoloģiskas īpatnības, tad no kurienes tā radās? Pagaidām nav iespējams precīzi atbildēt uz šo jautājumu. Apsveriet dažus kosmoloģiskos modeļus, kas ietekmē "Visuma dzimšanu".
Cikliskie modeļi. Kliju modelēšana (foto)
Šie modeļi ir balstīti uz apgalvojumu, ka Visums vienmēr ir pastāvējis un laika gaitā mainās tikai tā stāvoklis, pārejot no paplašināšanās uz saraušanos - un otrādi.
*** Steinhardt-Turok modelis. Šis modelis ir balstīts uz virkņu teoriju (M-teorija), jo tajā tiek izmantots objekts, piemēram, "brane".
[Klijas (no membrānas) stīgu teorijā (M-teorija) ir hipotētisks fundamentāls daudzdimensionāls fizisks dimensijas objekts, kas ir mazāks par telpas dimensiju, kurā tas atrodas]
Saskaņā ar šo modeli redzamais Visums atrodas triju brānu iekšpusē, kas periodiski, reizi vairākos triljonos gados, saduras ar citu tri-brānu, kas izraisa sava veida Lielo sprādzienu. Tālāk mūsu trijbrans sāk attālināties no otra un paplašināties. Kādā brīdī tumšās enerģijas īpatsvars ir prioritārs, un tri-brane izplešanās ātrums palielinās. Kolosālā izplešanās izkliedē matēriju un starojumu tik ļoti, ka pasaule kļūst gandrīz viendabīga un tukša. Galu galā notiek atkārtota triju branu sadursme, kā rezultātā mūsējie atgriežas sava cikla sākuma fāzē, atkal dzemdējot mūsu "Visumu".
*** Lorisa Bauma un Pola Framptona teorija saka arī par Visuma cikliskumu. Saskaņā ar viņu teoriju pēdējais pēc Lielā sprādziena tumšās enerģijas dēļ paplašināsies, līdz tas tuvojas paša laiktelpas "sadalīšanās" brīdim - Lielajam Ripam. Kā jūs zināt, "slēgtā sistēmā entropija nemazinās" (otrais termodinamikas likums). No šī apgalvojuma izriet, ka Visums nevar atgriezties sākotnējā stāvoklī, jo šāda procesa laikā entropijai jāsamazinās. Tomēr šī problēma tiek atrisināta šīs teorijas ietvaros. Saskaņā ar Bauma un Framptona teoriju, mirklis pirms Lielā plīsuma, Visums sadalās daudzos "plāksteros", no kuriem katram ir diezgan maza entropijas vērtība. Piedzīvojot fāžu pāreju virkni, šie bijušā Visuma "lūžņi" rada matēriju un attīstās līdzīgi kā sākotnējais Visums. Šīs jaunās pasaules nedarbojas savā starpā, jo tās izkliedē ar ātrumu, kas ir lielāks par gaismas ātrumu. Tādējādi zinātnieki ir izvairījušies no kosmoloģiskās singularitātes, ar kuru Visuma dzimšana sākas saskaņā ar lielāko daļu kosmoloģisko teoriju. Tas ir, sava cikla beigās Visums sadalās daudzās citās bezmijiedarbības pasaulēs, kas kļūs par jauniem Visumiem.
*** Konformālā cikliskā kosmoloģija ir Roger Penrose un Vahagn Gurzadyan cikliskais modelis. Saskaņā ar šo modeli Visums spēj iekļūt jaunā ciklā, nepārkāpjot otro termodinamikas likumu. Šī teorija balstās uz pieņēmumu, ka melnie caurumi iznīcina absorbēto informāciju, kas kaut kā "likumīgi" pazemina Visuma entropiju. Tad katrs šāds Visuma esamības cikls sākas ar Lielā sprādziena izskatu un beidzas ar singularitāti.
Citi Visuma rašanās modeļi
Starp citām hipotēzēm, kas izskaidro redzamā Visuma izskatu, vispopulārākās ir šādas divas:
*** Haotiska inflācijas teorija - Andreja Lindes teorija. Saskaņā ar šo teoriju pastāv noteikts skalārais lauks, kas ir neviendabīgs visā tā apjomā. Tas ir, dažādos Visuma reģionos skalārajam laukam ir atšķirīga nozīme. Tad apgabalos, kur lauks ir vājš, nekas nenotiek, savukārt apgabali ar spēcīgiem laukiem tā enerģijas dēļ sāk paplašināties (inflācija), tādējādi veidojot jaunus Visumus. Šis scenārijs nozīmē, ka pastāv daudzas pasaules, kas nav radušās vienlaicīgi un kurām ir savs elementāru daļiņu kopums un līdz ar to arī dabas likumi.
*** Lī Smolina teorija - pieņem, ka Lielais sprādziens nav Visuma pastāvēšanas sākums, bet tikai fāzes pāreja starp diviem tā stāvokļiem. Tā kā pirms Lielā sprādziena Visums pastāvēja kosmoloģiskas īpatnības formā, kas pēc būtības bija tuvu melnās cauruma īpatnībām, Smolins norāda, ka Visums varēja rasties no melnā cauruma.
Ir arī modeļi, kuros Visumi rodas nepārtraukti, dīgst no vecākiem un atrod savu vietu. Turklāt nebūt nav nepieciešams, lai šādās pasaulēs tiktu ieviesti vieni un tie paši fiziskie likumi. Visas šīs pasaules ir “ligzdotas” vienā telpas-laika kontinuumā, taču tās ir tik tālu viena no otras, ka nejūt viena otras klātbūtni. Kopumā inflācijas jēdziens ļauj - turklāt liek! - domāt, ka gigantiskajā megakozmos ir daudz izolētu Visumu ar atšķirīgu kārtību.
Neskatoties uz to, ka cikliskie un citi modeļi atbild uz vairākiem jautājumiem, uz kuriem atbildes nevar sniegt Lielā sprādziena teorija, tostarp kosmoloģiskās vienreizības problēma. Tomēr kopā ar inflācijas teoriju Lielais sprādziens pilnīgāk izskaidro Visuma izcelsmi un arī saplūst ar daudziem novērojumiem.
Mūsdienās pētnieki turpina intensīvi pētīt iespējamos Visuma rašanās scenārijus, lai sniegtu neapgāžamu atbildi uz jautājumu "Kā parādījās Visums?" - diez vai izdosies tuvākajā nākotnē. Tam ir divi iemesli: tieša kosmoloģisko teoriju pierādīšana ir praktiski neiespējama, tikai netieša; pat teorētiski nav iespējams iegūt precīzu informāciju par pasauli pirms Lielā sprādziena. Šo divu iemeslu dēļ zinātnieki var izvirzīt tikai hipotēzes un veidot kosmoloģiskos modeļus, kas visprecīzāk aprakstīs mūsu novērotā Visuma būtību.