Teorija lielais sprādziens ir kļuvis gandrīz tikpat plaši atzīts kosmoloģiskais modelis kā Zemes rotācija ap Sauli. Saskaņā ar teoriju pirms aptuveni 14 miljardiem gadu spontānas vibrācijas absolūtā tukšumā izraisīja Visuma rašanos. Kaut kas pēc izmēra salīdzināms ar subatomisku daļiņu, kas sekundes daļā izplešas līdz neiedomājamiem izmēriem. Taču šajā teorijā ir daudz problēmu, ar kurām cīnās fiziķi, izvirzot arvien jaunas hipotēzes.
Kas vainas Lielā sprādziena teorijai
No teorijas izriet ka visas planētas un zvaigznes veidojās no putekļiem, kas sprādziena rezultātā izkaisīti visā kosmosā. Bet kas bija pirms tam, nav skaidrs: šeit mūsu matemātiskais telpas-laika modelis pārstāj darboties. Visums radās no sākotnējā vienskaitļa stāvokļa, kuram mūsdienu fiziku nevar piemērot. Teorija arī neņem vērā singularitātes cēloņus vai matēriju un enerģiju tās rašanās dēļ. Tiek uzskatīts, ka atbildi uz jautājumu par sākotnējās singularitātes esamību un izcelsmi sniegs kvantu gravitācijas teorija.
Lielākā daļa kosmoloģisko modeļu prognozē ka viss Visums ir daudz lielāks par novērojamo daļu – sfērisku apgabalu, kura diametrs ir aptuveni 90 miljardi gaismas gadu. Mēs redzam tikai to Visuma daļu, no kuras gaisma spēja sasniegt Zemi 13,8 miljardu gadu laikā. Taču teleskopi kļūst labāki, mēs atklājam arvien tālākus objektus, un nav pamata uzskatīt, ka šis process apstāsies.
Kopš Lielā sprādziena Visums ir paplašinās ar paātrinātu ātrumu. Grūtākā mīkla mūsdienu fizika ir jautājums par to, kas izraisa paātrinājumu. Saskaņā ar darba hipotēzi Visums satur neredzamu komponentu, ko sauc par "tumšo enerģiju". Lielā sprādziena teorija nepaskaidro, vai Visums paplašināsies bezgalīgi, un, ja tā, tad pie kā tas novedīs - pie tā izzušanas vai kaut kā cita.
Lai gan Ņūtona mehāniku aizstāja relativistiskā fizika, to nevar saukt par kļūdainu. Taču pasaules uztvere un Visuma aprakstīšanas modeļi ir pilnībā mainījušies. Lielā sprādziena teorija paredzēja vairākas lietas, kas iepriekš nebija zināmas. Tādējādi, ja to aizstāj cita teorija, tai vajadzētu būt līdzīgai un paplašināt izpratni par pasauli.
Mēs pievērsīsimies interesantākajām teorijām, kas apraksta alternatīvos Lielā sprādziena modeļus.
Visums ir kā melnā cauruma mirāža
Visums radās zvaigznes sabrukšanas dēļ četrdimensiju Visumā, norāda Perimetra Teorētiskās fizikas institūta zinātnieki. Viņu pētījuma rezultātus publicēja Scientific American. Niayesh Afshordi, Robert Mann un Razi Pourhasan saka, ka mūsu trīsdimensiju Visums kļuva par sava veida “hologrāfisku mirāžu”, kad sabruka četrdimensiju zvaigzne. Atšķirībā no Lielā sprādziena teorijas, kas apgalvo, ka Visums radies no ārkārtīgi karsta un blīva laiktelpas, kurā nav spēkā standarta fizikas likumi, jaunā četrdimensiju Visuma hipotēze izskaidro gan tā izcelsmi, gan tā straujo izplešanos.
Saskaņā ar Afšordi un viņa kolēģu izstrādāto scenāriju mūsu trīsdimensiju Visums ir sava veida membrāna, kas peld cauri vēl lielākam Visumam, kas jau pastāv četrās dimensijās. Ja šai četrdimensiju telpai būtu savas četrdimensiju zvaigznes, tās arī eksplodētu, tāpat kā trīsdimensiju zvaigznes mūsu Visumā. Iekšējais slānis kļūtu par melnu caurumu, bet ārējais tiktu izmests kosmosā.
Mūsu Visumā melnos caurumus ieskauj sfēra, ko sauc par notikumu horizontu. Un ja trīsdimensiju telpā šī robeža ir divdimensiju (kā membrāna), tad četrdimensiju Visumā notikumu horizonts tiks ierobežots līdz sfērai, kas pastāv trīs dimensijās. Četrdimensiju zvaigznes sabrukšanas datorsimulācijas parādīja, ka tās trīsdimensiju notikumu horizonts pakāpeniski paplašināsies. Tieši to mēs novērojam, nosaucot 3D membrānas augšanu par Visuma paplašināšanos, uzskata astrofiziķi.
Big Freeze
Alternatīva lielajam sprādzienam ir Big Freeze. Melburnas Universitātes fiziķu komanda Džeimsa Kvatča vadībā prezentēja Visuma dzimšanas modeli, kas vairāk atgādina pakāpenisku amorfās enerģijas sasalšanas procesu, nevis tās atbrīvošanu un izplešanos trīs kosmosa virzienos.
Bezformas enerģija, pēc zinātnieku domām, tāpat kā ūdens, atdzisa līdz kristalizācijai, radot parastās trīs telpiskās un vienu laika dimensijas.
Lielā sasalšanas teorija apstrīd Alberta Einšteina pašlaik pieņemto apgalvojumu par telpas un laika nepārtrauktību un plūstamību. Iespējams, ka kosmosā ir sastāvdaļas - nedalāmi celtniecības bloki, piemēram, sīki atomi vai pikseļi datorgrafika. Šie bloki ir tik mazi, ka tos nav iespējams novērot, tomēr, sekojot jaunajai teorijai, ir iespējams konstatēt defektus, kuriem vajadzētu lauzt citu daļiņu plūsmu. Zinātnieki ir aprēķinājuši šādus efektus, izmantojot matemātiku, un tagad viņi mēģinās tos atklāt eksperimentāli.
Visums bez sākuma un beigām
Ahmeds Farāgs Ali no Benhas universitātes Ēģiptē un Saurija Dass no Letbridžas universitātes Kanādā ir ierosinājuši jaunu risinājumu singularitātes problēmai, atsakoties no Lielā sprādziena. Viņi ieviesa slavenā fiziķa Deivida Boma idejas Frīdmaņa vienādojumā, kas apraksta Visuma paplašināšanos un Lielo sprādzienu. "Tas ir pārsteidzoši, ka nelielas korekcijas var atrisināt tik daudzas problēmas," saka Das.
Iegūtais modelis apvienoja vispārējo relativitāti un kvantu teoriju. Tas ne tikai noliedz singularitāti, kas bija pirms Lielā sprādziena, bet arī neatzīst, ka Visums galu galā sabruks atpakaļ sākotnējā stāvoklī. Saskaņā ar iegūtajiem datiem Visumam ir ierobežots izmērs un bezgalīgs mūžs. Fizikālā izteiksmē modelis apraksta Visumu, kas piepildīts ar hipotētisku kvantu šķidrumu, kas sastāv no gravitoniem – daļiņām, kas nodrošina gravitācijas mijiedarbību.
Zinātnieki arī saka, ka viņu atklājumi korelē ar jaunākie rezultāti Visuma blīvuma mērījumi.
Bezgalīga haotiska inflācija
Termins “inflācija” attiecas uz Visuma straujo izplešanos, kas notika eksponenciāli pirmajos brīžos pēc Lielā sprādziena. Pati inflācijas teorija neatspēko Lielā sprādziena teoriju, bet tikai interpretē to savādāk. Šī teorija atrisina vairākas fizikas fundamentālas problēmas.
Saskaņā ar inflācijas modeli, īsi pēc tā dzimšanas Visums uz ļoti īsu laiku eksponenciāli paplašinājās: tā izmērs dubultojās vairākas reizes. Zinātnieki uzskata, ka 10 līdz -36 sekundēs Visums palielinājās vismaz 10 līdz 30 līdz 50 reizes un, iespējams, vairāk. Inflācijas fāzes beigās Visums bija piepildīts ar superkarstu brīvo kvarku, gluonu, leptonu un augstas enerģijas kvantu plazmu.
Jēdziens nozīmē kas pastāv pasaulē daudzi Visumi ir izolēti viens no otra ar dažādu ierīci
Fiziķi ir nonākuši pie secinājuma, ka inflācijas modeļa loģika nav pretrunā ar ideju par pastāvīgu jaunu Visumu dzimšanu. Kvantu svārstības – tādas pašas kā tās, kas radīja mūsu pasauli – var rasties jebkurā daudzumā, ja tām ir piemēroti apstākļi. Pilnīgi iespējams, ka mūsu Visums ir iznācis no svārstību zonas, kas veidojās priekšteču pasaulē. Var arī pieņemt, ka kādreiz un kaut kur mūsu Visumā veidosies svārstības, kas “izpūtīs” pavisam cita veida jaunu Visumu. Saskaņā ar šo modeli meitas visumi var nepārtraukti izkrist. Turklāt nepavisam nav nepieciešams, lai jaunās pasaulēs tiktu noteikti tie paši fiziskie likumi. Koncepcija nozīmē, ka pasaulē ir daudz viens no otra izolētu Visumu ar dažādām struktūrām.
Cikliskā teorija
Pols Steinhards, viens no fiziķiem, kas lika pamatus inflācijas kosmoloģijai, nolēma šo teoriju attīstīt tālāk. Zinātnieks, kurš vada Teorētiskās fizikas centru Prinstonā, kopā ar Nīlu Turoku no Perimetra Teorētiskās fizikas institūta, ieskicēja alternatīvu teoriju grāmatā Endless Universe: Beyond the Big Bang. ("Infinite Universe: Beyond the Big Bang"). Viņu modelis ir balstīts uz kvantu superstīgu teorijas vispārinājumu, kas pazīstams kā M-teorija. Saskaņā ar to fiziskajai pasaulei ir 11 dimensijas – desmit telpiskā un viena laika. Tajā “peld” zemāku izmēru telpas, tā sauktās branas. (saīsinājums no "membrānas"). Mūsu Visums ir vienkārši viena no šīm branām.
Šteinharda un Turoka modelis apgalvo, ka Lielais sprādziens notika mūsu branas sadursmes rezultātā ar citu brānu - nezināmu Visumu. Šajā scenārijā sadursmes notiek bezgalīgi. Saskaņā ar Steinhardta un Turoka hipotēzi blakus mūsu branai “peld” vēl viena trīsdimensiju brana, kuru atdala neliels attālums. Tas arī paplašinās, saplacinās un iztukšojas, bet pēc triljoniem gadu branas sāks tuvoties viena otrai un galu galā sadursies. Tas izcels milzīgs daudzums enerģija, daļiņas un starojums. Šī kataklizma izraisīs vēl vienu Visuma izplešanās un atdzišanas ciklu. No Šteinharda un Turoka modeļa izriet, ka šie cikli ir pastāvējuši pagātnē un noteikti atkārtosies arī nākotnē. Teorija klusē par to, kā šie cikli sākās.
Visums
kā dators
Cita hipotēze par Visuma uzbūvi saka, ka visa mūsu pasaule nav nekas vairāk kā matrica vai datorprogramma. Ideja par to, kas ir Visums digitālais dators, kuru pirmo reizi izvirzīja vācu inženieris un datoru pionieris Konrāds Zuse savā grāmatā Telpas aprēķināšana (“Datora telpa”). Starp tiem, kuri arī uzskatīja Visumu par milzu datoru, ir fiziķi Stīvens Volframs un Džerards Hūfs.
Digitālās fizikas teorētiķi ierosina, ka Visums būtībā ir informācija un tāpēc ir aprēķināms. No šiem pieņēmumiem izriet, ka Visumu var uzskatīt par datorprogrammas vai digitālas skaitļošanas ierīces rezultātu. Šis dators varētu būt, piemēram, milzīgs šūnu automāts vai universāla Tjūringa mašīna.
Netieši pierādījumi Visuma virtuālā daba sauc par nenoteiktības principu kvantu mehānikā
Saskaņā ar teoriju, katrs objekts un notikums fiziskā pasaule rodas, uzdodot jautājumus un ierakstot jā vai nē atbildes. Tas ir, aiz visa, kas mūs ieskauj, ir noteikts kods, līdzīgs datorprogrammas binārajam kodam. Un mēs esam sava veida saskarne, caur kuru parādās piekļuve “universālā interneta” datiem. Netiešs pierādījums Visuma virtuālajai dabai kvantu mehānikā tiek saukts par nenoteiktības principu: matērijas daļiņas var pastāvēt nestabilā formā un tiek “nofiksētas” noteiktā stāvoklī tikai tad, kad tās tiek novērotas.
Digitālais fiziķis Džons Arčibalds Vīlers rakstīja: “Nebūtu nepamatoti iedomāties, ka informācija atrodas fizikas kodolā tāpat kā datora kodolā. Viss ir no mazliet. Citiem vārdiem sakot, viss, kas pastāv - katra daļiņa, katrs spēka lauks, pat pats telpas-laika kontinuums - saņem savu funkciju, nozīmi un, galu galā, savu eksistenci."
« Man dzīve ir pārāk īsa, lai uztraukties par lietām, kuras es nevaru kontrolēt un, iespējams, pat neiespējamas. Tāpēc viņi jautā: "Ko darīt, ja Zemi aprij melnais caurums vai notiek telpas-laika izkropļojumi - vai tas ir iemesls bažām?" Mana atbilde ir nē, jo mēs par to uzzināsim tikai tad, kad tas sasniegs mūsu... mūsu vietu laiktelpā. Mēs saņemam grūdienus, kad daba nolemj, ka laiks ir piemērots: vai tas būtu skaņas ātrums, gaismas ātrums, elektrisko impulsu ātrums - mēs vienmēr būsim laika aizkaves upuri starp apkārtējo informāciju un mūsu spēju to uztvert.»
Nīls degrass Taisons
Laiks ir pārsteidzoša lieta. Tas dod mums pagātni, tagadni un nākotni. Laika dēļ visam mums apkārt ir vecums. Piemēram, Zemes vecums ir aptuveni 4,5 miljardi gadu. Apmēram pirms tikpat gadiem aizdegās arī mums tuvākā zvaigzne Saule. Ja šis skaitlis jums šķiet satriecošs, neaizmirstiet to ilgi pirms mūsu dzimtenes veidošanās saules sistēma parādījās galaktika, kurā dzīvojam – Piena Ceļš. Saskaņā ar jaunākajām zinātnieku aplēsēm Piena Ceļa vecums ir 13,6 miljardi gadu. Taču mēs noteikti zinām, ka arī galaktikām ir pagātne, un kosmoss ir vienkārši milzīgs, tāpēc mums jāskatās vēl tālāk. Un šīs pārdomas neizbēgami ved mūs uz brīdi, kad viss sākās – Lielajā sprādzienā.
Einšteins un Visums
Cilvēku uztvere par apkārtējo pasauli vienmēr ir bijusi neviennozīmīga. Daži cilvēki joprojām netic milzīga Visuma pastāvēšanai ap mums, citi uzskata, ka Zeme ir plakana. Pirms zinātniskā izrāviena 20. gadsimtā bija tikai pāris versijas par pasaules izcelsmi. Reliģisko uzskatu piekritēji ticēja dievišķai iejaukšanās un radīšanai augstāks intelekts, tie, kas nepiekrita, dažreiz tika sadedzināti. Bija arī otra puse, kas uzskatīja, ka pasaule ap mums, tāpat kā Visums, ir bezgalīgs.
Daudziem cilvēkiem viss mainījās, kad 1917. gadā Alberts Einšteins teica runu, plašākai sabiedrībai prezentējot savu mūža darbu – Vispārējo relativitātes teoriju. 20. gadsimta ģēnijs saistīja telpu laiku ar telpas matēriju, izmantojot paša atvasinātos vienādojumus. Rezultātā izrādījās, ka Visums ir ierobežots, nemainīga izmēra un tam ir regulāra cilindra forma.
Tehniskā izrāviena rītausmā neviens nevarēja atspēkot Einšteina vārdus, jo viņa teorija bija pārāk sarežģīta pat 20. gadsimta sākuma lielākajiem prātiem. Tā kā citu iespēju nebija, zinātnieku aprindās tika pieņemts cilindriska stacionāra Visuma modelis kā vispārpieņemts mūsu pasaules modelis. Tomēr viņa spēja dzīvot tikai dažus gadus. Pēc tam, kad fiziķi varēja atgūties no zinātniskie darbi Einšteins un sāka tos izjaukt, paralēli tam tika veiktas korekcijas relativitātes teorijā un vācu zinātnieka īpašajos aprēķinos.
1922. gadā žurnālā Izvestija Physics pēkšņi tika publicēts krievu matemātiķa Aleksandra Frīdmana raksts, kurā viņš paziņoja, ka Einšteins kļūdījies un mūsu Visums nav nekustīgs. Frīdmens skaidro, ka vācu zinātnieka apgalvojumi par telpas izliekuma rādiusa nemainīgumu ir maldīgi priekšstati, rādiuss mainās atkarībā no laika. Attiecīgi Visumam ir jāpaplašina.
Turklāt šeit Frīdmens izteica savus pieņēmumus par to, kā tieši Visums varētu paplašināties. Kopumā bija trīs modeļi: pulsējošs Visums (pieņēmums, ka Visums izplešas un saraujas ar noteiktu periodiskumu laikā); izplešanās Visums no masas un trešais modelis – izplešanās no punkta. Tā kā tajā laikā nebija citu modeļu, izņemot dievišķo iejaukšanos, fiziķi ātri ņēma vērā visus trīs Frīdmena modeļus un sāka tos izstrādāt savā virzienā.
Krievu matemātiķa darbs Einšteinu nedaudz iedūra, un tajā pašā gadā viņš publicēja rakstu, kurā izteica savus komentārus par Frīdmaņa darbu. Tajā vācu fiziķis mēģina pierādīt savu aprēķinu pareizību. Tas izrādījās diezgan nepārliecinoši, un, kad sāpes no sitiena uz pašcieņu nedaudz mazinājās, Einšteins žurnālā Izvestia Physics publicēja vēl vienu piezīmi, kurā teica:
« Iepriekšējā ierakstā es kritizēju iepriekš minēto darbu. Taču mana kritika, kā es pārliecinājos no Frīdmena vēstules, ko man nosūtīja Krutkova kungs, balstījās uz kļūdu aprēķinos. Es domāju, ka Frīdmena rezultāti ir pareizi un rada jaunu gaismu».
Zinātniekiem nācās atzīt, ka visi trīs mūsu Visuma parādīšanās un eksistences Frīdmena modeļi ir absolūti loģiski un tiem ir tiesības uz dzīvību. Visi trīs ir izskaidroti ar skaidriem matemātiskiem aprēķiniem un neatstāj nekādus jautājumus. Izņemot vienu lietu: kāpēc Visums sāktu paplašināties?
Teorija, kas mainīja pasauli
Einšteina un Frīdmena paziņojumi lika zinātnieku aprindām nopietni apšaubīt Visuma izcelsmi. Pateicoties vispārējai relativitātes teorijai, bija iespēja izgaismot mūsu pagātni, un fiziķi to neizmantoja. Viens no zinātniekiem, kurš mēģināja prezentēt mūsu pasaules modeli, bija astrofiziķis Žoržs Lemaitre no Beļģijas. Zīmīgi, ka Lemaitre bija katoļu priesteris, bet tajā pašā laikā studēja matemātiku un fiziku, kas mūsu laikam ir īstas muļķības.
Žoržs Lemaitre sāka interesēties par Einšteina vienādojumiem, un ar to palīdzību viņš varēja aprēķināt, ka mūsu Visums radās noteiktas superdaļiņas sabrukšanas rezultātā, kas atradās ārpus telpas un laika pirms dalīšanās sākuma, ko faktiski var uzskatīt par sprādziens. Tajā pašā laikā fiziķi atzīmē, ka Lemaitre bija pirmais, kurš atklāja Visuma dzimšanu.
Eksplodējoša superatoma teorija bija piemērota ne tikai zinātniekiem, bet arī garīdzniekiem, kuri bija ļoti neapmierināti ar mūsdienu. zinātniskie atklājumi, saskaņā ar kuru mums bija jānāk klajā ar jaunām Bībeles interpretācijām. Lielais sprādziens nenonāca būtiskā pretrunā ar reliģiju, iespējams, to ietekmēja paša Lemaītra audzināšana, kurš savu dzīvi veltīja ne tikai zinātnei, bet arī kalpošanai Dievam.
1951. gada 22. novembrī pāvests Pijs XII nāca klajā ar paziņojumu, ka Lielā sprādziena teorija nav pretrunā ar Bībeli un katoļu dogmām par pasaules izcelsmi. Arī pareizticīgo garīdznieki paziņoja, ka viņi šo teoriju vērtē pozitīvi. Šo teoriju salīdzinoši neitrāli uztvēra arī citu reliģiju piekritēji, daži pat teica, ka viņu svētajos rakstos ir atsauces uz Lielo sprādzienu.
Tomēr, neskatoties uz to, ka Lielā sprādziena teorija ir šobrīd ir vispārpieņemts kosmoloģiskais modelis, tas ir novedis daudzus zinātniekus strupceļā. No vienas puses, superdaļiņas sprādziens lieliski iederējās mūsdienu fizikas loģikā, bet, no otras puses, šāda sprādziena rezultātā varēja veidoties galvenokārt tikai smagie metāli, jo īpaši dzelzs. Bet, kā izrādījās, Visums galvenokārt sastāv no īpaši vieglām gāzēm - ūdeņraža un hēlija. Kaut kas nesakrita, tāpēc fiziķi turpināja strādāt pie pasaules izcelsmes teorijas.
Sākotnēji termins “Lielais sprādziens” nepastāvēja. Lemaître un citi fiziķi piedāvāja tikai garlaicīgo nosaukumu “dinamiskais evolūcijas modelis”, kas studentos izraisīja žāvas. Tikai 1949. gadā vienā no savām lekcijām britu astronoms un kosmologs Freids Hoils teica:
"Šī teorija balstās uz pieņēmumu, ka Visums radās viena spēcīga sprādziena procesā un tāpēc pastāv tikai ierobežotu laiku... Šī ideja par Lielo sprādzienu man šķiet pilnīgi neapmierinoša.".
Kopš tā laika šis termins ir kļuvis plaši izmantots zinātniskās aprindas un plašas sabiedrības izpratne par Visuma uzbūvi.
No kurienes radās ūdeņradis un hēlijs?
Gaismas elementu klātbūtne ir mulsinājusi fiziķus, un daudzi Lielā sprādziena teorijas piekritēji nolēma atrast to avotu. Daudzus gadus viņiem neizdevās sasniegt īpaši panākumi, līdz 1948. gadā izcilais zinātnieks Džordžs Gamovs no Ļeņingradas beidzot varēja izveidot šo avotu. Gamovs bija viens no Frīdmena studentiem, tāpēc viņš labprāt uzņēmās sava skolotāja teorijas izstrādi.
Gamovs mēģināja iztēloties Visuma dzīvi pretējā virzienā un attināja laiku līdz brīdim, kad tas tikko sāka paplašināties. Līdz tam laikam, kā zināms, cilvēce jau bija atklājusi kodolsintēzes principus, tāpēc Frīdmaņa-Lemaitra teorija ieguva tiesības uz dzīvību. Kad Visums bija ļoti mazs, saskaņā ar fizikas likumiem tas bija ļoti karsts.
Pēc Gamova teiktā, tikai sekundi pēc Lielā sprādziena jaunā Visuma telpa bija piepildīta ar elementārdaļiņām, kas sāka mijiedarboties viena ar otru. Tā rezultātā sākās hēlija termokodolsintēze, ko Odesas matemātiķis Ralfs Ašers Alfers spēja aprēķināt Gamovam. Pēc Alfera aprēķiniem, tikai piecas minūtes pēc Lielā sprādziena Visums bija tik ļoti piepildīts ar hēliju, ka pat stingrajiem Lielā sprādziena teorijas pretiniekiem nāksies samierināties un pieņemt šo modeli kā galveno kosmoloģijā. Ar savu pētījumu Gamovs ne tikai pavēra jaunus veidus, kā pētīt Visumu, bet arī atjaunoja Lemaître teoriju.
Neskatoties uz stereotipiem par zinātniekiem, viņiem nevar noliegt romantismu. Gamovs publicēja savu pētījumu par superkarstā Visuma teoriju Lielā sprādziena laikā 1948. gadā savā darbā “Ķīmisko elementu izcelsme”. Kā kolēģi asistenti viņš norādīja ne tikai Ralfu Ašeru Alferu, bet arī Hansu Beti, amerikāņu astrofiziķi un nākamo laureātu. Nobela prēmija. Uz grāmatas vāka izrādījās: Alfers, Betē, Gamovs. Tev neko neatgādina?
Tomēr, neskatoties uz to, ka Lemaître darbi saņēma otro dzīvi, fiziķi joprojām nevarēja atbildēt uz aizraujošāko jautājumu: kas notika pirms Lielā sprādziena?
Mēģinājumi atjaunot Einšteina stacionāro Visumu
Ne visi zinātnieki piekrita Frīdmaņa-Lemāra teorijai, taču, neskatoties uz to, viņiem universitātēs bija jāmāca vispārpieņemtais kosmoloģiskais modelis. Piemēram, astronoms Freds Hoils, kurš pats radīja terminu "Lielais sprādziens", patiesībā uzskatīja, ka sprādziena nav, un veltīja savu dzīvi, lai mēģinātu to pierādīt.
Hoils ir kļuvis par vienu no tiem zinātniekiem, kas mūsdienās piedāvā alternatīvu skatījumu uz mūsdienu pasaule. Lielākā daļa fiziķu ir diezgan atdzist pret šādu cilvēku izteikumiem, taču tas viņus nemaz netraucē.
Lai liktu apkaunotam Gamovam un viņa Lielā sprādziena teorijas pamatojumam, Hoils un līdzīgi domājošie nolēma izstrādāt savu Visuma izcelsmes modeli. Par pamatu viņi ņēma Einšteina priekšlikumus, ka Visums ir nekustīgs, un veica dažus pielāgojumus, kas liek domāt alternatīvi iemesli Visuma izplešanās.
Ja Lemaitre-Friedmann teorijas piekritēji uzskatīja, ka Visums radās no viena superblīva punkta ar bezgalīgi mazu rādiusu, tad Hoils ierosināja, ka matērija pastāvīgi veidojas no punktiem, kas atrodas starp galaktikām, kas attālinās viena no otras. Pirmajā gadījumā no vienas daļiņas veidojās viss Visums ar bezgalīgo skaitu zvaigžņu un galaktiku. Citā gadījumā viens punkts nodrošina pietiekami daudz vielas, lai radītu tikai vienu galaktiku.
Hoila teorijas neveiksme ir tāda, ka viņš nekad nav spējis izskaidrot, no kurienes nāk pati viela, kas turpina radīt galaktikas, kurās ir simtiem miljardu zvaigžņu. Patiesībā Freds Hoils ieteica ikvienam ticēt, ka Visuma struktūra parādās no nekurienes. Neskatoties uz to, ka daudzi fiziķi mēģināja rast risinājumu Hoila teorijai, nevienam tas neizdevās, un pēc pāris gadu desmitiem šis priekšlikums zaudēja savu aktualitāti.
Neatbildētie jautājumi
Patiesībā Lielā sprādziena teorija mums arī nesniedz atbildes uz daudziem jautājumiem. Piemēram, prātā parasts cilvēks Mēs nevaram aptvert faktu, ka visa ap mums esošā matērija kādreiz tika saspiesta vienā singularitātes punktā, kas ir daudz mazāks par atomu. Un kā tas notika, ka šī superdaļiņa uzkarsa tiktāl, ka sākās sprādziena reakcija.
Līdz 20. gadsimta vidum teorija par paplašināšanos Visumu nekad netika apstiprināta eksperimentāli, un tāpēc tā nebija plaši izplatīta. izglītības iestādēm. Viss mainījās 1964. gadā, kad divi amerikāņu astrofiziķi – Arno Penziass un Roberts Vilsons – nolēma pētīt radiosignālus no zvaigžņotajām debesīm.
Skenējošais starojums debess ķermeņi, proti, Cassiopeia A (viens no spēcīgākajiem radio emisijas avotiem zvaigžņotajās debesīs), zinātnieki pamanīja kādu svešu troksni, kas pastāvīgi traucēja ierakstīt precīzus radiācijas datus. Lai kur viņi būtu vērsuši savu antenu, neatkarīgi no tā, kurā diennakts laikā viņi sāka pētījumus, šis raksturīgais un pastāvīgais troksnis viņiem vienmēr sekoja. Zināmā mērā sašutuši Penziass un Vilsons nolēma izpētīt šī trokšņa avotu un negaidīti izdarīja atklājumu, kas mainīja pasauli. Viņi atklāja reliktu starojumu, kas ir tā paša Lielā sprādziena atbalss.
Mūsu Visums atdziest daudz lēnāk nekā tase karstas tējas, un CMB liek domāt, ka viela ap mums kādreiz bija ļoti karsta un tagad atdziest, Visumam izplešoties. Tādējādi visas ar auksto Visumu saistītās teorijas tika atstātas aiz borta, un beidzot tika pieņemta Lielā sprādziena teorija.
Džordžs Gamovs savos rakstos pieļāva, ka kosmosā būtu iespējams atklāt fotonus, kas pastāvējuši kopš Lielā sprādziena, bija vajadzīgs tikai modernāks tehniskais aprīkojums. Reliktais starojums apstiprināja visus viņa pieņēmumus par Visuma esamību. Bija arī iespējams noteikt, ka mūsu Visuma vecums ir aptuveni 14 miljardi gadu.
Kā vienmēr, praktiski pierādot teoriju, uzreiz rodas daudzi alternatīvi viedokļi. Daži fiziķi izsmēja kosmiskā mikroviļņu fona starojuma atklāšanu kā Lielā sprādziena pierādījumu. Lai gan Penziass un Vilsons ieguva Nobela prēmiju par savu vēsturisko atklājumu, daudzi nepiekrita viņu pētījumiem.
Galvenie argumenti par labu Visuma izplešanās neveiksmei bija neatbilstības un loģikas kļūdas. Piemēram, sprādziens vienādi paātrināja visas kosmosa galaktikas, taču Andromedas galaktika tā vietā, lai attālinātos no mums, lēnām, bet pārliecinoši tuvojas Piena Ceļam. Zinātnieki liek domāt, ka šīs divas galaktikas sadursies viena ar otru tikai 4 miljardu gadu laikā. Diemžēl cilvēce vēl ir pārāk jauna, lai atbildētu uz šo un citiem jautājumiem.
Līdzsvara teorija
Mūsdienās fiziķi piedāvā dažādus Visuma pastāvēšanas modeļus. Daudzi no viņiem nevar izturēt pat vienkāršu kritiku, bet citi saņem tiesības uz dzīvību.
20. gadsimta beigās amerikāņu astrofiziķis Edvards Trions kopā ar savu Austrālijas kolēģi Vorenu Keriju ierosināja principiāli jaunu Visuma modeli un darīja to neatkarīgi viens no otra. Zinātnieki savus pētījumus balstīja uz pieņēmumu, ka Visumā viss ir līdzsvarots. Masa iznīcina enerģiju un otrādi. Šo principu sāka saukt par Nulles Visuma principu. Šajā Visumā jauna matērija rodas singularitātes punktos starp galaktikām, kur matērijas pievilkšanās un atgrūšanās ir līdzsvarota.
Nulles Visuma teorija netika saplēsta gabalos, jo pēc kāda laika zinātniekiem izdevās atklāt tumšās matērijas eksistenci - noslēpumainu vielu, no kuras sastāv gandrīz 27% no mūsu Visuma. Vēl 68,3% no Visuma veido noslēpumainākā un noslēpumainākā tumšā enerģija.
Tieši tumšās enerģijas gravitācijas ietekme tiek uzskatīta par Visuma izplešanās paātrinājumu. Starp citu, tumšās enerģijas klātbūtni kosmosā paredzēja pats Einšteins, redzot, ka kaut kas viņa vienādojumos nesaplūst; Tāpēc viņš vienādojumos ieviesa kosmoloģisko konstanti - Lambda terminu, par kuru viņš pēc tam vairākkārt vainoja sevi un ienīda sevi.
Tā sagadījās, ka teorētiski tukšā telpa Visumā tomēr ir piepildīta ar kādu īpašu lauku, kas iedarbina Einšteina modeli. Ar prātīgu prātu un pēc to laiku loģikas šāda lauka pastāvēšana bija vienkārši neiespējama, taču patiesībā vācu fiziķis vienkārši neprata aprakstīt tumšo enerģiju.
***
Mēs, iespējams, nekad neuzzināsim, kā un no kā radās mūsu Visums. Būs vēl grūtāk noteikt, kas notika pirms tās pastāvēšanas. Cilvēki mēdz baidīties no tā, ko nespēj izskaidrot, tāpēc iespējams, ka līdz pat laika beigām cilvēce ticēs arī dievišķajai ietekmei apkārtējās pasaules radīšanā.
Viņi saka, ka laiks ir visnoslēpumainākā lieta. Lai kā cilvēks censtos izprast tās likumus un iemācīties tos kontrolēt, viņš vienmēr nonāk nepatikšanās. Sperot pēdējo soli pretī lielā noslēpuma atrisināšanai un ņemot vērā, ka tas praktiski jau ir mūsu kabatā, mēs vienmēr esam pārliecināti, ka tas joprojām ir tikpat nenotverams. Tomēr cilvēks ir zinātkāra būtne un atbilžu meklēšana uz mūžīgiem jautājumiem daudziem kļūst par dzīves jēgu.
Viens no šiem noslēpumiem bija pasaules radīšana. "Lielā sprādziena teorijas", kas loģiski izskaidro dzīvības izcelsmi uz Zemes, sekotāji sāka interesēties par to, kas notika pirms Lielā sprādziena un vai tur vispār bija kaut kas. Pētījuma tēma ir auglīga, un rezultāti var interesēt plašu sabiedrību.
Visam pasaulē ir pagātne – Saulei, Zemei, Visumam, bet no kurienes radās visa šī dažādība un kas bija pirms tās?
Diez vai ir iespējams sniegt konkrētu atbildi, taču ir pilnīgi iespējams izvirzīt hipotēzes un meklēt tām pierādījumus. Meklējot patiesību, pētnieki ir saņēmuši nevis vienu, bet vairākas atbildes uz jautājumu "kas notika pirms Lielā sprādziena?" Populārākais no tiem izklausās nedaudz atturoši un diezgan drosmīgi — Nekas. Vai ir iespējams, ka viss esošais ir radies no nekā? Ka Nekas dzemdēja visu, kas pastāv?
Patiesībā to nevar saukt par absolūtu tukšumu un vai tur joprojām notiek kādi procesi? Vai viss ir dzimis no nekā? Nekas ir pilnīga ne tikai matērijas, molekulu un atomu, bet pat laika un telpas neesamība. Bagātīga augsne zinātniskās fantastikas rakstnieku darbībai!
Zinātnieku viedokļi par laikmetu pirms Lielā sprādziena
Tomēr Nekam nevar pieskarties; parastie likumi, kas nozīmē vai nu spekulēt un veidot teorijas, vai mēģināt radīt apstākļus, kas ir tuvu tiem, kas izraisīja Lielo sprādzienu, un pārliecinieties, ka jūsu pieņēmumi ir pareizi. Īpašās kamerās, no kurām tika noņemtas vielas daļiņas, temperatūra tika pazemināta, tuvinot to kosmosa apstākļiem. Novērojumu rezultāti sniedza netiešu apstiprinājumu zinātniskajām teorijām: zinātnieki pētīja vidi, kurā teorētiski varētu rasties Lielais sprādziens, taču šīs vides nosaukšana par “Neko” izrādījās ne visai pareiza. Notiekošie mini sprādzieni var izraisīt lielāku sprādzienu, kas radīja Visumu.
Visumu teorijas pirms Lielā sprādziena
Citas teorijas piekritēji apgalvo, ka pirms Lielā sprādziena bija divi citi Visumi, kas attīstījās saskaņā ar saviem likumiem. Kas tieši tie bija, ir grūti atbildēt, taču saskaņā ar izvirzīto teoriju Lielais sprādziens notika to sadursmes rezultātā un noveda pie iepriekšējo Visumu pilnīgas iznīcināšanas un tajā pašā laikā pie mūsu dzimšanas, kas pastāv šodien.
“Saspiešanas” teorija saka, ka Visums pastāv un ir pastāvējis vienmēr, mainās tikai tā attīstības apstākļi, kas noved pie dzīvības izzušanas vienā reģionā un rašanās citā. Dzīve pazūd “sabrukuma” rezultātā un parādās pēc sprādziena. Lai cik paradoksāli tas neizklausītos. Šī hipotēze ir liels skaits atbalstītāji.
Ir vēl viens pieņēmums: Lielā sprādziena rezultātā no nebūtības radās jauns Visums, kas kā ziepju burbulis uzpūsts līdz gigantiskām proporcijām. Šajā laikā no tā radās "burbuļi", kas vēlāk kļuva par citām galaktikām un Visumiem.
“Dabiskās atlases” teorija liek domāt, ka mēs runājam par “dabisko kosmisko atlasi”, tāpat kā Darvins, tikai plašākā mērogā. Mūsu Visumam bija savs sencis, un tam, savukārt, bija arī savs sencis. Saskaņā ar šo teoriju mūsu Visumu radīja melnais caurums. un tie ļoti interesē zinātniekus. Saskaņā ar šo teoriju, lai rastos jauns Visums, ir nepieciešami “reproducēšanas” mehānismi. Melnais caurums kļūst par šādu mehānismu.
Vai varbūt taisnība ir tiem, kuri uzskata, ka mūsu Visumam augot un attīstoties, virzoties uz Lielo sprādzienu, kas būs jauna Visuma sākums. Tas nozīmē, ka kādreiz nezināms un, diemžēl, pazudis Visums kļuva par mūsu jaunā Visuma priekšteci. Šīs sistēmas cikliskais raksturs izskatās loģisks, un šai teorijai ir daudz piekritēju.
Grūti pateikt, cik lielā mērā šīs vai citas hipotēzes piekritēji pietuvojās patiesībai. Katrs izvēlas to, kas garā un saprašanā tuvāks. Reliģiskā pasaule sniedz savas atbildes uz visiem jautājumiem un ieliek pasaules radīšanas ainu dievišķā ietvarā. Ateisti meklē atbildes, cenšas iedziļināties lietas būtībā un ar savām rokām pieskarties šai būtībai. Var rasties jautājums, kas izraisīja tik neatlaidību, meklējot atbildi uz jautājumu par to, kas notika pirms Lielā sprādziena, jo ir diezgan problemātiski gūt praktisku labumu no šīm zināšanām: cilvēks nekļūs par Visuma valdnieku, pēc viņa domām. vārds un vēlme, jaunas zvaigznes neiedegsies un esošās neizdzisīs . Bet interesanti ir tas, kas nav pētīts! Cilvēce cīnās, lai atrisinātu noslēpumus, un, kas zina, varbūt agrāk vai vēlāk tie nonāks cilvēka rokās. Bet kā viņš izmantos šīs slepenās zināšanas?
Ilustrācijas: KLAUS BACHMANN, žurnāls GEO
(25
balsis, vidēji: 4,84
no 5)
Lielā sprādziena noslēpumi
Mūsu Visums sākās pirms 13,7 miljardiem gadu ar Lielo sprādzienu, un zinātnieki ir mēģinājuši izprast šo fenomenu paaudzēm.
20. gadsimta 20. gadu beigās Edvīns Habls atklāja, ka visas mūsu redzamās galaktikas lido atsevišķi - kā granātas lauskas pēc sprādziena, tajā pašā laikā beļģu astronoms un teologs Žoržs Lemaitre izvirzīja savu hipotēzi ( 1931. gadā tas tika publicēts Nature lapās). Viņš uzskata, ka Visuma vēsture sākās ar “primārā atoma” eksploziju, un tas radīja laiku, telpu un matēriju (agrāk, 20. gadu sākumā, arī padomju zinātnieks Aleksandrs Frīdmans, analizējot Einšteina vienādojumus, nonāca pie tā. secinājums, ka "Visums tika radīts no punkta" un tas prasīja "desmitiem miljardu mūsu parasto gadu").
Sākumā astronomi apņēmīgi noraidīja beļģu teologa argumentāciju. Jo Lielā sprādziena teorija bija lieliski apvienota ar kristiešu ticību Dievam Radītājam. Divus gadsimtus zinātnieki neļāva zinātnē iekļūt jebkādām reliģiskām spekulācijām par "visu sākumu sākumu". Un tagad Dievs, izraidīts no dabas zem Ņūtona mehānikas izmērītās riteņu šūpošanas, negaidīti atgriežas. Viņš nāk Lielā sprādziena liesmās, un ir grūti iedomāties triumfālāku viņa izskatu.
Tomēr problēma nebija tikai teoloģijā – Lielais sprādziens nepakļāvās eksakto zinātņu likumiem. Vissvarīgākais punkts Visuma vēsture pārsniedza zināšanas. Šajā vienskaitlī (īpašajā) 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, zaudēja visu fizisko nozīmi. Šajā brīdī visas šīs sekundes, metri un astronomiskās mērvienības pazuda, pārvērtās nevis par nulli, nevis par negatīvām vērtībām, bet par to pilnīgu neesamību, par absolūtu bezjēdzību. Šis punkts ir plaisa, kuru nevar pārvarēt ar loģikas vai matemātikas stabiem, caurums, kas cauri laikā un telpā.
Tikai 60. gadu beigās Rodžers Penrouzs un Stīvens Hokings pārliecinoši pierādīja, ka Einšteina teorijas ietvaros Lielā sprādziena savdabība ir neizbēgama. Tomēr tas nevarēja atvieglot teorētiķu darbu. Kā raksturot Lielo sprādzienu? Kas, piemēram, izraisīja šo notikumu? Galu galā, ja pirms tam vispār nebija laika, tad šķiet, ka nevarēja būt iemesla, kas to izraisīja.
Kā mēs tagad saprotam, lai izveidotu pilnīgu Lielā sprādziena teoriju, ir jāsavieno Einšteina mācība, kas apraksta telpu un laiku, ar kvantu teoriju, kas aplūko elementārdaļiņas un to mijiedarbību. Iespējams, var paiet vairāk nekā viena desmitgade, pirms to varēs izdarīt un iegūt vienu “Visuma formulu”.
Piemēram, no kurienes varētu rasties milzīgais enerģijas daudzums, kas izraisīja šo neticamā spēka eksploziju? Varbūt mūsu Visums to ir mantojis no sava priekšgājēja, kas sabruka vienskaitlī? Tomēr no kurienes viņa to ņēma? Vai arī enerģija tika izlieta pirmatnējā vakuumā, no kura mūsu Visums izslīdēja kā “putu burbulis”? Vai arī vecākās paaudzes Visumi nodod enerģiju jaunākās paaudzes Visumiem caur tiem vienreizējiem punktiem – kuru dzīlēs, iespējams, dzimst jaunas pasaules, kuras mēs nekad neredzēsim? Lai kā arī būtu, Visums šādos modeļos parādās kā “atvērta sistēma”, kas ne visai atbilst “klasiskajam” Lielā sprādziena attēlam: “Nekā nebija, un pēkšņi radās Visums.”
Visums veidošanās brīdī bija ārkārtīgi blīvā un karstā stāvoklī.
Vai arī ir iespējams, kā daži pētnieki uzskata, ka mūsu Visumam kopumā... nav enerģijas, vai, pareizāk sakot, tā kopējā enerģija ir nulle? Matērijas izstarotā starojuma pozitīvā enerģija tiek uzklāta uz gravitācijas negatīvo enerģiju. Pluss un mīnuss ir vienādi ar nulli. Šķiet, ka šis bēdīgi slavenais "0" ir atslēga, lai izprastu Lielā sprādziena būtību. No tā - no "nulles", no "neko" - viss uzreiz piedzima. Nejauši. Spontāni. Tieši tāpat. Nenozīmīga novirze no 0 izraisīja vispārēju notikumu lavīnu. Var veikt šādu salīdzinājumu: akmens bumba, balansējot uz kādas Chomolungma tievas, smailei līdzīgas virsotnes, pēkšņi sašūpojās un noripoja lejup, radot “notikumu lavīnu”.
1973. gads — fiziķis Edvards Trions no Amerikas mēģināja aprakstīt mūsu Visuma rašanās procesu, izmantojot Heizenberga nenoteiktības principu, kas ir viens no kvantu teorijas pamatiem. Saskaņā ar šo principu, jo precīzāk mēs izmērām, piemēram, enerģiju, jo nenoteiktāks laiks kļūst. Tātad, ja enerģija ir stingri nulle, tad laiks var būt patvaļīgi liels. Tik lielas, ka agri vai vēlu radīsies svārstības kvantu vakuumā, no kura radīsies Visums. Tas novedīs pie straujas telpas paplašināšanās, šķietami no nekā. "Tas ir tas, ka Visumi dažreiz dzimst, tas arī viss," Trions vienkārši paskaidroja Lielā sprādziena fonu. Tas bija liels nejaušs sprādziens. Tas arī viss.
Vai Lielais sprādziens varētu notikt vēlreiz?
Savādi, jā. Mēs dzīvojam Visumā, kas joprojām var nest augļus un radīt jaunas pasaules. Ir izveidoti vairāki modeļi, kas raksturo nākotnes “Lielos sprādzienus”.
Kāpēc, piemēram, tajā pašā vakuumā, kas radīja mūsu Visumu, nerodas jaunas svārstības? Iespējams, šo 13,7 miljardu gadu laikā mūsu Visumam blakus ir parādījušās neskaitāmas pasaules bez jebkāda kontakta viena ar otru. Tajos darbojas dažādi dabas likumi, ir dažādas fizikālās konstantes. Lielākajā daļā šo pasauļu dzīvība nekad nevarēja rasties. Daudzi no viņiem tūlīt mirst un piedzīvo sabrukumu. Bet dažos Visumos - tīras nejaušības dēļ! – rodas apstākļi, kādos var rasties dzīvība.
Taču būtība nav tikai vakuumā, kas pastāv pirms “visu laiku un tautu” sākuma. Svārstības, kas ir pilnas ar nākotnes pasaulēm, var rasties arī vakuumā, kas ir izkliedēts mūsu Visumā - precīzāk, tumšajā enerģijā, kas to piepilda. Šāda veida “atjaunojošā Visuma” modeli izstrādāja amerikāņu kosmologs, vietējais iedzīvotājs. Padomju Savienība, Aleksandrs Viļenkins. Šie jaunie "lielie sprādzieni" mūs neapdraud. Tie neiznīcinās Visuma struktūru, nesadedzinās to līdz zemei, bet tikai radīs jaunu telpu ārpus mūsu novērojumiem un izpratnei pieejamām robežām. Iespējams, ka līdzīgi "sprādzieni", kas iezīmē jaunu pasauļu dzimšanu, notiek daudzo melno caurumu dzīlēs, kas iezīmē kosmosu, uzskata amerikāņu astrofiziķis Lī Smolins.
Vēl viens PSRS iezemietis, kas dzīvo Rietumos, kosmologs Andrejs Linde uzskata, ka mēs paši esam spējīgi izraisīt jaunu Lielo sprādzienu, savācot kādā kosmosa punktā milzīgu enerģijas daudzumu, kas pārsniedz noteiktu kritisko robežu. Pēc viņa aprēķiniem, nākamie kosmosa inženieri varētu paņemt neredzamu matērijas šķipsniņu – tikai dažas simtdaļas miligramu – un sablīvēt to tiktāl, lai šīs kopas enerģija būtu 1015 gigaelektronvolti. Izveidojas niecīgs melnais caurums, kas sāk eksponenciāli paplašināties. Tādā veidā radīsies “meitas Visums” ar savu telpu-laiku, kas strauji atdalīsies no mūsu Visuma.
...Lielā sprādziena dabā ir daudz fantastisku lietu. Bet šīs teorijas derīgums pierāda vesela sērija dabas parādības. Tie ietver mūsu novēroto Visuma izplešanos, ķīmisko elementu izplatības modeli, kā arī kosmisko fona starojumu, ko sauc par "Lielā sprādziena relikviju".
Pasaule nepastāv mūžīgi. Tas piedzima Lielā sprādziena liesmās. Tomēr vai šī kosmosa vēsturē bija unikāla parādība? Vai arī atkārtots notikums, piemēram, zvaigžņu un planētu dzimšana? Ko darīt, ja Lielais sprādziens ir tikai pārejas fāze no viena Mūžības stāvokļa uz otru?
Daudzi fiziķi saka, ka sākotnēji bija kaut kas, nevis nekas. Iespējams, mūsu Visums, tāpat kā citi, ir dzimis no elementāra kvantu vakuuma. Bet neatkarīgi no tā, cik “minimāli vienkāršs” ir šāds stāvoklis — un fizikas likumi nepieļauj, ka tas ir mazāks par kvantu vakuumu — to joprojām nevar saukt par “neko”.
Iespējams, ka redzamais Visums ir tikai cits fiziskais stāvoklis Mūžība? 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 meklētā “visa formula”. Einšteins? Un vai tas tiks atrasts nākamajās desmitgadēs? Zinātnieki intensīvi lūkojas cauri Nezināmā sienai, kas ir norobežojusi mūsu Visumu, cenšoties saprast, kas notika mirkli iepriekš, saskaņā ar mūsu ierastajiem priekšstatiem nebija pilnīgi nekā. Kādas Mūžīgā Kosmosa formas var iedomāties, piešķirot laikam un telpai īpašības, kas mūsu Visumā nav iedomājamas?
Starp daudzsološākajām teorijām, kurās fiziķi cenšas iespiest veselu mūžību, varam nosaukt kvantu ģeometrijas, kvantu griešanās dinamikas vai kvantu gravitācijas teoriju. Vislielāko ieguldījumu to attīstībā sniedza Abey Ashtekar, Ted Jacobson, Jerzy Levandowski, Carlo Rovelli, Lee Smolin un Thomas Tiemann. Tās visas ir vissarežģītākās fiziskās struktūras, veselas pilis, kas celtas no formulām un hipotēzēm, lai tikai paslēptu to dziļumos un tumsā apslēpto bezdibeni, laika un telpas savdabību.
Singularitātes laikmets
Jauno teoriju līkumotie ceļi liek mums pārkāpt pāri patiesībām, kas ir acīmredzamas no pirmā acu uzmetiena. Tādējādi kvantu ģeometrijā telpa un laiks, kas iepriekš bija bezgalīgi saspiesti, pēkšņi sadalās atsevišķās salās - porcijās, kvantos, mazākās par kurām nekā nav. Šajos “akmens blokos” var iestrādāt visus vienskaitļa punktus. Telplaiks pats par sevi pārvēršas par viendimensionālu struktūru savijumu - “griešanās tīklu”, tas ir, 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, ko mēs novērojam (tā tilpums ir 1085 centimetri uz kubu). Telpas kvantos nav nekā, ne enerģijas, ne matērijas - tāpat kā matemātiskā punkta iekšpusē - pēc definīcijas - nevar atrast ne trīsstūri, ne ikosaedru. Bet, ja mēs pielietojam "submikroskopiskā Visuma auduma" hipotēzi, lai aprakstītu Lielo sprādzienu, mēs iegūstam pārsteidzošus rezultātus, kā ir parādījuši Abey Ashtekar un Martin Bojowald no Pensilvānijas universitātes.
Ja kosmoloģijas standarta teorijā esošos diferenciālvienādojumus, kas pieņem nepārtrauktu telpas plūsmu, aizstājam ar citiem diferenciālvienādojumiem, kas izriet no kvantu ģeometrijas teorijas, tad noslēpumainā singularitāte pazudīs. Fizika nebeidzas tur, kur sākas Lielais sprādziens – šis ir pirmais iepriecinošais kosmologu secinājums, kuri atteicās pieņemt Visuma īpašības, kuras mēs uzskatām par galīgo patiesību.
Kvantu gravitācijas teorija liecina, ka mūsu Visums (tāpat kā visi pārējie) ir radies nejaušu kvantu vakuuma svārstību rezultātā - globālā makroskopiskā vidē, kurā nebija laika. Katru reizi, kad kvantu vakuumā notiek noteikta lieluma svārstības, rodas jauns Visums. Tas “atdalās” no viendabīgās vides, kurā tas veidojies, un sāk savu pašu dzīvi. Tagad tai ir sava vēsture, sava telpa, savs laiks, sava laika bulta.
Mūsdienu fizikā ir radītas vairākas teorijas, kas parāda, kā no mūžīgi pastāvošas vides, kur nav Makrolaika, bet noteiktos punktos, kuros plūst mikrolaiks, var rasties tik milzīga pasaule kā mūsējā.
Piemēram, fiziķi Gabriele Veneziano un Mauricio Gasperīni no Itālijas stīgu teorijas ietvaros norāda, ka sākotnēji pastāvēja 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.
Izmantojot kvantu ģeometrijas teoriju, Abey Ashtekar un Martin Bojowald parādīja, ka telpa un laiks var izcelties no primitīvākām fundamentālām struktūrām, proti, "griešanās tīkliem".
Ekhards Rebhans no Diseldorfas Universitātes un – neatkarīgi – Džordžs Eliss un Rojs Mārtenss no Keiptaunas Universitātes attīsta ideju par “statisku Visumu”, ko uzskatīja Alberts Einšteins un britu astronoms Arturs Edingtons. Mēģinot apiet kvantu gravitācijas ietekmi, Rebhans un viņa kolēģi nāca klajā ar sfērisku telpu mūžīgā tukšuma (vai, ja vēlaties, tukšas mūžības) vidū, kur nav laika. Zināmas nestabilitātes dēļ šeit attīstās inflācijas process, kas noved pie karsta Lielā sprādziena.
Protams, uzskaitītie modeļi ir spekulatīvi, taču būtībā tie atbilst mūsdienīgs līmenis fizikas attīstība un rezultāti astronomiskie novērojumi pēdējās desmitgadēs. Jebkurā gadījumā viens ir skaidrs. Lielais sprādziens bija vairāk parasts, dabisks notikums, un ne vienīgais šāda veida notikums.
Vai šāda veida teorijas palīdzēs mums saprast, kas varēja notikt pirms Lielā sprādziena? Ja Visums ir dzimis, kas to radīja? Kur mūsdienu kosmoloģijas teorijās parādās viņas vecāku “ģenētiskais nospiedums”? 2005. gads — piemēram, Ebejs Aštekars publicēja savu jauno aprēķinu rezultātus (tos palīdzēja veikt Tomass Pavlovskis un Paramprēts Singhs). No tiem bija skaidrs, ka, ja sākotnējās premisas bija pareizas, tad pirms Lielā sprādziena pastāvēja tāda pati telpa-laiks kā pēc šī notikuma. Mūsu Visuma fizika it kā spogulī atspoguļojas citas pasaules fizikā. Šajos aprēķinos Lielais sprādziens kā spoguļa ekrāns griezās cauri Mūžībai, blakus novietojot nesaderīgo – dabu un tās atspulgu. Un kas te ir autentiskums, kas ir spoks?
Vienīgais, ko var redzēt “no spoguļstikla otras puses”, ir tas, ka Visums tajā laikā nevis izplešas, bet gan saruka. Lielais sprādziens kļuva par tā sabrukuma punktu. Šajā brīdī telpa un laiks uz mirkli apstājās, lai atkal atspoguļotos – turpinātos – paceltos kā fēnikss mums jau pazīstamajā pasaulē, Visumā, kuru mērām ar savām formulām, kodiem un skaitļiem. Visums burtiski apgriezās kā cimds vai krekls, un kopš tā laika tas ir nepārtraukti paplašinās. Lielais sprādziens, pēc Aštekara domām, nebija "visa Visuma radīšana no nekā", bet bija tikai pāreja no vienas dinamiskas Mūžības formas uz otru. Varbūt Visums piedzīvo nebeidzamu “lielo sprādzienu” sēriju, un šie desmitiem miljardu (vai kādi) gadi, kas šķir tā atsevišķās fāzes, ir tikai “kosmiskā sinusoidālā viļņa” periodi, saskaņā ar kuru likumiem Visums dzīvo?
Pat mūsdienu zinātnieki nevar droši pateikt, kas bija Visumā pirms Lielā sprādziena. Ir vairākas hipotēzes, kas paceļ noslēpumainības plīvuru pār vienu no visvairāk sarežģīti jautājumi no Visuma.
Materiālās pasaules izcelsme
Līdz 20. gadsimtam bija tikai divi reliģiskā viedokļa piekritēji, kuri uzskatīja, ka pasauli ir radījis Dievs. Zinātnieki, gluži pretēji, atteicās atzīt Visuma cilvēka radīto dabu. Fiziķi un astronomi atbalstīja ideju, ka kosmoss vienmēr ir pastāvējis, pasaule bija statiska un viss paliks kā pirms miljardiem gadu.
Tomēr paātrinātais zinātnes progress gadsimtu mijā noveda pie tā, ka pētniekiem bija iespējas pētīt ārpuszemes telpas. Daži no viņiem bija pirmie, kas mēģināja atbildēt uz jautājumu par to, kas bija Visumā pirms Lielā sprādziena.
Habla izpēte
20. gadsimts iznīcināja daudzas pagātnes laikmetu teorijas. Atbrīvotajā telpā parādījās jaunas hipotēzes, kas izskaidroja līdz šim neizprotamus noslēpumus. Viss sākās ar faktu, ka zinātnieki konstatēja Visuma paplašināšanās faktu. To paveica Edvīns Habls. Viņš atklāja, ka tālās galaktikas pēc gaismas atšķiras no tām kosmiskajām kopām, kas atradās tuvāk Zemei. Šī modeļa atklāšana veidoja Edvīna Habla izplešanās likuma pamatu.
Lielais sprādziens un Visuma izcelsme tika pētīti, kad kļuva skaidrs, ka visas galaktikas “aizbēg” no novērotāja neatkarīgi no tā, kur viņš atrodas. Kā to varētu izskaidrot? Tā kā galaktikas pārvietojas, tas nozīmē, ka tās virza uz priekšu kāda veida enerģija. Turklāt fiziķi ir aprēķinājuši, ka visas pasaules kādreiz atradās vienā punktā. Dažu grūdienu dēļ viņi sāka kustēties uz visām pusēm ar neiedomājamu ātrumu.
Šo parādību sauca par "Lielo sprādzienu". Un Visuma izcelsme tika precīzi izskaidrota ar šī senā notikuma teorijas palīdzību. Kad tas notika? Fiziķi noteica galaktiku kustības ātrumu un atvasināja formulu, ko viņi izmantoja, lai aprēķinātu, kad notika sākotnējais "spiediens". Neviens nevar sniegt precīzus skaitļus, bet aptuveni šī parādība notika apmēram pirms 15 miljardiem gadu.
Lielā sprādziena teorijas rašanās
Fakts, ka visas galaktikas ir gaismas avoti, nozīmē, ka Lielais sprādziens izlaida milzīgu enerģijas daudzumu. Tieši viņa radīja to pašu spilgtumu, ko pasaules zaudē, attālinoties no notikušā epicentra. Lielā sprādziena teoriju pirmie pierādīja amerikāņu astronomi Roberts Vilsons un Arno Penziass. Viņi atklāja elektromagnētisko kosmisko mikroviļņu fona starojumu, kura temperatūra bija trīs grādi pēc Kelvina skalas (tas ir, -270 pēc Celsija). Šis atradums apstiprināja domu, ka Visums sākotnēji bija ārkārtīgi karsts.
Lielā sprādziena teorija atbildēja uz daudziem 19. gadsimtā formulētiem jautājumiem. Tomēr tagad ir parādījušies jauni. Piemēram, kas bija Visumā pirms Lielā sprādziena? Kāpēc tā ir tik viendabīga, kamēr ar tik milzīgu enerģijas izdalīšanos vielai vajadzētu nevienmērīgi izkliedēties visos virzienos? Vilsona un Arno atklājumi liek apšaubīt klasisko Eiklīda ģeometriju, jo tika pierādīts, ka telpai ir nulles izliekums.
Inflācijas teorija
Par to liecina jauni uzdotie jautājumi mūsdienu teorija pasaules izcelsme ir fragmentāra un nepilnīga. Tomēr ilgu laiku šķita, ka tālāk par to, kas tika atklāts 60. gados, nebūs iespējams. Un tikai pavisam nesenie zinātnieku pētījumi ir ļāvuši formulēt jaunu svarīgu teorētiskās fizikas principu. Tas bija īpaši ātras Visuma inflācijas izplešanās fenomens. Tas tika pētīts un aprakstīts, izmantojot kvantu lauka teoriju un Einšteina vispārējo relativitātes teoriju.
Tātad, kas bija Visumā pirms Lielā sprādziena? Mūsdienu zinātne šo periodu sauc par "inflāciju". Sākumā bija tikai lauks, kas aizpildīja visu iedomāto telpu. To var salīdzināt ar sniega piku, kas izmests pa sniegota kalna nogāzi. Kuklis noripināsies un palielināsies. Tādā pašā veidā lauks nejaušu svārstību dēļ mainīja savu struktūru neiedomājamā laikā.
Kad izveidojās viendabīga konfigurācija, notika reakcija. Tas satur lielākos Visuma noslēpumus. Kas notika pirms Lielā sprādziena? Inflācijas lauks, kas nemaz nebija līdzīgs pašreizējai lietai. Pēc reakcijas sākās Visuma izaugsme. Ja turpinām analoģiju ar sniega piku, tad pēc pirmās ripināja citas sniega bumbas, arī pieaugot izmēros. Lielā sprādziena brīdi šajā sistēmā var salīdzināt ar otro, kad milzīgs bluķis iekrita bezdibenī un beidzot sadūrās ar zemi. Tajā brīdī atbrīvojās kolosāls enerģijas daudzums. Tas joprojām nevar beigties. Pateicoties sprādziena reakcijas turpinājumam, mūsu Visums šodien aug.
Matērija un lauks
Visumu tagad veido neiedomājami daudz zvaigžņu un citu kosmisko ķermeņu. Šis matērijas kopums izstaro milzīgu enerģiju, kas ir pretrunā ar enerģijas nezūdamības fizisko likumu. Ko tas saka? Šī principa būtība ir tāda, ka bezgalīgā laika periodā enerģijas daudzums sistēmā paliek nemainīgs. Bet kā tas var iederēties mūsu Visumā, kas turpina paplašināties?
Inflācijas teorija spēja atbildēt uz šo jautājumu. Ļoti reti tiek atrisināti šādi Visuma noslēpumi. Kas notika pirms Lielā sprādziena? Inflācijas lauks. Pēc pasaules rašanās savu vietu ieņēma mums pazīstamā matērija. Tomēr papildus tam Visumā ir arī kaut kas, kam piemīt negatīva enerģija. Šo divu vienību īpašības ir pretējas. Tas kompensē enerģiju, kas nāk no daļiņām, zvaigznēm, planētām un citām vielām. Šīs attiecības arī izskaidro, kāpēc Visums vēl nav pārvērties par melno caurumu.
Kad Lielais sprādziens pirmo reizi notika, pasaule bija pārāk maza, lai kaut kas sabruktu. Tagad, kad Visums ir paplašinājies, atsevišķās tā daļās ir parādījušies vietējie melnie caurumi. Viņu gravitācijas lauks absorbē visu apkārtējo. No tā nevar izplūst pat gaisma. Tas ir iemesls, kāpēc šādi caurumi kļūst melni.
Visuma paplašināšanās
Pat neskatoties uz inflācijas teorijas teorētisko pamatojumu, joprojām nav skaidrs, kā Visums izskatījās pirms Lielā sprādziena. Cilvēka iztēle nevar iedomāties šo attēlu. Fakts ir tāds, ka inflācijas lauks ir nemateriāls. To nevar izskaidrot ar parastajiem fizikas likumiem.
Kad notika Lielais sprādziens, inflācijas lauks sāka paplašināties ar ātrumu, kas pārsniedza gaismas ātrumu. Saskaņā ar fiziskajiem rādītājiem Visumā nav nekā materiāla, kas varētu pārvietoties ātrāk par šo indikatoru. Gaisma izplatās visā esošajā pasaulē ar neticamu skaitu. Inflācijas lauks izplatījās ar vēl lielāku ātrumu, tieši tā netveramā rakstura dēļ.
Pašreizējais Visuma stāvoklis
Pašreizējais Visuma evolūcijas periods ir ideāli piemērots dzīvības pastāvēšanai. Zinātniekiem ir grūti noteikt, cik ilgi šis laika posms ilgs. Bet, ja kāds veica šādus aprēķinus, iegūtie skaitļi nebija mazāki par simtiem miljardu gadu. Vienam cilvēka dzīvešāds segments ir tik liels, ka pat matemātiskajos aprēķinos tas ir jāraksta, izmantojot pilnvaras. Tagadne ir pētīta daudz labāk nekā Visuma aizvēsture. Tas, kas notika pirms Lielā sprādziena, jebkurā gadījumā paliks tikai teorētisku pētījumu un drosmīgu aprēķinu priekšmets.
Materiālajā pasaulē pat laiks paliek relatīva vērtība. Piemēram, kvazāri (astronomisku objektu veids), kas atrodas 14 miljardu gaismas gadu attālumā no Zemes, par 14 miljardiem gaismas gadu atpaliek no mūsu parastā “tagad”. Šī laika starpība ir milzīga. Grūti definēt pat matemātiski, nemaz nerunājot par to, ka ar cilvēka iztēles (pat visdedzīgākās) palīdzību ko tādu vienkārši nav iespējams skaidri iztēloties.
Mūsdienu zinātne teorētiski var sev izskaidrot visu mūsu materiālās pasaules dzīvi, sākot no tās pastāvēšanas pirmajām sekunžu daļām, kad tikko notika Lielais sprādziens. Pilns stāsts Visums joprojām tiek papildināts. Astronomi atklāj jaunu pārsteidzoši fakti ar modernizētu un pilnveidotu pētniecības aprīkojumu (teleskopiem, laboratorijām utt.).
Tomēr ir arī parādības, kas joprojām nav izprastas. Tāds balts plankums, piemēram, ir tā tumšā enerģija. Šīs slēptās masas būtība turpina satraukt mūsu laika izglītotāko un progresīvāko fiziķu apziņu. Turklāt nav parādījies vienots viedoklis par iemesliem, kāpēc Visumā joprojām ir vairāk daļiņu nekā antidaļiņu. Par šo jautājumu ir formulētas vairākas fundamentālas teorijas. Daži no šiem modeļiem ir vispopulārākie, taču neviens no tiem vēl nav akceptējis starptautiskās zinātnes aprindas
20. gadsimta universālo zināšanu un kolosālo atklājumu mērogā šīs nepilnības šķiet visai nenozīmīgas. Taču zinātnes vēsture ar apskaužamu regularitāti parāda, ka šādu “mazu” faktu un parādību skaidrojums kļūst par pamatu visai cilvēces izpratnei par disciplīnu kopumā (šajā gadījumā runa ir par astronomiju). Tāpēc arī nākamajām zinātnieku paaudzēm Visuma dabas izzināšanas jomā noteikti būs ko darīt un ko atklāt.