Як виник Всесвіт?

Одним з основних питань, які не виходять зі свідомості людини, завжди був і є питання: «як з'явився Всесвіт?». Звичайно ж, однозначної відповіді на це питання немає, і навряд чи буде отриманий незабаром, однак наука працює в цьому напрямку і формує якусь теоретичну модель зародження нашого Всесвіту. Перш за все слід розглянути основні властивості Всесвіту, які повинна описуватися в рамках космологічної моделі:

• Модель повинна враховувати спостерігаються відстані між об'єктами, а також швидкість і напрямок їх руху. Подібні розрахунки грунтуються на законі Хаббла: cz = H0 D, де z - червоне зміщення об'єкта, D - відстані до цього об'єкта, c - швидкість світла.
• Вік Всесвіту в моделі повинен перевищувати вік найстаріших в світі об'єктів.
• Модель повинна враховувати початкове велика кількість елементів.
• Модель повинна враховувати спостережувану великомасштабну структуру Всесвіту .
• Модель повинна враховувати спостережуваний реліктовий фон.

Великомасштабна структура Всесвіту

Далі розглянемо докладніше найбільш популярні в науковому співтоваристві концепції зародження світу.

Коротка історія Всесвіту

Розглянемо коротко загальновизнану теорію виникнення і ранньої еволюції Всесвіту, яка підтримується більшістю вчених. Сьогодні під теорією Великого вибуху на увазі комбінацію моделі гарячого Всесвіту з Великим вибухом. І хоча дані концепції спершу існували незалежно один від одного, в результаті їх об'єднання вдалося пояснити первісний хімічний склад Всесвіту, а також наявність реліктового випромінювання.

Відповідно до цієї теорії, Всесвіт виник близько 13,77 мільярдів років назад з деякого щільного розігрітого об'єкта - сингулярне стан , Погано піддається опису в рамках сучасної фізики. Проблема космологічної сингулярності, крім усього іншого, в тому, що при її описі більшість фізичних величин, на кшталт щільності і температури, прагнуть до нескінченності. При цьому, відомо, що при нескінченної щільності ентропія (Міра хаосу) повинна спрямовуватися до нуля, що ніяк не поєднується з нескінченної температурою.

Сингулярність в поданні художника

• • Перші 10-43 секунди після Великого Вибуху називають етапом квантового хаосу. Природа світобудови на цьому етапі існування не піддається опису в рамках відомої нам фізики. Відбувається розпад безперервного єдиного простору-часу на кванти.

Матеріали по темі

• Планка момент - момент закінчення квантового хаосу, який випадає на 10-43 секунду. У цей момент параметри Всесвіту дорівнювали Планка величинам , На кшталт планковской температури (близько 1032 К). У момент планковской епохи всі чотири фундаментальні взаємодії (слабке, сильне, електромагнітне і гравітаційне) були об'єднаними в якесь одне взаємодія. Розглядати Планка момент як деякий тривалий період - не представляється можливим, тому що з параметрами менше планківських сучасна фізика не працює.
• стадія інфляції . Наступною стадією історії Всесвіту стала інфляційна стадія. У перший момент інфляції від єдиного суперсиметричних поля (раніше включає поля фундаментальних взаємодій) відокремилося гравітаційна взаємодія. У цей період речовина володіє негативним тиском, що викликає експоненціальне зростання кінетичної енергії Всесвіту. Простіше кажучи, в даний період Всесвіт стала дуже швидко роздуватися, а ближче кінця енергія фізичних полів переходить в енергію звичайних частинок. В кінці даної стадії значно підвищується температура речовини і випромінювання. Разом із закінченням стадії інфляції виділяється і сильну взаємодію. Також в цей момент виникає баріонів асиметрія Всесвіту .
• Стадія радіаційного домінування. Наступна стадія розвитку Всесвіту, яка включає кілька етапів. На цій стадії температура Всесвіту починає знижуватися, утворюються кварки, потім адрони і лептони. В епоху нуклеосинтеза відбувається утворення початкових хімічних елементів, синтезується гелій. Однак, випромінювання все ще переважає над речовиною.
• Епоха домінування речовини. Через 10 000 років енергія речовини поступово перевершує енергію випромінювання і відбувається їх розділення. Речовина починає домінувати над випромінюванням, виникає реліктовий фон. Також поділ речовини з випромінюванням значно посилило початкові неоднорідності в розподілі речовини, в результаті чого почали утворюватися галактики і сверхгалактики. Чи законні Всесвіту прийшли до того виду, в якому ми спостерігаємо їх сьогодні.

Вищеописана картина складена з декількох основних теорій і дає загальні уявлення про формування Всесвіту на ранніх етапах її існування.

еволюція Всесвіту

Звідки з'явився Всесвіт?

Якщо Всесвіт виник з космологічної сингулярності, то звідки взялася сама сингулярність? На дане питання дати точну відповідь, поки, неможливо. Розглянемо деякі космологічні моделі, що зачіпають «народження Всесвіту».

циклічні моделі

Дані моделі будуються на твердженні, що Всесвіт існував завжди і з часом лише змінюється її стан, переходячи від розширення до стиску - і назад.

• Модель Стейнхардт-Турока. Дана модель будується на теорії струн (М-теорії), так як використовує такий об'єкт як «брану». Відповідно до цієї моделі видимий Всесвіт розташовується всередині 3-брані, яка періодично, раз в кілька трильйонів років, стикається з іншого 3-браной, що викликає подобу Великого Вибуху. Далі наша 3-брану починає віддалятися від іншої і розширюватися. У якийсь момент частка темної енергії отримує першість і швидкість розширення 3-брани зростає. Колосальна розширення розсіює речовина і випромінювання настільки, що світ стає майже однорідним і порожнім. Зрештою відбувається повторне зіткнення 3-бран, в результаті чого наша повертається до початкової фази свого циклу, знову породжуючи нашу «Всесвіт».

моделювання бран

• Теорія Лориса Баума і Пола Фремптоном також говорить про циклічність Всесвіту. Згідно з їхньою теорією остання після Великого Вибуху буде розширюватися за рахунок темної енергії до тих пір, поки не наблизиться до моменту «розпаду» самого простору-часу - Великий Розрив. Як відомо, в «замкнутій системі ентропія не убуває» (другий початок термодинаміки). З цього твердження випливає, що Всесвіт не може повернутися до вихідного стану, так як під час такого процесу ентропія повинна спадати. Однак ця проблема вирішується рамках даної теорії. Відповідно до теорії Баума і Фремптоном за мить до Великого Вибуху Всесвіт розпадається на безліч «клаптів», кожен з яких має досить малим значенням ентропії. Відчуваючи ряд фазових переходів, дані «клапті» колишньої Всесвіту породжують матерію і розвиваються аналогічно первісної Всесвіту. Ці нові світи не взаємодіють один з одним, так як розлітаються зі швидкістю більше швидкості світла. Таким чином, вчені уникли і космологічної сингулярності, з якої починається народження Всесвіту згідно з більшістю космологічних теорій. Тобто в момент кінця свого циклу Всесвіт розпадається на безліч інших невзаимодействующих світів, які стануть новими вселеними.
• Конформная циклічна космологія - циклічна модель Роджера Пенроуза і Ваагна Гурзадяна. Відповідно до цієї моделі Всесвіт здатна перейти в новий цикл, не порушуючи другий початок термодинаміки. Дана теорія спирається на припущення, що чорні дірки знищують поглинену інформацію, що якимось чином «законно» знижує ентропію Всесвіту. Тоді кожен такий цикл існування Всесвіту починається з подібності Великого Вибуху і закінчується сингулярностью.

Інфографіка конформной циклічної космології

Інші моделі виникнення Всесвіту

Серед інших гіпотез, що пояснюють появу видимого Всесвіту найбільш популярні дві наступні:

• Хаотична теорія інфляції - теорія Андрія Лінде. Відповідно до цієї теорії існує деякий скалярний поле, яке є неоднорідним у всьому своєму обсязі. Тобто в різних областях всесвіту скалярний поле має різне значення. Тоді в областях, де поле слабке - нічого не відбувається, в той час як області з сильних полем починають розширюватися (інфляція) за рахунок його енергії, утворюючи при цьому нові всесвіти. Такий сценарій передбачає існування безлічі світів, що виникли неодночасно і мають свій набір елементарних частинок, а, отже, і законів природи.
• Теорія Лі Смоліна - припускає, що Великий Вибух не є початком існування Всесвіту, а - лише фазовим переходом між двома її станами. Так як до Великого Вибуху Всесвіт існував у формі космологічної сингулярності, близькою за своєю природою до сингулярності чорної діри, Смолін передбачає, що Всесвіт міг виникнути із чорної діри.

Народження Всесвіту з чорної діри

підсумки

Незважаючи на те, що циклічні і інші моделі відповідають на ряд питань, відповіді на які не може дати теорія Великого Вибуху, в тому числі проблема космологічної сингулярності. Все ж в комплекті з інфляційної теорією Великий Вибух більш цілісно пояснює виникнення Всесвіту, а також сходиться з безліччю спостережень.

Сьогодні дослідники продовжують інтенсивно вивчати можливі сценарії зародження Всесвіту, однак, дати незаперечний відповідь на питання «Як виник Всесвіт?» - навряд чи вдасться в найближчому майбутньому. На це є дві причини: прямий доказ космологічних теорій практично неможливо, лише непряме; навіть теоретично немає можливості отримати точну інформацію про світ до моменту Великого Вибуху. З цих двох причин вченим залишається лише висувати гіпотези і будувати космологічні моделі, які максимально вірно будуть описувати природу спостережуваного нами Всесвіту.

comments powered by HyperComments

Сподобалася запис? Розкажи про неї друзям!

Переглядів запису: 14025