В научния свят е общоприето, че Вселената е възникнала в резултат на Големия взрив. Тази теория се основава на факта, че енергията и материята (основите на всички неща) преди това са били в състояние на сингулярност. Тя от своя страна се характеризира с безкрайност на температурата, плътността и налягането. Самото състояние на сингулярност отхвърля всички закони на физиката, известни на съвременния свят. Учените смятат, че Вселената е възникнала от микроскопична частица, която по все още неизвестни причини е изпаднала в нестабилно състояние в далечното минало и е избухнала.
Терминът "Големият взрив" започва да се използва през 1949 г. след публикуването на трудовете на учения Ф. Хойл в научно-популярни издания. Днес теорията за „динамично развиващия се модел“ е толкова добре развита, че физиците могат да опишат процесите, протичащи във Вселената в рамките на 10 секунди след експлозията на микроскопична частица, която постави основата на всички неща.
Има няколко доказателства за теорията. Един от основните е космическото микровълново фоново лъчение, което прониква в цялата Вселена. Той би могъл да възникне, според съвременните учени, само в резултат на Големия взрив, поради взаимодействието на микроскопични частици. Това е реликтовото излъчване, което ни позволява да научим за онези времена, когато Вселената е била като горящо пространство и не е имало звезди, планети и самата галактика. Второто доказателство за раждането на всички неща от Големия взрив се счита за космологичното червено изместване, което се състои в намаляване на честотата на излъчване. Това потвърждава премахването на звездите и галактиките от Млечния път в частност и една от друга като цяло. Тоест, това показва, че Вселената се е разширявала по-рано и продължава да го прави и до днес.
Кратка история на Вселената
- 10 -45 - 10 -37 сек- инфлационна експанзия
- 10 -6 сек- поява на кварки и електрони
- 10 -5 сек- образуване на протони и неутрони
- 10 -4 сек - 3 мин- възникване на ядра на деутерий, хелий и литий
- 400 хиляди години- образуване на атоми
- 15 милиона години- продължаващо разширяване на газовия облак
- 1 милиард години- раждането на първите звезди и галактики
- 10-15 милиарда години- появата на планети и интелигентен живот
- 10 14 милиарда години- спиране на процеса на раждане на звезди
- 10 37 милиарда години- енергийно изчерпване на всички звезди
- 10 40 милиарда години- изпаряване на черни дупки и раждане на елементарни частици
- 10 100 милиарда години- завършване на изпарението на всички черни дупки
Теорията за Големия взрив е истински пробив в науката. Това позволи на учените да отговорят на много въпроси относно раждането на Вселената. Но в същото време тази теория породи нови мистерии. Основната е причината за самия Големия взрив. Вторият въпрос, на който съвременната наука няма отговор, е как са се появили пространството и времето. Според някои изследователи те са се родили заедно с материята и енергията. Тоест те са резултат от Големия взрив. Но тогава се оказва, че времето и пространството трябва да имат някакво начало. Тоест определена същност, постоянно съществуваща и независима от своите индикатори, може да е инициирала процесите на нестабилност в микроскопичната частица, която е родила Вселената.
Колкото повече изследвания се провеждат в тази посока, толкова повече въпроси възникват пред астрофизиците. Отговорите на тях очакват човечеството в бъдещето.
> 10 удивителни теории за това как е възникнала Вселената
Ако опишем накратко съвременната идея, получаваме: „В началото имаше празнота, а след това имаше експлозия“. Съвременната наука е убедена, че има разширяване, което се доказва от наличието на космическо микровълново фоново лъчение и изместване към червения край на спектъра. Но не всеки вярва в това. Алтернативни истории за началото на всичко са се появили през годините и някои заслужават вашето внимание.
Стабилно състояние
Алберт Айнщайн пише, че вярва повече в мислите на Фред Хойл, че е възможно безкрайно разширяване с поддържане на постоянна плътност, ако се добави нова материя чрез процес на непредвидимо генериране.
Тази идея се формира през 1948 г. от принципа, че Вселената изглежда абсолютно еднаква във всяка точка. Тоест пространството е лишено от начална и крайна точка. През 1960г тя придоби популярност. Когато се появиха доказателства за разширяване, поддръжниците съобщиха, че новата материя трябва да се образува спонтанно, но с леко ускорение. Но аргументите бяха разбити от появата на космическо микровълново фоново лъчение.
Уморена светлина
Едуин Хъбъл успя да забележи, че дължините на вълните на светлината, идващи от далечни галактики, се доближават до червения спектър. Тоест по някакъв начин фотоните са загубили енергията си. Най-често тази точка се обяснява в темата за универсалното разширение като ефект на Доплер. Но онези, които поддържат възгледа за стабилна вселена, вярват, че енергията се губи, докато фотоните пътуват през пространството и се изместват към по-голяма дължина на вълната. Това е изказано от Фриц Цвики през 1929 г.
Теорията е изправена пред много проблеми. Нека започнем с факта, че няма нищо, което би могло да трансформира енергията на фотона, без да промени импулса (би довело до замъгляване). Не може да обясни моделите на излъчване на светлина за разширяващо се пространство. В допълнение, повечето от тези модели разчитат на неразширяваща се Вселена, което по никакъв начин не е в съответствие с наблюденията.
Безкрайна инфлация
Много съвременни модели се основават на кратък период на инфлация, създадена от вакуумна енергия. След това енергията се разпада в нещо като горещ плазмен бульон, който образува атоми, молекули и т.н. Тази теория обаче твърди, че инфлационният процес никога не е приключил. Поддръжниците вярват, че цялото ни пространство действа като един балон, разположен сред други вселени с постоянна инфлация.
Ако две вселени са наблизо, те могат да доведат до взаимен провал в пространство-времето. Ако теорията е вярна, тогава трябва да забележим някои нередности в космическото микровълново фоново излъчване. Подобни идеи бяха обединени от Андрей Линде и наречени „вечна хаотична експанзия“. Тук няма нужда от Голям взрив, защото разширяването може да започне от всяка точка в скаларното пространство.
Мираж в 4D
В конвенционалния модел експлозията е възникнала от безкрайно плътна формация, което затруднява обяснението защо пространството има почти еднакъв температурен индекс. Има хора, които смятат, че причината е в неизвестна енергийна форма, предизвикваща разширяването. Учените предполагат, че светът може да съществува като триизмерен мираж, образуван на хоризонта на 4D звезда, трансформираща се в черна дупка.
Тоест пространството, което познаваме, е само едната страна в рамките на обемна вселена с четири измерения. Ако съдържа 4D звезди, те ще се държат по същия начин като останалите. Триизмерните черни дупки са разположени в сферична повърхност, а формата на хоризонта на събитията е хиперсфера. След като симулираха смъртта на тази звезда, те откриха, че нашето пространство може да се окаже просто мираж, създаден от останките на външните й слоеве.
Огледална вселена
Физиката е изправена пред проблем: всички модели работят добре при характеризиране на пространството, независимо от времевата посока. В действителност разбираме, че времето само се втурва напред, което означава, че е продукт на ентропията, където редът се разтваря в безредие. Проблемът е, че теорията приема, че всичко е започнало с висока организация и ниска ентропия. Много хора смятат, че гравитацията кара посоката на времето да се движи напред.
За да подкрепят това, изследователите са разгледали симулации на 1000 точкови частици в контакт поради Нютонова гравитация. Оказа се, че независимо от размера и количеството, те се трансформират в минимални показатели. След това системата се разширява в двете посоки, образувайки противоположни „времеви стрели“. Тоест, Големият взрив е създал две вселени наведнъж, които са огледални една на друга.
Не начало, а преход
Познатата ни отправна точка не е станала начало за раждането на всичко, а само следваща стъпка, защото преминава през повтарящи се моменти. С течение на времето пространствената геометрия се променя и се превръща в нещо по-объркващо. Това се нарича тензор на кривината на Weyl - започва от нула и нараства с времето. Физиците смятат, че черните дупки намаляват ентропията на Вселената. Когато светът свърши и дупките загубят енергия, пространството ще стане хомогенно и ще препълни с ненужни запаси от енергия.
Тук симетрията на геометрията се проявява с различни количества, но една единствена форма. Тази трансформация ще доведе до факта, че пространствената геометрия ще бъде изгладена и деградиралите частици ще се върнат в положение на нулева ентропия. Тогава Вселената ще се върне в първоначалната си точка, създавайки нова експлозия.
Студен старт и свиване на пространството
След сингулярността материята попадна в плътно и горещо пространство, след което започна бавно да се увеличава в продължение на милиарди години. Това обаче не е съвсем в съответствие с общата теория на относителността и квантовата механика. Поради това Christoff Wetterich вярва, че пространството може да е започнало като хладно и празно място. Той беше активиран само поради свиване, не и разширяване. Тук червеното отместване е причинено от масивно увеличение. Проблемът е, че измерванията не могат да бъдат доказани, защото можем да сравним само съотношението на масите, а не самите маси.
Жилищно пространство
Теорията на Джим Картър се основава на идеята за стабилни йерархични кръгове, които действат като кръгови механични обекти. Той вярва, че цялото пространство е представено от поколения кръгове, които се появяват поради възпроизвеждане и разделяне. Тази мисъл дойде, след като видях перфектния пръстен с балончета. Картър вярва, че синхронизирането на пръстените е по-добро наблюдение от Големия взрив. Жизненото пространство подсказва, че поне един водороден атом е съществувал през цялото време.
Всичко започна с антиводород. Частицата имаше масата на настоящото пространство и беше протон и антипротон. Последният се разширява по-бързо от първия, което го кара да загуби относителна маса. След това се приближиха, докато отрицателният елемент погълна положителния и се създаде антинеутрон. Освен това нямаше балансирана маса, но се върна към равновесие чрез разпадане на два нови неутрона. Образуваха се формации, някои от които не можеха да се разцепят. Електроните се сливат с протоните, за да образуват първите водородни атоми. Процесът достигна до облика на всички познати ни космически обекти.
Плазмено пространство
Основният фокус е върху електромагнетизма като движеща сила. Още през 1946 г. се появява материал от Имануел Великовски, който вярва, че гравитационната сила е електромагнитно явление. Образува се от атомни и свободни заряди, както и от магнитното поле на небесните тела. Теорията продължава да се развива през 70-те години на миналия век, заменяйки термоядрените процеси в звездите с електрически.
Според теорията всички звезди се захранват от движещи се токове и много небесни явления са електрически процеси. Пространството е изпълнено с мащабни нишки от електрони и йони, усукващи се поради електромагнитни сили. Привържениците смятат, че Вселената няма граници и че теорията за Големия взрив е изчислила грешно плътностите на основните елементи. Освен това не отговаря на закона за запазване на енергията, защото всичко е произлязло от нищото.
бинду
Опитахме се да не засягаме религиозни истории за създаването на Вселената, но ще засегнем индуистката вяра, която може да има научна основа. Да започнем с факта, че досега това е единствената религия, чиито времеви мащаби съвпадат с научните показатели. Вярата им се основава на бинду, което се превежда като "експлозия" или "точка". Хората вярват, че бинду е създал звуковите вълни "ом", които обозначават Божеството или Върховната реалност. Този звук се интерпретира като вибрационни вълни на началната точка. Упанишадите казват, че Брахман е искал да стане всичко и е постигнал това чрез събитието на експлозия.
Как се появи нашата Вселена? Винаги ли е била там? И ако не, откъде идва? И когато? И ако вселената е имала начало, означава ли това, че ще има и край?
До началото на миналия век учените вярваха, че Вселената е вечна и непроменлива. Но дори преди научните теории имаше друго мнение: светът е създаден от Бог. Произходът на Вселената, живота и човека е разумен творчески акт, извършен от Бог, създателят и всемогъщият, чиято природа е непонятна за човешкия ум. Досега половината човечество вярва в тази версия за произхода на Вселената под една или друга форма.
И през 20-ти век се появи друга версия за произхода на Вселената - теорията за "големия взрив". Всичко започна, когато Едуин Хъбъл откри през 1929 г., че светлината от по-далечни галактики е „по-червена“ от светлината от по-близките. Това беше открито благодарение на ефекта на Доплер (зависимостта на дължината на вълната на светлината от скоростта на светлинния източник). Тъй като по-далечните галактики изглеждат по-„червени“, се предполага, че те се отдалечават от нашата Галактика с по-голяма скорост. Всъщност не отделните галактики се разпръскват и със сигурност не отделните звезди. Галактиките са свързани от гравитационни сили и образуват купове. В която и посока да погледнете, клъстерите от галактики се отдалечават от Земята с еднаква скорост и може да изглежда, че нашата Галактика е центърът на Вселената, но това не е така. Където и да е наблюдателят, навсякъде ще вижда една и съща картина – всички галактики се разпръскват от него.
Но клъстерите от галактики могат да се разлетят само от някакво начало. Това означава, че всички галактики трябваше да се родят в един момент. Тоест, имало е време, когато Вселената е била безкрайно малка и безкрайно плътна. Тогава тази точка експлодира с огромна сила. Изчисленията показват, че това се е случило преди приблизително 15 милиарда години. В момента на такава експлозия температурата е била много висока и е трябвало да се появят много светлинни кванти.
Как може нашата огромна Вселена да се побере в малка точка? Колко звезди и галактики има сега! Общата енергия и маса на Вселената изглеждат огромни. Факт е, че във Вселената има не само материя, но и гравитационно поле. Известно е, че неговата енергия е отрицателна и точно компенсира енергията, съдържаща се в частици, планети, звезди и други масивни обекти. Така законът за запазване на енергията е напълно изпълнен и общата енергия и маса на нашата Вселена са практически равни на нула. Процесът на раждане на Вселената "практически от нищото" се основава на строго научни изчисления.
Първото потвърждение за експлозията идва през 1964 г., когато американските радиоастрономи Р. Уилсън и А. Пензиас откриват реликтно електромагнитно излъчване. Именно това неочаквано за учените откритие ги убеди, че Големият взрив наистина се е състоял и в самото начало на своето съществуване Вселената е била много гореща.
Какво представлява космическото микровълново фоново лъчение? ? Според теорията за големия взрив Вселената е възникнала в резултат на огромна експлозия, която е създала пространството и времето, както и цялата материя и енергия, които ни заобикалят. Новородената Вселена премина през етап на изключително бързо разширяване и до около 300 хиляди години беше врящ котел от електрони, протони, неутрино и радиация. Общото разширяване на Вселената постепенно охлади тази среда и когато температурата падна до няколко хиляди градуса, дойде времето за образуване на стабилни атоми. В резултат на разширяването първоначалното излъчване стана значително по-малко интензивно, но не изчезна напълно. Това откриха американски учени.
Всичко това е добре, но остава въпросът: ако Вселената първоначално е била компресирана в точка, какво я е довело до това състояние? След като направихме завой, се върнахме в началото. Как се появи нашата Вселена?
7 март 2015 г., 18:50 чВселена- това е целият безкраен свят около нас. Това са други планети и звезди, нашата планета Земя, нейните растения и животни, ти и аз - всичко това е Вселената, включително това, което е отвъд Земята - космическото пространство, планети, звезди. Това е материя без край и ръб, приемаща най-разнообразни форми на своето съществуване.
Вселена- това е всичко, което съществува. От най-малките прашинки и атоми до огромни натрупвания от материя на звездни светове и звездни системи. Вселената или космосът се състои от гигантски звездни купове.
Откъде дойде всичко това?
Има няколко теории, най-популярната от които е теорията за големия взрив.
Преди 70 години американският астроном Едуин Хъбъл открива, че галактиките се намират в червената част на цветовия спектър. Това, според „ефекта на Доплер“, означава, че те се отдалечават един от друг. Освен това светлината от по-далечните галактики е „по-червена“ от светлината от по-близките, което показва по-ниска скорост на далечните. Картината на разпръскването на огромни маси материя поразително напомняше картината на експлозия. Тогава беше предложена теорията за Големия взрив.
Според изчисленията това се е случило преди приблизително 13,7 милиарда години. По време на експлозията Вселената е била „точка“ с размери 10-33 сантиметра. Обхватът на сегашната Вселена се оценява от астрономите на 156 милиарда светлинни години (за сравнение: „точка“ е толкова пъти по-малка от протон - ядрото на водороден атом, тъй като самият протон е по-малък от Луната).
Веществото в „точката“ беше изключително горещо, което означава, че по време на експлозията се появиха много светлинни кванти. Разбира се, с течение на времето всичко се охлажда и квантите се разпръскват из нововъзникващото пространство, но ехото от Големия взрив трябваше да оцелее и до днес.
Първото потвърждение за експлозията идва през 1964 г., когато американските радиоастрономи Р. Уилсън и А. Пензиас откриват реликтно електромагнитно излъчване с температура около 3° по скалата на Келвин (–270° C). Това неочаквано за учените откритие се смяташе в полза на Големия взрив.
И така, от свръхгорещия облак от субатомни частици, постепенно разширяващ се във всички посоки, започнаха постепенно да се образуват атоми, вещества, планети, звезди, галактики и накрая се появи живот. Вселената все още се разширява и не е известно колко дълго ще продължи това. Може би някой ден тя ще достигне своя предел.
Теорията за Големия взрив направи възможно да се отговори на много въпроси, пред които е изправена космологията, но, за съжаление, а може би и за щастие, тя повдигна и редица нови. По-специално: какво се е случило преди Големия взрив? Какво доведе до първоначалното нагряване на Вселената до невъобразима температура от повече от 1032 градуса K? Защо Вселената е изненадващо хомогенна, докато по време на всяка експлозия материята се разпръсква в различни посоки изключително неравномерно?
Но основната мистерия е, разбира се, „феноменът“. Не е известно откъде идва и как се е образувал. В научно-популярните издания темата за „феномена“ обикновено се пропуска напълно, а в специализирани научни издания те пишат за него като за нещо неприемливо от научна гледна точка. Стивън Хокинг, световноизвестен учен и професор в университета в Кеймбридж, и Дж. Ф. Р. Елис, професор по математика в университета в Кейптаун, казват това директно в книгата си „The Long Scale of Space-Time Structure“: „Нашата резултатите потвърждават концепцията, че Вселената е възникнала преди краен брой години. Отправната точка на теорията за произхода на Вселената в резултат на Големия взрив обаче - така нареченият "феномен" - е отвъд известните закони на физиката.
Трябва да се има предвид, че проблемът с „феномена” е само част от много по-голям проблем, проблемът за самия източник на първоначалното състояние на Вселената. С други думи: ако Вселената първоначално е била компресирана в точка, тогава какво я е довело до това състояние?
В опит да заобиколят проблема с „феномена“ някои учени предлагат други хипотези. Една от тях е теорията за „пулсиращата Вселена“. Според него Вселената безкрайно, отново и отново, или се свива до точка, или се разширява до някакви граници. Такава Вселена няма нито начало, нито край, има само цикли на разширяване и свиване. В същото време авторите на хипотезата твърдят, че Вселената винаги е съществувала, като по този начин изглежда елиминират въпроса за „началото на света“.
Но факт е, че никой все още не е дал задоволително обяснение за механизма на пулсация. Защо се случва това? Какви са причините? Нобеловият лауреат, физикът Стивън Уайнбърг, в книгата си "Първите три минути" посочва, че с всяка регулярна пулсация във Вселената съотношението на броя на фотоните към броя на нуклоните неизбежно трябва да се увеличи, което води до изчезване на нови пулсации. Вайнберг заключава, че следователно броят на пулсационните цикли на Вселената е краен, което означава, че в даден момент те трябва да спрат. Следователно „пулсиращата Вселена” има край и следователно има и начало.
Друга теория за произхода на Вселената е теорията за „белите дупки“ или квазарите, които „изплюват“ цели галактики от себе си.
Интересна е и теорията за „пространствено-времевите тунели“ или „космическите канали“. Идеята за тях е изразена за първи път през 1962 г. от американския теоретичен физик Джон Уилър в книгата „Геометродинамика“, в която изследователят формулира възможността за трансдименсионално, необичайно бързо междугалактическо пътуване. Някои версии на концепцията за „космическите канали“ разглеждат възможността те да се използват за пътуване в миналото и бъдещето, както и в други вселени и измерения.
Физикът от Станфорд Андрей Линде задава въпроси, на които теорията за Големия взрив не може да отговори. Някои от тях бяха изразени в статия от 2007 г. в списание Stanford Alumni: „Какво точно избухна? Защо избухна точно в този момент и навсякъде едновременно? Какво е съществувало преди Големия взрив?
Според Линде Големият взрив не е единично събитие, а по-скоро безредна и разпръсната инфлация. Той разработи своята хаотична теория за инфлацията през 80-те години на миналия век: подобни на Големия взрив разширения могат да се случат навсякъде в космоса, ако има достатъчно потенциална енергия.
„Приехме, че цялата вселена е създадена в един момент“, казва Линде. – Но всъщност не е“.
Изследванията на космическото микровълново фоново лъчение през 90-те години показват различни интензитети, което предоставя някои доказателства в подкрепа на хаотичната теория за инфлацията.
Линде вярва, че от много широка перспектива космосът не се вписва в рамката, създадена от науката: „Вместо Вселена, в която има един закон на физиката, вечната хаотична инфлация създава картина на самовъзпроизвеждаща се и вечна мултивселена, където всичко е възможно“, казва Линде. - Паралелните линии могат да се пресичат на много голямо разстояние. Законите на физиката могат да се променят... Ние просто не можем да видим кога това се случва. Ние сме като мравки в огромна топка."
Други теории за произхода на Вселената:
Екпиротична теория
Привържениците на тази теория смятат, че съществува паралелна на нашата Вселена, която от време на време се сблъсква със своята „сестра“. Енергията на сблъсъка води до огромни смущения в пространството, което води до появата на частици, които след това образуват газови мъглявини, галактики, звезди и други космически тела.
След сблъсъка Вселените се разпръскват, но колкото повече се разпръскват, толкова повече започват да се привличат (и защо не?). Постепенно те отново започват да се сближават и по това време вече няма звезди или други обекти в двете Вселени, всичко е равномерно разпределено според Втория закон на термодинамиката.
Вселените се сблъскват отново и отново енергията на сблъсъка създава частици и така нататък, това е безкраен цикъл.
Бели дупки
Всички сме чували за съществуването на черни дупки. Като цяло, в момента съществуването им може да се предполага само по смущенията на гравитационните полета/отклонението на светлината. Но учените вече говорят за съществуването на бели дупки. В крайна сметка, ако материята се абсорбира от черна дупка, тя трябва да бъде изхвърлена някъде, нали?
И на теория съществуват точки, където материята се изхвърля, а не се абсорбира. Засега те не са открити, но привържениците на тази теория не се отказват от надеждата да открият бяла дупка в близко бъдеще.
Най-общо казано, съществуването на бели дупки, ако те наистина бъдат открити, нарушава няколко основни закона на физиката. И ако бяла дупка наистина бъде открита, тогава основата на настоящата наука ще трябва да бъде закърпена, и то много старателно (отново, между другото).
Вселената е продукт на черна дупка
Много интересна теория, според която черните дупки, изхвърляйки материята неизвестно къде, всъщност създават нови вселени, които се появяват дори по-бързо от гъби след дъжд. Всяка частица, погълната от черна дупка, може да бъде началото на нова Вселена, след като частицата, надарена с огромна енергия, експлодира. Това ще бъде Голям взрив, а има много такива.
Всяка генерирана Вселена от своя страна генерира нови черни дупки, а те – нови Вселени. Като цяло главата ми се върти, много е трудно да си представя цялата тази безкрайна вихрушка.
Квантова теория на световете
Тази теория много често се използва от писатели на научна фантастика в техните произведения. Същността му се състои в постоянното разклоняване на вариациите. Например, сега решавате дали да отидете до магазина или да включите телевизора. В една инвариантност отиваш до магазина, в друга пускаш телевизора. Вече имаме две Вселени, които се различават много малко една от друга, но колкото по-далеч отиваме, толкова по-силни са разликите.
И като цяло, вариациите се „разклоняват“ в зависимост от много фактори, включително поведението на атомите, които се движат в различни посоки и т.н. В резултат милиарди милиарди нови инвариантности се появяват всеки момент и колкото по-далеч са една от друга, толкова по-различни са тези вселени.
Образно това може да си представим като вентилатор, всяка перка на който е безкрайно разделена, а всяка следваща част отново разделена и т.н.
Един от основните въпроси, които не напускат човешкото съзнание винаги е бил и е въпросът: „Как се е появила Вселената? Разбира се, категоричен отговор на този въпрос няма и едва ли ще бъде получен скоро, но науката работи в тази посока и формира определен теоретичен модел за произхода на нашата Вселена. На първо място, трябва да разгледаме основните свойства на Вселената, които трябва да бъдат описани в рамките на космологичния модел.
***Моделът трябва да отчита наблюдаваните разстояния между обектите, както и скоростта и посоката на тяхното движение. Такива изчисления се основават на закона на Хъбъл: cz = H0D, където z е червеното изместване на обекта, D е разстоянието до този обект, c е скоростта на светлината.
***Възрастта на Вселената в модела трябва да надвишава възрастта на най-старите обекти в света.
***Моделът трябва да отчита първоначалното изобилие от елементи.
***Моделът трябва да вземе предвид наблюдаваната широкомащабна структура на Вселената.
***Моделът трябва да отчита наблюдавания реликтен фон.
Кратка история на Вселената. Уникалност, както си я представя художникът (снимка)
Нека разгледаме накратко общоприетата теория за произхода и ранната еволюция на Вселената, която се поддържа от повечето учени. Днес теорията за Големия взрив се отнася до комбинация от модела на горещата Вселена с Големия взрив. И въпреки че първоначално тези концепции съществуват независимо една от друга, в резултат на тяхното обединяване беше възможно да се обясни първоначалният химичен състав на Вселената, както и наличието на космическо микровълново фоново излъчване.
Според тази теория Вселената е възникнала преди около 13,77 милиарда години от някакъв плътен нагрят обект - единично състояние, което е трудно да се опише в рамките на съвременната физика. Проблемът с космологичната сингулярност, наред с други неща, е, че когато се описва, повечето физически величини, като плътност и температура, клонят към безкрайност. В същото време е известно, че при безкрайна плътност ентропията (мярка за хаоса) трябва да клони към нула, което по никакъв начин не е съвместимо с безкрайната температура.
Еволюция на Вселената
*** Първите 10 -43 секунди след Големия взрив се наричат етап на квантовия хаос. Природата на Вселената на този етап от съществуването не може да бъде описана в рамките на познатата ни физика. Непрекъснатото единно пространство-време се разпада на кванти.
***Моментът на Планк е моментът на края на квантовия хаос, който настъпва на 10 за -43 секунди. В този момент параметрите на Вселената са равни на стойностите на Планк, като температурата на Планк (около 1032 K). В момента на ерата на Планк всичките четири фундаментални взаимодействия (слабо, силно, електромагнитно и гравитационно) бяха комбинирани в едно взаимодействие. Не е възможно моментът на Планк да се разглежда като някакъв дълъг период, тъй като съвременната физика не работи с параметри, по-малки от момента на Планк.
***Етап на инфлация. Следващият етап в историята на Вселената беше инфлационният етап. В първия момент на инфлацията гравитационното взаимодействие беше отделено от единичното суперсиметрично поле (преди това включващо полетата на фундаменталните взаимодействия). През този период материята има отрицателно налягане, което предизвиква експоненциално нарастване на кинетичната енергия на Вселената. Най-просто казано, през този период Вселената започва да се раздува много бързо и към края енергията на физическите полета се превръща в енергия на обикновените частици. В края на този етап температурата на веществото и радиацията се повишава значително. Заедно с края на етапа на инфлация се появява и силно взаимодействие. Също в този момент възниква барионната асиметрия на Вселената.
[Барионната асиметрия на Вселената е наблюдаваното явление на преобладаване на материята над антиматерията във Вселената]
***Стадий на радиационно доминиране. Следващият етап от развитието на Вселената, който включва няколко етапа. На този етап температурата на Вселената започва да намалява, образуват се кварки, след това адрони и лептони. В ерата на нуклеосинтезата се образуват първични химични елементи и се синтезира хелий. Въпреки това радиацията все още доминира над материята.
***Епохата на доминирането на субстанцията. След 10 000 години енергията на веществото постепенно надвишава енергията на радиацията и настъпва тяхното разделяне. Материята започва да доминира в радиацията и се появява реликтов фон. Също така, разделянето на материята с радиация значително засили първоначалните нехомогенности в разпределението на материята, в резултат на което започнаха да се образуват галактики и супергалактики. Законите на Вселената са достигнали до вида, в който ги наблюдаваме днес.
Горната картина е съставена от няколко фундаментални теории и дава обща представа за формирането на Вселената в ранните етапи на нейното съществуване.
Откъде се е появила Вселената?
Ако Вселената е възникнала от космологична сингулярност, тогава откъде е дошла самата сингулярност? В момента е невъзможно да се даде точен отговор на този въпрос. Нека разгледаме някои космологични модели, засягащи "раждането на Вселената".
Циклични модели. Brane симулация (снимка)
Тези модели се основават на твърдението, че Вселената винаги е съществувала и с течение на времето нейното състояние само се променя, преминавайки от разширяване към компресия - и обратно.
***Модел на Steinhardt-Turok. Този модел се основава на теорията на струните (М-теория), тъй като използва обект като „брана“.
[Брана (от мембрана) в теорията на струните (М-теория) е хипотетичен фундаментален многоизмерен физически обект с размери, по-малки от размерите на пространството, в което се намира]
Според този модел видимата Вселена се намира вътре в трибрана, която периодично, на всеки няколко трилиона години, се сблъсква с друга трибрана, което предизвиква нещо като Големия взрив. След това нашата трибрана започва да се отдалечава от другата и да се разширява. В даден момент делът на тъмната енергия взема превес и скоростта на разширяване на трибраната се увеличава. Колосалното разширение разпръсква материята и радиацията толкова много, че светът става почти хомогенен и празен. В крайна сметка трите брани се сблъскват отново, карайки нашата да се върне към началната фаза на своя цикъл, отново раждайки нашата „Вселена“.
източник:
***Теорията на Лорис Баум и Пол Фрамптън също твърди, че Вселената е циклична. Според тяхната теория последният след Големия взрив ще се разшири поради тъмната енергия, докато се приближи до момента на „разпадане“ на самото пространство-време - Големия разрив. Както е известно, в „затворена система ентропията не намалява“ (вторият закон на термодинамиката). От това твърдение следва, че Вселената не може да се върне в първоначалното си състояние, тъй като по време на такъв процес ентропията трябва да намалее. Този проблем обаче се решава в рамките на тази теория. Според теорията на Баум и Фрамптън, миг преди Големия разрив, Вселената се разпада на много „парчета“, всеки от които има доста малка стойност на ентропията. Преживявайки серия от фазови преходи, тези „клапи“ на бившата Вселена генерират материя и се развиват подобно на оригиналната Вселена. Тези нови светове не взаимодействат един с друг, тъй като се разлитат със скорости, по-големи от скоростта на светлината. Така учените избягват и космологичната сингулярност, с която започва раждането на Вселената, според повечето космологични теории. Тоест, в момента на края на своя цикъл, Вселената се разпада на много други невзаимодействащи си светове, които ще се превърнат в нови вселени.
***Конформна циклична космология – цикличен модел на Роджър Пенроуз и Ваагн Гурзадян. Според този модел Вселената е в състояние да влезе в нов цикъл, без да нарушава втория закон на термодинамиката. Тази теория се основава на предположението, че черните дупки унищожават абсорбираната информация, което по някакъв начин „законно“ намалява ентропията на Вселената. Тогава всеки такъв цикъл от съществуването на Вселената започва с нещо като Голям взрив и завършва със сингулярност.
Други модели за произхода на Вселената
Сред другите хипотези, обясняващи появата на видимата Вселена, следните две са най-популярни:
***Хаотичната теория на инфлацията – теорията на Андрей Линде. Според тази теория съществува определено скаларно поле, което е нехомогенно в целия си обем. Тоест в различните области на Вселената скаларното поле има различни значения. След това, в областите, където полето е слабо, нищо не се случва, докато областите със силно поле започват да се разширяват (инфлация) поради неговата енергия, образувайки нови вселени. Такъв сценарий предполага съществуването на много светове, които не са възникнали едновременно и имат свой собствен набор от елементарни частици и, следователно, закони на природата.
***Теорията на Лий Смолин предполага, че Големият взрив не е началото на съществуването на Вселената, а е само фазов преход между двете й състояния. Тъй като преди Големия взрив Вселената е съществувала под формата на космологична сингулярност, близка по природа до сингулярността на черна дупка, Смолин предполага, че Вселената може да е възникнала от черна дупка.
Има и модели, в които вселените възникват непрекъснато, отделят се от родителите си и намират своето собствено място. Освен това изобщо не е необходимо едни и същи физически закони да са установени в такива светове. Всички тези светове са „вградени“ в единен пространствено-времеви континуум, но са толкова разделени в него, че не усещат взаимното си присъствие. Като цяло концепцията за инфлация позволява — наистина, принуждава! — да се счита, че в гигантския мегакосмос има много вселени, изолирани една от друга с различни структури.
Въпреки факта, че цикличните и други модели отговарят на редица въпроси, на които не може да се отговори от теорията за Големия взрив, включително проблема с космологичната сингулярност. И все пак, когато се комбинира с инфлационната теория, Големият взрив обяснява по-пълно произхода на Вселената и също така е в съгласие с много наблюдения.
Днес изследователите продължават интензивно да изучават възможните сценарии за произхода на Вселената, но е невъзможно да се даде неопровержим отговор на въпроса „Как се е появила Вселената?“ - едва ли ще успее в близко бъдеще. Има две причини за това: прякото доказателство на космологичните теории е практически невъзможно, само косвено; Дори теоретично не е възможно да се получи точна информация за света преди Големия взрив. Поради тези две причини учените могат само да представят хипотези и да изграждат космологични модели, които най-точно ще опишат природата на Вселената, която наблюдаваме.