W świecie naukowym powszechnie przyjmuje się, że Wszechświat powstał w wyniku Wielkiego Wybuchu. Teoria ta opiera się na fakcie, że energia i materia (podstawy wszystkiego) znajdowały się wcześniej w stanie osobliwości. Ten z kolei charakteryzuje się nieskończonością temperatury, gęstości i ciśnienia. Sam stan osobliwości odrzuca wszelkie prawa fizyki znane współczesnemu światu. Naukowcy uważają, że Wszechświat powstał z mikroskopijnej cząstki, która z wciąż nieznanych powodów w odległej przeszłości weszła w stan niestabilny i eksplodowała.
Terminu „Wielki Wybuch” zaczęto używać w 1949 r. po opublikowaniu w publikacjach popularnonaukowych prac naukowca F. Hoyle’a. Dziś teoria „dynamicznie ewoluującego modelu” jest tak dobrze rozwinięta, że fizycy są w stanie opisać procesy zachodzące we Wszechświecie w ciągu 10 sekund po eksplozji mikroskopijnej cząstki, która położyła podwaliny pod wszystko.
Istnieje kilka dowodów potwierdzających tę teorię. Jednym z głównych jest kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła, które przenika cały Wszechświat. Według współczesnych naukowców mógł powstać dopiero w wyniku Wielkiego Wybuchu, w wyniku interakcji mikroskopijnych cząstek. To właśnie promieniowanie reliktowe pozwala nam poznać czasy, kiedy Wszechświat był jak płonąca przestrzeń, nie było gwiazd, planet i samej galaktyki. Za drugi dowód narodzin wszystkich rzeczy z Wielkiego Wybuchu uważa się kosmologiczne przesunięcie ku czerwieni, które polega na spadku częstotliwości promieniowania. Potwierdza to usuwanie gwiazd i galaktyk w szczególności z Drogi Mlecznej i w ogóle od siebie nawzajem. Oznacza to, że Wszechświat rozszerzał się wcześniej i kontynuuje to do dziś.
Krótka historia wszechświata
- 10 -45 - 10 -37 sek- ekspansja inflacyjna
- 10 -6 sek- pojawienie się kwarków i elektronów
- 10 -5 sek- powstawanie protonów i neutronów
- 10 -4 sek. - 3 min- pojawienie się jąder deuteru, helu i litu
- 400 tysięcy lat- powstawanie atomów
- 15 milionów lat- kontynuacja ekspansji chmury gazu
- 1 miliard lat- narodziny pierwszych gwiazd i galaktyk
- 10 - 15 miliardów lat- pojawienie się planet i inteligentnego życia
- 10 14 miliardów lat- ustanie procesu narodzin gwiazd
- 10 37 miliardów lat- wyczerpywanie się energii wszystkich gwiazd
- 10 40 miliardów lat- parowanie czarnych dziur i narodziny cząstek elementarnych
- 10 100 miliardów lat- zakończenie parowania wszystkich czarnych dziur
Teoria Wielkiego Wybuchu była prawdziwym przełomem w nauce. Pozwoliło to naukowcom odpowiedzieć na wiele pytań dotyczących narodzin Wszechświata. Ale jednocześnie teoria ta zrodziła nowe tajemnice. Głównym z nich jest przyczyna samego Wielkiego Wybuchu. Drugie pytanie, na które współczesna nauka nie ma odpowiedzi, dotyczy tego, jak pojawiła się przestrzeń i czas. Według niektórych badaczy narodziły się wraz z materią i energią. Oznacza to, że są one wynikiem Wielkiego Wybuchu. Ale potem okazuje się, że czas i przestrzeń muszą mieć jakiś początek. Oznacza to, że pewna istota, stale istniejąca i niezależna od swoich wskaźników, mogła równie dobrze zainicjować procesy niestabilności w mikroskopijnej cząstce, która dała początek Wszechświatowi.
Im więcej badań prowadzi się w tym kierunku, tym więcej pytań mają astrofizycy. Odpowiedzi na nie czekają ludzkość w przyszłości.
> 10 niesamowitych teorii na temat powstania Wszechświata
Jeśli krótko opiszemy nowoczesną ideę, otrzymamy: „Na początku była pustka, a potem nastąpił wybuch”. Współczesna nauka jest przekonana, że następuje ekspansja, o czym świadczy obecność kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła i przesunięcie w stronę czerwonego końca widma. Ale nie wszyscy w to wierzą. Na przestrzeni lat pojawiły się alternatywne historie początku wszystkiego i niektóre zasługują na uwagę.
Stan stabilny
Albert Einstein napisał, że bardziej wierzy w myśl Freda Hoyle'a, że nieskończona ekspansja przy zachowaniu stałej gęstości jest możliwa, jeśli nowa materia zostanie dodana w procesie nieprzewidywalnego generowania.
Idea ta zrodziła się w 1948 roku z założenia, że Wszechświat wygląda dokładnie tak samo w każdym punkcie. Oznacza to, że przestrzeń pozbawiona jest punktu początkowego i końcowego. W 1960 roku zyskała popularność. Kiedy pojawiły się dowody ekspansji, zwolennicy donieśli, że nowa materia powinna tworzyć się spontanicznie, ale z niewielkim przyspieszeniem. Jednak argumenty zostały zniszczone przez pojawienie się kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła.
Zmęczone światło
To Edwin Hubble zauważył, że długości fal światła pochodzącego z odległych galaktyk zbliżają się do widma czerwonego. Oznacza to, że fotony w jakiś sposób straciły energię. Najczęściej ten punkt jest wyjaśniany w temacie uniwersalnej ekspansji jako efekt Dopplera. Jednak zwolennicy poglądu o stabilnym wszechświecie uważają, że energia jest tracona, gdy fotony przemieszczają się w przestrzeni i przesuwają się na dłuższą długość fali. Zostało to wyrażone przez Fritza Zwicky'ego w 1929 roku.
Teoria napotyka wiele problemów. Zacznijmy od tego, że nie ma nic, co mogłoby przekształcić energię fotonu bez zmiany pędu (prowadziłoby to do rozmycia). Nie może wyjaśnić wzorców emisji światła w rozszerzalnej przestrzeni. Ponadto większość tych modeli opiera się na nierozszerzającym się Wszechświecie, co w żaden sposób nie jest zgodne z obserwacjami.
Niekończąca się inflacja
Wiele nowoczesnych modeli opiera się na krótkim okresie inflacji wywołanej energią próżni. Następnie energia rozpadła się na rodzaj gorącego bulionu plazmowego, z którego utworzyły się atomy, cząsteczki itp. Teoria ta głosi jednak, że proces inflacyjny nigdy się nie zakończył. Zwolennicy uważają, że cała nasza przestrzeń działa jak pojedyncza bańka, zlokalizowana wśród innych wszechświatów o stałej inflacji.
Jeśli w pobliżu znajdują się dwa wszechświaty, mogą one doprowadzić do wzajemnego niepowodzenia w czasoprzestrzeni. Jeśli teoria jest słuszna, to powinniśmy zauważyć pewne nieprawidłowości w kosmicznym mikrofalowym promieniowaniu tła. Podobne idee zjednoczył Andrei Linde i nazwał „wieczną chaotyczną ekspansją”. Nie ma tu potrzeby Wielkiego Wybuchu, ponieważ ekspansja może rozpocząć się w dowolnym punkcie przestrzeni skalarnej.
Miraż w 4D
W modelu konwencjonalnym eksplozja nastąpiła z nieskończenie gęstej formacji, co utrudnia wyjaśnienie, dlaczego przestrzeń ma prawie jednolity wskaźnik temperatury. Są tacy, którzy uważają, że przyczyną jest nieznana forma energii powodująca ekspansję. Naukowcy zasugerowali, że świat może istnieć jako trójwymiarowy miraż powstały na horyzoncie gwiazdy 4D przekształcającej się w czarną dziurę.
Oznacza to, że przestrzeń, którą znamy, jest tylko jedną stroną wolumetrycznego wszechświata o czterech wymiarach. Jeśli zawiera gwiazdy 4D, będą zachowywać się tak samo jak pozostałe. Trójwymiarowe czarne dziury zlokalizowane są na kulistej powierzchni, a horyzont zdarzeń ma kształt hipersfery. Po symulowaniu śmierci tej gwiazdy odkryli, że nasza przestrzeń może okazać się jedynie mirażem powstałym z pozostałości jej zewnętrznych warstw.
Lustrzany Wszechświat
Fizyka staje przed problemem: wszystkie modele doskonale sprawdzają się przy charakteryzowaniu przestrzeni, niezależnie od kierunku czasowego. W rzeczywistości rozumiemy, że czas tylko pędzi do przodu, co oznacza, że jest wytworem entropii, gdzie porządek rozpływa się w nieporządek. Problem w tym, że teoria zakłada, że wszystko zaczęło się od wysokiej organizacji i niskiej entropii. Wiele osób uważa, że grawitacja powoduje, że kierunek czasu pędzi do przodu.
Na poparcie tej tezy naukowcy przyjrzeli się symulacjom 1000 cząstek punktowych stykających się pod wpływem grawitacji Newtona. Okazało się, że przy dowolnej wielkości i ilości przekształcają się one w minimalne wskaźniki. Następnie system rozszerza się w obu kierunkach, tworząc przeciwne „strzałki czasu”. Oznacza to, że Wielki Wybuch wytworzył jednocześnie dwa wszechświaty, które wzajemnie się odzwierciedlają.
Nie początek, ale przejście
Znany nam punkt wyjścia nie stał się początkiem narodzin wszystkiego, ale jedynie kolejnym krokiem, ponieważ przechodzi przez powtarzające się momenty. Z biegiem czasu geometria przestrzenna zmienia się i staje się czymś bardziej zagmatwanym. Nazywa się to tensorem krzywizny Weyla – zaczyna się od zera i rośnie z czasem. Fizycy uważają, że czarne dziury zmniejszają entropię wszechświata. Kiedy nadejdzie koniec świata i dziury stracą energię, przestrzeń stanie się jednorodna i przepełniona niepotrzebnymi rezerwami energii.
Tutaj symetria geometrii pojawia się w różnych wielkościach, ale w jednej formie. Transformacja ta doprowadzi do tego, że geometria przestrzenna ulegnie wygładzeniu, a zdegradowane cząstki powrócą do położenia o zerowej entropii. Wtedy Wszechświat powróciłby do swojego pierwotnego punktu, tworząc nową eksplozję.
Zimny start i kurcząca się przestrzeń
Po osobliwości materia opadła w gęstą i gorącą przestrzeń, po czym zaczęła powoli rosnąć przez miliardy lat. Jednak nie do końca zgadza się to z ogólną teorią względności i mechaniką kwantową. Z tego powodu Christoff Wetterich uważa, że początkowo przestrzeń mogła być chłodna i pusta. Został aktywowany jedynie w wyniku skurczu, a nie rozszerzenia. Tutaj przesunięcie ku czerwieni jest spowodowane ogromnym powiększeniem. Problem w tym, że pomiarów nie da się udowodnić, bo możemy porównywać jedynie stosunek mas, a nie same masy.
Przestrzeń życiowa
Teoria Jima Cartera opiera się na idei stabilnych, hierarchicznych okręgów, które działają jak okrągłe obiekty mechaniczne. Uważa, że całą przestrzeń reprezentują pokolenia kręgów, które powstają w wyniku reprodukcji i podziału. Ta myśl przyszła po obserwacji idealnego pierścienia bąbelkowego. Carter uważa, że synchronizacja pierścieni jest lepszym dopasowaniem obserwacyjnym niż Wielki Wybuch. Przestrzeń życiowa wskazuje, że co najmniej jeden atom wodoru istniał przez cały czas.
Wszystko zaczęło się od antywodoru. Cząstka miała masę obecnej przestrzeni i była protonem i antyprotonem. Ten ostatni rozszerzał się szybciej niż pierwszy, powodując utratę względnej masy. Następnie zbliżyli się, aż pierwiastek ujemny wchłonął dodatni i powstał antyneutron. Nie miał również zrównoważonej masy, ale powrócił do równowagi, rozpadając się na dwa nowe neutrony. Powstały formacje, których części nie dało się rozdzielić. Elektrony połączyły się z protonami, tworząc pierwsze atomy wodoru. Proces ten doprowadził do pojawienia się wszystkich znanych nam obiektów kosmicznych.
Przestrzeń plazmowa
Główny nacisk położony jest na elektromagnetyzm jako siłę napędową. Już w 1946 roku pojawił się materiał Immanuela Velikovsky'ego, który uważał, że siła grawitacji jest zjawiskiem elektromagnetycznym. Powstaje z powodu ładunków atomowych i swobodnych, a także pola magnetycznego ciał niebieskich. Teoria była nadal rozwijana w latach 70. XX wieku, zastępując procesy termojądrowe w gwiazdach procesami elektrycznymi.
Zgodnie z teorią wszystkie gwiazdy zasilane są przez poruszające się prądy, a wiele zjawisk niebieskich to procesy elektryczne. Przestrzeń wypełniona jest wielkoskalowymi nitkami elektronów i jonów, skręcającymi się pod wpływem sił elektromagnetycznych. Zwolennicy uważają, że wszechświat nie ma granic i że teoria Wielkiego Wybuchu błędnie obliczyła gęstość głównych pierwiastków. W dodatku nie jest to zgodne z prawem zachowania energii, bo wszystko powstało z niczego.
Bindu
Staraliśmy się nie poruszać religijnych opowieści o stworzeniu Wszechświata, ale dotkniemy wiary hinduskiej, która może mieć podstawy naukowe. Zacznijmy od tego, że jest to jak dotąd jedyna religia, której skale czasowe pokrywają się ze wskaźnikami naukowymi. Ich wiara opiera się na bindu, co tłumaczy się jako „eksplozja” lub „punkt”. Ludzie wierzą, że bindu stworzyło fale dźwiękowe „om”, które oznaczają Bóstwo lub Ostateczną Rzeczywistość. Dźwięk ten interpretowany jest jako fale wibracyjne punktu początkowego. Upaniszady mówią, że Brahman chciał stać się wszystkim i osiągnął to poprzez zdarzenie eksplozji.
Jak powstał nasz Wszechświat? Czy zawsze tam była? A jeśli nie, to skąd się to wzięło? I kiedy? A jeśli wszechświat miał początek, czy to oznacza, że będzie koniec?
Do początku ubiegłego wieku naukowcy wierzyli, że Wszechświat jest wieczny i niezmienny. Ale jeszcze przed teoriami naukowymi istniała inna opinia: świat został stworzony przez Boga. Powstanie Wszechświata, życia i człowieka jest racjonalnym aktem twórczym dokonanym przez Boga, stwórcę i wszechmocnego, którego natura jest niepojęta dla ludzkiego umysłu. Do tej pory połowa ludzkości wierzy w tę czy inną wersję pochodzenia Wszechświata.
A w XX wieku pojawiła się inna wersja pochodzenia Wszechświata - teoria „wielkiego wybuchu”. Zaczęło się, gdy w 1929 roku Edwin Hubble odkrył, że światło z bardziej odległych galaktyk jest „bardziej czerwone” niż światło z bliższych. Odkryto to dzięki efektowi Dopplera (zależność długości fali światła od prędkości źródła światła). Ponieważ bardziej odległe galaktyki wydają się bardziej „czerwone”, założono, że oddalają się od naszej Galaktyki z większą prędkością. Tak naprawdę to nie pojedyncze galaktyki rozpraszają się, a już na pewno nie pojedyncze gwiazdy. Galaktyki są powiązane siłami grawitacyjnymi i tworzą gromady. Bez względu na to, w którą stronę spojrzysz, gromady galaktyk oddalają się od Ziemi z tą samą prędkością i może się wydawać, że nasza Galaktyka jest centrum Wszechświata, ale tak nie jest. Gdziekolwiek obserwator się znajdzie, wszędzie zobaczy ten sam obraz – wszystkie galaktyki się od niego rozpraszają.
Ale gromady galaktyk mogą się od siebie oddalać tylko od pewnego początku. Oznacza to, że wszystkie galaktyki musiały narodzić się w jednym punkcie. Oznacza to, że był czas, kiedy Wszechświat był nieskończenie mały i nieskończenie gęsty. Następnie punkt ten eksplodował z ogromną siłą. Obliczenia pokazują, że stało się to około 15 miliardów lat temu. W momencie takiej eksplozji temperatura była bardzo wysoka i powinno pojawić się mnóstwo kwantów światła.
Jak nasz ogromny Wszechświat mógłby zmieścić się w małym punkcie? Ile jest teraz gwiazd i galaktyk! Całkowita energia i masa Wszechświata wydaje się być ogromna. Faktem jest, że we Wszechświecie istnieje nie tylko materia, ale także pole grawitacyjne. Wiadomo, że jego energia jest ujemna i dokładnie kompensuje energię zawartą w cząstkach, planetach, gwiazdach i innych masywnych obiektach. Zatem prawo zachowania energii jest doskonale spełnione, a całkowita energia i masa naszego Wszechświata są praktycznie równe zeru. Proces narodzin Wszechświata „praktycznie z niczego” opiera się na obliczeniach ściśle naukowych.
Pierwsze potwierdzenie eksplozji nastąpiło w 1964 roku, kiedy amerykańscy radioastronomowie R. Wilson i A. Penzias odkryli reliktowe promieniowanie elektromagnetyczne. To właśnie to, nieoczekiwane dla naukowców odkrycie, przekonało ich, że Wielki Wybuch naprawdę miał miejsce, a na samym początku jego istnienia Wszechświat był bardzo gorący.
Co to jest kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła? ? Według teorii Wielkiego Wybuchu wszechświat powstał w wyniku ogromnej eksplozji, która stworzyła przestrzeń i czas oraz całą otaczającą nas materię i energię. Nowo narodzony Wszechświat przeszedł etap niezwykle szybkiej ekspansji i do około 300 tysięcy lat był wrzącym kotłem elektronów, protonów, neutrin i promieniowania. Ogólna ekspansja Wszechświata stopniowo ochłodziła to środowisko, a gdy temperatura spadła do kilku tysięcy stopni, nadszedł czas na powstanie stabilnych atomów. W wyniku ekspansji pierwotne promieniowanie stało się znacznie mniej intensywne, ale nie zanikło całkowicie. To właśnie odkryli amerykańscy naukowcy.
Wszystko to jest wspaniałe, ale pozostaje pytanie: jeśli Wszechświat był pierwotnie skompresowany w punkt, to co doprowadziło go do tego stanu? Po zakręcie wróciliśmy na początek. Jak powstał nasz Wszechświat?
7 marca 2015, 18:50Wszechświat- to cały nieskończony świat wokół nas. To są inne planety i gwiazdy, nasza planeta Ziemia, jej rośliny i zwierzęta, ty i ja - to wszystko to Wszechświat, w tym to, co poza Ziemią - przestrzeń kosmiczna, planety, gwiazdy. To materia bez końca i krawędzi, przybierająca najróżniejsze formy swego istnienia.
Wszechświat- to jest wszystko, co istnieje. Od najmniejszych ziaren pyłu i atomów po ogromne nagromadzenia materii światów i układów gwiezdnych. Wszechświat, czyli przestrzeń, składa się z gigantycznych gromad gwiazd.
Skąd to wszystko się wzięło?
Istnieje kilka teorii, z których najpopularniejszą jest teoria Wielkiego Wybuchu.
70 lat temu amerykański astronom Edwin Hubble odkrył, że galaktyki znajdują się w czerwonej części widma kolorów. To, zgodnie z „efektem Dopplera”, oznaczało, że oddalały się od siebie. Co więcej, światło z galaktyk bardziej odległych jest „bardziej czerwone” niż światło z galaktyk bliższych, co wskazuje na mniejszą prędkość galaktyk odległych. Obraz rozproszenia ogromnych mas materii uderzająco przypominał obraz eksplozji. Następnie zaproponowano teorię Wielkiego Wybuchu.
Według obliczeń stało się to około 13,7 miliarda lat temu. W momencie eksplozji Wszechświat był „punktem” o wymiarach 10–33 centymetrów. Zasięg obecnego Wszechświata astronomowie szacują na 156 miliardów lat świetlnych (dla porównania: „punkt” jest tyle razy mniejszy od protonu – jądra atomu wodoru, ile sam proton jest mniejszy od Księżyca).
Substancja w „punkcie” była niezwykle gorąca, co oznacza, że podczas eksplozji pojawiło się wiele kwantów światła. Oczywiście z czasem wszystko się ochładza, a kwanty rozpraszają po powstającej przestrzeni, jednak echa Wielkiego Wybuchu powinny przetrwać do dziś.
Pierwsze potwierdzenie eksplozji nastąpiło w 1964 roku, kiedy amerykańscy radioastronomowie R. Wilson i A. Penzias odkryli reliktowe promieniowanie elektromagnetyczne o temperaturze około 3° w skali Kelvina (–270° C). To odkrycie, nieoczekiwane dla naukowców, uznano za Wielki Wybuch.
Tak więc z supergorącej chmury cząstek subatomowych stopniowo rozszerzającej się we wszystkich kierunkach zaczęły stopniowo powstawać atomy, substancje, planety, gwiazdy i galaktyki, aż w końcu pojawiło się życie. Wszechświat wciąż się rozszerza i nie wiadomo, jak długo to potrwa. Być może pewnego dnia osiągnie swój limit.
Teoria Wielkiego Wybuchu pozwoliła odpowiedzieć na wiele pytań stojących przed kosmologią, ale niestety, a może i na szczęście, postawiła także wiele nowych. W szczególności: co wydarzyło się przed Wielkim Wybuchem? Co doprowadziło do początkowego nagrzania Wszechświata do niewyobrażalnej temperatury większej niż 1032 stopni K? Dlaczego Wszechświat jest zaskakująco jednorodny, podczas gdy podczas każdej eksplozji materia rozprasza się w różnych kierunkach niezwykle nierównomiernie?
Ale główną tajemnicą jest oczywiście „fenomen”. Nie wiadomo skąd się wziął i jak powstał. W publikacjach popularnonaukowych temat „zjawiska” jest zwykle całkowicie pomijany, a w specjalistycznych publikacjach naukowych pisze się o nim jako o czymś nie do przyjęcia z naukowego punktu widzenia. Stephen Hawking, światowej sławy naukowiec i profesor na Uniwersytecie w Cambridge oraz J. F. R. Ellis, profesor matematyki na Uniwersytecie w Cape Town, mówią to wprost w swojej książce „The Long Scale of Space-Time Structure”: „Nasz Wyniki potwierdzają koncepcję, że Wszechświat powstał skończoną liczbę lat temu. Jednak punkt wyjścia teorii powstania Wszechświata w wyniku Wielkiego Wybuchu – tzw. „fenomenu” – leży poza znanymi prawami fizyki.”
Należy wziąć pod uwagę, że problem „zjawiska” jest jedynie częścią znacznie większego problemu, problemu samego źródła stanu początkowego Wszechświata. Innymi słowy: jeśli Wszechświat był pierwotnie skompresowany w punkt, to co doprowadziło go do tego stanu?
Próbując obejść problem „zjawiska”, część naukowców proponuje inne hipotezy. Jedną z nich jest teoria „pulsującego Wszechświata”. Zgodnie z nią Wszechświat w nieskończoność, raz po raz albo kurczy się do pewnego punktu, albo rozszerza się do pewnych granic. Taki Wszechświat nie ma początku ani końca, istnieją jedynie cykle ekspansji i kurczenia się. Jednocześnie autorzy hipotezy twierdzą, że Wszechświat istniał od zawsze, pozornie eliminując w ten sposób kwestię „początku świata”.
Ale faktem jest, że nikt nie przedstawił jeszcze zadowalającego wyjaśnienia mechanizmu pulsacji. Dlaczego to się dzieje? Jakie są powody? Laureat Nagrody Nobla, fizyk Steven Weinberg, w swojej książce „Pierwsze trzy minuty” zwraca uwagę, że przy każdej regularnej pulsacji we Wszechświecie stosunek liczby fotonów do liczby nukleonów musi nieuchronnie wzrastać, co prowadzi do wyginięcia nowe pulsacje. Weinberg dochodzi do wniosku, że zatem liczba cykli pulsacji Wszechświata jest skończona, co oznacza, że w pewnym momencie muszą się one zatrzymać. W konsekwencji „pulsujący Wszechświat” ma koniec, a zatem ma także początek.
Inną teorią powstania Wszechświata jest teoria „białych dziur”, czyli kwazarów, które „wyplują” z siebie całe galaktyki.
Interesująca jest także teoria „tuneli czasoprzestrzennych” czy „kanałów kosmicznych”. Ideę o nich po raz pierwszy wyraził w 1962 roku amerykański fizyk teoretyczny John Wheeler w książce „Geometrodynamika”, w której badacz sformułował możliwość międzywymiarowych, niezwykle szybkich podróży międzygalaktycznych. Niektóre wersje koncepcji „kanałów kosmicznych” uwzględniają możliwość wykorzystania ich do podróży w przeszłość i przyszłość, a także do innych wszechświatów i wymiarów.
Fizyk ze Stanford, Andrei Linde, zadaje pytania, na które teoria Wielkiego Wybuchu nie potrafi odpowiedzieć. Niektóre z nich zostały wyrażone w artykule z 2007 roku w magazynie Stanford Alumni: „Co dokładnie eksplodowało? Dlaczego eksplodował w tym konkretnym momencie i wszędzie naraz? Co istniało przed Wielkim Wybuchem?
Zdaniem Linde Wielki Wybuch nie był pojedynczym wydarzeniem, ale raczej nieuporządkowaną i rozproszoną inflacją. W latach 80. rozwinął swoją chaotyczną teorię inflacji: ekspansje przypominające Wielki Wybuch mogą wystąpić w dowolnym miejscu przestrzeni, pod warunkiem wystarczającej energii potencjalnej.
„Zakładaliśmy, że cały wszechświat został stworzony w jednym momencie” – mówi Linde. - Ale właściwie tak nie jest”.
Badania kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła przeprowadzone w latach 90. XX wieku wykazały jego różną intensywność, co dostarcza dowodów na poparcie chaotycznej teorii inflacji.
Linde uważa, że z bardzo szerokiej perspektywy kosmos nie mieści się w ramach stworzonych przez naukę: „Zamiast Wszechświata, w którym obowiązuje jedno prawo fizyki, wieczna chaotyczna inflacja tworzy obraz samoreplikującego się i wiecznego multiwersu, w którym wszystko jest możliwe” – mówi Linde. - Linie równoległe mogą przecinać się na bardzo duże odległości. Prawa fizyki mogą się zmienić... Po prostu nie jesteśmy w stanie zobaczyć, kiedy to się stanie. Jesteśmy jak mrówki w wielkiej kuli.”
Inne teorie na temat pochodzenia Wszechświata:
Teoria ekpyrotyczna
Zwolennicy tej teorii wierzą, że istnieje Wszechświat równoległy do naszego, który od czasu do czasu zderza się ze swoją „siostrą”. Energia zderzenia prowadzi do ogromnych zaburzeń w przestrzeni, w wyniku czego pojawiają się cząsteczki, które następnie tworzą mgławice gazowe, galaktyki, gwiazdy i inne ciała kosmiczne.
Po zderzeniu Wszechświaty rozpraszają się, ale im dalej się rozpraszają, tym bardziej zaczynają się przyciągać (a dlaczego nie?). Stopniowo zaczynają się ponownie zbliżać i do tego czasu w obu Wszechświatach nie ma już gwiazd ani innych obiektów, wszystko jest równomiernie rozmieszczone zgodnie z Drugą Zasadą Termodynamiki.
Wszechświaty ponownie się zderzają i ponownie energia zderzenia tworzy cząstki i tak dalej, jest to niekończący się cykl.
Białe dziury
Wszyscy słyszeliśmy o istnieniu czarnych dziur. Generalnie, na chwilę obecną ich istnienia można się domyślać jedynie na podstawie zaburzenia pól grawitacyjnych/odchylenia światła. Ale naukowcy już mówią o istnieniu białych dziur. W końcu, jeśli materia zostanie pochłonięta przez czarną dziurę, musi zostać gdzieś wyrzucona, prawda?
Teoretycznie istnieją punkty, w których materia jest wyrzucana, a nie absorbowana. Jak dotąd nie zostały one wykryte, jednak zwolennicy tej teorii nie tracą nadziei na odkrycie białej dziury w najbliższej przyszłości.
Ogólnie rzecz biorąc, istnienie białych dziur, jeśli rzeczywiście zostaną odkryte, narusza kilka podstawowych praw fizyki. A jeśli rzeczywiście odkryta zostanie biała dziura, wówczas trzeba będzie załatać podstawy obecnej nauki, i to bardzo gruntownie (nawiasem mówiąc, jeszcze raz).
Wszechświat jest produktem czarnej dziury
Bardzo interesująca teoria, według której czarne dziury wyrzucające materię w nieznane miejsce tak naprawdę tworzą nowe Wszechświaty, które po deszczu pojawiają się jeszcze szybciej niż grzyby. Każda cząstka wchłonięta przez czarną dziurę może być początkiem nowego Wszechświata, po tym jak obdarzona ogromną energią cząstka eksploduje. To będzie Wielki Wybuch, a takich Wybuchów jest wiele.
Każdy wygenerowany Wszechświat generuje z kolei nowe czarne dziury, a te – nowe Wszechświaty. Ogólnie kręci mi się w głowie, bardzo trudno sobie wyobrazić cały ten niekończący się wicher.
Kwantowa teoria światów
Teoria ta jest bardzo często wykorzystywana przez pisarzy science fiction w swoich dziełach. Jego istota polega na ciągłym rozgałęzianiu odmian. Na przykład teraz decydujesz, czy iść do sklepu, czy włączyć telewizor. W jednym przypadku idziesz do sklepu, w innym włączasz telewizor. Mamy już dwa Wszechświaty, które bardzo niewiele się od siebie różnią, ale im dalej idziemy, tym różnice są silniejsze.
Ogólnie rzecz biorąc, odmiany „rozgałęziają się” w zależności od wielu czynników, w tym zachowania atomów poruszających się w różnych kierunkach i tak dalej. W rezultacie co chwila pojawiają się miliardy miliardów nowych niezmienności, a im dalej są od siebie, tym bardziej różnią się te Wszechświaty.
Obrazowo można to sobie wyobrazić jako wentylator, którego każde ostrze jest dzielone w nieskończoność, a każda kolejna część jest dzielona ponownie i tak dalej…
Jednym z głównych pytań, które nie opuszcza ludzkiej świadomości, zawsze było i jest pytanie: „jak pojawił się Wszechświat?” Oczywiście nie ma jednoznacznej odpowiedzi na to pytanie i jest mało prawdopodobne, że zostanie ona wkrótce uzyskana, ale nauka pracuje w tym kierunku i tworzy pewien teoretyczny model pochodzenia naszego Wszechświata. Przede wszystkim należy rozważyć podstawowe właściwości Wszechświata, które należy opisać w ramach modelu kosmologicznego.
***Model musi uwzględniać obserwowane odległości pomiędzy obiektami, a także prędkość i kierunek ich ruchu. Obliczenia takie opierają się na prawie Hubble'a: cz = H0D, gdzie z jest przesunięciem ku czerwieni obiektu, D jest odległością do tego obiektu, c jest prędkością światła.
***Wiek Wszechświata w modelu musi przekraczać wiek najstarszych obiektów na świecie.
***W modelu należy uwzględnić początkową liczebność pierwiastków.
***Model musi uwzględniać obserwowaną wielkoskalową strukturę Wszechświata.
***Model musi uwzględniać obserwowane tło reliktowe.
Krótka historia wszechświata. Osobliwość w wyobrażeniu artysty (zdjęcie)
Rozważmy pokrótce ogólnie przyjętą teorię pochodzenia i wczesnej ewolucji Wszechświata, popieraną przez większość naukowców. Dziś teoria Wielkiego Wybuchu odnosi się do połączenia modelu gorącego Wszechświata z Wielkim Wybuchem. I choć pojęcia te początkowo istniały niezależnie od siebie, w wyniku ich unifikacji udało się wyjaśnić pierwotny skład chemiczny Wszechświata, a także obecność kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła.
Według tej teorii Wszechświat powstał około 13,77 miliardów lat temu z jakiegoś gęstego, ogrzanego obiektu – stanu osobliwego, który jest trudny do opisania w ramach współczesnej fizyki. Problem z osobliwością kosmologiczną polega między innymi na tym, że przy jej opisie większość wielkości fizycznych, takich jak gęstość i temperatura, dąży do nieskończoności. Jednocześnie wiadomo, że przy nieskończonej gęstości entropia (miara chaosu) powinna dążyć do zera, co w żaden sposób nie jest zgodne z nieskończoną temperaturą.
Ewolucja Wszechświata
***Pierwsze 10-43 sekundy po Wielkim Wybuchu nazywane są etapem chaosu kwantowego. Natury wszechświata na tym etapie istnienia nie da się opisać w ramach znanej nam fizyki. Ciągła, zjednoczona czasoprzestrzeń rozpada się na kwanty.
***Moment Plancka to moment końca chaosu kwantowego, który przypada na 10 w ciągu -43 sekund. W tym momencie parametry Wszechświata były równe wartościom Plancka, np. temperatura Plancka (około 1032 K). W momencie ery Plancka wszystkie cztery podstawowe oddziaływania (słabe, silne, elektromagnetyczne i grawitacyjne) zostały połączone w jedno oddziaływanie. Nie można uznać momentu Plancka za jakiś długi okres, ponieważ współczesna fizyka nie działa z parametrami mniejszymi niż moment Plancka.
***Faza inflacji. Kolejnym etapem w historii Wszechświata był etap inflacyjny. W pierwszym momencie inflacji oddziaływanie grawitacyjne zostało oddzielone od pojedynczego pola supersymetrycznego (wcześniej obejmującego pola oddziaływań fundamentalnych). W tym okresie w materii panuje podciśnienie, które powoduje wykładniczy wzrost energii kinetycznej Wszechświata. Mówiąc najprościej, w tym okresie Wszechświat zaczął bardzo szybko się rozszerzać, a pod koniec energia pól fizycznych zamieniła się w energię zwykłych cząstek. Pod koniec tego etapu temperatura substancji i promieniowania znacznie wzrasta. Wraz z zakończeniem fazy inflacyjnej pojawia się także silna interakcja. Również w tym momencie powstaje asymetria barionowa Wszechświata.
[Asymetria barionowa Wszechświata jest obserwowanym zjawiskiem przewagi materii nad antymaterią we Wszechświecie]
***Etap dominacji promieniowania. Kolejny etap rozwoju Wszechświata, który obejmuje kilka etapów. Na tym etapie temperatura Wszechświata zaczyna spadać, powstają kwarki, następnie hadrony i leptony. W dobie nukleosyntezy następuje powstawanie początkowych pierwiastków chemicznych i synteza helu. Jednak w materii nadal dominuje promieniowanie.
***Era dominacji substancji. Po 10 000 latach energia substancji stopniowo przewyższa energię promieniowania i następuje ich rozdzielenie. W promieniowaniu zaczyna dominować materia i pojawia się reliktowe tło. Również oddzielenie materii za pomocą promieniowania znacznie wzmogło początkowe niejednorodności w rozkładzie materii, w wyniku czego zaczęły powstawać galaktyki i supergalaktyki. Prawa Wszechświata przybrały taką formę, w jakiej je dzisiaj obserwujemy.
Powyższy obraz składa się z kilku podstawowych teorii i daje ogólne pojęcie o powstaniu Wszechświata we wczesnych stadiach jego istnienia.
Skąd wziął się Wszechświat?
Jeśli Wszechświat powstał z kosmologicznej osobliwości, to skąd wzięła się sama osobliwość? Nie da się obecnie udzielić dokładnej odpowiedzi na to pytanie. Rozważmy kilka modeli kosmologicznych wpływających na „narodziny Wszechświata”.
Modele cykliczne. Symulacja Brane'a (zdjęcie)
Modele te opierają się na założeniu, że Wszechświat istniał zawsze i z biegiem czasu jego stan jedynie się zmienia, przechodząc od ekspansji do kompresji i z powrotem.
***Model Steinhardta-Turoka. Model ten opiera się na teorii strun (M-teorii), ponieważ wykorzystuje obiekt taki jak „brana”.
[Brana (z membrany) w teorii strun (M-teorii) to hipotetyczny, fundamentalny wielowymiarowy obiekt fizyczny o wymiarze mniejszym niż wymiar przestrzeni, w której się znajduje]
Według tego modelu widzialny Wszechświat znajduje się wewnątrz trójbramy, która okresowo, co kilka bilionów lat, zderza się z inną trójbraną, co powoduje coś w rodzaju Wielkiego Wybuchu. Następnie nasza trójbrana zaczyna oddalać się od drugiej i rozszerzać. W pewnym momencie udział ciemnej energii bierze górę i tempo ekspansji trzech bram wzrasta. Kolosalna ekspansja tak bardzo rozprasza materię i promieniowanie, że świat staje się niemal jednorodny i pusty. W końcu trzy brany ponownie się zderzają, powodując powrót naszej do początkowej fazy cyklu, ponownie dając początek naszemu „Wszechświatowi”.
Źródło:
***Teoria Lorisa Bauma i Paula Framptona również stwierdza, że Wszechświat ma charakter cykliczny. Według ich teorii ta ostatnia po Wielkim Wybuchu będzie się rozszerzać pod wpływem ciemnej energii, aż zbliży się do momentu „rozpadu” samej czasoprzestrzeni – Wielkiego Rozdarcia. Jak wiadomo, w „układzie zamkniętym entropia nie maleje” (druga zasada termodynamiki). Z tego stwierdzenia wynika, że Wszechświat nie może powrócić do swojego pierwotnego stanu, gdyż podczas takiego procesu entropia musi się zmniejszyć. Jednak problem ten został rozwiązany w ramach tej teorii. Według teorii Bauma i Framptona na chwilę przed Wielkim Rozdarciem Wszechświat rozpada się na wiele „strzępków”, z których każda ma raczej niewielką wartość entropii. Przeżywając serię przejść fazowych, te „klapy” dawnego Wszechświata generują materię i rozwijają się podobnie do pierwotnego Wszechświata. Te nowe światy nie oddziałują ze sobą, ponieważ oddalają się od siebie z prędkością większą niż prędkość światła. W ten sposób naukowcy uniknęli także kosmologicznej osobliwości, od której według większości teorii kosmologicznych rozpoczynają się narodziny Wszechświata. Oznacza to, że w momencie zakończenia swojego cyklu Wszechświat rozpada się na wiele innych, nie oddziałujących ze sobą światów, które staną się nowymi wszechświatami.
***Konformalna kosmologia cykliczna – model cykliczny Rogera Penrose'a i Vahagna Gurzadyana. Według tego modelu Wszechświat może wejść w nowy cykl bez naruszania drugiej zasady termodynamiki. Teoria ta opiera się na założeniu, że czarne dziury niszczą zaabsorbowaną informację, co w jakiś sposób „legalnie” zmniejsza entropię Wszechświata. Wtedy każdy taki cykl istnienia Wszechświata zaczyna się od czegoś na wzór Wielkiego Wybuchu, a kończy osobliwością.
Inne modele powstania Wszechświata
Spośród innych hipotez wyjaśniających wygląd widzialnego Wszechświata, najpopularniejsze są dwie:
***Chaotyczna teoria inflacji – teoria Andrei Linde. Zgodnie z tą teorią istnieje pewne pole skalarne, które jest niejednorodne w całej swojej objętości. Oznacza to, że w różnych obszarach wszechświata pole skalarne ma różne znaczenia. Następnie na obszarach, gdzie pole jest słabe, nic się nie dzieje, natomiast obszary o silnym polu zaczynają się rozszerzać (inflację) pod wpływem swojej energii, tworząc nowe wszechświaty. Scenariusz ten zakłada istnienie wielu światów, które nie powstały jednocześnie i mają swój własny zestaw cząstek elementarnych, a co za tym idzie, prawa natury.
***Teoria Lee Smolina sugeruje, że Wielki Wybuch nie jest początkiem istnienia Wszechświata, a jedynie przejściem fazowym pomiędzy jego dwoma stanami. Ponieważ przed Wielkim Wybuchem Wszechświat istniał w postaci kosmologicznej osobliwości, zbliżonej w naturze do osobliwości czarnej dziury, Smolin sugeruje, że Wszechświat mógł powstać z czarnej dziury.
Istnieją również modele, w których wszechświaty powstają w sposób ciągły, wyrastają z rodziców i znajdują swoje własne miejsce. Co więcej, wcale nie jest konieczne, aby w takich światach ustanawiano te same prawa fizyczne. Wszystkie te światy są „osadzone” w jednym kontinuum czasoprzestrzennym, jednak są w nim na tyle od siebie oddzielone, że nie wyczuwają wzajemnej obecności. Ogólnie rzecz biorąc, koncepcja inflacji pozwala – a nawet zmusza! – uznać, że w gigantycznym megakosmosie istnieje wiele odizolowanych od siebie wszechświatów o różnych strukturach.
Pomimo tego, że modele cykliczne i inne odpowiadają na szereg pytań, na które teoria Wielkiego Wybuchu nie może odpowiedzieć, w tym na problem osobliwości kosmologicznej. Jednak w połączeniu z teorią inflacyjną Wielki Wybuch pełniej wyjaśnia pochodzenie Wszechświata, a także zgadza się z wieloma obserwacjami.
Dziś badacze w dalszym ciągu intensywnie badają możliwe scenariusze powstania Wszechświata, jednak nie da się dać jednoznacznej odpowiedzi na pytanie „Jak pojawił się Wszechświat?” - raczej nie odniesie sukcesu w najbliższej przyszłości. Są ku temu dwa powody: bezpośredni dowód teorii kosmologicznych jest praktycznie niemożliwy, a jedynie pośredni; Nawet teoretycznie nie jest możliwe uzyskanie dokładnych informacji o świecie przed Wielkim Wybuchem. Z tych dwóch powodów naukowcy mogą jedynie stawiać hipotezy i budować modele kosmologiczne, które najdokładniej opisują naturę obserwowanego przez nas Wszechświata.