Et af de vigtigste spørgsmål, der ikke kommer ud af menneskets bevidsthed, har altid været og er spørgsmålet: "Hvordan syntes universet?" Selvfølgelig er der intet entydigt svar på dette spørgsmål, og det vil sandsynligvis ikke blive modtaget i den nærmeste fremtid, men videnskaben arbejder i denne retning og danner en bestemt teoretisk model for oprindelsen af vores univers. Først og fremmest skal man overveje universets grundlæggende egenskaber, som skal beskrives inden for rammerne af den kosmologiske model.
*** Modellen skal tage højde for de observerede afstande mellem objekter samt hastigheden og retningen af deres bevægelse. Sådanne beregninger er baseret på Hubbles lov: cz = H0D, hvor z er den røde forskydning af et objekt, D er afstanden til dette objekt, og c er lysets hastighed.
*** Universets alder i modellen skal overstige alderen for de ældste objekter i verden.
*** Modellen skal tage højde for den oprindelige overflod af elementer.
*** Modellen skal tage højde for den observerede store struktur i universet.
*** Modellen skal tage højde for den observerede baggrundsbaggrund.
Salgsfremmende video:
En kort historie om universet. Singularitet set af kunstneren (foto)
Overvej kort den generelt accepterede teori om universets oprindelse og tidlige udvikling, som støttes af de fleste forskere. I dag betyder Big Bang-teorien en kombination af en model af et varmt univers med et Big Bang. Og selvom disse begreber først eksisterede uafhængigt af hinanden, som et resultat af deres forening, var det muligt at forklare den oprindelige kemiske sammensætning af universet såvel som tilstedeværelsen af relikstråling.
Ifølge denne teori opstod universet for omkring 13,77 milliarder år siden fra et tæt opvarmet objekt - en enestående tilstand, der er vanskelig at beskrive inden for rammerne af moderne fysik. Problemet med den kosmologiske singularitet er blandt andet, at når de beskriver det, har de fleste fysiske størrelser, såsom tæthed og temperatur, tendens til uendelig. Samtidig er det kendt, at entropien (et mål for kaos) ved en uendelig tæthed skal have en tendens til nul, hvilket ikke falder sammen med en uendelig temperatur.
Universets udvikling
*** De første 10 på -43 sekunder efter Big Bang kaldes scenen for kvantekaos. Universets natur på dette eksistensstadium udfordrer beskrivelsen inden for rammerne af den fysik, vi kender. Der er en opløsning af en kontinuerlig enkelt rumtid i kvanta.
*** Planck-øjeblik - øjeblikket for afslutningen af kvantekaos, der falder til 10 på -43 sekunder. I dette øjeblik var parametrene i universet lig med Planck-værdier, ligesom Planck-temperaturen (ca. 1032 K). På tidspunktet for Planck-æraen blev alle fire grundlæggende interaktioner (svag, stærk, elektromagnetisk og tyngdekraft) kombineret til en slags interaktion. Det er ikke muligt at betragte Planck-øjeblikket som en bestemt lang periode, da moderne fysik ikke fungerer med mindre parametre end Planck-dem.
*** Etape af inflation. Den næste fase i universets historie var inflationsstadiet. I det første øjeblik af inflationen adskilt tyngdekraftsinteraktionen fra det samlede supersymmetriske felt (som tidligere omfattede felterne for grundlæggende interaktioner). I denne periode har stof et negativt tryk, hvilket medfører en eksponentiel stigning i universets kinetiske energi. Kort sagt, i denne periode begyndte universet at svulme op meget hurtigt, og mod slutningen omdannes energien fra fysiske felter til energien fra almindelige partikler. I slutningen af dette trin stiger stoffets temperatur og stråling markant. Sammen med afslutningen af inflationsfasen skiller en stærk interaktion sig ud. Også i dette øjeblik opstår universets baryon-asymmetri.
[Baryon-asymmetri i universet er det observerede fænomen med overvejelse af stof over antimateriale i universet]
*** Stadie af strålingsdominans. Den næste fase i universets udvikling, som inkluderer flere faser. På dette stadium begynder temperaturen i universet at falde, der dannes kvarker, derefter hadroner og leptoner. I æraen med nukleosyntese forekommer dannelsen af indledende kemiske grundstoffer, helium syntetiseres. Imidlertid dominerer stråling stadig over stof.
*** Den æra med stoffets dominans. Efter 10.000 år overstiger stofens energi gradvist strålingsenergien, og deres adskillelse forekommer. Stoffet begynder at dominere strålingen, en relikviebaggrund vises. Adskillelsen af stof med stråling øgede også de indledende inhomogeniteter i fordelingen af stof betydeligt, hvilket resulterede i, at galakser og supergalakser begyndte at dannes. Universets love er kommet til den form, som vi overholder dem i dag.
Ovenstående billede er sammensat af flere grundlæggende teorier og giver en generel idé om dannelsen af universet i de tidlige stadier af dets eksistens.
Hvor kom universet fra?
Hvis universet opstod fra en kosmologisk singularitet, hvorfra kom singulariteten fra? Det er endnu ikke muligt at give et nøjagtigt svar på dette spørgsmål. Overvej nogle af de kosmologiske modeller, der påvirker "universets fødsel".
Cykliske modeller. Klidmodellering (foto)
Disse modeller er baseret på påstanden om, at universet altid har eksisteret, og over tid kun dets tilstand ændres, bevæger sig fra ekspansion til sammentrækning - og omvendt.
*** Steinhardt-Turok-model. Denne model er baseret på strengteori (M-teori), da den bruger et objekt som "bran".
[Klid (fra membranen) i strengteori (M-teori) er et hypotetisk grundlæggende flerdimensionelt fysisk objekt med dimension mindre end dimensionen af det rum, hvor det er placeret]
Ifølge denne model er det synlige univers placeret inde i en tri-bran, som med jævne mellemrum hvert flere billioner år kolliderer med en anden tri-bran, hvilket forårsager en slags Big Bang. Desuden begynder vores tri-bran at bevæge sig væk fra den anden og udvide sig. På et eller andet tidspunkt har andelen af mørk energi forrang, og ekspansionen af tri-branen øges. Den kolossale ekspansion spreder stof og stråling så meget, at verden bliver næsten homogen og tom. I sidste ende forekommer en gentagen kollision af tri-braner, som et resultat af, at vores vender tilbage til den indledende fase af sin cyklus og igen føder vores "Univers".
*** Teorien om Loris Baum og Paul Frampton siger også om universets cykliske natur. Ifølge deres teori vil sidstnævnte efter Big Bang ekspandere på grund af mørk energi, indtil det nærmer sig øjeblikket med "opløsning" af selve rumtiden - Big Rip. Som du ved, i et”lukket system, falder entropi ikke” (den anden lov om termodynamik). Det følger af denne erklæring, at universet ikke kan vende tilbage til sin oprindelige tilstand, da entropien under en sådan proces skal falde. Dette problem løses dog inden for rammerne af denne teori. Ifølge Baum og Frampton teori, et øjeblik før Big Rip, opløses universet i mange "patches", som hver især har en ret lille værdi af entropi. Oplever en række faseovergange giver disse "udklip" af det tidligere Universum stof og udvikler sig på samme måde som det oprindelige Univers. Disse nye verdener interagerer ikke med hinanden, da de spreder sig med en hastighed, der er større end lysets hastighed. Således har forskere undgået den kosmologiske singularitet, hvormed universets fødsel begynder ifølge de fleste kosmologiske teorier. Det vil sige, at ved afslutningen af sin cyklus opløses universet i mange andre ikke-interagerende verdener, der bliver nye universer.
*** Konformel cyklisk kosmologi er den cykliske model af Roger Penrose og Vahagn Gurzadyan. Ifølge denne model er universet i stand til at gå ind i en ny cyklus uden at krænke termodynamikens anden lov. Denne teori er baseret på antagelsen om, at sorte huller ødelægger den absorberede information, som på en eller anden måde "lovligt" sænker universets entropi. Derefter begynder hver sådan eksistenscyklus af Universet med et skinn af Big Bang og slutter med en enestående.
Andre modeller af universets oprindelse
Blandt andre hypoteser, der forklarer udseendet af det synlige univers, er følgende to mest populære:
*** Kaotisk inflationsteori - Andrey Lindes teori. Ifølge denne teori er der et bestemt skalarfelt, som er inhomogent i hele dets volumen. I forskellige regioner i universet har det skalære felt forskellige betydninger. Derefter sker der intet i områder, hvor marken er svag, mens områder med stærke felter begynder at ekspandere (inflation) på grund af dens energi og dermed danne nye universer. Et sådant scenarie indebærer eksistensen af mange verdener, der ikke opstod samtidigt og har deres eget sæt elementære partikler og dermed naturlove.
*** Teorien om Lee Smolin - antager, at Big Bang ikke er begyndelsen på universets eksistens, men kun en faseovergang mellem dets to stater. Siden universet før Big Bang eksisterede i form af en kosmologisk singularitet, tæt på naturen til et sort huls singularitet, antyder Smolin, at universet kunne være opstået fra et sort hul.
Der er også mønstre, hvor universer opstår kontinuerligt, spirer fra deres forældre og finder deres eget sted. Desuden er det slet ikke nødvendigt, at de samme fysiske love er etableret i sådanne verdener. Alle disse verdener er "indlejrede" i et enkelt rum-tid-kontinuum, men de er så adskilt, at de ikke føler hinandens tilstedeværelse. Generelt tillader begrebet inflation - desuden tvinger! - at tro, at der i det gigantiske megakosmos er mange isolerede universer med forskellige arrangementer.
På trods af at cykliske og andre modeller besvarer en række spørgsmål, hvoraf svar ikke kan gives af Big Bang-teorien, herunder problemet med den kosmologiske singularitet. Alligevel forklarer Big Bang sammen med inflationsteorien mere universets oprindelse og konvergerer også med mange observationer.
I dag fortsætter forskere intensivt med at undersøge mulige scenarier for universets oprindelse, dog for at give et ubestrideligt svar på spørgsmålet "Hvordan virkede universet?" - sandsynligvis ikke vil lykkes i den nærmeste fremtid. Der er to grunde til dette: direkte bevis for kosmologiske teorier er praktisk talt umuligt, kun indirekte; selv teoretisk er der ingen måde at få nøjagtige oplysninger om verden før Big Bang. Af disse to grunde kan forskere kun fremsætte hypoteser og bygge kosmologiske modeller, der mest nøjagtigt vil beskrive det univers, vi observerer.