Οι κοσμολόγοι συνεχίζουν να προχωρούν προς την τελική κατανόηση των διαδικασιών που δημιούργησαν και διαμόρφωσαν το Σύμπαν.

Το σύμπαν είναι τόσο μεγάλο σε χώρο και χρόνο που για ολόκληρη σχεδόν την ιστορία της ανθρωπότητας παρέμεινε απρόσιτο τόσο για τα όργανα όσο και για το μυαλό μας. Όμως όλα άλλαξαν τον 20ο αιώνα, όταν εμφανίστηκαν νέες ιδέες - από τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν έως τις σύγχρονες θεωρίες για τα στοιχειώδη σωματίδια. Η επιτυχία επιτεύχθηκε επίσης χάρη σε ισχυρά όργανα, από τους ανακλαστήρες 100 ιντσών και 200 ​​ιντσών που δημιούργησε ο George Ellery Hale (George Ellery Hale), οι οποίοι άνοιξαν γαλαξίες πέρα ​​από τον Γαλαξία μας, μέχρι το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, το οποίο μας πήγε στο εποχή της γέννησης των γαλαξιών. Τα τελευταία 20 χρόνια, η πρόοδος έχει επιταχυνθεί. Έγινε σαφές ότι η σκοτεινή ύλη δεν αποτελείται από συνηθισμένα άτομα, ότι η σκοτεινή ενέργεια υπάρχει. Γεννήθηκαν τολμηρές ιδέες για τον κοσμικό πληθωρισμό και την πολλαπλότητα των συμπάντων.

Πριν από εκατό χρόνια, το σύμπαν ήταν πιο απλό: αιώνιο και αμετάβλητο, αποτελούμενο από έναν μόνο γαλαξία που περιείχε πολλά εκατομμύρια ορατά αστέρια. Η σύγχρονη εικόνα είναι πολύ πιο περίπλοκη και πολύ πιο πλούσια. Ο Κόσμος προέκυψε πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια ως αποτέλεσμα της Μεγάλης Έκρηξης. Ένα κλάσμα του δευτερολέπτου μετά την αρχή, το Σύμπαν ήταν ένα καυτό, άμορφο μείγμα στοιχειωδών σωματιδίων - κουάρκ και λεπτόνια. Καθώς προχωρούσε η διαστολή και η ψύξη, προέκυψαν δομές βήμα προς βήμα: νετρόνια και πρωτόνια, ατομικοί πυρήνες, άτομα, αστέρια, γαλαξίες, σμήνη γαλαξιών και, τέλος, υπερσμήνη. Το παρατηρήσιμο μέρος του σύμπαντος περιέχει τώρα 100 δισεκατομμύρια γαλαξίες, ο καθένας με περίπου 100 δισεκατομμύρια αστέρια και πιθανώς άλλους τόσους πλανήτες. Οι ίδιοι οι γαλαξίες δεν διαστέλλονται από τη βαρύτητα της μυστηριώδους σκοτεινής ύλης. Και το Σύμπαν συνεχίζει να διαστέλλεται και μάλιστα με επιτάχυνση υπό την επίδραση της σκοτεινής ενέργειας - μιας ακόμη πιο μυστηριώδους μορφής ενέργειας, της οποίας η βαρυτική δύναμη δεν έλκει, αλλά απωθεί.

Το κύριο θέμα της ιστορίας μας για το σύμπαν είναι η εξέλιξη από την πρωτόγονη «σούπα» κουάρκ στην αυξανόμενη πολυπλοκότητα των γαλαξιών, των αστεριών, των πλανητών και της ζωής που παρατηρείται σήμερα. Αυτές οι δομές εμφανίστηκαν η μία μετά την άλλη σε δισεκατομμύρια χρόνια, υπακούοντας στους βασικούς νόμους της φυσικής. Ταξιδεύοντας πίσω στο χρόνο στην εποχή προέλευσης, οι κοσμολόγοι μετακινούνται πρώτα στη λεπτομερή ιστορία του Σύμπαντος πίσω στο πρώτο μικροδευτερόλεπτο και μετά στα $10^(–34)$ s από την αρχή (υπάρχουν σαφείς ιδέες για αυτήν την εποχή, αλλά εκεί δεν υπάρχει ακόμη σαφής επιβεβαίωσή τους) και, τέλος, μέχρι τη στιγμή της γέννησης (για την οποία μέχρι στιγμής υπάρχουν μόνο εικασίες). Αν και δεν καταλαβαίνουμε ακόμη πλήρως πώς γεννήθηκε το σύμπαν, έχουμε ήδη καταπληκτικές υποθέσεις, όπως η έννοια ενός πολλαπλού σύμπαντος που περιλαμβάνει έναν άπειρο αριθμό ασύνδετων υποσύμπαν.

ΚΥΡΙΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ

• Το σύμπαν μας ξεκίνησε με μια καυτή Μεγάλη Έκρηξη πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια και από τότε διαστέλλεται και ψύχεται. Έχει εξελιχθεί από ένα άμορφο μείγμα στοιχειωδών σωματιδίων στον σύγχρονο εξαιρετικά δομημένο σύμπαν.
• Το πρώτο μικροδευτερόλεπτο ήταν μια καθοριστική περίοδος όταν η ύλη άρχισε να κυριαρχεί στην αντιύλη, γεννήθηκε η δομή των μελλοντικών γαλαξιών και των σμηνών τους και προέκυψε η σκοτεινή ύλη - μια άγνωστη ουσία που κρατά αυτή τη δομή.
• Το μέλλον του σύμπαντος καθορίζεται από τη σκοτεινή ενέργεια, μια άγνωστη μορφή ενέργειας που προκαλεί την επιτάχυνση της κοσμολογικής διαστολής που ξεκίνησε πριν από αρκετά δισεκατομμύρια χρόνια.

Διαστελλόμενο Σύμπαν

Το 1924, χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο Hooker 100 ιντσών στο Παρατηρητήριο Mount Wilson, ο Edwin Hubble ανακάλυψε ότι τα ασαφή νεφελώματα, τα οποία είχαν παραμείνει μυστηριώδη για αρκετούς αιώνες, ήταν γαλαξίες σαν τον δικό μας. Έτσι, το Hubble αύξησε την κατανόησή μας για το Σύμπαν κατά 100 δισεκατομμύρια φορές! Λίγα χρόνια αργότερα, απέδειξε ότι οι γαλαξίες απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο, υπακούοντας σε ένα μαθηματικό μοτίβο που τώρα είναι γνωστό ως νόμος του Hubble: όσο πιο μακριά είναι ένας γαλαξίας, τόσο πιο γρήγορα κινείται. Από αυτόν τον νόμο έλαβε χώρα η Μεγάλη Έκρηξη πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια.

ΕΠΕΚΤΑΣΗ ΧΩΡΟΥ
Η εξέλιξη του Σύμπαντος συμβαίνει ως αποτέλεσμα της διαστολής του διαστήματος. Καθώς το διάστημα διαστέλλεται σαν το κέλυφος ενός μπαλονιού, οι γαλαξίες απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο και τα ελαφρά κύματα επιμηκύνονται (κοκκινίζουν).

Στο πλαίσιο της γενικής σχετικότητας, ο νόμος του Hubble ερμηνεύεται ως εξής: ο ίδιος ο χώρος διαστέλλεται και οι γαλαξίες κινούνται μαζί του (εικ. παραπάνω). Το φως τεντώνεται επίσης, αντιμετωπίζοντας μια μετατόπιση προς το κόκκινο, που σημαίνει απώλεια ενέργειας, έτσι το Σύμπαν ψύχεται καθώς διαστέλλεται. Η κοσμική διαστολή βοηθά να κατανοήσουμε πώς σχηματίστηκε το σύγχρονο Σύμπαν. Εάν βιαστείτε διανοητικά στο παρελθόν, τότε το Σύμπαν θα γίνει πιο πυκνό, πιο ζεστό, πιο ασυνήθιστο και πιο απλό. Πλησιάζοντας στην αρχή, βρισκόμαστε σε επαφή με τους βαθύτερους μηχανισμούς της φύσης, χρησιμοποιώντας έναν επιταχυντή πιο ισχυρό από κάθε κατασκευασμένο στη Γη - την ίδια τη Μεγάλη Έκρηξη.

Κοιτάζοντας μέσα από ένα τηλεσκόπιο στο διάστημα, οι αστρονόμοι πέφτουν κυριολεκτικά στο παρελθόν - και όσο μεγαλύτερο είναι το τηλεσκόπιο, τόσο πιο βαθιά διεισδύει το βλέμμα τους. Το φως που προέρχεται από μακρινούς γαλαξίες μας δείχνει αρχαίες εποχές και η ερυθρή μετατόπισή του δείχνει πόσο έχει επεκταθεί το Σύμπαν με την πάροδο του χρόνου. Το ρεκόρ που παρατηρείται αυτή τη στιγμή είναι περίπου οκτώ, πράγμα που σημαίνει ότι αυτό το φως εκπέμπεται όταν το μέγεθος του Σύμπαντος ήταν εννέα φορές μικρότερο από σήμερα και η ηλικία είναι μόνο μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια. Όργανα όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και τα τηλεσκόπια Keck 10 μέτρων στο Mauna Kea μας μεταφέρουν εύκολα στην εποχή του σχηματισμού γαλαξιών σαν τον δικό μας, αρκετά δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Το φως από προηγούμενες εποχές είναι τόσο μετατοπισμένο προς το κόκκινο που οι αστρονόμοι αναγκάζονται να το δεχτούν στις μπάντες υπερύθρων και ραδιοφώνου. Τα τηλεσκόπια υπό κατασκευή, όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb 6,5 m και το Atacama Large Millimeter Array (ALMA), ένα δίκτυο 64 ραδιοτηλεσκοπίων στη βόρεια Χιλή, θα μας ταξιδέψουν πίσω στη γέννηση των πρώτων αστεριών και γαλαξιών.

Οι προσομοιώσεις σε υπολογιστή δείχνουν ότι αυτά τα αστέρια και οι γαλαξίες εμφανίστηκαν όταν η ηλικία του Σύμπαντος ήταν περίπου 100 εκατομμύρια χρόνια. Πριν από αυτό, το σύμπαν πέρασε μια περίοδο που ονομάζεται σκοτεινή εποχή, όταν ήταν κατάμαυρο. Ο χώρος ήταν γεμάτος με μια άμορφη μάζα πέντε μερών σκοτεινής ύλης και ένα μέρος υδρογόνου με ήλιο, το οποίο σπανίστηκε καθώς το Σύμπαν επεκτεινόταν. Η ύλη ήταν ελαφρώς ανομοιογενής σε πυκνότητα και η βαρύτητα ενήργησε ως ενισχυτής αυτών των ανομοιογενειών: οι πυκνότερες περιοχές επεκτάθηκαν πιο αργά από τις λιγότερο πυκνές. Μέχρι τα 100 Ma, οι πιο πυκνές περιοχές όχι μόνο επιβράδυναν την επέκτασή τους, αλλά άρχισαν ακόμη και να συρρικνώνονται. Κάθε μία από αυτές τις ζώνες περιείχε περίπου 1 εκατομμύριο ηλιακές μάζες ύλης. έγιναν τα πρώτα βαρυτικά δεσμευμένα αντικείμενα στο διάστημα.

Το κύριο μέρος της μάζας τους ήταν η σκοτεινή ύλη, η οποία, σύμφωνα με το όνομά της, δεν είναι ικανή να εκπέμπει ή να απορροφά φως. Ως εκ τούτου, σχημάτισε πολύ εκτεταμένα σύννεφα. Από την άλλη πλευρά, το υδρογόνο και το ήλιο, καθώς εξέπεμπαν φως, έχασαν ενέργεια και συστέλλονταν προς το κέντρο κάθε νέφους. Στο τέλος συρρικνώθηκαν τόσο πολύ που έγιναν αστέρια. Αυτά τα πρώτα αντικείμενα ήταν πολύ πιο μαζικά από τα σύγχρονα - εκατοντάδες ηλιακές μάζες. Έχοντας ζήσει μια πολύ σύντομη ζωή, εξερράγησαν, πετώντας τα πρώτα βαριά στοιχεία στο διάστημα. Μερικά δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα, αυτά τα σύννεφα με μάζες εκατομμυρίων ηλιακών μαζών υπό την επίδραση της βαρύτητας ομαδοποιήθηκαν στους πρώτους γαλαξίες.

Η ακτινοβολία από τα πρώτα κιόλας σύννεφα υδρογόνου, τα οποία παρουσίασαν ισχυρή μετατόπιση προς το κόκκινο λόγω διαστολής, μπορούσε να ανιχνευθεί χρησιμοποιώντας τεράστιες συστοιχίες κεραιών ραδιοφώνου με συνολική έκταση λήψης περίπου ένα τετραγωνικό χιλιόμετρο. Όταν κατασκευαστούν αυτά τα ραδιοτηλεσκόπια, θα γίνει γνωστό πώς η πρώτη γενιά αστεριών και γαλαξιών ιονίστηκε το υδρογόνο και έτσι έληξε η σκοτεινή εποχή. (βλ.: Loeb A. Dark Ages of the Universe // VMN, No. 3, 2007).

Μια αμυδρή λάμψη μιας καυτής εκκίνησης

Πίσω από τη σκοτεινή εποχή, υπάρχει μια λάμψη της καυτής Μεγάλης Έκρηξης σε μια μετατόπιση προς το κόκκινο 1100. Αυτή η αρχικά ορατή (κόκκινο-πορτοκαλί) ακτινοβολία, λόγω της μετατόπισης στο κόκκινο, δεν έχει γίνει καν υπέρυθρη, αλλά μικροκυματική. Κοιτάζοντας πίσω σε εκείνη την εποχή, βλέπουμε μόνο έναν τοίχο ακτινοβολίας μικροκυμάτων να γεμίζει ολόκληρο τον ουρανό - την κοσμική ακτινοβολία μικροκυμάτων υποβάθρου, που ανακαλύφθηκε το 1964 από τους Arno Penzias και Robert Wilson. Αυτή είναι μια αμυδρή αντανάκλαση του Σύμπαντος, το οποίο βρισκόταν στα σπάργανα των 380 χιλιάδων ετών, στην εποχή του σχηματισμού των ατόμων. Πριν από αυτό, ήταν ένα σχεδόν ομοιογενές μείγμα ατομικών πυρήνων, ηλεκτρονίων και φωτονίων. Όταν το Σύμπαν ψύχθηκε σε θερμοκρασία περίπου 3000 Κ, πυρήνες και ηλεκτρόνια άρχισαν να συνδυάζονται σε άτομα. Τα φωτόνια σταμάτησαν να διασκορπίζονται από ηλεκτρόνια και άρχισαν να κινούνται ελεύθερα στο διάστημα, δείχνοντας πώς ήταν το Σύμπαν πολύ πριν από τη γέννηση των αστεριών και των γαλαξιών.

Το 1992, ο δορυφόρος Cosmic Background Explorer (COBE) της NASA διαπίστωσε ότι η ένταση αυτής της ακτινοβολίας ποικίλλει ελαφρώς - κατά περίπου 0,001%, υποδηλώνοντας μια ελαφρά ανομοιογένεια στην κατανομή της ύλης. Ο βαθμός της πρωτογενούς ετερογένειας αποδείχθηκε επαρκής ώστε οι μικρές συμπιέσεις να γίνουν «σπόρος» για τους μελλοντικούς γαλαξίες και τα σμήνη τους, που αργότερα αναπτύχθηκαν υπό την επίδραση της βαρύτητας. Η κατανομή των ανομοιογενειών της ακτινοβολίας υποβάθρου στον ουρανό μαρτυρεί τις σημαντικές ιδιότητες του Σύμπαντος: τη μέση πυκνότητα και τη σύνθεσή του και τα πρώτα στάδια της εξέλιξής του. Η προσεκτική μελέτη αυτών των ανομοιογενειών μας έχει πει πολλά για το σύμπαν.

Η ΚΟΣΜΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΥΠΟΒΑΘΡΟΥ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΟΣ είναι μια εικόνα του Σύμπαντος στα σπάργανα των 380 χιλιάδων ετών. Οι αδύναμες παραλλαγές στην ένταση αυτής της ακτινοβολίας (σημειωμένες στο χρώμα) χρησιμεύουν ως κοσμική πέτρα Ροζέτα, δίνοντας το κλειδί για τα μυστήρια του Σύμπαντος - την ηλικία, την πυκνότητα, τη σύνθεση και τη γεωμετρία του..

Το ULTRA DEEP FIELD του HUBBLE, η πιο ευαίσθητη διαστημική εικόνα που έχει ληφθεί ποτέ, καταγράφοντας πάνω από 1.000 γαλαξίες σε πρώιμο στάδιο του σχηματισμού τους.

Μεταβαίνοντας από αυτό το σημείο πίσω στην αρχή της εξέλιξης του Σύμπαντος, θα δούμε πώς το πρωτογενές πλάσμα γίνεται όλο και πιο ζεστό και πυκνό. Μέχρι την ηλικία των 100 χιλιάδων περίπου ετών, η ενεργειακή πυκνότητα της ακτινοβολίας ήταν υψηλότερη από εκείνη της ύλης, γεγονός που κράτησε την ύλη από τον κατακερματισμό. Και εκείνη τη στιγμή άρχισε ο βαρυτικός συνωστισμός όλων των δομών που παρατηρούνται τώρα στο Σύμπαν. Ακόμη πιο κοντά στην αρχή, όταν η ηλικία του Σύμπαντος ήταν λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο, δεν υπήρχαν ατομικοί πυρήνες, αλλά μόνο τα συστατικά τους - πρωτόνια και νετρόνια. Οι πυρήνες προέκυψαν όταν το σύμπαν ήταν λίγα δευτερόλεπτα ηλικίας και η θερμοκρασία και η πυκνότητα έγιναν κατάλληλα για πυρηνικές αντιδράσεις. Σε αυτή τη νουκλεοσύνθεση του Big Bang, γεννήθηκαν μόνο ελαφρά χημικά στοιχεία: πολύ ήλιο (περίπου το 25% κατά μάζα όλων των ατόμων του Σύμπαντος) και λίγο λίθιο, δευτέριο και ήλιο-3. Το υπόλοιπο του πλάσματος (περίπου 75%) παρέμεινε με τη μορφή πρωτονίων, τα οποία τελικά έγιναν άτομα υδρογόνου. Όλα τα άλλα στοιχεία του Περιοδικού Πίνακα γεννήθηκαν δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα στα βάθη των αστεριών και κατά τις εκρήξεις τους.

ΤΟ ΣΥΜΠΑΝ αποτελείται κυρίως από σκοτεινή ενέργεια και σκοτεινή ύλη. η φύση και των δύο είναι άγνωστη. Η συνηθισμένη ύλη, από την οποία σχηματίζονται αστέρια, πλανήτες και διαστρικό αέριο, είναι μόνο ένα μικρό κλάσμα.

Η θεωρία της πυρηνοσύνθεσης προβλέπει με ακρίβεια το περιεχόμενο των στοιχείων και των ισοτόπων που μετρήθηκαν στα αρχαιότερα αντικείμενα του Σύμπαντος - στα παλαιότερα αστέρια και σύννεφα αερίων με υψηλή μετατόπιση προς το κόκκινο. Η αφθονία του δευτερίου, το οποίο είναι πολύ ευαίσθητο στη μέση πυκνότητα των ατόμων στο σύμπαν, παίζει ιδιαίτερο ρόλο: η μετρούμενη τιμή του δείχνει ότι η συνηθισμένη ύλη είναι (4,5 ± 0,1)% της συνολικής ενεργειακής πυκνότητας. Τα υπόλοιπα είναι σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια. Αυτό συμφωνεί ακριβώς με τα δεδομένα σύνθεσης που λαμβάνονται από την ανάλυση ακτινοβολίας υποβάθρου. Αυτή η ευθυγράμμιση είναι ένα τεράστιο επίτευγμα. Εξάλλου, πρόκειται για δύο εντελώς διαφορετικές μετρήσεις: η πρώτη βασίζεται στην πυρηνική φυσική και αναφέρεται στο Σύμπαν σε ηλικία 1 δευτερολέπτου και η δεύτερη - στην ατομική φυσική και τις ιδιότητες του Σύμπαντος σε ηλικία 380 χιλιάδων ετών. Η συνέπειά τους είναι ένα σημαντικό τεστ όχι μόνο για τα μοντέλα μας κοσμικής εξέλιξης, αλλά για όλη τη σύγχρονη φυσική.

Απαντήσεις σε σούπα κουάρκ

Πριν από την ηλικία του ενός μικροδευτερολέπτου, δεν υπήρχαν καν πρωτόνια και νετρόνια. Το σύμπαν ήταν σαν μια σούπα από τα βασικά στοιχεία της φύσης: κουάρκ, λεπτόνια και φορείς δύναμης (φωτόνια, μποζόνια W και Z και γκλουόνια). Είμαστε βέβαιοι ότι αυτή η «σούπα κουάρκ» υπήρχε πραγματικά, αφού οι φυσικές συνθήκες εκείνης της εποχής αναπαράγονται τώρα σε πειράματα σε επιταχυντές σωματιδίων. (βλ.: Riorden M., Seitz W. The first microseconds // VMN, No. 8, 2006).

Οι κοσμολόγοι ελπίζουν να μελετήσουν εκείνη την εποχή όχι με τη βοήθεια μεγάλων και οξυδερκών τηλεσκοπίων, αλλά με βάση τις βαθιές ιδέες της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων. Η δημιουργία του Καθιερωμένου Μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής πριν από 30 χρόνια οδήγησε σε τολμηρές υποθέσεις, συμπεριλαμβανομένης της θεωρίας χορδών, η οποία προσπαθεί να ενοποιήσει φαινομενικά άσχετα σωματίδια και δυνάμεις. Με τη σειρά τους, αυτές οι νέες ιδέες βρήκαν εφαρμογές στην κοσμολογία, καθιστώντας εξίσου σημαντικές με την αρχική ιδέα ενός καυτού Big Bang. Έδειξαν μια βαθιά και απροσδόκητη σύνδεση μεταξύ του μικροκόσμου και του μεγάλου σύμπαντος. Ίσως σύντομα θα έχουμε απαντήσεις σε τρία βασικά ερωτήματα: ποια είναι η φύση της σκοτεινής ύλης, ποιος είναι ο λόγος της ασυμμετρίας μεταξύ ύλης και αντιύλης και πώς προέκυψε η σούπα κουάρκ.

Προφανώς, η σκοτεινή ύλη γεννήθηκε στην εποχή της αρχέγονης σούπας κουάρκ. Η φύση της σκοτεινής ύλης δεν είναι ακόμη ξεκάθαρη, αλλά η ύπαρξή της δεν αμφισβητείται. Ο Γαλαξίας μας και όλοι οι άλλοι γαλαξίες και τα σμήνη τους συγκρατούνται από τη βαρύτητα της αόρατης σκοτεινής ύλης. Ό,τι κι αν είναι, πρέπει να αλληλεπιδρά ασθενώς με τη συνηθισμένη ύλη, διαφορετικά θα εκδηλωνόταν κατά κάποιο τρόπο εκτός από τη βαρύτητα. Οι προσπάθειες να περιγραφούν με μια ενοποιημένη θεωρία όλες οι δυνάμεις και τα σωματίδια που παρατηρούνται στη φύση οδηγούν στην πρόβλεψη σταθερών ή μακρόβιων σωματιδίων από τα οποία θα μπορούσε να αποτελείται η σκοτεινή ύλη. Αυτά τα σωματίδια μπορεί να είναι λείψανο της εποχής της σούπας κουάρκ και αλληλεπιδρούν πολύ ασθενώς με τα άτομα. Ένας υποψήφιος είναι το neutralino, το ελαφρύτερο από μια πρόσφατα προβλεπόμενη κατηγορία τεράστιων αντιγράφων γνωστών σωματιδίων. Το neutralino θα πρέπει να έχει μάζα μεταξύ 100 και 1000 μάζες πρωτονίων, δηλ. θα πρέπει να παραχθεί σε πειράματα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN κοντά στη Γενεύη. Επιπλέον, προσπαθώντας να πιάσουν αυτά τα σωματίδια από το διάστημα (ή τα προϊόντα της αλληλεπίδρασής τους), οι φυσικοί έχουν δημιουργήσει υπερευαίσθητους ανιχνευτές υπόγεια, και επίσης τους εκτοξεύουν σε μπαλόνια και δορυφόρους.

Ο δεύτερος υποψήφιος είναι το άξιον, ένα υπερελαφρύ σωματίδιο με μάζα περίπου ένα τρισεκατομμύριο φορές μικρότερη από αυτή ενός ηλεκτρονίου. Η ύπαρξή του υποδεικνύεται από ανεπαίσθητες διαφορές που προβλέπονται από το Καθιερωμένο Μοντέλο στη συμπεριφορά των κουάρκ. Οι προσπάθειες καταχώρησης ενός άξονα βασίζονται στο γεγονός ότι σε ένα πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο μπορεί να μετατραπεί σε φωτόνιο. Τόσο το neutralino όσο και το axion έχουν μια σημαντική ιδιότητα: οι φυσικοί αποκαλούν αυτά τα σωματίδια "ψυχρά". Αν και γεννιούνται σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, κινούνται αργά και επομένως συγκεντρώνονται εύκολα σε γαλαξίες.

Ίσως ένα άλλο μυστικό βρίσκεται στην εποχή της σούπας των αρχέγονων κουάρκ: γιατί το Σύμπαν περιέχει τώρα μόνο ύλη και σχεδόν καθόλου αντιύλη. Οι φυσικοί πιστεύουν ότι στην αρχή το Σύμπαν είχε ίση ποσότητα από αυτά, αλλά κάποια στιγμή υπήρχε μια μικρή περίσσεια ύλης - περίπου ένα επιπλέον κουάρκ για κάθε δισεκατομμύριο αντικουάρκ. Λόγω αυτής της ανισορροπίας στην εξόντωση των κουάρκ με τα αντικουάρκ κατά τη διάρκεια της διαστολής και της ψύξης του Σύμπαντος, έχουν διατηρηθεί αρκετά κουάρκ. Πριν από περισσότερα από 40 χρόνια, πειράματα σε επιταχυντές έδειξαν ότι οι νόμοι της φυσικής είναι ελαφρώς υπέρ της ύλης. Αυτή η μικρή προτίμηση στην αλληλεπίδραση των σωματιδίων σε πολύ πρώιμο στάδιο είναι που οδήγησε στη δημιουργία περίσσειας κουάρκ.

Η ίδια η σούπα κουάρκ προήλθε πιθανώς πολύ νωρίς - περίπου $10^(-34)$ s μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, σε μια έκρηξη κοσμικής επέκτασης γνωστής ως πληθωρισμός. Ο λόγος για αυτό το κύμα ήταν η ενέργεια ενός νέου πεδίου που μοιάζει με ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και ονομάζεται inflaton. Είναι ο πληθωρισμός που πρέπει να εξηγήσει τέτοιες θεμελιώδεις ιδιότητες του σύμπαντος όπως η γενική ομοιομορφία του και οι μικρές διακυμάνσεις πυκνότητας που προκάλεσαν γαλαξίες και άλλες δομές στο Σύμπαν. Όταν το inflaton διαλύθηκε, μετέφερε την ενέργειά του σε κουάρκ και άλλα σωματίδια, δημιουργώντας έτσι τη θερμότητα του Big Bang και την ίδια τη σούπα κουάρκ.

Η θεωρία του πληθωρισμού καταδεικνύει μια βαθιά σύνδεση μεταξύ των κουάρκ και του σύμπαντος: οι κβαντικές διακυμάνσεις του φουσκώματος που υπήρχαν σε υποατομικό επίπεδο αυξήθηκαν σε αστροφυσικά μεγέθη λόγω της ταχείας διαστολής και έγιναν το μικρόβιο για όλες τις δομές που παρατηρούνται σήμερα. Με άλλα λόγια, η εικόνα της ακτινοβολίας υποβάθρου μικροκυμάτων στον ουρανό είναι μια γιγάντια εικόνα του υποατομικού κόσμου. Οι παρατηρούμενες ιδιότητες αυτής της ακτινοβολίας είναι συνεπείς με τη θεωρητική πρόβλεψη, αποδεικνύοντας ότι ο πληθωρισμός ή κάτι παρόμοιο με αυτόν συνέβη στην πραγματικότητα στην πολύ πρώιμη ιστορία του σύμπαντος.

Γέννηση του Σύμπαντος

Όταν οι κοσμολόγοι προσπαθούν να προχωρήσουν ακόμη περισσότερο και να κατανοήσουν την αρχή του σύμπαντος, οι κρίσεις τους γίνονται λιγότερο σίγουρες. Για έναν αιώνα, η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν ήταν η βάση για τη μελέτη της εξέλιξης του σύμπαντος. Αλλά δεν συμφωνεί με έναν άλλο πυλώνα της σύγχρονης φυσικής - την κβαντική θεωρία, επομένως το πιο σημαντικό καθήκον είναι να συμφιλιωθούν μεταξύ τους. Μόνο με μια τέτοια ενοποιημένη θεωρία θα μπορέσουμε να προχωρήσουμε στις πρώτες στιγμές της εξέλιξης του Σύμπαντος, στη λεγόμενη εποχή Planck με ηλικία $10^(–43)$ s, όταν σχηματίστηκε ο ίδιος ο χωροχρόνος .

Οι δοκιμαστικές εκδόσεις μιας ενοποιημένης θεωρίας μας προσφέρουν εκπληκτικές εικόνες από τις πρώτες κιόλας στιγμές. Για παράδειγμα, η θεωρία χορδών προβλέπει την ύπαρξη επιπλέον διαστάσεων του χώρου και, πιθανώς, την ύπαρξη άλλων συμπάντων σε αυτόν τον υπερχώρο. Αυτό που ονομάζουμε Big Bang θα μπορούσε να ήταν το σύμπαν μας που συγκρούεται με ένα άλλο (βλ.: Veneziano G. Ο μύθος της αρχής του χρόνου // VMN, No. 8, 2004). Ο συνδυασμός της θεωρίας χορδών με τη θεωρία του πληθωρισμού οδηγεί στην ίσως την πιο φιλόδοξη ιδέα - στην ιδέα ενός πολλαπλού σύμπαντος (πολύσύμπαν), που αποτελείται από έναν άπειρο αριθμό άσχετων μερών, καθένα από τα οποία έχει τους δικούς του φυσικούς νόμους (βλ.: R. Busso, J. Polchinski. String Theory Landscape // VMN, No. 12, 2004).

Η ιδέα ενός πολλαπλού σύμπαντος βρίσκεται ακόμη σε εξέλιξη και στοχεύει σε δύο μεγάλα θεωρητικά προβλήματα. Πρώτον, από τις εξισώσεις που περιγράφουν τον πληθωρισμό, προκύπτει ότι αν συνέβη μία φορά, τότε η διαδικασία θα συμβεί ξανά και ξανά, δημιουργώντας έναν άπειρο αριθμό «φουσκωμένων» περιοχών. Είναι τόσο μεγάλα που δεν μπορούν να επικοινωνήσουν μεταξύ τους και επομένως δεν επηρεάζουν το ένα το άλλο. Δεύτερον, η θεωρία χορδών δείχνει ότι αυτές οι περιοχές έχουν διαφορετικές φυσικές παραμέτρους, όπως ο αριθμός των χωρικών διαστάσεων και οι οικογένειες των σταθερών σωματιδίων.

Η έννοια του πολλαπλού σύμπαντος μας επιτρέπει να ρίξουμε μια νέα ματιά σε δύο από τα πιο δύσκολα επιστημονικά προβλήματα: τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη και γιατί είναι οι νόμοι της φυσικής όπως είναι; (Η ερώτηση του Αϊνστάιν, «Είχε ο Θεός μια επιλογή;» ήταν ένας από αυτούς τους νόμους.) Ένα πολλαπλό σύμπαν δεν έχει νόημα να ρωτάμε τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, επειδή υπήρξε ένας άπειρος αριθμός Big Bang, το καθένα δημιουργώντας τη δική του έκρηξη πληθωρισμός. Η ερώτηση του Αϊνστάιν επίσης δεν έχει νόημα: σε έναν άπειρο αριθμό συμπάντων, πραγματοποιούνται όλες οι πιθανές παραλλαγές των νόμων της φυσικής, επομένως οι νόμοι που διέπουν το σύμπαν μας δεν είναι κάτι το ιδιαίτερο.

Οι κοσμολόγοι είναι αμφίθυμοι σχετικά με την ιδέα ενός πολλαπλού σύμπαντος. Εάν πραγματικά δεν υπάρχει σύνδεση μεταξύ των μεμονωμένων υποσύμπανων, τότε δεν θα μπορέσουμε να επαληθεύσουμε την ύπαρξή τους. στην πραγματικότητα είναι έξω από την επιστημονική γνώση. Ένα μέρος του εαυτού μου θέλει να ουρλιάξει, "Παρακαλώ, όχι περισσότερο από ένα σύμπαν!" Αλλά από την άλλη πλευρά, η ιδέα ενός πολλαπλού σύμπαντος λύνει μια σειρά θεμελιωδών προβλημάτων. Αν είναι σωστό, τότε η διαστολή Hubble του Σύμπαντος μόνο κατά 100 δισεκατομμύρια φορές και η κοπερνίκεια εκδίωξη της Γης από το κέντρο του Σύμπαντος τον 16ο αιώνα. θα φαίνεται μόνο μια μικρή προσθήκη στην επίγνωσή μας για τη θέση μας στο διάστημα.

ΣΤΟ ΣΚΟΤΑΔΙ

Το πιο σημαντικό στοιχείο της σύγχρονης κατανόησης του Σύμπαντος και του μεγαλύτερου μυστηρίου του είναι η σκοτεινή ενέργεια, μια πρόσφατα ανακαλυφθείσα και βαθιά μυστηριώδης μορφή ενέργειας που προκαλεί την επιτάχυνση της κοσμικής διαστολής. Η σκοτεινή ενέργεια πήρε τον έλεγχο της ύλης πριν από μερικά δισεκατομμύρια χρόνια. Πριν από αυτό, η διαστολή επιβραδύνθηκε από τη βαρυτική έλξη της ύλης και η βαρύτητα ήταν ικανή να δημιουργήσει δομές που κυμαίνονταν από γαλαξίες έως υπερσμήνη. Τώρα, λόγω της επιρροής της σκοτεινής ενέργειας, δεν μπορούν να σχηματιστούν δομές μεγαλύτερες από τα υπερσμήνη. Και αν η σκοτεινή ενέργεια είχε κερδίσει ακόμη νωρίτερα - ας πούμε, όταν το σύμπαν ήταν μόλις 100 εκατομμυρίων ετών - τότε ο σχηματισμός των δομών θα είχε σταματήσει πριν εμφανιστούν οι γαλαξίες και δεν θα ήμασταν εδώ.

Οι κοσμολόγοι εξακολουθούν να έχουν μια πολύ ασαφή ιδέα για το τι είναι αυτή η σκοτεινή ενέργεια. Για να επιταχυνθεί η διαστολή, χρειάζεται μια απωστική δύναμη. Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν δείχνει ότι η βαρυτική έλξη της τελικής ελαστικής μορφής ενέργειας μπορεί πράγματι να προκαλέσει απώθηση. Η κβαντική ενέργεια που γεμίζει τον κενό χώρο κάνει ακριβώς αυτό. Αλλά το πρόβλημα είναι ότι οι θεωρητικές εκτιμήσεις της κβαντικής ενεργειακής πυκνότητας δεν συμφωνούν με τις απαιτήσεις των παρατηρήσεων. στην πραγματικότητα, τους ξεπερνούν κατά πολλές τάξεις μεγέθους. Μια άλλη πιθανότητα είναι ότι η κοσμική επιτάχυνση μπορεί να μην ελέγχεται από μια νέα μορφή ενέργειας, αλλά από κάτι που μιμείται αυτήν την ενέργεια, ας πούμε, την πλάνη της γενικής σχετικότητας ή την επίδραση των αόρατων χωρικών διαστάσεων. (Βλ.: Cross L., Turner M. Cosmic riddle // VMN, No. 12, 2004).

Εάν το Σύμπαν συνεχίσει να επιταχύνεται με τον τρέχοντα ρυθμό του, τότε σε 30 δισεκατομμύρια χρόνια όλα τα σημάδια της Μεγάλης Έκρηξης θα εξαφανιστούν. (Βλέπε: Cross L., Scherrer R. Θα έρθει το τέλος της κοσμολογίας; // VMN, No. 6, 2008). Όλοι εκτός από λίγους κοντινούς γαλαξίες θα βιώσουν μια τόσο μεγάλη μετατόπιση στο κόκκινο που θα γίνουν αόρατοι. Η θερμοκρασία της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου θα πέσει κάτω από την ευαισθησία των οργάνων. Με αυτόν τον τρόπο, το σύμπαν θα γίνει παρόμοιο με αυτό που φαντάζονταν οι αστρονόμοι πριν από 100 χρόνια, πριν τα όργανά τους ήταν αρκετά ισχυρά για να δουν το σύμπαν όπως το ξέρουμε σήμερα.

Η σύγχρονη κοσμολογία ουσιαστικά μας ταπεινώνει. Αποτελούμαστε από πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια, τα οποία μαζί αποτελούν μόνο το 4,5% του σύμπαντος. υπάρχουμε μόνο χάρη στις πιο λεπτές συνδέσεις μεταξύ του μικρότερου και του μεγαλύτερου. Οι νόμοι της μικροφυσικής εξασφάλισαν την κυριαρχία της ύλης επί της αντιύλης, την εμφάνιση διακυμάνσεων που έγιναν ο σπόρος για τους γαλαξίες, το γέμισμα του χώρου με σωματίδια σκοτεινής ύλης, που παρείχε τη βαρυτική υποδομή που επέτρεπε στους γαλαξίες να σχηματιστούν πριν την κυριαρχία της σκοτεινής ενέργειας και την επέκταση άρχισε να επιταχύνεται (επάνω ένθετο). Ταυτόχρονα, η κοσμολογία είναι εγγενώς αλαζονική. Η ιδέα ότι μπορούμε να καταλάβουμε κάτι σε έναν τόσο απέραντο ωκεανό χώρου και χρόνου όπως το σύμπαν μας φαίνεται με την πρώτη ματιά παράλογη. Αυτό το παράξενο μείγμα ταπεινότητας και αυτοπεποίθησης μας επέτρεψε να προχωρήσουμε πολύ στην κατανόηση της δομής του σύγχρονου Σύμπαντος και της εξέλιξής του τον περασμένο αιώνα. Είμαι αισιόδοξος για περαιτέρω πρόοδο τα επόμενα χρόνια και είμαι αρκετά σίγουρος ότι ζούμε στη χρυσή εποχή της κοσμολογίας.

Αν υπήρχε ακόμη περισσότερη σκοτεινή ενέργεια στο σύμπαν, θα παρέμενε σχεδόν άμορφο (αριστερά), χωρίς τις μεγάλες δομές που βλέπουμε (δεξιά).

Μετάφραση: V.G. Surdin

ΕΠΙΠΛΕΟΝ ΛΟΓΟΤΕΧΝΙΑ

• Το Πρώιμο Σύμπαν. Edward W. Kolb και Michael S. Turner. Westview Press, 1994.
• Το πληθωριστικό Σύμπαν. Άλαν Γκουθ. Basic, 1998.
• Κουάρκ και Κόσμος. Michael S. Turner στο Science, Vol. 315, σελίδες 59–61. 5 Ιανουαρίου 2007
• Το Dark Tnergy και το Επιταχυνόμενο Σύμπαν. Joshua Frieman, Michael S. Turner και Dragan Huterer στο Annual Reviews of Astronomy and Astrophysics, Vol. 46, σελίδες 385–432. 2008. Διαθέσιμο στο διαδίκτυο: arxiv.org.
• Cherepashchuk A.M., Chernin A.D. Ορίζοντες του Σύμπαντος. Novosibirsk: Izd. SO RAN, 2005.

Ο Michael S. Turner πρωτοστάτησε στην ενοποίηση της σωματιδιακής φυσικής, της αστροφυσικής και της κοσμολογίας και ανέλαβε το έργο της Εθνικής Ακαδημίας σε αυτό το νέο πεδίο έρευνας νωρίτερα αυτή τη δεκαετία. Είναι καθηγητής στο Kavli Foundation Institute for Cosmological Physics στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο. Από το 2003 έως το 2006, ήταν επικεφαλής του Τμήματος Φυσικών και Μαθηματικών Επιστημών του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών. Τα βραβεία του περιλαμβάνουν το Βραβείο Warner της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας, το Βραβείο Lilienfeld της Αμερικανικής Εταιρείας Φυσικής και το Βραβείο Klopsteg της Αμερικανικής Ένωσης Καθηγητών Φυσικής.

Μόλις ένας άνθρωπος απέκτησε μυαλό, άρχισε να ενδιαφέρεται για το πώς λειτουργούν όλα. Γιατί το νερό δεν ξεχειλίζει πάνω από την άκρη του κόσμου; Ο ήλιος περιστρέφεται γύρω από τη γη; Τι υπάρχει μέσα στις μαύρες τρύπες;

Το Σωκρατικό «Ξέρω ότι δεν ξέρω τίποτα» σημαίνει ότι έχουμε επίγνωση του όγκου του ακόμα άγνωστου σε αυτόν τον κόσμο. Έχουμε περάσει από τους μύθους στην κβαντική φυσική, αλλά εξακολουθούν να υπάρχουν περισσότερες ερωτήσεις παρά απαντήσεις και γίνονται όλο και πιο περίπλοκες.

Κοσμογονικοί μύθοι

Ο μύθος είναι ο πρώτος τρόπος με τον οποίο οι άνθρωποι εξήγησαν την προέλευση και τη δομή των πάντων γύρω τους και τη δική τους ύπαρξη. Οι κοσμογονικοί μύθοι λένε πώς ο κόσμος εμφανίστηκε από χάος ή ανυπαρξία. Οι θεότητες εμπλέκονται στη δημιουργία του σύμπαντος στο μύθο. Ανάλογα με τη συγκεκριμένη κουλτούρα, η κοσμολογία που προκύπτει (η ιδέα της δομής του κόσμου) είναι διαφορετική. Για παράδειγμα, το στερέωμα του ουρανού θα μπορούσε να εμφανίζεται ως ένα καπάκι, το κέλυφος ενός παγκόσμιου αυγού, το πτερύγιο ενός γιγάντιου κελύφους ή το κρανίο ενός γίγαντα.

Κατά κανόνα, σε όλες αυτές τις ιστορίες υπάρχει μια διαίρεση του αρχικού χάους σε ουρανό και γη (πάνω και κάτω), η δημιουργία ενός άξονα (πυρήνας του σύμπαντος), η δημιουργία φυσικών αντικειμένων και ζωντανών όντων. Οι βασικές έννοιες που είναι κοινές σε διαφορετικούς λαούς ονομάζονται αρχέτυπα.

Ο φυσικός Alexander Ivanchik μιλά για τα πρώιμα στάδια της εξέλιξης του Σύμπαντος και την προέλευση των χημικών στοιχείων στη διάλεξη Post-Science.

Ο κόσμος είναι σαν ένα σώμα

Ο αρχαίος άνθρωπος γνώριζε τον κόσμο με τη βοήθεια του σώματός του, μέτρησε αποστάσεις με βήματα και αγκώνες, δούλευε πολύ με τα χέρια του. Αυτό αντανακλάται στην προσωποποίηση της φύσης (η βροντή είναι αποτέλεσμα των χτυπημάτων του σφυριού του Θεού, ο άνεμος - φυσάει η θεότητα). Ο κόσμος συνδέθηκε επίσης με ένα μεγάλο σώμα.

Για παράδειγμα, στη σκανδιναβική μυθολογία, ο κόσμος δημιουργήθηκε από το σώμα του γίγαντα Ymir, του οποίου τα μάτια έγιναν υδάτινα σώματα και τα μαλλιά του έγιναν δάση. Στην ινδουιστική μυθολογία, αυτή τη λειτουργία ανέλαβε ο Purusha, στα κινέζικα - ο Pangu. Σε όλες τις περιπτώσεις, η δομή του ορατού κόσμου συνδέεται με το σώμα ενός ανθρωπόμορφου όντος, ενός μεγάλου προγόνου ή θεότητας, που θυσιάζεται για να εμφανιστεί ο κόσμος. Ταυτόχρονα, ο ίδιος ο άνθρωπος είναι ένας μικρόκοσμος, το σύμπαν σε μικρογραφία.

υπέροχο δέντρο

Μια άλλη αρχετυπική πλοκή που εμφανίζεται συχνά ανάμεσα σε διαφορετικούς λαούς είναι ο άξονας του κόσμου, το παγκόσμιο βουνό ή το παγκόσμιο δέντρο. Για παράδειγμα, η σκανδιναβική τέφρα Yggdrasil. Εικόνες ενός δέντρου, στο κέντρο του οποίου υπάρχει μια ανθρώπινη φιγούρα, βρέθηκαν επίσης μεταξύ των Μάγια και των Αζτέκων. Στις Ινδουιστικές Βέδες, το ιερό δέντρο ονομαζόταν Ashwattha, στην τουρκική μυθολογία - Baiterek. Το παγκόσμιο δέντρο συνδέει τον κάτω, τον μεσαίο και τον ανώτερο κόσμο, οι ρίζες του βρίσκονται στις υπόγειες περιοχές και το στέμμα πηγαίνει στον ουρανό.

Οδηγήστε με, μεγάλη χελώνα!

Η μυθολογία της παγκόσμιας χελώνας που επιπλέει στον απέραντο ωκεανό, στην πλάτη της οποίας στηρίζεται η Γη, βρίσκεται ανάμεσα στους λαούς της αρχαίας Ινδίας και της αρχαίας Κίνας, στους θρύλους του γηγενούς πληθυσμού της Βόρειας Αμερικής. Ο ελέφαντας, το φίδι και η φάλαινα αναφέρονται σε διαφορετικές εκδοχές του μύθου των γιγάντων «ζώων υποστήριξης».

Κοσμολογικές παραστάσεις των Ελλήνων

Οι Έλληνες φιλόσοφοι κατέθεσαν τις αστρονομικές έννοιες που χρησιμοποιούμε ακόμα και σήμερα. Διαφορετικοί φιλόσοφοι της σχολής τους είχαν τη δική τους άποψη για το μοντέλο του σύμπαντος. Ως επί το πλείστον, τηρούσαν το γεωκεντρικό σύστημα του κόσμου.

Η ιδέα υπέθεσε ότι στο κέντρο του κόσμου υπάρχει μια ακίνητη Γη, γύρω από την οποία περιστρέφονται ο Ήλιος, η Σελήνη και τα αστέρια. Σε αυτή την περίπτωση, οι πλανήτες περιστρέφονται γύρω από τη Γη, σχηματίζοντας το «σύστημα της Γης». Ο Tycho Brahe αρνήθηκε επίσης την καθημερινή περιστροφή της Γης.

Επιστημονική Επανάσταση του Διαφωτισμού

Οι γεωγραφικές ανακαλύψεις, τα θαλάσσια ταξίδια, η ανάπτυξη της μηχανικής και της οπτικής έκαναν την εικόνα του κόσμου πιο περίπλοκη και ολοκληρωμένη. Από τον 17ο αιώνα ξεκίνησε η «τηλεσκοπική εποχή»: η παρατήρηση ουράνιων σωμάτων σε νέο επίπεδο έγινε διαθέσιμη στον άνθρωπο και άνοιξε ο δρόμος για μια βαθύτερη μελέτη του διαστήματος. Από φιλοσοφική άποψη, ο κόσμος θεωρήθηκε ως αντικειμενικά γνώσιμος και μηχανιστικός.

Ο Johannes Kepler και οι τροχιές των ουράνιων σωμάτων

Ο μαθητής του Tycho Brahe, Johannes Kepler, ο οποίος προσχώρησε στη θεωρία του Κοπέρνικου, ανακάλυψε τους νόμους της κίνησης των ουράνιων σωμάτων. Το σύμπαν, σύμφωνα με τη θεωρία του, είναι μια σφαίρα, μέσα στην οποία βρίσκεται το ηλιακό σύστημα. Έχοντας διατυπώσει τρεις νόμους, που τώρα ονομάζονται «νόμοι του Κέπλερ», περιέγραψε την κίνηση των πλανητών γύρω από τον Ήλιο σε τροχιές και αντικατέστησε τις κυκλικές τροχιές με ελλείψεις.

Ανακαλύψεις του Galileo Galilei

Ο Γαλιλαίος υπερασπίστηκε τον Κοπερνικανισμό, τηρώντας το ηλιοκεντρικό σύστημα του κόσμου, και επέμεινε επίσης ότι η Γη έχει μια καθημερινή περιστροφή (περιστροφές γύρω από τον άξονά της). Αυτό τον οδήγησε στην περίφημη διαφωνία με τη Ρωμαϊκή Εκκλησία, η οποία δεν υποστήριξε τη θεωρία του Κοπέρνικου.

Ο Γαλιλαίος κατασκεύασε το δικό του τηλεσκόπιο, ανακάλυψε τα φεγγάρια του Δία και εξήγησε τη λάμψη της Σελήνης από το ηλιακό φως που αντανακλάται από τη Γη.

Όλα αυτά ήταν απόδειξη ότι η Γη είναι της ίδιας φύσης με άλλα ουράνια σώματα, τα οποία έχουν επίσης «φεγγάρια» και κινούνται. Ακόμη και ο Ήλιος αποδείχθηκε ότι δεν ήταν ιδανικός, γεγονός που διέψευσε τις ελληνικές ιδέες για την τελειότητα του ορεινού κόσμου - ο Γαλιλαίος είδε κηλίδες πάνω του.

Το μοντέλο του Νεύτωνα για το σύμπαν

Ο Ισαάκ Νεύτων ανακάλυψε τον νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας, ανέπτυξε ένα ενοποιημένο σύστημα επίγειας και ουράνιας μηχανικής και διατύπωσε τους νόμους της δυναμικής - αυτές οι ανακαλύψεις αποτέλεσαν τη βάση της κλασικής φυσικής. Ο Νεύτωνας απέδειξε τους νόμους του Κέπλερ από τη θέση της βαρύτητας, δήλωσε ότι το Σύμπαν είναι άπειρο και διατύπωσε τις ιδέες του για την ύλη και την πυκνότητα.

Το έργο του "The Mathematical Principles of Natural Philosophy" το 1687 συνόψισε τα αποτελέσματα των μελετών των προκατόχων του και καθόρισε μια μέθοδο για τη δημιουργία ενός μοντέλου του Σύμπαντος χρησιμοποιώντας μαθηματική ανάλυση.

20ος αιώνας: όλα είναι σχετικά

Μια ποιοτική ανακάλυψη στην κατανόηση του κόσμου από τον άνθρωπο στον εικοστό αιώνα ήταν η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας (GR), που παρουσιάστηκε το 1916 από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν. Σύμφωνα με τη θεωρία του Αϊνστάιν, ο χώρος δεν είναι κάτι αμετάβλητο, ο χρόνος έχει αρχή και τέλος και μπορεί να ρέει διαφορετικά κάτω από διαφορετικές συνθήκες.

Η Γενική Σχετικότητα εξακολουθεί να είναι η θεωρία με τη μεγαλύτερη επιρροή του χώρου, του χρόνου, της κίνησης και της βαρύτητας - δηλαδή ό,τι συνθέτει τη φυσική πραγματικότητα και τις αρχές του κόσμου. Η θεωρία της σχετικότητας δηλώνει ότι ο χώρος πρέπει είτε να διαστέλλεται είτε να συστέλλεται. Έτσι αποδείχθηκε ότι το Σύμπαν είναι δυναμικό, όχι ακίνητο.

Ο Αμερικανός αστρονόμος Έντουιν Χαμπλ απέδειξε ότι ο Γαλαξίας μας, στον οποίο βρίσκεται το ηλιακό σύστημα, είναι μόνο ένας από τους εκατοντάδες δισεκατομμύρια άλλους γαλαξίες στο Σύμπαν. Ερευνώντας μακρινούς γαλαξίες, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι διασκορπίζονται, απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο και πρότεινε ότι το Σύμπαν διαστέλλεται.

Με βάση την έννοια της συνεχούς διαστολής του Σύμπαντος, αποδεικνύεται ότι κάποτε ήταν σε συμπιεσμένη κατάσταση. Το γεγονός που προκάλεσε τη μετάβαση από μια πολύ πυκνή κατάσταση της ύλης σε διαστολή ονομάστηκε μεγάλη έκρηξη.

21ος αιώνας: η σκοτεινή ύλη και το πολυσύμπαν

Σήμερα γνωρίζουμε ότι το Σύμπαν διαστέλλεται με επιταχυνόμενο ρυθμό: αυτό διευκολύνεται από την πίεση της «σκοτεινής ενέργειας», η οποία παλεύει με τη δύναμη της βαρύτητας. Η «σκοτεινή ενέργεια», η φύση της οποίας δεν είναι ακόμη ξεκάθαρη, αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος. Οι μαύρες τρύπες είναι «βαρυτικοί τάφοι» στους οποίους η ύλη και η ακτινοβολία εξαφανίζονται, και στους οποίους, κατά πάσα πιθανότητα, μετατρέπονται νεκρά αστέρια.

Η ηλικία του Σύμπαντος (χρόνος από την αρχή της διαστολής) υπολογίζεται στα 13-15 δισεκατομμύρια χρόνια.

Συνειδητοποιήσαμε τη μη μοναδικότητά μας - τελικά, υπάρχουν τόσα πολλά αστέρια και πλανήτες τριγύρω. Επομένως, το ζήτημα της προέλευσης της ζωής στη Γη εξετάζεται από τους σύγχρονους επιστήμονες στο πλαίσιο του γιατί προέκυψε καθόλου το Σύμπαν, όπου αυτό έγινε δυνατό.

Γαλαξίες, αστέρια και πλανήτες που περιστρέφονται γύρω τους, και τα ίδια τα άτομα υπάρχουν μόνο επειδή η ώθηση της σκοτεινής ενέργειας την εποχή της Μεγάλης Έκρηξης ήταν αρκετή για να εμποδίσει το Σύμπαν να καταρρεύσει ξανά, και ταυτόχρονα για να μην πετάξει και το διάστημα. πολύ. Η πιθανότητα κάτι τέτοιο είναι πολύ μικρή, επομένως ορισμένοι σύγχρονοι θεωρητικοί φυσικοί προτείνουν ότι υπάρχουν πολλά παράλληλα σύμπαντα.

Οι θεωρητικοί φυσικοί πιστεύουν ότι ορισμένα σύμπαντα μπορεί να έχουν 17 διαστάσεις, άλλα μπορεί να περιέχουν αστέρια και πλανήτες όπως ο δικός μας, και μερικά μπορεί να αποτελούνται από ένα άμορφο πεδίο.

Άλαν Λάιτμανφυσικός

Ωστόσο, είναι αδύνατο να το αντικρούσουμε αυτό με τη βοήθεια ενός πειράματος, επομένως άλλοι επιστήμονες πιστεύουν ότι η έννοια του Πολυσύμπαντος θα πρέπει να θεωρείται μάλλον φιλοσοφική.

Οι σημερινές ιδέες για το Σύμπαν σχετίζονται σε μεγάλο βαθμό με τα άλυτα προβλήματα της σύγχρονης φυσικής. Η κβαντομηχανική, της οποίας οι κατασκευές διαφέρουν σημαντικά από ό,τι λέει η κλασική μηχανική, τα φυσικά παράδοξα και οι νέες θεωρίες μας διαβεβαιώνουν ότι ο κόσμος είναι πολύ πιο ποικιλόμορφος από όσο φαίνεται και τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τον παρατηρητή.

Σύμπαν - ολόγραμμα

Έχουμε συνηθίσει να αντιλαμβανόμαστε τον κόσμο σε τρεις διαστάσεις.Ωστόσο, επιστήμονες από το Εθνικό Εργαστήριο Enrico Fermi στο Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ πρότειναν ότι το Σύμπαν είναι ένα ολόγραμμα, δηλαδή φαίνεται ότι είναι μόνο ογκώδες, αλλά στην πραγματικότητα είναι επίπεδο. Σύμφωνα με την υπόθεσή τους, ο χωροχρόνος μπορεί να αναπαρασταθεί με τη μορφή μικροσκοπικών μπλοκ, όπως μια εικόνα από μια οθόνη, που αποτελείται από εικονοστοιχεία. Κάθε ένα από αυτά τα μπλοκ είναι τόσο μικροσκοπικά που ακόμη και μικρότερα μήκη απλά δεν έχουν φυσικό νόημα.

Ο διευθυντής του εργαστηρίου Craig Hogan και οι συνεργάτες του προσπαθούν να αποδείξουν ότι ο χωροχρόνος είναι ένα κβαντικό σύστημα, όπως η ύλη και η ενέργεια, και σχηματίζεται από κύματα. Για να γίνει αυτό, συναρμολόγησαν μια συσκευή που ονομάζεται ολόμετρο. Το ολόμετρο εκπέμπει δύο ισχυρές ακτίνες λέιζερ που είτε συγκλίνουν είτε αποκλίνουν. Εάν η φωτεινότητά τους αυξομειώνεται, τότε αυτό θα επιβεβαιώσει ότι ο χωροχρόνος παρουσιάζει επίσης διακυμάνσεις, πράγμα που σημαίνει ότι έχει τις ιδιότητες ενός δισδιάστατου κύματος. Το πείραμα ξεκίνησε το περασμένο καλοκαίρι και θα διαρκέσει περίπου ένα χρόνο. Είναι δύσκολο να πούμε πώς αυτό θα επηρεάσει την ανθρωπότητα. Ωστόσο, αν η εικασία των φυσικών του Fermilab είναι σωστή, τότε η ποσότητα των πληροφοριών στο σύμπαν είναι πεπερασμένη, επομένως υπάρχει ένα όριο σε οτιδήποτε μπορούμε να μετρήσουμε, να σκεφτούμε και να κάνουμε.

κβαντικός αφρός
όπως το ύφασμα του σύμπαντος

Ο χωροχρόνος φαίνεται συνεχής και ομαλός,αλλά, είναι πολύ πιθανό σε μικροεπίπεδο να είναι αρκετά διαφορετικά. Το 1955, ο φυσικός John Wheeler πρότεινε την έννοια του κβαντικού αφρού. Αυτή η ιδέα βασίζεται στην υπόθεση ότι, μαζί με τα συνηθισμένα σωματίδια, υπάρχουν εικονικά σωματίδια που σχηματίζονται από ενέργεια και εκμηδενίζονται σύμφωνα με την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg. Αυτές οι διεργασίες προκαλούν κβαντικές διακυμάνσεις, γι' αυτό και ο χωροχρόνος καμπυλώνεται στην κλίμακα των τιμών Planck.

Η έννοια του κβαντικού αφρού ζωγραφίζει εκπληκτικές εικόνες - για παράδειγμα, τις μικρότερες μαύρες τρύπες και σκουληκότρυπες που προέρχονται από την αλληλεπίδραση εικονικών σωματιδίων - και μπορεί να είναι χρήσιμη για να εξηγήσει τη γέννηση του σύμπαντος και τη δομή του. Ωστόσο, δεν έχει καταστεί ακόμη δυνατό να το αποδείξει ή να το διαψεύσει - ορισμένοι επιστήμονες αμφιβάλλουν ότι εικονικά σωματίδια υπάρχουν καθόλου.

Το Σύμπαν μας είναι το αποτέλεσμα μιας σύγκρουσης τρισδιάστατων κόσμων

Το μοντέλο που προτείνουν οι Paul Steinhardt και Neil Turok μοιάζει με τη θεωρία του Big Bang,αλλά αποκλείει την ίδια τη Μεγάλη Έκρηξη. Οι ερευνητές συμφωνούν ότι το σύμπαν διαστέλλεται και ψύχεται τα τελευταία 15 δισεκατομμύρια χρόνια, αλλά πιστεύουν ότι δεν υπήρχε ιδιομορφία πριν από αυτό. Κατά τη γνώμη τους, στην αρχή το Σύμπαν ήταν κρύο και σχεδόν άδειο και υψηλό, αλλά η τελική θερμοκρασία και η πυκνότητα του δόθηκαν από τη σύγκρουση δύο τρισδιάστατων κόσμων - βράνες που κινούνταν κατά μήκος μιας άλλης, κρυφής διάστασης. Σε διαφορετικά σημεία, η σύγκρουση δεν συνέβη ταυτόχρονα, επειδή το Σύμπαν δεν είναι ομοιογενές - έτσι θα μπορούσαν να εμφανιστούν οι γαλαξίες.

Το εκπυρωτικό μοντέλο βασίζεται στις διατάξεις της θεωρίας χορδών, επομένως, προϋποθέτει την ύπαρξη άλλων κόσμων. Είναι αλήθεια ότι δεν μπορούμε να τα παρατηρήσουμε, αφού τα σωματίδια και το φως δεν διεισδύουν εκεί. Το 2002, ο Steinhardt και ο Turok επέκτειναν το μοντέλο τους και το ονόμασαν κυκλικό. Σύμφωνα με αυτήν, μετά από μια σύγκρουση, οι βράνες χωρίζονται, και στη συνέχεια συγκλίνουν ξανά, και ούτω καθεξής επ' άπειρον.

Χωροχρόνος - υπερρευστό υγρό

Το βασικό καθήκον της σύγχρονης φυσικής είναι να εξαλείψει τις αντιφάσεις μεταξύ της γενικής σχετικότητας και της κβαντικής μηχανικής.Μερικοί ερευνητές πιστεύουν ότι η ιδέα ότι ο χωροχρόνος είναι ένα υπερρευστό υγρό θα βοηθήσει να απαλλαγούμε από αυτά. Ο φυσικός Ted Jacobson συνέκρινε τον χωροχρόνο με το νερό. Τα μεμονωμένα μόρια νερού δεν έχουν τις ιδιότητές του, αλλά παρόλα αυτά είναι ρυθμισμένα. Ο Stefano Liberati και ο Luca Maccione αποφάσισαν να δοκιμάσουν την υπόθεση για τα κβάντα φωτός. Πρότειναν ότι ο χωροχρόνος συμπεριφέρεται σαν ρευστό μόνο σε ειδικές περιπτώσεις, όπως τα φωτόνια υψηλής ενέργειας. Τέτοια φωτόνια πρέπει να χάνουν ενέργεια σε μεγάλες αποστάσεις όπως τα αποσβεσμένα κύματα σε άλλα μέσα.

Οι Liberati και Maccione παρακολούθησαν την ακτινοβολία από ένα κατάλοιπο σουπερνόβα στο Νεφέλωμα του Καβουριού, που βρίσκεται 6.500 έτη φωτός από τη Γη. Δεν βρήκαν αποκλίσεις και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι τα ρευστά αποτελέσματα του χωροχρόνου είναι είτε εξαιρετικά αδύναμα είτε ανύπαρκτα. Αλλά αν τα φωτόνια έχασαν όντως ενέργεια, αυτό θα σήμαινε ότι η ταχύτητα του φωτός στο κενό δεν είναι σταθερή, κάτι που είναι αντίθετο με τη γενική σχετικότητα. Οι Liberati και Maccione δεν εγκατέλειψαν την ιδέα. Ωστόσο, ακόμη και οι υποστηρικτές της ιδέας ότι ο χωροχρόνος είναι ένα υπερρευστό υγρό δεν ελπίζουν πραγματικά να βρουν επιβεβαίωση.

σύμπαντα
σε μαύρες τρύπες

Οι άνθρωποι, με εξαίρεση τους αδερφούς Nolan, δεν γνωρίζουν τι υπάρχει μέσα στις μαύρες τρύπες.Σύμφωνα με τον Nikodem Poplavsky, οδηγούν σε άλλα σύμπαντα. Ο Αϊνστάιν πίστευε ότι η ύλη που πέφτει σε μια μαύρη τρύπα συμπιέζεται σε μια μοναδικότητα. Σύμφωνα με τις εξισώσεις του Poplavsky, στο άλλο άκρο μιας μαύρης τρύπας βρίσκεται μια λευκή τρύπα - ένα αντικείμενο από το οποίο εκτοξεύεται μόνο ύλη και φως. Αυτό το ζευγάρι σχηματίζει μια σκουληκότρυπα και τα πάντα, φτάνοντας εκεί από τη μια πλευρά και φεύγοντας από την άλλη, σχηματίζουν έναν νέο κόσμο. Στις αρχές της δεκαετίας του 1990, ο φυσικός Lee Smolin πρότεινε μια παρόμοια και κάπως περίεργη υπόθεση: πίστευε επίσης σε σύμπαντα στην άλλη πλευρά μιας μαύρης τρύπας, αλλά πίστευε ότι υπακούουν σε έναν νόμο όπως η φυσική επιλογή: αναπαράγονται και μεταλλάσσονται κατά τη διάρκεια της εξέλιξη.

Η θεωρία του Poplavsky θα μπορούσε να ρίξει λίγο φως σε μερικά «σκοτεινά» μέρη στη σύγχρονη φυσική: για παράδειγμα, από πού προήλθε η κοσμολογική ιδιομορφία πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη και οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα στην άκρη του Σύμπαντος μας ή γιατί το Σύμπαν δεν είναι σφαιρικό , αλλά, προφανώς, επίπεδη. Οι επικριτές του επιστήμονα επισημαίνουν ότι η φύση του πρωταρχικού κόσμου, από τον οποίο προήλθαν όλα τα άλλα σύμπαντα, εξακολουθεί να παραμένει μυστήριο. Ωστόσο, ακόμη και οι σκεπτικιστές δεν πιστεύουν ότι η υπόθεση του Ποπλάβσκι είναι λιγότερο εύλογη από την εικασία του Αϊνστάιν για τη μοναδικότητα.

Όλοι ζούμε σε ένα μυστηριώδες σύμπαν και παρά το γεγονός ότι οι υψηλού προφίλ ανακαλύψεις γίνονται σχεδόν καθημερινά στον κόσμο της επιστήμης, κανείς δεν μπόρεσε να απαντήσει στο ερώτημα: από πού προήλθε η ύλη, η ενέργεια, ο χώρος και ο χρόνος. Πώς προέκυψε το σύμπαν μας; Τα αναπάντητα ερωτήματα έχουν τη δική τους ομορφιά, τέτοιες ερωτήσεις ανοίγουν ένα απεριόριστο πεδίο συζήτησης και σχηματίζουν διάφορες θεωρίες για την προέλευση του σύμπαντος.

Θεωρία 1: Το σύμπαν είναι δημιούργημα του Θεού

Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, ο Θεός ή οι θεοί ή κάποια θεϊκή δύναμη δημιούργησαν το σύμπαν. Στη βάση αυτής της δήλωσης, βασίζεται η φιλοσοφία των κύριων παγκόσμιων θρησκειών: Χριστιανισμός, Ισλάμ, Ιουδαϊσμός και ακόμη και Βουδισμός. Σε καθεμία από αυτές τις θρησκευτικές παραδόσεις, υπάρχει μια διάταξη που δηλώνει ότι ο Θεός (θεοί) υπήρχε πριν από τη δημιουργία του Σύμπαντος, και ήταν ο Παντοδύναμος που έγινε ο συγγραφέας του. Αυτή η θεωρία παρουσιάζεται ευρέως σε μια από τις ενότητες της Βίβλου που ονομάζεται Βιβλίο της Γένεσης. Από εκεί μαθαίνουμε ότι το σύμπαν και όλα όσα κατοικούν σε αυτό δημιουργήθηκαν σε έξι ημέρες.

Θεωρία 2: Το σύμπαν το έκανε μόνο του

Μια συγκεκριμένη ομάδα εκδοχών της προέλευσης του Σύμπαντος βασίζεται στον ισχυρισμό ότι το Σύμπαν δημιούργησε τον εαυτό του: ακριβώς σε μια συγκεκριμένη στιγμή, πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, το Σύμπαν μας αποφάσισε να είναι και έκανε πράξη την απόφασή του. Αυτή η θεωρία, συγκεκριμένα, βασίζεται στη λεγόμενη Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, και δεν υπάρχουν ερωτήσεις σχετικά με το ποιος ή τι δημιούργησε το Σύμπαν μας. Στην πραγματικότητα, η θεωρία του Big Bang απέχει πολύ από την πρώτη και όχι τη μοναδική θεωρία που προωθεί την «αυτοδημιουργία» του Σύμπαντος.

Ένας από τους αρχαίους αιγυπτιακούς μύθους λέει για τον θεό Neb-er-Cher, ο οποίος από μόνος του ήταν το σύμπαν και περιείχε όλη τη δυαδικότητα του κόσμου: ορατό και αόρατο, αρσενικό και θηλυκό, σωματικό και ψυχικό. Ο μύθος μιλά για τη δημιουργία του σύμπαντος από τον ίδιο τον Θεό μέσω του εαυτού του, μέσω του αυνανισμού και της γονιμοποίησης από το στόμα με λέξεις και ιδέες. Γενικά, ο μύθος είναι μάλλον συγκεχυμένος, αλλά η έννοια της δημιουργίας του Σύμπαντος από αυτό που ουσιαστικά είναι είναι εμφανής εδώ.

Όλες οι θεωρίες αυτής της κατεύθυνσης, ωστόσο, δεν απαντούν στο ερώτημα γιατί κάτι εμφανίστηκε από το τίποτα, και τέτοια αυθόρμητη δημιουργία υπάρχει τόσα χρόνια. Αξίζει να αναγνωρίσουμε ότι ακόμη και χωρίς απάντηση σε αυτό το ερώτημα, οι υποστηρικτές της θεωρίας του Big Bang Είναι πολύ λογικό να χρησιμοποιήσουμε αυτό το μοντέλο για να περιγράψουμε τη διασπορά της ύλης στο Σύμπαν, τη διαφορά στα σχήματα των αστεριών και, ως εκ τούτου, των γαλαξιών. Η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης δεν εξηγεί με κανέναν τρόπο εάν υπήρχε ένας στόχος πριν από την πράξη της δημιουργίας του Σύμπαντος, και αν ήταν, ποιος ήταν.

Θεωρία 3: Ήταν πάντα εκεί

Η τρίτη θεωρία, η οποία εξηγεί πώς δημιουργήθηκε το Σύμπαν, ισχυρίζεται ότι το Σύμπαν υπήρχε πάντα, επομένως τα ερωτήματα για το ποιος, πότε και γιατί το δημιούργησε δεν λαμβάνονται καθόλου υπόψη σε αυτήν την έννοια. Οι εκδοχές της προέλευσης του Σύμπαντος που βασίζονται σε αυτή τη δήλωση είναι ιδιαίτερα δημοφιλείς μεταξύ των άθεων και των επιστημόνων.

Ο Αριστοτέλης, ένας από τους πιο εξέχοντες αρχαίους Έλληνες φιλοσόφους, πίστευε επίσης ότι το σύμπαν υπήρχε πάντα. Πολλοί πιστεύουν ότι κάτι που υπάρχει για πάντα είναι ακόμα καλύτερο από κάτι που δημιουργήθηκε με τον ένα ή τον άλλο τρόπο. Η πρόοδος και η εξέλιξη, σύμφωνα με τον Αριστοτέλη, οφείλονταν σε πλημμύρες ή άλλες φυσικές καταστροφές. που ανάγκαζε συνεχώς το Σύμπαν να ξαναρχίσει από την αρχή. Η πίστη στην αιώνια ύπαρξη του σύμπαντος στέρησε από τους ανθρώπους την ανάγκη να εμπλέξουν τον Θεό στην υποθετική δημιουργία του Σύμπαντος και, αντίθετα, όσοι αναγνώρισαν ότι το Σύμπαν είχε αρχή χρησιμοποίησαν αυτή τη δήλωση ως επιχείρημα υπέρ της ύπαρξης του σύμπαντος. Θεός ως εμπνευστής και δημιουργός του σύμπαντος.

Εκπυρωτικό σενάριο για τη δημιουργία του σύμπαντος

Όλοι γνωρίζουν για τη Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, οποιοσδήποτε μαθητής μπορεί να σας πει γι 'αυτό, αλλά υπάρχει μια εναλλακτική θεωρία στην οποία η δημιουργία του Σύμπαντος εξετάζεται από μια εντελώς διαφορετική οπτική γωνία. Οι υποστηρικτές της εκπυρωτικής θεωρίας πιστεύουν στην ύπαρξη του παράλληλου σύμπαντος μας και κάποια στιγμή αυτά τα δύο «συγγενικά» σύμπαντα διασταυρώθηκαν. Τη στιγμή της επαφής τους, απελευθερώθηκε μια γιγαντιαία ποσότητα ενέργειας, η οποία οδήγησε σε σοβαρές διαταραχές στο διάστημα, και ως αποτέλεσμα αυτών των κραδασμών, σχηματίστηκαν σωματίδια από τα οποία σχηματίστηκαν νεφελώματα αερίων, γαλαξίες, αστέρια και άλλα ουράνια σώματα.

Μετά από μια τέτοια σύγκρουση, τα σύμπαντα άρχισαν να κινούνται προς αντίθετες κατευθύνσεις, αλλά όσο περισσότερο αποκλίνονταν, τόσο μεγαλύτερη έλξη εμφανιζόταν μεταξύ τους. Σταδιακά, άρχισαν να έλκονται και πάλι, μέχρι εκείνη τη στιγμή ούτε αστέρια ούτε άλλα αντικείμενα είχαν παρατηρηθεί και στα δύο σύμπαντα, όλα ήταν ομοιόμορφα κατανεμημένα σύμφωνα με τον Δεύτερο Νόμο της Θερμοδυναμικής. Η σύγκρουση των Συμπάντων συνέβη ξανά και ξανά, ενώ τα σωματίδια σχηματίστηκαν υπό τη δράση της ενέργειας και η όλη διαδικασία επαναλήφθηκε ως ένας ατελείωτος κύκλος.

λευκές τρύπες

Σχετικά με τις λεγόμενες μαύρες τρύπες όλοι στο διάστημα γνωρίζουν. Καταρχήν, η υπόθεση της ύπαρξής τους βασίζεται στην παραβίαση των βαρυτικών πεδίων και στη διάθλαση του φωτός. Πρόσφατα, όμως, οι επιστήμονες άρχισαν να μιλούν για τις λευκές τρύπες. Εξάλλου, αν η ύλη καταπιεί μια μαύρη τρύπα, τότε τι πρέπει να προέρχεται από κάπου αλλού στο σύμπαν. Θεωρητικά, υπάρχουν μέρη όπου η ύλη δεν απορροφάται, αλλά απελευθερώνεται. Μέχρι στιγμής, κανείς δεν έχει καταφέρει να τις εντοπίσει, αλλά οι υποστηρικτές αυτής της ιδέας πιστεύουν ότι η ανακάλυψη των λευκών τρυπών δεν είναι μακριά.

Ωστόσο, η πιθανή ύπαρξη λευκών τρυπών, ακόμα κι αν αυτό επιτρέπεται, παραβιάζει αρκετές καθιερωμένες νόμιμες μοντέρνα φυσική. Εάν μια μέρα επιβεβαιωθεί η ύπαρξη λευκών τρυπών, η ανθρωπότητα θα πρέπει να αναθεωρήσει σοβαρά τα θεμέλια της σύγχρονης επιστήμης προκειμένου να βρει και να σχηματίσει μια επαρκή εξήγηση για αυτό το φαινόμενο.

Θεωρία μήτρας του σύμπαντος

Πράγματι, η ταινία «The Matrix» γυρίστηκε «βασισμένη» σε μια πολύ εξωφρενική θεωρία για την προέλευση του σύμπαντος, σύμφωνα με την οποία ολόκληρο το σύμπαν μας είναι προϊόν ενός ισχυρού προγράμματος υπολογιστή, του οποίου ο συγγραφέας είναι άγνωστος. Κατ 'αρχήν, ένας τέτοιος υπολογιστής είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς. Το 2003, αυτή η ιδέα οδήγησε τον καθηγητή του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης Nick Bostrom στην ιδέα ότι ο άνθρωπος είναι απλώς μια απατηλή τεχνητή νοημοσύνη από σιλικόνη, και όχι ένας οργανισμός άνθρακα στο πραγματικό Σύμπαν.

Η μαύρη τρύπα είναι η γενέτειρα του σύμπαντος

Ανάμεσα στις πολλές θεωρίες για την προέλευση του Σύμπαντος, υπάρχει μια ενδιαφέρουσα εκδοχή, η οποία βασίζεται στην ιδέα των μαύρων οπών που απελευθερώνουν την ύλη σε μερικά άγνωστα μέρη, δημιουργώντας έτσι νέα σύμπαντα που κυριολεκτικά μεγαλώνουν σαν μανιτάρια μετά τη βροχή. Κάθε σωματίδιο που απορροφάται από μια μαύρη τρύπα μπορεί να γίνει πηγή σχηματισμού ενός νέου σύμπαντος. Κατά κάποιο τρόπο, αυτή η θεωρία είναι σύμφωνη με τη Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, με τη μόνη διαφορά ότι υπάρχουν αμέτρητες εκρήξεις εδώ.

Κάθε νέο σύμπαν, με τη σειρά του, δημιουργεί νέες μαύρες τρύπες και δίνουν ξανά ζωή σε νέα σύμπαντα. Τα αποτελέσματα της έρευνας, που δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Nature, δείχνουν ότι το σύμπαν μας θα μπορούσε να προέρχεται από μια μαύρη τρύπα σε κάποιο άλλο σύμπαν.

Δημιουργία κόσμων σύμφωνα με την κβαντική θεωρία

Αυτή η θεωρία για τη δημιουργία του σύμπαντος προωθείται ευρέως από συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας. Αυτή η έκδοση βασίζεται στην ιδέα της συνεχούς διακλάδωσης και της απόκλισης των πραγματικοτήτων. Για παράδειγμα, επιλέγετε ανάμεσα στο να πάτε στο κατάστημα και να ανοίξετε την τηλεόραση: σε μια πραγματικότητα πηγαίνετε στο σούπερ μάρκετ και στην άλλη πατάτε το κουμπί στο τηλεχειριστήριο.

Ζούμε σε δύο σύμπαντα που δεν είναι πολύ διαφορετικά μεταξύ τους, αλλά όσο πιο βαθιά μελετάμε το θέμα, τόσο βαθύτερη γίνεται η διαφορά μεταξύ τους. Οι επιλογές για "διακλάδωση" εξαρτώνται από πολλούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της συμπεριφοράς των ατόμων που κινούνται σε διαφορετικές κατευθύνσεις κ.λπ. Ως αποτέλεσμα αυτών των διαδικασιών, δισεκατομμύρια νέες πραγματικότητες εμφανίζονται ανά πάσα στιγμή, και όσο πιο μακριά είναι η μία από την άλλη, τόσο πιο εντυπωσιακή είναι η διαφορά μεταξύ των συμπάντων.

Το μεγαλείο και η ποικιλομορφία του γύρω κόσμου μπορούν να καταπλήξουν κάθε φαντασία. Όλα τα αντικείμενα και τα αντικείμενα που περιβάλλουν έναν άνθρωπο, άλλους ανθρώπους, διάφορα είδη φυτών και ζώων, σωματίδια που μπορούν να φανούν μόνο με μικροσκόπιο, καθώς και ακατανόητα αστρικά σμήνη: όλα τα ενώνει η έννοια του «σύμπαν».

Οι θεωρίες για την προέλευση του σύμπαντος έχουν αναπτυχθεί από τον άνθρωπο εδώ και πολύ καιρό. Παρά την απουσία ακόμη και της αρχικής έννοιας της θρησκείας ή της επιστήμης, στο περίεργο μυαλό των αρχαίων ανθρώπων προέκυψαν ερωτήματα σχετικά με τις αρχές της παγκόσμιας τάξης και για τη θέση ενός ατόμου στον χώρο που τον περιβάλλει. Είναι δύσκολο να μετρήσουμε πόσες θεωρίες για την προέλευση του Σύμπαντος υπάρχουν σήμερα, μερικές από αυτές μελετώνται από κορυφαίους παγκοσμίου φήμης επιστήμονες, άλλες είναι ειλικρινά φανταστικές.

Κοσμολογία και το θέμα της

Η σύγχρονη κοσμολογία - η επιστήμη της δομής και της ανάπτυξης του σύμπαντος - θεωρεί το ζήτημα της προέλευσής του ως ένα από τα πιο ενδιαφέροντα και ακόμη ανεπαρκώς μελετημένα μυστήρια. Η φύση των διαδικασιών που συνέβαλαν στην εμφάνιση άστρων, γαλαξιών, ηλιακών συστημάτων και πλανητών, η ανάπτυξή τους, η πηγή της εμφάνισης του Σύμπαντος, καθώς και το μέγεθος και τα όριά του: όλα αυτά είναι μόνο μια σύντομη λίστα θεμάτων που μελετήθηκαν από σύγχρονους επιστήμονες.

Η αναζήτηση απαντήσεων στο θεμελιώδες αίνιγμα για το σχηματισμό του κόσμου οδήγησε στο γεγονός ότι σήμερα υπάρχουν διάφορες θεωρίες για την προέλευση, την ύπαρξη, την ανάπτυξη του Σύμπαντος. Ο ενθουσιασμός των ειδικών που αναζητούν απαντήσεις, χτίζουν και δοκιμάζουν υποθέσεις είναι δικαιολογημένος, γιατί μια αξιόπιστη θεωρία για τη γέννηση του Σύμπαντος θα αποκαλύψει σε όλη την ανθρωπότητα την πιθανότητα ύπαρξης ζωής σε άλλα συστήματα και πλανήτες.

Οι θεωρίες για την προέλευση του Σύμπαντος έχουν χαρακτήρα επιστημονικών εννοιών, επιμέρους υποθέσεων, θρησκευτικών διδασκαλιών, φιλοσοφικών ιδεών και μύθων. Όλοι χωρίζονται υπό όρους σε δύο κύριες κατηγορίες:

1. Θεωρίες σύμφωνα με τις οποίες το σύμπαν δημιουργήθηκε από έναν δημιουργό. Με άλλα λόγια, η ουσία τους είναι ότι η διαδικασία δημιουργίας του Σύμπαντος ήταν μια συνειδητή και πνευματική δράση, μια εκδήλωση της θέλησης
2. Θεωρίες για την προέλευση του Σύμπαντος, βασισμένες σε επιστημονικούς παράγοντες. Τα αξιώματά τους απορρίπτουν κατηγορηματικά τόσο την ύπαρξη ενός δημιουργού όσο και τη δυνατότητα συνειδητής δημιουργίας του κόσμου. Τέτοιες υποθέσεις βασίζονται συχνά σε αυτό που ονομάζεται αρχή της μετριότητας. Υποδηλώνουν την πιθανότητα ζωής όχι μόνο στον πλανήτη μας, αλλά και σε άλλους.

Δημιουργισμός - η θεωρία της δημιουργίας του κόσμου από τον Δημιουργό

Όπως υποδηλώνει το όνομα, ο δημιουργισμός (δημιουργία) είναι μια θρησκευτική θεωρία της προέλευσης του σύμπαντος. Αυτή η κοσμοθεωρία βασίζεται στην έννοια της δημιουργίας του Σύμπαντος, του πλανήτη και του ανθρώπου από τον Θεό ή τον Δημιουργό.

Η ιδέα ήταν κυρίαρχη για μεγάλο χρονικό διάστημα, μέχρι τα τέλη του 19ου αιώνα, όταν η διαδικασία συσσώρευσης γνώσης σε διάφορους τομείς της επιστήμης (βιολογία, αστρονομία, φυσική) επιταχύνθηκε και η εξελικτική θεωρία έγινε ευρέως διαδεδομένη. Ο δημιουργισμός έχει γίνει ένα είδος αντίδρασης των Χριστιανών που εμμένουν σε συντηρητικές απόψεις για τις ανακαλύψεις που γίνονται. Η κυρίαρχη ιδέα εκείνη την εποχή απλώς αύξησε τις αντιφάσεις που υπήρχαν μεταξύ θρησκευτικών και άλλων θεωριών.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ επιστημονικών και θρησκευτικών θεωριών

Οι κύριες διαφορές μεταξύ των θεωριών διαφόρων κατηγοριών βρίσκονται κυρίως στους όρους που χρησιμοποιούνται από τους υποστηρικτές τους. Άρα, στις επιστημονικές υποθέσεις, αντί του δημιουργού – φύσης, και αντί της δημιουργίας – καταγωγής. Μαζί με αυτό, υπάρχουν ερωτήσεις που καλύπτονται ομοίως από διαφορετικές θεωρίες ή ακόμη και εντελώς διπλές.

Οι θεωρίες για την προέλευση του σύμπαντος, που ανήκουν σε αντίθετες κατηγορίες, χρονολογούν την ίδια την εμφάνισή του με διαφορετικούς τρόπους. Για παράδειγμα, σύμφωνα με την πιο κοινή υπόθεση (τη θεωρία του Big Bang), το Σύμπαν σχηματίστηκε πριν από περίπου 13 δισεκατομμύρια χρόνια.

Αντίθετα, η θρησκευτική θεωρία της προέλευσης του σύμπαντος δίνει εντελώς διαφορετικά στοιχεία:

• Σύμφωνα με χριστιανικές πηγές, η ηλικία του σύμπαντος που δημιούργησε ο Θεός την εποχή της γέννησης του Ιησού Χριστού ήταν 3483-6984 χρόνια.
• Ο Ινδουισμός υποδηλώνει ότι ο κόσμος μας είναι περίπου 155 τρισεκατομμυρίων ετών.

Ο Καντ και το κοσμολογικό του μοντέλο

Μέχρι τον 20ο αιώνα, οι περισσότεροι επιστήμονες ήταν της άποψης ότι το σύμπαν ήταν άπειρο. Αυτή την ιδιότητα χαρακτήριζαν τον χρόνο και τον χώρο. Επιπλέον, κατά τη γνώμη τους, το Σύμπαν ήταν στατικό και ομοιόμορφο.

Η ιδέα του άπειρου του σύμπαντος στο διάστημα προτάθηκε από τον Ισαάκ Νεύτωνα. Η ανάπτυξη αυτής της υπόθεσης ασχολήθηκε με το ποιος ανέπτυξε και τη θεωρία για την απουσία χρονικών ορίων. Προχωρώντας περαιτέρω, σε θεωρητικές υποθέσεις, ο Καντ επέκτεινε το άπειρο του σύμπαντος στον αριθμό των πιθανών βιολογικών προϊόντων. Αυτό το αξίωμα σήμαινε ότι στις συνθήκες του αρχαίου και αχανούς κόσμου, χωρίς τέλος και αρχή, μπορεί να υπάρξει ένας αναρίθμητος αριθμός πιθανών επιλογών, με αποτέλεσμα η εμφάνιση οποιουδήποτε βιολογικού είδους να είναι πραγματική.

Με βάση την πιθανή εμφάνιση μορφών ζωής, αναπτύχθηκε αργότερα η θεωρία του Δαρβίνου. Οι παρατηρήσεις του έναστρου ουρανού και τα αποτελέσματα των υπολογισμών των αστρονόμων επιβεβαίωσαν το κοσμολογικό μοντέλο του Καντ.

Οι στοχασμοί του Αϊνστάιν

Στις αρχές του 20ου αιώνα, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν δημοσίευσε το δικό του μοντέλο του σύμπαντος. Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας, δύο αντίθετες διαδικασίες λαμβάνουν χώρα ταυτόχρονα στο Σύμπαν: η διαστολή και η συστολή. Ωστόσο, συμφώνησε με την άποψη των περισσότερων επιστημόνων για τη στασιμότητα του Σύμπαντος, έτσι εισήγαγε την έννοια της κοσμικής απωστικής δύναμης. Η πρόσκρουσή του έχει σχεδιαστεί για να εξισορροπεί την έλξη των αστεριών και να σταματήσει τη διαδικασία κίνησης όλων των ουράνιων σωμάτων προκειμένου να διατηρηθεί η στατική φύση του Σύμπαντος.

Το μοντέλο του Σύμπαντος -σύμφωνα με τον Αϊνστάιν- έχει ένα συγκεκριμένο μέγεθος, αλλά δεν υπάρχουν όρια. Ένας τέτοιος συνδυασμός είναι εφικτός μόνο όταν ο χώρος είναι κυρτός με τέτοιο τρόπο όπως συμβαίνει σε μια σφαίρα.

Τα χαρακτηριστικά του χώρου ενός τέτοιου μοντέλου είναι:

• Τρισδιάστατη.
• Κλείσιμο στον εαυτό σου.
• Ομοιογένεια (έλλειψη κέντρου και ακμής), στην οποία οι γαλαξίες είναι ομοιόμορφα κατανεμημένοι.

A. A. Fridman: Το Σύμπαν διαστέλλεται

Ο δημιουργός του επαναστατικού διαστελλόμενου μοντέλου του Σύμπαντος, A. A. Fridman (ΕΣΣΔ) έχτισε τη θεωρία του με βάση τις εξισώσεις που χαρακτηρίζουν τη γενική θεωρία της σχετικότητας. Είναι αλήθεια ότι η γενικά αποδεκτή γνώμη στον επιστημονικό κόσμο εκείνης της εποχής ήταν η στατική φύση του κόσμου μας, επομένως, δεν δόθηκε η δέουσα προσοχή στο έργο του.

Λίγα χρόνια αργότερα, ο αστρονόμος Έντουιν Χαμπλ έκανε μια ανακάλυψη που επιβεβαίωσε τις ιδέες του Φρίντμαν. Ανακαλύφθηκε η απομάκρυνση των γαλαξιών από τον κοντινό Γαλαξία μας. Ταυτόχρονα, το γεγονός ότι η ταχύτητα της κίνησής τους είναι ανάλογη με την απόσταση μεταξύ τους και του γαλαξία μας έχει γίνει αδιαμφισβήτητο.

Αυτή η ανακάλυψη εξηγεί τη συνεχή «υποχώρηση» των άστρων και των γαλαξιών μεταξύ τους, κάτι που οδηγεί στο συμπέρασμα για τη διαστολή του σύμπαντος.

Τελικά, τα συμπεράσματα του Friedman αναγνωρίστηκαν από τον Αϊνστάιν, ο οποίος στη συνέχεια ανέφερε τα πλεονεκτήματα του σοβιετικού επιστήμονα ως ιδρυτή της υπόθεσης της διαστολής του Σύμπαντος.

Δεν μπορεί να ειπωθεί ότι υπάρχουν αντιφάσεις μεταξύ αυτής της θεωρίας και της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, ωστόσο, με τη διαστολή του Σύμπαντος, πρέπει να υπήρξε μια αρχική ώθηση που προκάλεσε τη διασπορά των αστεριών. Κατ' αναλογία με την έκρηξη, η ιδέα ονομάστηκε "Big Bang".

Stephen Hawking and the Anthropic Principle

Το αποτέλεσμα των υπολογισμών και των ανακαλύψεων του Στίβεν Χόκινγκ ήταν η ανθρωποκεντρική θεωρία της προέλευσης του σύμπαντος. Ο δημιουργός του ισχυρίζεται ότι η ύπαρξη ενός πλανήτη τόσο καλά προετοιμασμένου για την ανθρώπινη ζωή δεν μπορεί να είναι τυχαία.

Η θεωρία του Stephen Hawking για την προέλευση του Σύμπαντος προβλέπει επίσης τη σταδιακή εξάτμιση των μαύρων τρυπών, την απώλεια ενέργειας και την εκπομπή της ακτινοβολίας Hawking.

Ως αποτέλεσμα της αναζήτησης στοιχείων, εντοπίστηκαν και επαληθεύτηκαν περισσότερα από 40 χαρακτηριστικά, η τήρηση των οποίων είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη του πολιτισμού. Ο Αμερικανός αστροφυσικός Χιου Ρος εκτίμησε την πιθανότητα μιας τέτοιας ακούσιας σύμπτωσης. Το αποτέλεσμα ήταν το νούμερο 10 -53.

Το σύμπαν μας περιέχει ένα τρισεκατομμύριο γαλαξίες, ο καθένας με 100 δισεκατομμύρια αστέρια. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των επιστημόνων, ο συνολικός αριθμός των πλανητών θα πρέπει να είναι 10 20. Αυτός ο αριθμός είναι 33 τάξεις μεγέθους μικρότερος από τον προηγουμένως υπολογισμένο. Κατά συνέπεια, κανένας από τους πλανήτες σε όλους τους γαλαξίες δεν μπορεί να συνδυάσει συνθήκες που θα ήταν κατάλληλες για την αυθόρμητη εμφάνιση της ζωής.

Η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης: η ανάδυση του σύμπαντος από ένα αμελητέο σωματίδιο

Οι επιστήμονες που υποστηρίζουν τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης μοιράζονται την υπόθεση ότι το σύμπαν είναι το αποτέλεσμα μιας μεγάλης έκρηξης. Το κύριο αξίωμα της θεωρίας είναι ο ισχυρισμός ότι πριν από αυτό το γεγονός, όλα τα στοιχεία του σημερινού Σύμπαντος ήταν κλεισμένα σε ένα σωματίδιο που είχε μικροσκοπικές διαστάσεις. Ενώ ήταν μέσα σε αυτό, τα στοιχεία χαρακτηρίζονταν από μια μοναδική κατάσταση στην οποία δεν μπορούσαν να μετρηθούν δείκτες όπως η θερμοκρασία, η πυκνότητα και η πίεση. Είναι ατελείωτες. Η ύλη και η ενέργεια σε αυτή την κατάσταση δεν επηρεάζονται από τους νόμους της φυσικής.

Αυτό που συνέβη πριν από 15 δισεκατομμύρια χρόνια ονομάζεται αστάθεια που προέκυψε μέσα στο σωματίδιο. Τα διάσπαρτα μικρότερα στοιχεία έθεσαν τα θεμέλια για τον κόσμο που γνωρίζουμε σήμερα.

Στην αρχή, το Σύμπαν ήταν ένα νεφέλωμα που σχηματιζόταν από μικροσκοπικά σωματίδια (μικρότερα από ένα άτομο). Στη συνέχεια, όταν συνδυάστηκαν, σχημάτισαν άτομα, τα οποία χρησίμευσαν ως βάση των αστρικών γαλαξιών. Η απάντηση σε ερωτήσεις για το τι συνέβη πριν την έκρηξη, καθώς και για το τι την προκάλεσε, είναι τα πιο σημαντικά καθήκοντα αυτής της θεωρίας για την προέλευση του Σύμπαντος.

Ο πίνακας απεικονίζει σχηματικά τα στάδια του σχηματισμού του σύμπαντος μετά τη μεγάλη έκρηξη.

Κατάσταση του Σύμπαντος	άξονας χρόνου	Εκτιμώμενη θερμοκρασία
Επέκταση (πληθωρισμός)	Από 10 -45 έως 10 -37 δευτερόλεπτα	Περισσότερα από 10 26 Κ
Εμφανίζονται κουάρκ και ηλεκτρόνια	10 -6 δευτ	Περισσότερα από 10 13 Κ
Σχηματίζονται πρωτόνια και νετρόνια	10 -5 δευτ	10 12 Κ
Σχηματίζονται πυρήνες ηλίου, δευτερίου και λιθίου	Από 10 -4 δευτερόλεπτα έως 3 λεπτά	Από 10 11 έως 10 9 Κ
Σχηματίστηκαν άτομα	400 χιλιάδες χρόνια	4000 Κ
Το νέφος αερίου συνεχίζει να επεκτείνεται	15 Μα	300 Κ
Τα πρώτα αστέρια και οι γαλαξίες γεννιούνται	1 δισεκατομμύριο χρόνια	20 Κ
Οι εκρήξεις των αστεριών προκαλούν το σχηματισμό βαρέων πυρήνων	3 δισεκατομμύρια χρόνια	10 Κ
Η διαδικασία γέννησης αστεριών σταματά	10-15 δισεκατομμύρια χρόνια	3 Κ
Η ενέργεια όλων των αστεριών εξαντλείται	10 14 χρονών	10 -2 Κ
Οι μαύρες τρύπες εξαντλούνται και γεννιούνται στοιχειώδη σωματίδια	10 40 χρόνια	-20 χιλ
Ολοκληρώθηκε η εξάτμιση όλων των μαύρων οπών	10 100 χρόνια	Από 10 -60 έως 10 -40 Κ

Όπως προκύπτει από τα παραπάνω δεδομένα, το σύμπαν συνεχίζει να διαστέλλεται και να ψύχεται.

Η συνεχής αύξηση της απόστασης μεταξύ των γαλαξιών είναι το κύριο αξίωμα: αυτό που διακρίνει τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης. Η εμφάνιση του σύμπαντος με αυτόν τον τρόπο μπορεί να επιβεβαιωθεί από τα στοιχεία που βρέθηκαν. Υπάρχουν και λόγοι για τη διάψευση του.

Προβλήματα της θεωρίας

Δεδομένου ότι η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης δεν έχει αποδειχθεί στην πράξη, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι υπάρχουν πολλά ερωτήματα στα οποία δεν είναι σε θέση να απαντήσει:

1. Μοναδικότητα. Αυτή η λέξη υποδηλώνει την κατάσταση του σύμπαντος, συμπιεσμένη σε ένα μόνο σημείο. Το πρόβλημα της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης είναι η αδυναμία περιγραφής των διεργασιών που συμβαίνουν στην ύλη και το διάστημα σε μια τέτοια κατάσταση. Ο γενικός νόμος της σχετικότητας δεν ισχύει εδώ, επομένως είναι αδύνατο να γίνει μαθηματική περιγραφή και εξισώσεις για μοντελοποίηση.
   Η θεμελιώδης αδυναμία απόκτησης απάντησης στο ερώτημα σχετικά με την αρχική κατάσταση του Σύμπαντος δυσφημεί τη θεωρία από την αρχή. Οι μη μυθιστορηματικές εκθέσεις της τείνουν να αποσιωπούν ή να αναφέρουν μόνο αυτή την πολυπλοκότητα εν παρόδω. Ωστόσο, για τους επιστήμονες που εργάζονται για να θέσουν μια μαθηματική βάση για τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, αυτή η δυσκολία αναγνωρίζεται ως σημαντικό εμπόδιο.
2. Αστρονομία. Σε αυτόν τον τομέα, η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης αντιμετωπίζει το γεγονός ότι δεν μπορεί να περιγράψει τη διαδικασία προέλευσης των γαλαξιών. Με βάση τις σύγχρονες εκδοχές των θεωριών, είναι δυνατό να προβλεφθεί πώς εμφανίζεται ένα ομοιογενές νέφος αερίου. Ταυτόχρονα, η πυκνότητά του μέχρι τώρα θα πρέπει να είναι περίπου ένα άτομο ανά κυβικό μέτρο. Για να αποκτήσει κανείς κάτι περισσότερο, δεν μπορεί να κάνει χωρίς να ρυθμίσει την αρχική κατάσταση του Σύμπαντος. Η έλλειψη πληροφοριών και πρακτικής εμπειρίας σε αυτόν τον τομέα αποτελούν σοβαρά εμπόδια για περαιτέρω μοντελοποίηση.

Υπάρχει επίσης μια ασυμφωνία μεταξύ της εκτιμώμενης μάζας του γαλαξία μας και των δεδομένων που λαμβάνονται κατά τη μελέτη της ταχύτητας της έλξης του.

Κοσμολογία και κβαντική φυσική

Σήμερα δεν υπάρχουν κοσμολογικές θεωρίες που να μην στηρίζονται στην κβαντική μηχανική. Εξάλλου, ασχολείται με την περιγραφή της συμπεριφοράς της ατομικής και της κβαντικής φυσικής.Η διαφορά μεταξύ της κβαντικής φυσικής και της κλασικής φυσικής (που εξέθεσε ο Νεύτωνας) είναι ότι η δεύτερη παρατηρεί και περιγράφει υλικά αντικείμενα, ενώ η πρώτη προϋποθέτει μια αποκλειστικά μαθηματική περιγραφή του η ίδια η παρατήρηση και η μέτρηση. Για την κβαντική φυσική, οι υλικές αξίες δεν αντιπροσωπεύουν το αντικείμενο της έρευνας, εδώ ο ίδιος ο παρατηρητής ενεργεί ως μέρος της υπό μελέτη κατάστασης.

Με βάση αυτά τα χαρακτηριστικά, η κβαντομηχανική δυσκολεύεται να περιγράψει το σύμπαν, επειδή ο παρατηρητής είναι μέρος του σύμπαντος. Ωστόσο, μιλώντας για την εμφάνιση του σύμπαντος, είναι αδύνατο να φανταστούμε ξένους. Οι προσπάθειες ανάπτυξης ενός μοντέλου χωρίς τη συμμετοχή εξωτερικού παρατηρητή στέφθηκαν με την κβαντική θεωρία της προέλευσης του Σύμπαντος από τον J. Wheeler.

Η ουσία του είναι ότι σε κάθε χρονική στιγμή υπάρχει μια διάσπαση του Σύμπαντος και ο σχηματισμός ενός άπειρου αριθμού αντιγράφων. Ως αποτέλεσμα, καθένα από τα παράλληλα σύμπαντα μπορεί να παρατηρηθεί και οι παρατηρητές μπορούν να δουν όλες τις κβαντικές εναλλακτικές. Ταυτόχρονα, ο αρχικός και ο νέος κόσμος είναι αληθινοί.

μοντέλο πληθωρισμού

Το κύριο καθήκον που καλείται να λύσει η θεωρία του πληθωρισμού είναι η αναζήτηση απάντησης σε ερωτήματα που έχουν μείνει ανεξερεύνητα από τη θεωρία της μεγάλης έκρηξης και τη θεωρία της επέκτασης. Και συγκεκριμένα:

1. Γιατί διαστέλλεται το σύμπαν;
2. Τι είναι η μεγάλη έκρηξη;

Για το σκοπό αυτό, η πληθωριστική θεωρία της προέλευσης του σύμπαντος προβλέπει την προέκταση της διαστολής στο μηδενικό χρονικό σημείο, το κλείσιμο ολόκληρης της μάζας του σύμπαντος σε ένα σημείο και το σχηματισμό μιας κοσμολογικής ιδιομορφίας, η οποία είναι συχνά αναφέρεται ως μεγάλη έκρηξη.

Η ασχετοσύνη της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, η οποία δεν μπορεί να εφαρμοστεί αυτή τη στιγμή, γίνεται προφανής. Ως αποτέλεσμα, μόνο θεωρητικές μέθοδοι, υπολογισμοί και συμπεράσματα μπορούν να εφαρμοστούν για την ανάπτυξη μιας γενικότερης θεωρίας (ή «νέας φυσικής») και την επίλυση του προβλήματος της κοσμολογικής μοναδικότητας.

Νέες εναλλακτικές θεωρίες

Παρά την επιτυχία του μοντέλου του κοσμικού πληθωρισμού, υπάρχουν επιστήμονες που αντιτίθενται σε αυτό, χαρακτηρίζοντάς το αβάσιμο. Το κύριο επιχείρημά τους είναι η κριτική των λύσεων που προτείνει η θεωρία. Οι αντίπαλοι υποστηρίζουν ότι οι λύσεις που προκύπτουν αφήνουν ορισμένες λεπτομέρειες παραλείπονται, με άλλα λόγια, αντί να λύσει το πρόβλημα των αρχικών τιμών, η θεωρία τις καλύπτει μόνο επιδέξια.

Μια εναλλακτική είναι μερικές εξωτικές θεωρίες, η ιδέα των οποίων βασίζεται στον σχηματισμό αρχικών τιμών πριν από τη μεγάλη έκρηξη. Οι νέες θεωρίες για την προέλευση του σύμπαντος μπορούν να περιγραφούν εν συντομία ως εξής:

• Θεωρία χορδών. Οι οπαδοί του προτείνουν, εκτός από τις συνήθεις τέσσερις διαστάσεις του χώρου και του χρόνου, να εισαγάγουν και πρόσθετες διαστάσεις. Θα μπορούσαν να παίξουν ρόλο στα πρώτα στάδια του σύμπαντος και αυτή τη στιγμή να βρίσκονται σε συμπιεσμένη κατάσταση. Απαντώντας στην ερώτηση για τον λόγο της συμπύκνωσής τους, οι επιστήμονες προσφέρουν μια απάντηση λέγοντας ότι η ιδιότητα των υπερχορδών είναι η Τ-δυαδικότητα. Ως εκ τούτου, οι χορδές «τυλίγονται» σε πρόσθετες διαστάσεις και το μέγεθός τους είναι περιορισμένο.
• Θεωρία Brane. Ονομάζεται επίσης M-θεωρία. Σύμφωνα με τα αξιώματά του, στην αρχή του σχηματισμού του Σύμπαντος, υπάρχει ένας ψυχρός στατικός πενταδιάστατος χωροχρόνος. Τέσσερα από αυτά (χωρικά) έχουν περιορισμούς, ή τοίχους - τρεις-βράνες. Ο χώρος μας είναι ένας από τους τοίχους και ο δεύτερος είναι κρυμμένος. Το τρίτο τρίπτυχο βρίσκεται σε τετραδιάστατο χώρο, περιορίζεται από δύο οριακές βράνες. Η θεωρία θεωρεί ότι μια τρίτη βράνη συγκρούεται με τη δική μας και απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Είναι αυτές οι συνθήκες που γίνονται ευνοϊκές για την εμφάνιση μιας μεγάλης έκρηξης.

1. Οι κυκλικές θεωρίες αρνούνται τη μοναδικότητα της μεγάλης έκρηξης, υποστηρίζοντας ότι το σύμπαν πηγαίνει από τη μια κατάσταση στην άλλη. Το πρόβλημα με τέτοιες θεωρίες είναι η αύξηση της εντροπίας, σύμφωνα με τον δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο. Κατά συνέπεια, η διάρκεια των προηγούμενων κύκλων ήταν μικρότερη και η θερμοκρασία της ουσίας ήταν σημαντικά υψηλότερη από ό,τι κατά τη διάρκεια της μεγάλης έκρηξης. Η πιθανότητα κάτι τέτοιο είναι εξαιρετικά μικρή.

Ανεξάρτητα από το πόσες θεωρίες για την προέλευση του σύμπαντος υπάρχουν, μόνο δύο από αυτές έχουν αντέξει στη δοκιμασία του χρόνου και έχουν ξεπεράσει το πρόβλημα της διαρκώς αυξανόμενης εντροπίας. Αναπτύχθηκαν από τους επιστήμονες Steinhardt-Turok και Baum-Frampton.

Αυτές οι σχετικά νέες θεωρίες για την προέλευση του σύμπαντος διατυπώθηκαν στη δεκαετία του '80 του περασμένου αιώνα. Έχουν πολλούς οπαδούς που αναπτύσσουν μοντέλα που βασίζονται σε αυτό, αναζητούν στοιχεία αξιοπιστίας και εργάζονται για την εξάλειψη των αντιφάσεων.

Θεωρία χορδών

Ένα από τα πιο δημοφιλή μεταξύ της θεωρίας της προέλευσης του Σύμπαντος - Πριν προχωρήσετε στην περιγραφή της ιδέας του, είναι απαραίτητο να κατανοήσετε τις έννοιες ενός από τους πιο κοντινούς ανταγωνιστές, του τυπικού μοντέλου. Υποθέτει ότι η ύλη και οι αλληλεπιδράσεις μπορούν να περιγραφούν ως ένα ορισμένο σύνολο σωματιδίων, χωρισμένα σε διάφορες ομάδες:

• Κουάρκς.
• Λεπτόνια.
• Μποζόνια.

Αυτά τα σωματίδια είναι, στην πραγματικότητα, τα δομικά στοιχεία του σύμπαντος, αφού είναι τόσο μικρά που δεν μπορούν να χωριστούν σε συστατικά.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της θεωρίας χορδών είναι ο ισχυρισμός ότι τέτοια τούβλα δεν είναι σωματίδια, αλλά υπερμικροσκοπικές χορδές που ταλαντώνονται. Σε αυτή την περίπτωση, που ταλαντώνονται σε διαφορετικές συχνότητες, οι χορδές γίνονται ανάλογα των διαφόρων σωματιδίων που περιγράφονται στο τυπικό μοντέλο.

Για να κατανοήσει κανείς τη θεωρία, πρέπει να συνειδητοποιήσει ότι οι χορδές δεν είναι οποιαδήποτε ύλη, είναι ενέργεια. Επομένως, η θεωρία χορδών καταλήγει στο συμπέρασμα ότι όλα τα στοιχεία του σύμπαντος αποτελούνται από ενέργεια.

Η φωτιά είναι μια καλή αναλογία. Βλέποντάς το, δημιουργείται η εντύπωση της υλικότητάς του, αλλά δεν μπορεί να αγγίξει.

Κοσμολογία για μαθητές

Οι θεωρίες για την προέλευση του Σύμπαντος μελετώνται εν συντομία στα σχολεία στα μαθήματα αστρονομίας. Οι μαθητές διδάσκονται τις βασικές θεωρίες για το πώς σχηματίστηκε ο κόσμος μας, τι του συμβαίνει τώρα και πώς θα εξελιχθεί στο μέλλον.

Σκοπός των μαθημάτων είναι να εξοικειωθούν τα παιδιά με τη φύση του σχηματισμού στοιχειωδών σωματιδίων, χημικών στοιχείων και ουράνιων σωμάτων. Οι θεωρίες της προέλευσης του σύμπαντος για τα παιδιά μειώνονται σε μια παρουσίαση της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης. Οι εκπαιδευτικοί χρησιμοποιούν οπτικό υλικό: διαφάνειες, πίνακες, αφίσες, εικονογραφήσεις. Το κύριο καθήκον τους είναι να ξυπνήσουν το ενδιαφέρον των παιδιών για τον κόσμο που τα περιβάλλει.