Mlipuko mkubwa wa mageuzi ya ulimwengu galaksi yetu. Kuibuka kwa nadharia ya Big Bang

Katika ulimwengu wa kisayansi, inakubalika kwa ujumla kuwa Ulimwengu uliibuka kama matokeo ya Mlipuko Mkubwa. Chini ya ujenzi nadharia hii juu ya ukweli kwamba nishati na maada (misingi ya vitu vyote) hapo awali vilikuwa katika hali ya umoja. Ni, kwa upande wake, ina sifa ya infinity ya joto, wiani na shinikizo. Hali ya umoja yenyewe inakataa sheria zote za fizikia zinazojulikana kwa ulimwengu wa kisasa. Wanasayansi wanaamini kwamba Ulimwengu uliibuka kutoka kwa chembe ndogo ndogo, ambayo, kwa sababu ambazo bado hazijajulikana, ilikuja katika hali isiyo na utulivu katika siku za nyuma za mbali na kulipuka.

Neno "Big Bang" lilianza kutumika mwaka wa 1949 baada ya kuchapishwa kwa kazi za mwanasayansi F. Hoyle katika machapisho maarufu ya sayansi. Leo, nadharia ya "mfumo wa kubadilika kwa nguvu" imekuzwa vizuri sana hivi kwamba wanafizikia wanaweza kuelezea michakato inayotokea katika Ulimwengu ndani ya sekunde 10 baada ya mlipuko wa chembe ndogo ndogo ambayo iliweka msingi wa vitu vyote.

Kuna uthibitisho kadhaa wa nadharia. Moja ya kuu ni mionzi ya asili ya microwave ya cosmic, ambayo huingia kwenye Ulimwengu wote. Inaweza kutokea, kulingana na wanasayansi wa kisasa, tu kama matokeo ya Big Bang, kwa sababu ya mwingiliano wa chembe ndogo ndogo. Ni mionzi iliyobaki ambayo inaturuhusu kujifunza juu ya nyakati hizo wakati Ulimwengu ulikuwa kama nafasi inayowaka, na hakukuwa na nyota, sayari na gala yenyewe. Uthibitisho wa pili wa kuzaliwa kwa vitu vyote kutoka kwa Big Bang inachukuliwa kuwa mabadiliko nyekundu ya cosmological, ambayo yanajumuisha kupungua kwa mzunguko wa mionzi. Hii inathibitisha kuondolewa kwa nyota na galaksi kutoka kwa Milky Way hasa na kutoka kwa kila mmoja kwa ujumla. Hiyo ni, inaonyesha kwamba Ulimwengu ulikuwa unapanuka mapema na unaendelea kufanya hivyo hadi leo.

Historia fupi ya Ulimwengu

• 10 -45 - 10 -37 sek- upanuzi wa mfumuko wa bei


• 10 -6 sek- kuibuka kwa quarks na elektroni


• 10 -5 sek- malezi ya protoni na neutroni


• Sekunde 10 -4 - dakika 3- kuibuka kwa deuterium, heliamu na viini vya lithiamu


• Miaka elfu 400- malezi ya atomi


• Miaka milioni 15- kuendelea kwa upanuzi wa wingu la gesi


• Miaka bilioni 1- kuzaliwa kwa nyota za kwanza na galaksi


• Miaka bilioni 10-15- kuibuka kwa sayari na maisha ya akili


• miaka bilioni 10 14- kukomesha mchakato wa kuzaliwa kwa nyota


• miaka bilioni 10 37- upungufu wa nishati ya nyota zote


• Miaka bilioni 10 40- uvukizi wa mashimo nyeusi na kuzaliwa chembe za msingi


• Miaka bilioni 10 100- kukamilika kwa uvukizi wa mashimo yote nyeusi

Nadharia ya Big Bang ilikuwa mafanikio ya kweli katika sayansi. Iliruhusu wanasayansi kujibu maswali mengi kuhusu kuzaliwa kwa Ulimwengu. Lakini wakati huo huo, nadharia hii ilizua siri mpya. Moja kuu ni sababu ya Big Bang yenyewe. Swali la pili ambalo halina jibu sayansi ya kisasa- jinsi nafasi na wakati zilionekana. Kulingana na watafiti fulani, walizaliwa pamoja na maada na nishati. Hiyo ni, wao ni matokeo ya Big Bang. Lakini basi inageuka kuwa wakati na nafasi lazima iwe na aina fulani ya mwanzo. Hiyo ni, chombo fulani, kilichopo kila wakati na kisichotegemea viashiria vyao, kingeweza kuanzisha michakato ya kutokuwa na utulivu katika chembe ndogo ndogo iliyozaa Ulimwengu.

Utafiti zaidi unafanywa katika mwelekeo huu, maswali zaidi ya wanaastrofizikia huwa nayo. Majibu kwao yanangojea ubinadamu katika siku zijazo.

« Kwangu mimi, maisha ni mafupi sana kuwa na wasiwasi juu ya mambo yaliyo nje ya uwezo wangu na labda hata haiwezekani. Kwa hiyo wanauliza: “Itakuwaje ikiwa Dunia imemezwa na tundu jeusi, au upotoshaji wa wakati wa anga - je, hii ni sababu ya wasiwasi?” Jibu langu ni hapana, kwa sababu tutajua tu juu yake itakapofikia ... mahali petu katika wakati wa anga. Tunapata mitetemeko wakati maumbile yanapoamua kuwa wakati ni sawa: iwe kasi ya sauti, kasi ya mwanga, kasi ya msukumo wa umeme - tutakuwa wahasiriwa wa kucheleweshwa kwa wakati kati ya habari inayotuzunguka na uwezo wetu wa kuipokea.»

Neil deGrasse Tyson

Muda ni jambo la kushangaza. Inatupa yaliyopita, ya sasa na yajayo. Kwa sababu ya muda, kila kitu kinachotuzunguka kina umri. Kwa mfano, umri wa Dunia ni takriban miaka bilioni 4.5. Takriban idadi sawa ya miaka iliyopita, nyota ya karibu zaidi kwetu, Jua, pia ilishika moto. Ikiwa takwimu hii inaonekana kuwa ya akili kwako, usisahau kwamba muda mrefu kabla ya kuundwa kwa asili yetu mfumo wa jua galaksi tunamoishi ilionekana - Njia ya Milky. Kulingana na makadirio ya hivi karibuni ya wanasayansi, umri wa Milky Way ni miaka bilioni 13.6. Lakini tunajua kwa hakika kwamba galaksi pia zina zamani, na nafasi ni kubwa tu, kwa hivyo tunahitaji kuangalia zaidi. Na tafakuri hii inatupeleka kwenye wakati ambapo yote yalianza - Big Bang.

Einstein na Ulimwengu

Mtazamo wa watu juu ya ulimwengu unaowazunguka daima umekuwa na utata. Baadhi ya watu bado hawaamini kuwepo kwa Ulimwengu mkubwa unaotuzunguka, wengine wanaamini kuwa Dunia ni tambarare. Kabla ya mafanikio ya kisayansi katika karne ya 20, kulikuwa na matoleo kadhaa tu ya asili ya ulimwengu. Wafuasi maoni ya kidini aliamini katika kuingilia kati kwa Mungu na uumbaji akili ya juu, wale ambao hawakukubaliana walichomwa moto. Kulikuwa na upande mwingine ambao uliamini kwamba ulimwengu unaotuzunguka, pamoja na Ulimwengu, hauna mwisho.

Kwa watu wengi, kila kitu kilibadilika wakati Albert Einstein alitoa hotuba mnamo 1917, akiwasilisha kazi ya maisha yake - Nadharia ya Jumla ya Uhusiano - kwa umma kwa ujumla. Mtaalamu wa karne ya 20 aliunganisha muda wa nafasi na suala la nafasi kwa kutumia milinganyo aliyoipata. Matokeo yake, ikawa kwamba Ulimwengu ni wa mwisho, haubadilika kwa ukubwa na una sura ya silinda ya kawaida.

Mwanzoni mwa mafanikio ya kiufundi, hakuna mtu anayeweza kukanusha maneno ya Einstein, kwani nadharia yake ilikuwa ngumu sana hata kwa akili kubwa zaidi ya mapema karne ya 20. Kwa kuwa hakukuwa na chaguzi zingine, mfano wa Ulimwengu wa silinda wa stationary ulikubaliwa na jamii ya kisayansi kama mfano unaokubalika kwa jumla wa ulimwengu wetu. Walakini, aliweza kuishi miaka michache tu. Baada ya wanafizikia kuweza kupona kutoka kwa kazi za kisayansi za Einstein na kuanza kuzitenganisha, sambamba na hii, marekebisho yalianza kufanywa kwa nadharia ya uhusiano na mahesabu maalum ya mwanasayansi wa Ujerumani.

Mnamo 1922, jarida la Izvestia Fizikia lilichapisha ghafla nakala ya mwanahisabati wa Urusi Alexander Friedman, ambayo alisema kwamba Einstein alikosea na Ulimwengu wetu haujasimama. Friedman anafafanua kwamba taarifa za mwanasayansi wa Ujerumani kuhusu kutobadilika kwa radius ya kupindika kwa nafasi ni maoni potofu; kwa kweli, radius inabadilika kwa heshima na wakati. Ipasavyo, Ulimwengu lazima upanuke.

Zaidi ya hayo, hapa Friedman alitoa mawazo yake kuhusu jinsi Ulimwengu unavyoweza kupanuka. Kulikuwa na mifano mitatu kwa jumla: Ulimwengu unaodunda (dhana kwamba Ulimwengu unapanuka na kufanya mikataba na upimaji fulani kwa wakati); Ulimwengu unaopanuka kutoka kwa wingi na mfano wa tatu - upanuzi kutoka kwa uhakika. Kwa kuwa wakati huo hapakuwa na mifano mingine, isipokuwa uingiliaji wa kimungu, wanafizikia walizingatia haraka mifano yote mitatu ya Friedman na wakaanza kuikuza kwa mwelekeo wao wenyewe.

Kazi ya mtaalam wa hesabu wa Urusi ilimuuma kidogo Einstein, na katika mwaka huo huo alichapisha nakala ambayo alielezea maoni yake juu ya kazi ya Friedmann. Ndani yake, mwanafizikia wa Ujerumani anajaribu kuthibitisha usahihi wa mahesabu yake. Hii iligeuka kuwa isiyoshawishi, na wakati maumivu kutoka kwa pigo hadi kujistahi yalipungua kidogo, Einstein alichapisha barua nyingine kwenye jarida la Izvestia Fizikia, ambalo alisema:

« Katika chapisho lililopita nilikosoa kazi iliyo hapo juu. Hata hivyo, ukosoaji wangu, kama nilivyosadikishwa na barua ya Friedman, iliyowasilishwa kwangu na Bw. Krutkov, ilitokana na makosa katika hesabu. Nadhani matokeo ya Friedman ni sahihi na yanatoa mwanga mpya».

Wanasayansi walipaswa kukubali kwamba mifano yote mitatu ya Friedman ya kuonekana na kuwepo kwa Ulimwengu wetu ni ya kimantiki kabisa na ina haki ya kuishi. Zote tatu zimeelezewa kwa mahesabu ya kihesabu wazi na haziachi maswali yoyote. Isipokuwa kwa jambo moja: kwa nini Ulimwengu ungeanza kupanuka?

Nadharia iliyobadilisha ulimwengu

Kauli za Einstein na Friedman ziliongoza jumuiya ya wanasayansi kuhoji kwa uzito asili ya Ulimwengu. Shukrani kwa nadharia ya jumla uhusiano ulikuwa na nafasi ya kuangazia maisha yetu ya zamani, na wanafizikia hawakukosa kuchukua fursa hiyo. Mmoja wa wanasayansi ambao walijaribu kuwasilisha mfano wa ulimwengu wetu alikuwa mwanasayansi wa nyota Georges Lemaitre kutoka Ubelgiji. Ni vyema kutambua kwamba Lemaitre alikuwa Padre wa Kikatoliki, lakini wakati huo huo alisoma hisabati na fizikia, ambayo ni upuuzi halisi kwa wakati wetu.

Georges Lemaitre alipendezwa na hesabu za Einstein, na kwa msaada wao aliweza kuhesabu kwamba Ulimwengu wetu ulionekana kama matokeo ya kuoza kwa chembe fulani kubwa, ambayo ilikuwa nje ya nafasi na wakati kabla ya mgawanyiko kuanza, ambayo inaweza kuzingatiwa kuwa mlipuko. Wakati huo huo, wanafizikia wanaona kwamba Lemaitre alikuwa wa kwanza kutoa mwanga juu ya kuzaliwa kwa Ulimwengu.

Nadharia ya superatom iliyolipuka haikufaa wanasayansi tu, bali pia makasisi, ambao hawakuridhika sana na kisasa. uvumbuzi wa kisayansi, ambayo kwayo tulilazimika kupata tafsiri mpya za Biblia. Mlipuko Mkubwa haukuingia kwenye mzozo mkubwa na dini; labda hii iliathiriwa na malezi ya Lemaître mwenyewe, ambaye alijitolea maisha yake sio tu kwa sayansi, bali pia kumtumikia Mungu.

Mnamo Novemba 22, 1951, Papa Pius XII alitoa taarifa kwamba Nadharia ya Big Bang haipingani na Biblia na mafundisho ya Kikatoliki kuhusu asili ya ulimwengu. Makasisi wa Orthodox pia walisema kwamba wanaiona nadharia hii vyema. Nadharia hii pia ilipokelewa kwa njia isiyoegemea upande wowote na wafuasi wa dini nyingine, baadhi yao hata walisema kwamba kulikuwa na marejeo ya Big Bang katika maandiko yao matakatifu.

Hata hivyo, licha ya ukweli kwamba Nadharia ya Big Bang kwa sasa ndiyo modeli inayokubalika kwa jumla ya kikosmolojia, imewaongoza wanasayansi wengi katika mwisho mbaya. Kwa upande mmoja, mlipuko wa chembe kubwa inafaa kabisa kwenye mantiki fizikia ya kisasa, lakini kwa upande mwingine, kama matokeo ya mlipuko huo, hasa tu metali nzito, hasa chuma. Lakini, kama ilivyotokea, Ulimwengu unajumuisha zaidi gesi zenye mwanga mwingi - hidrojeni na heliamu. Kitu hakikuongeza, kwa hivyo wanafizikia waliendelea kufanya kazi kwenye nadharia ya asili ya ulimwengu.

Hapo awali, neno "Big Bang" halikuwepo. Lemaître na wanafizikia wengine walitoa tu jina la kuchosha "modeli ya mabadiliko ya nguvu," ambayo ilisababisha miayo kati ya wanafunzi. Mnamo 1949 tu, katika moja ya mihadhara yake, mtaalam wa nyota wa Uingereza na mtaalam wa ulimwengu Freud Hoyle alisema:

"Nadharia hii inategemea dhana kwamba Ulimwengu ulitokea katika mchakato wa mlipuko mmoja wenye nguvu na kwa hiyo upo kwa muda mfupi tu... Wazo hili la Mlipuko Kubwa linaonekana kwangu kutoniridhisha kabisa.".

Tangu wakati huo, neno hilo limetumika sana katika duru za kisayansi na uelewa wa umma kwa ujumla juu ya muundo wa Ulimwengu.

Hidrojeni na heliamu zilitoka wapi?

Uwepo wa vipengele vya mwanga umewashangaza wanafizikia, na wafuasi wengi wa Nadharia ya Big Bang walijipanga kutafuta chanzo chao. Kwa miaka mingi walishindwa kufikia mafanikio maalum, hadi mwaka wa 1948 mwanasayansi mahiri George Gamow kutoka Leningrad hatimaye aliweza kuanzisha chanzo hiki. Gamow alikuwa mmoja wa wanafunzi wa Friedman, kwa hiyo alichukua kwa furaha maendeleo ya nadharia ya mwalimu wake.

Gamow alijaribu kufikiria maisha ya Ulimwengu katika mwelekeo tofauti, na akarudisha wakati hadi wakati ulipoanza kupanuka. Kufikia wakati huo, kama tunavyojua, ubinadamu tayari ulikuwa umegundua kanuni za fusion ya nyuklia, kwa hivyo nadharia ya Friedmann-Lemaitre ilipata haki ya kuishi. Wakati Ulimwengu ulikuwa mdogo sana, ulikuwa wa moto sana, kulingana na sheria za fizikia.

Kulingana na Gamow, sekunde moja tu baada ya Big Bang, nafasi ya Ulimwengu mpya ilijazwa na chembe za kimsingi ambazo zilianza kuingiliana. Kama matokeo ya hii, fusion ya nyuklia ya heliamu ilianza, ambayo mwanahisabati wa Odessa Ralph Asher Alfer aliweza kuhesabu kwa Gamow. Kulingana na hesabu za Alfer, dakika tano tu baada ya Mlipuko Mkubwa Ulimwengu ulijaa heliamu kiasi kwamba hata wapinzani wakubwa wa Nadharia ya Mlipuko Mkubwa itabidi wakubaliane na kuukubali mtindo huu kuwa ndio kuu katika kosmolojia. Kwa utafiti wake, Gamow hakufungua tu njia mpya za kusoma Ulimwengu, lakini pia alifufua nadharia ya Lemaître.

Licha ya dhana potofu kuhusu wanasayansi, hawawezi kukataliwa mapenzi. Gamow alichapisha utafiti wake juu ya nadharia ya Ulimwengu Moto Kubwa wakati wa Mlipuko Mkubwa mnamo 1948 katika kazi yake "The Origin of vipengele vya kemikali" Kama wasaidizi wenzake, hakuonyesha tu Ralph Asher Alpher, lakini pia Hans Bethe, mwanasayansi wa nyota wa Marekani na mshindi wa baadaye. Tuzo la Nobel. Kwenye jalada la kitabu iliibuka: Alpher, Bethe, Gamow. Je, hukukumbusha chochote?

Hata hivyo, pamoja na ukweli kwamba kazi za Lemaître zilipata maisha ya pili, wanafizikia bado hawakuweza kujibu swali la kusisimua zaidi: ni nini kilifanyika kabla ya Big Bang?

Majaribio ya kufufua Ulimwengu uliosimama wa Einstein

Sio wanasayansi wote walikubaliana na nadharia ya Friedmann-Lemaître, lakini licha ya hili, walipaswa kufundisha mfano wa cosmological unaokubalika kwa ujumla katika vyuo vikuu. Kwa mfano, mwanaastronomia Fred Hoyle, ambaye yeye mwenyewe aliunda neno “Big Bang,” kwa kweli aliamini kwamba hakukuwa na mlipuko, na alijitolea maisha yake kujaribu kuthibitisha hilo.
Hoyle akawa mmoja wa wanasayansi hao ambao katika wakati wetu wanapendekeza mwonekano mbadala juu ulimwengu wa kisasa. Wanafizikia wengi ni wazuri juu ya taarifa za watu kama hao, lakini hii haiwasumbui hata kidogo.

Ili kumtia aibu Gamow na mantiki yake ya Nadharia ya Mlipuko Kubwa, Hoyle na watu wenye nia kama hiyo waliamua kuunda kielelezo chao cha asili ya Ulimwengu. Kama msingi, walichukua mapendekezo ya Einstein kwamba Ulimwengu haujasimama, na wakafanya marekebisho kadhaa wakipendekeza sababu mbadala za upanuzi wa Ulimwengu.

Ikiwa wafuasi wa nadharia ya Lemaitre-Friedmann waliamini kwamba Ulimwengu uliibuka kutoka kwa sehemu moja ya juu na radius isiyo na kikomo, basi Hoyle alipendekeza kwamba jambo linaundwa kila wakati kutoka kwa sehemu ambazo ziko kati ya galaxi zinazosonga mbali kutoka kwa kila mmoja. Katika kesi ya kwanza, Ulimwengu wote, pamoja na idadi yake isiyo na kikomo ya nyota na galaksi, iliundwa kutoka kwa chembe moja. Katika hali nyingine, nukta moja hutoa dutu ya kutosha kutokeza galaksi moja tu.

Kushindwa kwa nadharia ya Hoyle ni kwamba hakuweza kamwe kueleza ni wapi kitu kile ambacho kinaendelea kuunda makundi ya nyota yenye mamia ya mabilioni ya nyota kinatoka. Kwa kweli, Fred Hoyle alipendekeza kwamba kila mtu aamini kwamba muundo wa ulimwengu unatokea bila mpangilio. Licha ya ukweli kwamba wanafizikia wengi walijaribu kutafuta suluhisho la nadharia ya Hoyle, hakuna mtu aliyefanikiwa kufanya hivyo, na baada ya miongo kadhaa pendekezo hili lilipoteza umuhimu wake.

Maswali Yasiyo na Majibu

Kwa hakika, Nadharia ya Big Bang haitupi majibu kwa maswali mengi pia. Kwa mfano, katika akili mtu wa kawaida Hatuwezi kuelewa ukweli kwamba maada yote yanayotuzunguka wakati mmoja yalibanwa kuwa sehemu moja ya umoja, ambayo ni ndogo zaidi kwa saizi kuliko atomi. Na ilikuwaje kwamba chembe hii ya juu ikawaka kiasi kwamba mmenyuko wa mlipuko ulianza.

Hadi katikati ya karne ya 20, nadharia ya Ulimwengu unaopanuka haikuthibitishwa kamwe kwa majaribio, na kwa hivyo haikuenea katika taasisi za elimu. Kila kitu kilibadilika mnamo 1964, wakati wanajimu wawili wa Amerika - Arno Penzias na Robert Wilson - waliamua kusoma mawimbi ya redio kutoka angani yenye nyota.

Wakati wa kuchanganua mionzi ya miili ya mbinguni, ambayo ni Cassiopeia A (mojawapo ya vyanzo vyenye nguvu zaidi vya utoaji wa redio kwenye anga yenye nyota), wanasayansi waliona kelele fulani isiyo ya kawaida ambayo iliingilia kati na kurekodi data sahihi ya mionzi. Popote walipoelekeza antenna yao, haijalishi ni wakati gani wa siku walianza utafiti wao, tabia hii na kelele ya mara kwa mara iliwafuata kila wakati. Wakiwa na hasira kwa kiasi fulani, Penzias na Wilson waliamua kuchunguza chanzo cha kelele hizi na bila kutarajia wakafanya ugunduzi ambao ulibadilisha ulimwengu. Waligundua mionzi iliyobaki, ambayo ni mwangwi wa Big Bang hiyo hiyo.

Ulimwengu wetu unapoa polepole zaidi kuliko kikombe cha chai ya moto, na CMB inapendekeza kwamba jambo lililotuzunguka lilikuwa moto sana hapo awali, na sasa linapoa kadri Ulimwengu unavyopanuka. Kwa hivyo, nadharia zote zinazohusiana na Ulimwengu baridi ziliachwa, na nadharia ya Big Bang hatimaye ikapitishwa.

Katika maandishi yake, Georgy Gamow alifikiri kwamba angani ingewezekana kugundua fotoni ambazo zimekuwepo tangu Big Bang; kilichohitajika ni vifaa vya hali ya juu zaidi vya kiufundi. Mionzi iliyobaki ilithibitisha mawazo yake yote kuhusu kuwepo kwa Ulimwengu. Iliwezekana pia kujua kwamba umri wa Ulimwengu wetu ni takriban miaka bilioni 14.

Kama kawaida, lini ushahidi wa vitendo nadharia yoyote, maoni mengi mbadala huibuka mara moja. Baadhi ya wanafizikia walidhihaki ugunduzi wa miale ya mandharinyuma ya microwave kama ushahidi wa Big Bang. Ingawa Penzias na Wilson walishinda Tuzo ya Nobel kwa ugunduzi wao wa kihistoria, kulikuwa na wengi ambao hawakukubaliana na utafiti wao.

Hoja kuu za kuunga mkono kutofaulu kwa upanuzi wa Ulimwengu zilikuwa ni kutokubaliana na makosa ya kimantiki. Kwa mfano, mlipuko huo uliongeza kasi ya galaksi zote angani, lakini badala ya kusonga mbali nasi, galaksi ya Andromeda inakaribia polepole lakini kwa hakika. Njia ya Milky. Wanasayansi wanapendekeza kwamba galaksi hizi mbili zitagongana katika miaka bilioni 4 tu. Kwa bahati mbaya, ubinadamu bado ni mdogo sana kujibu hili na maswali mengine.

Nadharia ya usawa

Siku hizi, wanafizikia hutoa mifano mbalimbali ya kuwepo kwa Ulimwengu. Wengi wao hawawezi kusimama hata kwa ukosoaji rahisi, wakati wengine wanapokea haki ya kuishi.

Mwishoni mwa karne ya 20, mwanasayansi wa nyota wa Marekani Edward Tryon, pamoja na mwenzake wa Australia Warren Kerry, walipendekeza jambo la msingi. mtindo mpya Ulimwengu, na alifanya hivyo kwa kujitegemea. Wanasayansi waliegemeza utafiti wao juu ya dhana kwamba kila kitu katika Ulimwengu kiko sawia. Misa huharibu nishati na kinyume chake. Kanuni hii ilianza kuitwa kanuni ya Ulimwengu wa Sifuri. Ndani ya Ulimwengu huu, jambo jipya hutokea katika sehemu za umoja kati ya galaksi, ambapo mvuto na msukumo wa maada husawazishwa.

Nadharia ya Ulimwengu wa Sifuri haikuvunjwa kwa sababu baada ya muda wanasayansi waliweza kugundua uwepo wa vitu vya giza - dutu ya kushangaza ambayo karibu 27% ya Ulimwengu wetu ina. Asilimia nyingine 68.3 ya Ulimwengu imeundwa na nishati ya giza ya ajabu na ya ajabu.

Ni kutokana na athari za mvuto nishati ya giza na inasifiwa kwa kuharakisha upanuzi wa ulimwengu. Kwa njia, uwepo wa nishati ya giza kwenye nafasi ulitabiriwa na Einstein mwenyewe, ambaye aliona kwamba kitu katika hesabu zake hakikuunganika; Ulimwengu haungeweza kufanywa kuwa wa kusimama. Kwa hiyo, alianzisha mara kwa mara ya cosmological katika equations - neno la Lambda, ambalo kisha alijilaumu mara kwa mara na kujichukia mwenyewe.

Ilifanyika kwamba nafasi tupu ya kinadharia katika Ulimwengu hata hivyo imejazwa na uwanja fulani maalum, ambao unaweka mfano wa Einstein katika vitendo. Kwa akili timamu na kulingana na mantiki ya nyakati hizo, uwepo wa uwanja kama huo haukuwezekana, lakini kwa kweli mwanafizikia wa Ujerumani hakujua jinsi ya kuelezea nishati ya giza.

***
Huenda tusijue jinsi na kutoka kwa Ulimwengu wetu ulizuka. Itakuwa vigumu zaidi kutambua kilichotokea kabla ya kuwepo kwake. Watu huwa na hofu ya kile ambacho hawawezi kuelezea, kwa hiyo inawezekana kwamba hadi mwisho wa wakati, ubinadamu pia utaamini katika ushawishi wa kimungu katika uumbaji wa ulimwengu unaozunguka.

Jibu la swali "Big Bang ni nini?" inaweza kupatikana wakati wa majadiliano marefu, kwani inachukua muda mwingi. Nitajaribu kueleza nadharia hii kwa ufupi na kwa uhakika. Kwa hivyo, nadharia ya Big Bang inasisitiza kwamba Ulimwengu wetu ulitokea ghafla takriban miaka bilioni 13.7 iliyopita (kila kitu kilitoka kwa chochote). Na kile kilichotokea wakati huo bado kinaathiri jinsi na kwa njia gani kila kitu katika Ulimwengu kinaingiliana. Wacha tuangalie mambo muhimu ya nadharia.

Ni nini kilifanyika kabla ya Big Bang?

Nadharia ya Big Bang inajumuisha dhana ya kuvutia sana - umoja. Nadhani hii inakufanya ujiulize: umoja ni nini? Wanaastronomia, wanafizikia na wanasayansi wengine pia wanauliza swali hili. Singularities inaaminika kuwepo katika cores ya mashimo nyeusi. Shimo jeusi ni eneo la shinikizo kubwa la mvuto. Shinikizo hili, kwa mujibu wa nadharia, ni kali sana kwamba dutu hii inasisitizwa hadi iwe na wiani usio na kipimo. Msongamano huu usio na mwisho unaitwa umoja. Ulimwengu wetu unatakiwa kuwa ulianza kama mojawapo ya viumbe hivi vidogo sana, vya moto usio na kikomo, vyenye msongamano usio na kikomo. Walakini, bado hatujafika kwenye Big Bang yenyewe. Big Bang ni wakati ambapo umoja huu ghafla "ulipuka" na kuanza kupanuka na kuunda Ulimwengu wetu.

Nadharia ya Big Bang ingeonekana kumaanisha kwamba wakati na anga zilikuwepo kabla ya ulimwengu wetu kuwapo. Hata hivyo, Stephen Hawking, George Ellis na Roger Penrose (na wengine) walianzisha nadharia mwishoni mwa miaka ya 1960 ambayo ilijaribu kueleza kwamba wakati na nafasi hazikuwepo kabla ya upanuzi wa umoja. Kwa maneno mengine, hakuna wakati au nafasi iliyokuwepo hadi ulimwengu ulipokuwepo.

Nini kilitokea baada ya Big Bang?

Wakati wa Big Bang ni wakati wa mwanzo wa wakati. Baada ya Mlipuko Kubwa, lakini muda mrefu kabla ya sekunde ya kwanza (sekunde 10 -43), anga hupitia upanuzi wa kasi wa mfumuko wa bei, unaopanuka mara 1050 kwa sehemu ya sekunde.

Kisha upanuzi hupungua, lakini pili ya kwanza bado haijafika (sekunde 10 -32 tu kushoto). Kwa wakati huu, Ulimwengu ni "mchuzi" wa kuchemsha (na joto la 10 27 ° C) la elektroni, quarks na chembe nyingine za msingi.

Upoeji wa haraka wa nafasi (hadi 10 13 °C) huruhusu quark kuchanganyika katika protoni na neutroni. Walakini, sekunde ya kwanza bado haijafika (bado kuna sekunde 10 -6 tu).

Kwa dakika 3, moto sana kuchanganya katika atomi, elektroni na protoni zinazochajiwa huzuia utoaji wa mwanga. Ulimwengu ni ukungu wenye joto kali (10 8 °C).

Baada ya miaka 300,000, Ulimwengu hupoa hadi 10,000 °C, elektroni zilizo na protoni na neutroni huunda atomi, haswa hidrojeni na heliamu.

Miaka bilioni 1 baada ya Mlipuko Mkubwa, wakati halijoto ya Ulimwengu ilipofikia -200 °C, hidrojeni na heliamu hufanyiza "mawingu" makubwa ambayo baadaye yatakuwa galaksi. Nyota za kwanza zinaonekana.

12. Ni nini kilisababisha Mlipuko Kubwa?

Kitendawili cha kuibuka

Hakuna hata somo moja la kosmolojia ambalo nimewahi kusoma lililokamilika bila swali la nini kilisababisha Mlipuko mkubwa? Hadi miaka michache iliyopita sikujua jibu halisi; leo, naamini, yeye ni maarufu.

Kimsingi, swali hili lina maswali mawili katika fomu iliyofunikwa. Kwanza, tungependa kujua kwa nini maendeleo ya Ulimwengu yalianza na mlipuko na nini kilisababisha mlipuko huu hapo kwanza. Lakini kwa ajili yake tatizo la kimwili tatizo jingine la kina la asili ya kifalsafa limefichwa. Ikiwa Mlipuko Mkubwa unaonyesha mwanzo wa uwepo wa kimwili wa Ulimwengu, ikiwa ni pamoja na kutokea kwa nafasi na wakati, basi tunaweza kuzungumza juu ya maana gani. nini kilisababisha mlipuko huu?

Kwa mtazamo wa fizikia, kuibuka kwa Ulimwengu kwa ghafula kama matokeo ya mlipuko mkubwa kunaonekana kwa kiasi fulani kuwa cha kushangaza. Kati ya maingiliano manne yanayotawala ulimwengu, ni mvuto pekee unaojidhihirisha kwa kiwango cha ulimwengu, na, kama uzoefu wetu unavyoonyesha, mvuto una asili ya mvuto. Walakini, mlipuko ulioashiria kuzaliwa kwa Ulimwengu inaonekana ulihitaji nguvu ya kuchukiza ya ukubwa wa ajabu, ambayo inaweza kupasua anga na kusababisha upanuzi wake, ambao unaendelea hadi leo.

Hii inaonekana ya ajabu, kwa sababu ikiwa nguvu za mvuto zinatawala katika Ulimwengu, basi haipaswi kupanua, lakini mkataba. Hakika, nguvu za uvutano za kuvutia husababisha vitu vya kimwili kupungua badala ya kulipuka. Kwa mfano, nyota yenye mnene sana hupoteza uwezo wake wa kuhimili uzito wake mwenyewe na kuanguka, kutengeneza nyota ya neutron au shimo nyeusi. Kiwango cha mgandamizo wa maada katika Ulimwengu wa mapema sana kilikuwa kikubwa zaidi kuliko kile cha nyota mnene zaidi; Kwa hiyo, swali mara nyingi hutokea kwa nini cosmos ya primordial haikuanguka kwenye shimo nyeusi tangu mwanzo.

Jibu la kawaida kwa hili ni kwamba mlipuko wa msingi unapaswa kuchukuliwa tu kama hali ya awali. Jibu hili ni wazi haliridhishi na husababisha mkanganyiko. Bila shaka, chini ya ushawishi wa mvuto, kiwango cha upanuzi wa cosmic kimekuwa kikipungua tangu mwanzo, lakini wakati wa kuzaliwa kwake Ulimwengu ulikuwa ukipanuka kwa haraka sana. Mlipuko huo haukusababishwa na nguvu yoyote - maendeleo ya Ulimwengu yalianza tu na upanuzi. Kama mlipuko ungekuwa na nguvu kidogo, uvutano ungezuia hivi karibuni kuenea kwa vitu. Kama matokeo, upanuzi huo ungetoa nafasi kwa ukandamizaji, ambao ungekuwa janga na kugeuza Ulimwengu kuwa kitu sawa na shimo nyeusi. Lakini kwa kweli, mlipuko huo uligeuka kuwa "mkubwa" kabisa, ambao ulifanya iwezekane kwa Ulimwengu, baada ya kushinda mvuto wake mwenyewe, kuendelea kupanua milele kwa sababu ya nguvu ya mlipuko wa msingi, au angalau kuwepo kwa mabilioni mengi ya miaka kabla ya kubanwa na kutoweka katika usahaulifu.

Shida ya picha hii ya kitamaduni ni kwamba haielezei kwa njia yoyote Big Bang. Sifa ya kimsingi ya Ulimwengu inafasiriwa tena kama hali ya awali iliyokubaliwa ad hoc(kwa kesi hii); Kimsingi, inasema tu kwamba Big Bang ilifanyika. Bado haijafahamika kwa nini nguvu ya mlipuko huo ilikuwa kama ilivyokuwa na sio nyingine. Kwa nini mlipuko huo haukuwa na nguvu hata Ulimwengu unapanuka kwa kasi zaidi sasa? Mtu anaweza pia kuuliza kwa nini Ulimwengu kwa sasa haupanui polepole zaidi au kupunguzwa hata kidogo. Bila shaka, ikiwa mlipuko huo haungekuwa na nguvu za kutosha, Ulimwengu ungeanguka hivi karibuni na hakungekuwa na mtu wa kuuliza maswali kama hayo. Haiwezekani, hata hivyo, kwamba hoja kama hiyo inaweza kuchukuliwa kama maelezo.

Pamoja na zaidi uchambuzi wa kina Inabadilika kuwa kitendawili cha asili ya Ulimwengu ni ngumu zaidi kuliko ilivyoelezwa hapo juu. Vipimo vya uangalifu vinaonyesha kwamba kiwango cha upanuzi wa Ulimwengu ni karibu sana na thamani muhimu ambayo Ulimwengu unaweza kushinda mvuto wake na kupanua milele. Ikiwa kasi hii ingekuwa kidogo, kuanguka kwa Ulimwengu kungetokea, na ikiwa ingekuwa zaidi kidogo, suala la cosmic lingepotea kabisa zamani. Itapendeza kujua jinsi kasi ya upanuzi wa Ulimwengu inavyoingia ndani ya muda huu finyu sana unaokubalika kati ya majanga mawili yanayoweza kutokea. Ikiwa kwa wakati unaolingana na 1, wakati muundo wa upanuzi tayari umefafanuliwa wazi, kiwango cha upanuzi kinaweza kutofautiana na thamani yake halisi kwa zaidi ya 10^-18, hii itatosha kwa ukiukaji kamili usawa maridadi. Kwa hivyo, nguvu ya mlipuko wa Ulimwengu inalingana na usahihi wa karibu wa kushangaza kwa mwingiliano wake wa mvuto. Mlipuko mkubwa, kwa hivyo, sio tu mlipuko wa mbali - ulikuwa mlipuko wa nguvu maalum. Katika toleo la jadi la nadharia ya Big Bang, mtu anapaswa kukubali sio tu ukweli wa mlipuko yenyewe, lakini pia ukweli kwamba mlipuko ulitokea kwa njia ya kichekesho sana. Kwa maneno mengine, hali za awali zinageuka kuwa maalum sana.

Kiwango cha upanuzi wa Ulimwengu ni moja tu ya kadhaa dhahiri siri za nafasi. Nyingine inahusiana na picha ya upanuzi wa Ulimwengu katika anga. Kulingana na uchunguzi wa kisasa. Ulimwengu kwa mizani mikubwa ni sawa sana katika suala la usambazaji wa maada na nishati. Muundo wa ulimwengu wa anga ni karibu sawa wakati unazingatiwa kutoka kwa Dunia na kutoka kwa gala ya mbali. Magalaksi yametawanyika angani na msongamano wa wastani sawa, na kutoka kwa kila nukta Ulimwengu unaonekana sawa katika pande zote. Mionzi ya msingi ya joto inayojaza Ulimwengu huanguka Duniani, ikiwa na joto sawa katika pande zote na usahihi wa si chini ya 10-4. Njiani kwetu, mionzi hii husafiri angani kwa mabilioni ya miaka ya nuru na hubeba alama ya kupotoka yoyote kutoka kwa homogeneity inayokutana nayo.

Usawa mkubwa wa Ulimwengu unadumishwa kadiri Ulimwengu unavyopanuka. Inafuata kwamba upanuzi hutokea sare na isotropiki na kiwango cha juu sana cha usahihi. Hii ina maana kwamba kiwango cha upanuzi wa Ulimwengu sio sawa tu katika pande zote, lakini pia mara kwa mara katika mikoa tofauti. Ikiwa Ulimwengu ungekuwa unapanuka kwa kasi katika mwelekeo mmoja kuliko wengine, hii ingesababisha kupungua kwa joto la nyuma. mionzi ya joto katika mwelekeo huu ingebadilisha picha ya mwendo wa gala inayoonekana kutoka Duniani. Kwa hivyo, mageuzi ya Ulimwengu hayakuanza tu na mlipuko wa nguvu iliyofafanuliwa madhubuti - mlipuko huo ulikuwa "uliopangwa", i.e. ilitokea wakati huo huo, kwa nguvu sawa katika sehemu zote na pande zote.

Haiwezekani sana kwamba mlipuko kama huo wa wakati mmoja na wa pamoja unaweza kutokea kwa hiari, na shaka hii inaimarishwa na nadharia ya kimapokeo Mlipuko Mkubwa ni kwamba maeneo tofauti ya ulimwengu wa awali hayahusiani kisababu. Ukweli ni kwamba, kwa mujibu wa nadharia ya uhusiano, hakuna athari ya kimwili inaweza kueneza kwa kasi zaidi kuliko mwanga. Kwa hivyo, maeneo tofauti ya nafasi yanaweza kuunganishwa kwa kila mmoja baada ya muda fulani kupita. Kwa mfano, 1 s baada ya mlipuko, mwanga unaweza kusafiri umbali wa si zaidi ya sekunde moja ya mwanga, ambayo inalingana na kilomita 300 elfu. Mikoa ya Ulimwengu iliyotenganishwa na umbali mkubwa bado haitaathiriana baada ya sekunde 1. Lakini kufikia wakati huu, eneo la Ulimwengu tuliona tayari limechukua nafasi ya angalau 10 ^ 14 km ya kipenyo. Kwa hiyo, Ulimwengu ulijumuisha takriban 10^27 kisababishi rafiki kuhusiana na maeneo mengine, ambayo kila moja, hata hivyo, ilipanua kwa kasi sawa. Hata leo, kutazama mionzi ya joto ya cosmic inayotoka pande tofauti anga la nyota, tunasajili "alama za vidole" sawa za maeneo ya Ulimwengu yaliyotenganishwa na umbali mkubwa: umbali huu unageuka kuwa zaidi ya mara 90 kuliko umbali ambao mwanga unaweza kusafiri kutoka wakati wa kutolewa kwa mionzi ya joto.

Jinsi ya kuelezea mshikamano wa ajabu wa maeneo tofauti ya nafasi ambayo, kwa wazi, hayakuwahi kushikamana na kila mmoja? Tabia kama hiyo ilitokeaje? Jibu la jadi tena linarejelea hali maalum za awali. Homogeneity ya kipekee ya mali ya mlipuko wa msingi inachukuliwa tu kama ukweli: hivi ndivyo Ulimwengu ulivyoibuka.

Usawa mkubwa wa Ulimwengu unaonekana kuwa wa kushangaza zaidi ikiwa tutazingatia kwamba kwa mizani ndogo Ulimwengu hauko sawa. Kuwepo kwa galaksi za kibinafsi na makundi ya galaksi kunaonyesha kupotoka kutoka kwa homogeneity kali, na kupotoka huku pia kila mahali ni sawa kwa kiwango na ukubwa. Kwa sababu nguvu ya uvutano inaelekea kupanua mlundikano wowote wa awali wa mata, kiwango cha utofauti kinachohitajika kuunda galaksi kilikuwa kidogo sana wakati wa Mlipuko Mkuu kuliko ilivyo sasa. Walakini, lazima bado kulikuwa na utofauti kidogo katika awamu ya kwanza ya Big Bang, vinginevyo galaksi hazingeweza kuunda. Katika nadharia ya zamani ya Big Bang, kutoendelea hivi mapema pia kulihusishwa na "hali za awali." Kwa hivyo, ilitubidi kuamini kwamba maendeleo ya Ulimwengu hayakuanza kutoka kwa hali bora kabisa, lakini kutoka kwa hali isiyo ya kawaida sana.

Yote ambayo yamesemwa yanaweza kufupishwa kama ifuatavyo: ikiwa nguvu pekee katika Ulimwengu ni mvuto wa mvuto, basi Big Bang inapaswa kufasiriwa kama "iliyotumwa kutoka kwa Mungu," i.e. bila sababu, kwa kupewa masharti ya awali. Pia ina sifa ya uthabiti wa ajabu; ili kufikia muundo uliopo, Ulimwengu lazima uwe umeibuka ipasavyo tangu mwanzo kabisa. Hiki ndicho kitendawili cha asili ya Ulimwengu.

Tafuta antigravity

Kitendawili cha asili ya Ulimwengu kimetatuliwa tu katika miaka ya hivi karibuni; hata hivyo, wazo la msingi la suluhisho linaweza kufuatiliwa hadi kwenye historia ya mbali, hadi wakati ambapo nadharia ya upanuzi wa Ulimwengu au nadharia ya Big Bang haikuwepo. Newton pia alielewa jinsi shida ya utulivu wa Ulimwengu ilivyokuwa ngumu. Nyota hudumishaje nafasi zao angani bila usaidizi? Asili ya ulimwengu ya mvuto wa mvuto inapaswa kuwa imesababisha nyota kuvutwa pamoja katika makundi karibu na kila mmoja.

Ili kuepuka upuuzi huu, Newton alitumia hoja ya ajabu sana. Ikiwa Ulimwengu ungeanguka chini ya uvutano wake wenyewe, kila nyota "itaanguka" kuelekea katikati ya nguzo ya nyota. Tuseme, hata hivyo, kwamba Ulimwengu hauna mwisho na nyota zinasambazwa, kwa wastani, kwa usawa juu ya nafasi isiyo na mwisho. Katika kesi hii, hakutakuwa na kituo cha kawaida kabisa, ambacho nyota zote zinaweza kuanguka - baada ya yote, katika Ulimwengu usio na kipimo, mikoa yote ni sawa. Nyota yoyote ingepata mvuto wa mvuto wa mvuto wa majirani zake wote, lakini kwa sababu ya wastani wa mvuto huu katika pande mbalimbali, hakungekuwa na matokeo ya nguvu inayoelekea kusogeza nyota fulani kwenye nafasi fulani kuhusiana na seti nzima ya nyota. .

Einstein alipounda nadharia mpya ya uvutano miaka 200 baada ya Newton, alishangazwa pia na tatizo la jinsi Ulimwengu uliepuka kuporomoka. Kazi yake ya kwanza kuhusu Kosmolojia ilichapishwa kabla ya Hubble kugundua upanuzi wa Ulimwengu; kwa hiyo, Einstein, kama Newton, alidhani kwamba Ulimwengu ulikuwa tuli. Walakini, Einstein alijaribu kutatua shida ya utulivu wa Ulimwengu kwa njia ya moja kwa moja zaidi. Aliamini kwamba ili kuzuia kuanguka kwa Ulimwengu chini ya ushawishi wa mvuto wake mwenyewe, lazima kuwe na nguvu nyingine ya cosmic ambayo inaweza kupinga mvuto. Nguvu hii lazima iwe nguvu ya kuchukiza badala ya kuvutia ili kufidia mvuto. Kwa maana hii, nguvu kama hiyo inaweza kuitwa "antigravitational," ingawa itakuwa sahihi zaidi kuzungumza juu ya nguvu ya kurudisha nyuma ulimwengu. Einstein katika kesi hii hakuzua tu nguvu hii kiholela. Alionyesha kuwa inawezekana kuanzisha muda wa ziada katika equations yake ya uwanja wa mvuto, ambayo inaongoza kwa kuonekana kwa nguvu na mali zinazohitajika.

Licha ya ukweli kwamba wazo la nguvu ya kuchukiza inayopinga nguvu ya mvuto yenyewe ni rahisi na ya asili, kwa kweli mali ya nguvu kama hiyo inageuka kuwa isiyo ya kawaida kabisa. Kwa kweli, hakuna nguvu kama hiyo ambayo imegunduliwa Duniani, na hakuna dokezo la hilo limegunduliwa katika kipindi cha karne kadhaa za unajimu wa sayari. Kwa wazi, ikiwa nguvu ya kukataa cosmic ipo, basi haipaswi kuwa na athari yoyote inayoonekana kwa umbali mdogo, lakini ukubwa wake huongezeka kwa kiasi kikubwa kwa kiwango cha astronomia. Tabia hii inapingana na uzoefu wote wa hapo awali katika kusoma asili ya nguvu: kawaida huwa makali kwa umbali mfupi na hudhoofika kwa umbali unaoongezeka. Kwa hivyo, mwingiliano wa sumakuumeme na uvutano huendelea kupungua kulingana na sheria ya mraba kinyume. Walakini, katika nadharia ya Einstein nguvu iliyo na mali kama hiyo isiyo ya kawaida ilionekana kwa asili.

Mtu hapaswi kufikiria juu ya nguvu ya kurudisha nyuma ulimwengu iliyoletwa na Einstein kama mwingiliano wa tano katika maumbile. Ni udhihirisho wa ajabu wa mvuto wenyewe. Si vigumu kuonyesha kwamba athari za msukumo wa ulimwengu zinaweza kuhusishwa na mvuto wa kawaida ikiwa kati yenye mali isiyo ya kawaida huchaguliwa kama chanzo cha uwanja wa mvuto. Mara kwa mara mazingira ya nyenzo(k.m. gesi) hutoa shinikizo, ilhali njia dhahania inayojadiliwa hapa inapaswa kuwa nayo hasi shinikizo au mvutano. Ili kufikiria kwa uwazi zaidi kile tunachozungumzia, hebu fikiria kwamba tuliweza kujaza chombo na dutu hiyo ya cosmic. Kisha, tofauti na gesi ya kawaida, mazingira ya nafasi ya dhahania hayataweka shinikizo kwenye kuta za chombo, lakini itaelekea kuwavuta ndani ya chombo.

Kwa hivyo, tunaweza kufikiria kurudisha nyuma ulimwengu kama aina ya nyongeza ya mvuto, au kama jambo la kawaida kwa sababu ya mvuto wa kawaida wa kati ya gesi isiyoonekana ambayo hujaza nafasi yote na shinikizo hasi. Hakuna ubishi katika ukweli kwamba, kwa upande mmoja, shinikizo hasi linaonekana kunyonya ndani ya ukuta wa chombo, na, kwa upande mwingine, mazingira haya ya kidhahania hufukuza galaksi, badala ya kuwavutia. Baada ya yote, kukataa husababishwa na mvuto wa mazingira, na si kwa hatua yoyote ya mitambo. Kwa hali yoyote, nguvu za mitambo zinaundwa si kwa shinikizo yenyewe, lakini kwa tofauti ya shinikizo, lakini inadhaniwa kuwa kati ya nadharia inajaza nafasi zote. Haiwezi kuwa na kikomo kuta za chombo, na mtazamaji katika mazingira haya hataiona kama dutu inayoonekana hata kidogo. Nafasi ingeonekana na kuhisi tupu kabisa.

Licha ya sifa hizo za kushangaza za mazingira ya dhahania, Einstein wakati mmoja alitangaza kwamba alikuwa ameunda kielelezo cha kuridhisha cha Ulimwengu, ambamo usawa hudumishwa kati ya mvuto wa mvuto na msukumo wa ulimwengu aliogundua. Kwa kutumia hesabu rahisi, Einstein alikadiria ukubwa wa nguvu ya kurudisha nyuma ulimwengu inayohitajika kusawazisha mvuto katika Ulimwengu. Aliweza kuthibitisha kwamba uzuiaji lazima uwe mdogo sana ndani ya Mfumo wa Jua (na hata kwenye mizani ya Galaxy) kwamba hauwezi kugunduliwa kwa majaribio. Kwa muda fulani, ilionekana kuwa fumbo la zamani lilikuwa limetatuliwa kwa ustadi.

Walakini, basi hali ilibadilika na kuwa mbaya zaidi. Kwanza kabisa, shida ya utulivu wa usawa iliibuka. Wazo la msingi la Einstein lilitokana na uwiano mkali wa nguvu za kuvutia na za kuchukiza. Lakini, kama katika hali nyingi za usawa mkali, maelezo ya hila pia yalijitokeza. Ikiwa, kwa mfano, ulimwengu wa tuli wa Einstein ungepanuka kidogo, basi mvuto wa mvuto (kudhoofika kwa umbali) ungepungua kidogo, wakati nguvu ya kukataa cosmic (kuongezeka kwa umbali) itaongezeka kidogo. Hii ingesababisha kukosekana kwa usawa katika kupendelea nguvu za kuchukiza, ambazo zingesababisha upanuzi zaidi usio na kikomo wa Ulimwengu chini ya ushawishi wa kukataa kwa ushindi wote. Ikiwa, kinyume chake, ulimwengu tuli wa Einstein ungepungua kidogo, nguvu ya uvutano ingeongezeka na nguvu ya kurudisha nyuma ulimwengu ingepungua, ambayo ingesababisha kutokuwa na usawa katika kupendelea nguvu za kivutio na, kwa sababu hiyo, kwa milele. mgandamizo wa haraka, na hatimaye kuanguka ambako Einstein alifikiri kuwa ameepuka. Kwa hivyo, kwa kupotoka kidogo, usawa mkali utavunjwa, na janga la anga itakuwa lazima.

Baadaye, mnamo 1927, Hubble aligundua hali ya kushuka kwa galaksi (yaani, upanuzi wa Ulimwengu), ambayo ilifanya shida ya usawa kuwa isiyo na maana. Ilibainika kuwa Ulimwengu hauko katika hatari ya kukandamizwa na kuanguka, kwani inapanuka. Ikiwa Einstein hangekuwa amekengeushwa na utaftaji wa nguvu ya kurudisha ulimwengu, labda angefikia hitimisho hili kinadharia, na hivyo kutabiri upanuzi wa Ulimwengu miaka kumi mapema kuliko wanaastronomia walivyoweza kugundua. Utabiri kama huo bila shaka ungeingia katika historia ya sayansi kama moja ya bora zaidi (utabiri kama huo ulitolewa kwa msingi wa hesabu ya Einstein mnamo 1922-1923 na profesa wa Chuo Kikuu cha Petrograd A. A. Friedman). Mwishowe, Einstein alilazimika kukataa kwa hasira uchukizo wa ulimwengu, ambao baadaye aliona kuwa "ndio zaidi." kosa kubwa maisha yako mwenyewe". Walakini, huu sio mwisho wa hadithi.

Einstein alivumbua hali ya kurudisha nyuma ulimwengu ili kutatua tatizo lisilokuwepo la ulimwengu tuli. Lakini, kama kawaida, jini akishatoka kwenye chupa, haiwezekani kuiweka tena. Wazo kwamba mienendo ya Ulimwengu inaweza kuwa ni kwa sababu ya mgongano kati ya nguvu za mvuto na kukataa iliendelea kuishi. Na ingawa uchunguzi wa unajimu haukutoa uthibitisho wowote wa uwepo wa msukumo wa ulimwengu, haukuweza kudhibitisha kutokuwepo kwake - inaweza kuwa dhaifu sana kujidhihirisha yenyewe.

Ingawa milinganyo ya uwanja wa mvuto wa Einstein huruhusu kuwepo kwa nguvu ya kuchukiza, haiweki vikwazo kwa ukubwa wake. Kufundishwa na uzoefu wa uchungu, Einstein alikuwa na haki ya kutangaza kwamba ukubwa wa nguvu hii ni sawa na sifuri, na hivyo kuondoa kabisa kukataa. Walakini, hii haikuwa lazima. Wanasayansi wengine waliona ni muhimu kubakiza kukataa katika milinganyo, ingawa hii haikuwa muhimu tena kutoka kwa mtazamo wa shida ya asili. Wanasayansi hawa waliamini kwamba, kwa kukosekana kwa ushahidi sahihi, hakuna sababu ya kuamini kwamba nguvu ya kukataa ilikuwa sifuri.

Haikuwa vigumu kufuatilia matokeo ya kudumisha nguvu ya kuchukiza katika mazingira ya Ulimwengu unaopanuka. Katika hatua za mwanzo za maendeleo, wakati Ulimwengu bado uko katika hali ya kulazimishwa, kukataa kunaweza kupuuzwa. Wakati wa awamu hii, mvuto wa mvuto ulipunguza kasi ya upanuzi - kwa mlinganisho kamili na jinsi mvuto wa Dunia unavyopunguza mwendo wa roketi iliyorushwa kiwima kwenda juu. Ikiwa tutakubali bila maelezo kwamba mageuzi ya Ulimwengu yalianza kwa upanuzi wa haraka, basi mvuto unapaswa kupunguza mara kwa mara kiwango cha upanuzi hadi thamani inayozingatiwa kwa sasa. Baada ya muda, jambo linapoharibika, mwingiliano wa mvuto hudhoofika. Badala yake, msukumo wa ulimwengu huongezeka kadiri galaksi zinavyoendelea kusonga mbali kutoka kwa kila mmoja. Hatimaye, kukataa kutashinda mvuto wa mvuto na kasi ya upanuzi wa Ulimwengu itaanza kuongezeka tena. Kutokana na hili tunaweza kuhitimisha kwamba kukataa kwa ulimwengu kunatawala katika Ulimwengu, na upanuzi utaendelea milele.

Wanaastronomia wameonyesha kwamba tabia hii isiyo ya kawaida ya Ulimwengu, wakati upanuzi unapopungua kwanza na kisha kuharakisha tena, inapaswa kuonyeshwa katika harakati zinazozingatiwa za galaksi. Lakini kwa uangalifu zaidi uchunguzi wa astronomia Haijawezekana kubainisha ushahidi wowote wa kuridhisha wa tabia hiyo, ingawa madai ya kinyume yamekuwa yakitolewa mara kwa mara.

Inafurahisha kwamba wazo la Ulimwengu unaopanuka liliwekwa mbele na mtaalam wa nyota wa Uholanzi Wilem de Sitter nyuma mnamo 1916 - miaka mingi kabla ya Hubble kugundua jambo hili kwa majaribio. De Sitter alisema kwamba ikiwa maada ya kawaida itaondolewa kutoka kwa Ulimwengu, basi mvuto wa mvuto utatoweka, na nguvu za kuchukiza zitatawala juu zaidi angani. Hii ingesababisha upanuzi wa Ulimwengu - wakati huo hili lilikuwa wazo la ubunifu.

Kwa kuwa mwangalizi hawezi kutambua kati ya gesi isiyoonekana isiyoonekana na shinikizo hasi, itaonekana tu kwake kana kwamba nafasi tupu inapanuka. Upanuzi huo unaweza kutambuliwa kwa kunyongwa miili ya majaribio katika maeneo tofauti na kuangalia umbali wao kutoka kwa kila mmoja. Wazo la kupanua nafasi tupu lilizingatiwa kuwa udadisi wakati huo, ingawa, kama tutakavyoona, iligeuka kuwa ya kinabii.

Kwa hivyo, ni hitimisho gani linaweza kutolewa kutoka kwa hadithi hii? Ukweli kwamba wanaastronomia hawagundui msukumo wa ulimwengu bado hauwezi kuwa uthibitisho wa kimantiki wa kutokuwepo kwake katika asili. Inawezekana kabisa kwamba ni dhaifu sana kusajiliwa vifaa vya kisasa. Usahihi wa uchunguzi daima ni mdogo, na kwa hiyo tu kikomo cha juu cha nguvu hii kinaweza kukadiriwa. Inaweza kusemwa dhidi ya hili kwamba, kutoka kwa mtazamo wa uzuri, sheria za asili zingeonekana rahisi zaidi kwa kukosekana kwa kukataa kwa ulimwengu. Majadiliano kama haya yaliendelea kwa miaka mingi bila kusababisha matokeo fulani, mpaka ghafla tatizo lilitazamwa kutoka kwa mtazamo mpya kabisa, ambao ulitoa umuhimu usiyotarajiwa.

Mfumuko wa Bei: Mlipuko Mkubwa Umeelezwa

Katika sehemu zilizopita, tulisema kwamba ikiwa nguvu ya kukataa cosmic ipo, basi lazima iwe dhaifu sana, dhaifu sana kwamba haitakuwa na athari kubwa kwenye Big Bang. Hata hivyo, hitimisho hili linatokana na dhana kwamba ukubwa wa kukataa haubadilika kwa wakati. Katika wakati wa Einstein, maoni haya yalishirikiwa na wanasayansi wote, kwani kukataa kwa ulimwengu kulianzishwa katika nadharia "iliyofanywa na mwanadamu". Haijawahi kutokea kwa mtu yeyote kwamba kukataa kwa ulimwengu kunaweza kuitwa michakato mingine ya kimwili inayotokea Ulimwengu unapopanuka. Ikiwa uwezekano huo ulikuwa umetolewa, basi cosmology inaweza kuwa tofauti. Hasa, hali ya mageuzi ya Ulimwengu haijatengwa, ambayo inadhania kwamba katika hali mbaya ya hatua za mwanzo za mageuzi, kukataa kwa ulimwengu kulishinda mvuto kwa muda, na kusababisha Ulimwengu kulipuka, baada ya hapo jukumu lake lilikuwa kivitendo. kupunguzwa hadi sifuri.

Picha hii ya jumla inajitokeza kutokana na kazi ya hivi majuzi inayochunguza tabia ya maada na nguvu katika hatua za awali kabisa za maendeleo ya Ulimwengu. Ikawa wazi kuwa msukumo mkubwa wa ulimwengu ulikuwa matokeo ya kuepukika ya hatua ya Nguvu kubwa. Kwa hiyo, "antigravity" ambayo Einstein alituma mlango ilirudi kupitia dirisha!

Ufunguo wa kuelewa ugunduzi mpya wa kurudisha nyuma ulimwengu unatokana na asili ya utupu wa quantum. Tumeona jinsi kukataa vile kunaweza kusababishwa na kati isiyo ya kawaida isiyoonekana, isiyoweza kutofautishwa na nafasi tupu, lakini inayo shinikizo hasi. Leo, wanafizikia wanaamini kuwa utupu wa quantum una mali hizi.

Katika Sura ya 7 ilibainika kuwa ombwe linapaswa kuzingatiwa kama aina ya "enzyme" ya shughuli ya quantum, iliyojaa chembe za kawaida na zilizojaa. mwingiliano tata. Ni muhimu sana kuelewa kwamba ndani ya maelezo ya quantum, utupu una jukumu la kuamua. Tunachokiita chembe ni usumbufu adimu tu, kama "Bubuni" kwenye uso wa bahari nzima ya shughuli.

Mwishoni mwa miaka ya 70, ikawa dhahiri kwamba umoja wa mwingiliano wa nne unahitaji marekebisho kamili ya mawazo kuhusu asili ya kimwili ya utupu. Nadharia inapendekeza kwamba nishati ya utupu haionyeshwa wazi. Kwa ufupi, utupu unaweza kusisimka na kuwa katika mojawapo ya majimbo mengi yenye nishati tofauti-tofauti, kama vile atomi inavyoweza kusisimka kuhamia viwango vya juu vya nishati. Haya eigenstates utupu - ikiwa tungeweza kuziangalia - zingeonekana sawa, ingawa zina mali tofauti kabisa.

Kwanza kabisa, nishati iliyomo kwenye utupu ndani kiasi kikubwa hutiririka kutoka jimbo moja hadi jingine. Katika nadharia za Grand Unified, kwa mfano, tofauti kati ya nguvu za chini na za juu zaidi za utupu ni kubwa sana. Ili kupata wazo fulani la kiwango kikubwa cha idadi hii, wacha tukadirie nishati iliyotolewa na Jua katika kipindi chote cha uwepo wake (karibu miaka bilioni 5). Hebu tufikirie kwamba kiasi hiki kikubwa cha nishati kinachotolewa na Jua kiko katika eneo la nafasi ndogo kwa ukubwa kuliko Mfumo wa Jua. Msongamano wa nishati uliopatikana katika kesi hii ni karibu na msongamano wa nishati unaofanana na hali ya utupu katika TVO.

Pamoja na tofauti kubwa za nishati, majimbo anuwai ya utupu yanahusiana na tofauti kubwa za shinikizo. Lakini hapa kuna "hila": shinikizo hizi zote - hasi. Ombwe la quantum linatenda sawasawa na mazingira ya dhahania yaliyotajwa hapo awali ambayo husababisha msukumo wa ulimwengu, wakati huu tu shinikizo la nambari ni kubwa sana kwamba msukumo ni mara 10^ 120 zaidi ya nguvu ambayo Einstein alihitaji kudumisha usawa katika Ulimwengu tuli.

Sasa njia iko wazi kuelezea Big Bang. Hebu tuchukulie kwamba mwanzoni Ulimwengu ulikuwa katika hali ya msisimko ya utupu, ambayo inaitwa ombwe la "uongo". Katika hali hii, kulikuwa na msukumo wa ulimwengu katika Ulimwengu wa ukubwa kama huo kwamba ungesababisha upanuzi usiodhibitiwa na wa haraka wa Ulimwengu. Kimsingi, katika awamu hii Ulimwengu ungelingana na modeli ya de Sitter iliyojadiliwa katika sehemu iliyotangulia. Tofauti, hata hivyo, ni kwamba kwa de Sitter Ulimwengu unapanuka kwa utulivu kwenye mizani ya wakati wa anga, wakati "awamu ya de Sitter" katika mageuzi ya Ulimwengu kutoka kwa utupu wa "uongo" wa quantum kwa kweli iko mbali na utulivu. Kiasi cha nafasi inayokaliwa na Ulimwengu kinapaswa katika kesi hii kuongezeka mara mbili kila 10^-34 s (au muda wa mpangilio sawa).

Upanuzi huo mkuu wa Ulimwengu una idadi ya sifa za tabia: umbali wote huongezeka kulingana na sheria ya kielelezo (tayari tumekutana na dhana ya kielelezo katika Sura ya 4). Hii ina maana kwamba kila 10^-34 s maeneo yote ya Ulimwengu mara mbili ya ukubwa wao, na kisha mchakato huu wa mara mbili unaendelea katika maendeleo ya kijiometri. Aina hii ya upanuzi, iliyozingatiwa kwanza mnamo 1980. Alan Guth kutoka MIT (Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts, Marekani), iliitwa "mfumko wa bei". Kama matokeo ya upanuzi wa haraka sana na unaoendelea kuharakisha, ingeibuka hivi karibuni kwamba sehemu zote za Ulimwengu zingeruka kando, kana kwamba katika mlipuko. Na hii ni Big Bang!

Hata hivyo, kwa njia moja au nyingine, awamu ya mfumuko wa bei lazima ikome. Kama ilivyo katika mifumo yote ya quantum yenye msisimko, ombwe la "uongo" si thabiti na huelekea kuoza. Wakati kuoza hutokea, kukataliwa hupotea. Hii kwa upande inasababisha kukoma kwa mfumuko wa bei na mpito wa Ulimwengu kwa nguvu ya mvuto wa kawaida wa mvuto. Bila shaka, Ulimwengu ungeendelea kupanuka katika kesi hii kutokana na msukumo wa awali uliopatikana wakati wa mfumuko wa bei, lakini kiwango cha upanuzi kingepungua kwa kasi. Kwa hivyo, athari pekee ambayo imesalia hadi leo kutoka kwa kurudisha nyuma ulimwengu ni kupungua polepole kwa upanuzi wa Ulimwengu.

Kulingana na "hali ya mfumuko wa bei", Ulimwengu ulianza uwepo wake kutoka kwa hali ya utupu, isiyo na maada na mionzi. Lakini hata kama wangekuwepo awali, athari zao zingepotea haraka kutokana na kasi kubwa upanuzi wakati wa awamu ya mfumuko wa bei. Katika kipindi kifupi sana cha wakati kinacholingana na awamu hii, eneo la anga ambalo leo linachukua Ulimwengu wote unaoonekana limekua kutoka kwa bilioni moja ya saizi ya protoni hadi sentimita kadhaa. Msongamano wa dutu yoyote ambayo ilikuwepo awali inaweza kuwa sifuri.

Kwa hiyo, hadi mwisho wa awamu ya mfumuko wa bei, Ulimwengu ulikuwa tupu na baridi. Hata hivyo, mfumuko wa bei ulipokauka, Ulimwengu ukawa ghafula “joto” sana. Mlipuko huu wa joto ulioangazia nafasi ni kwa sababu ya akiba kubwa ya nishati iliyomo kwenye ombwe la "uongo". Wakati hali ya utupu ilitengana, nishati yake ilitolewa aina ya mionzi, ambayo ilipasha joto Ulimwengu mara moja hadi takriban 10^27 K, ambayo inatosha kwa ajili ya kutokea kwa michakato katika GEO. Kuanzia wakati huo na kuendelea, Ulimwengu ulikua kulingana na nadharia ya kawaida ya Big Bang "moto". Shukrani kwa nishati ya joto, vitu na antimatter viliibuka, basi Ulimwengu ulianza kupoa, na polepole vitu vyake vyote vilivyozingatiwa leo vilianza "kuganda".

Kwa hivyo shida kubwa ni nini kilisababisha Big Bang? - imeweza kutatua kwa kutumia nadharia ya mfumuko wa bei; nafasi tupu ililipuka papo hapo chini ya ushawishi wa msukosuko ulio katika ombwe la quantum. Walakini, siri bado inabaki. Nishati kubwa ya mlipuko wa msingi, ambao uliingia katika uundaji wa maada na mionzi iliyopo katika Ulimwengu, ilibidi itoke mahali fulani! Hatuwezi kueleza kuwepo kwa Ulimwengu hadi tupate chanzo cha nishati ya msingi.

Bootstrap ya nafasi

Kiingereza bootstrap kwa maana halisi inamaanisha "lacing", kwa maana ya mfano ina maana ya kujitegemea, kutokuwepo kwa uongozi katika mfumo wa chembe za msingi.

Ulimwengu ulizaliwa katika mchakato wa kutolewa kwa nishati kubwa. Bado tunagundua athari zake - hii ni mionzi ya mafuta ya asili na jambo la ulimwengu (haswa, atomi zinazounda nyota na sayari), kuhifadhi nishati fulani katika mfumo wa "misa". Athari za nishati hii pia huonekana katika mafungo ya galaksi na katika shughuli za vurugu za vitu vya unajimu. Nishati ya msingi "ilianzisha chemchemi" ya Ulimwengu mchanga na inaendelea kuutia nguvu hadi leo.

Nishati hii ilitoka wapi ambayo ilipumua uhai katika Ulimwengu wetu? Kulingana na nadharia ya mfumuko wa bei, hii ni nishati ya nafasi tupu, inayojulikana kama utupu wa quantum. Hata hivyo, je, jibu kama hilo linaweza kuturidhisha kikamili? Ni kawaida kuuliza jinsi utupu ulipata nishati.

Kwa ujumla, tunapouliza swali la wapi nishati inatoka, kimsingi tunafanya dhana muhimu kuhusu asili ya nishati hiyo. Moja ya sheria za msingi za fizikia ni sheria ya uhifadhi wa nishati, Ambapo maumbo mbalimbali nishati inaweza kubadilika na kubadilika kuwa moja, lakini jumla ya nishati bado haijabadilika.

Si vigumu kutoa mifano ambayo athari ya sheria hii inaweza kuthibitishwa. Tuseme tunayo injini na usambazaji wa mafuta, na injini inatumiwa kama kiendeshi cha jenereta ya umeme, ambayo nayo hutoa umeme kwa hita. Wakati mafuta yanawaka, nishati ya kemikali iliyohifadhiwa ndani yake inabadilishwa kuwa nishati ya mitambo, kisha kuwa nishati ya umeme, na hatimaye kuwa nishati ya joto. Au tuseme kwamba motor hutumiwa kuinua mzigo hadi juu ya mnara, baada ya hapo mzigo huanguka kwa uhuru; inapoathiriwa na ardhi, kiwango sawa cha nishati ya joto hutolewa kama katika mfano wa hita. Ukweli ni kwamba, haijalishi jinsi nishati inavyopitishwa au jinsi umbo lake inavyobadilika, ni wazi haiwezi kuundwa au kuharibiwa. Wahandisi hutumia sheria hii katika mazoezi ya kila siku.

Ikiwa nishati haiwezi kuundwa au kuharibiwa, basi nishati ya msingi hutokeaje? Sio hudungwa kwa wakati wa kwanza (aina ya hali mpya ya awali inayodhaniwa ad hoc)? Ikiwa ndivyo, basi kwa nini Ulimwengu una hii na sio kiasi kingine cha nishati? Kuna takriban 10^68 J (joules) ya nishati katika Ulimwengu unaoonekana - kwa nini tusiseme, 10^99 au 10^10000 au nambari nyingine yoyote?

Nadharia ya mfumuko wa bei inatoa ufafanuzi mmoja wa kisayansi unaowezekana kwa fumbo hili. Kulingana na nadharia hii. Ulimwengu hapo mwanzo ulikuwa na nishati sifuri, na katika sekunde 10 ^ 32 za kwanza iliweza kuleta uhai wa kiasi kizima cha nishati. Ufunguo wa kuelewa muujiza huu unapatikana katika ukweli wa kushangaza kwamba sheria ya uhifadhi wa nishati kwa maana ya kawaida. haitumiki kwa Ulimwengu unaopanuka.

Kimsingi, tayari tumekutana na ukweli kama huo. Upanuzi wa Cosmological husababisha kupungua kwa joto la Ulimwengu: ipasavyo, nishati ya mionzi ya joto, kubwa sana katika awamu ya msingi, inapungua na joto hupungua kwa maadili karibu na sifuri kabisa. Haya yote yalienda wapi? nishati ya joto? Kwa maana fulani, ilitumiwa na ulimwengu kupanua na kutoa shinikizo ili kuongeza nguvu ya Mlipuko Mkubwa. Wakati kioevu cha kawaida kinapanuka, shinikizo lake la nje hufanya kazi kwa kutumia nishati ya kioevu. Wakati gesi ya kawaida inapanuka, nishati yake ya ndani hutumiwa kufanya kazi. Tofauti kabisa na hii, kukataa kwa cosmic ni sawa na tabia ya kati na hasi shinikizo. Wakati kati hiyo inapanua, nishati yake haipungua, lakini huongezeka. Hii ndio hasa ilifanyika wakati wa mfumuko wa bei, wakati repulsion ya cosmic ilisababisha Ulimwengu kupanua kwa kasi ya kasi. Katika kipindi hiki chote, jumla ya nishati ya utupu iliendelea kuongezeka hadi, mwishoni mwa kipindi cha mfumuko wa bei, ilifikia thamani kubwa. Mara tu kipindi cha mfumuko wa bei kilipoisha, nishati yote iliyohifadhiwa ilitolewa kwa mlipuko mmoja mkubwa, na kutoa joto na maada kwa kiwango kamili cha Big Bang. Kuanzia wakati huu, upanuzi wa kawaida na shinikizo chanya ulianza, ili nishati ilianza kupungua tena.

Kuibuka kwa nishati ya msingi kunaonyeshwa na aina fulani ya uchawi. Utupu na shinikizo hasi ya ajabu inaonekana kuwa na uwezo wa ajabu kabisa. Kwa upande mmoja, huunda nguvu kubwa ya kukataa, kuhakikisha upanuzi wake unaoongezeka kila wakati, na kwa upande mwingine, upanuzi yenyewe unalazimisha kuongezeka kwa nishati ya utupu. Utupu kimsingi hujilisha yenyewe kwa nishati kwa kiasi kikubwa. Ina kuyumba kwa ndani ambayo inahakikisha upanuzi unaoendelea na uzalishaji wa nishati usio na kikomo. Na kuoza kwa kiasi tu cha ombwe la uwongo kunaweka kikomo kwa "ubadhirifu huu wa ulimwengu."

Utupu hutumika kama jagi ya kichawi, isiyo na mwisho ya nishati katika asili. Kimsingi, hakuna kikomo kwa kiasi cha nishati ambayo inaweza kutolewa wakati wa upanuzi wa mfumuko wa bei. Kauli hii inaashiria mapinduzi katika fikra za kimapokeo pamoja na karne zake za zamani "bila kitu kinachozaliwa" (msemo huu ulianza angalau enzi za Parmenides, yaani karne ya 5 KK). Hadi hivi majuzi, wazo la uwezekano wa "uumbaji" kutoka kwa chochote lilikuwa ndani ya mtazamo wa dini. Hasa, Wakristo wameamini kwa muda mrefu kuwa Mungu aliumba ulimwengu kutoka kwa Hakuna, lakini wazo la uwezekano wa kutokea kwa asili kwa jambo na nishati kama matokeo ya michakato ya kimwili ilizingatiwa kuwa haikubaliki kabisa na wanasayansi miaka kumi iliyopita.

Wale ambao hawawezi ndani kuja na dhana nzima ya kuibuka kwa "kitu" kutoka "hakuna kitu" wana fursa ya kuangalia tofauti ya kuibuka kwa nishati wakati wa upanuzi wa Ulimwengu. Kwa kuwa mvuto wa kawaida huvutia, ili kusogeza sehemu za jambo kutoka kwa kila mmoja, kazi lazima ifanyike ili kuondokana na mvuto unaofanya kazi kati ya sehemu hizi. Hii ina maana kwamba nishati ya mvuto ya mfumo wa miili ni hasi; Miili mipya inapoongezwa kwenye mfumo, nishati hutolewa, na kwa sababu hiyo, nishati ya uvutano inakuwa "hasi zaidi." Ikiwa tunatumia hoja hii kwa Ulimwengu katika hatua ya mfumuko wa bei, basi ni kuonekana kwa joto na suala ambalo "hufidia" kwa nishati hasi ya mvuto wa raia iliyoundwa. Katika kesi hii, nishati ya jumla ya Ulimwengu kwa ujumla ni sifuri na hapana nishati mpya haitokei kabisa! Mtazamo kama huo wa mchakato wa "uumbaji wa ulimwengu" ni wa kuvutia, lakini bado haupaswi kuchukuliwa kwa uzito sana, kwani kwa ujumla hali ya dhana ya nishati kuhusiana na mvuto inageuka kuwa ya shaka.

Kila kitu kilichosemwa hapa kuhusu utupu kinakumbusha sana hadithi inayopendwa na wanafizikia kuhusu mvulana ambaye, akiwa ameanguka kwenye bwawa, akajiondoa kwa kamba za viatu vyake mwenyewe. Ulimwengu unaojiumba unamkumbusha mvulana huyu - pia hujivuta kwa "laces" zake (mchakato huu unajulikana kama "bootstrap"). Hakika, kwa sababu ya asili yake ya kimwili, Ulimwengu husisimua yenyewe nishati yote muhimu kwa "uumbaji" na "uhuishaji" wa jambo, na pia huanzisha mlipuko unaoizalisha. Hii ni cosmic bootstrap; Tuna deni la kuwepo kwetu kwa nguvu zake za ajabu.

Maendeleo katika nadharia ya mfumuko wa bei

Baada ya Guth kuweka wazo kuu kwamba Ulimwengu ulipitia kipindi cha mapema cha upanuzi wa haraka sana, ilionekana wazi kuwa hali kama hiyo inaweza kuelezea vyema sifa nyingi za Kosmolojia ya Big Bang ambazo hapo awali zilichukuliwa kuwa za kawaida.

Katika moja ya sehemu zilizopita tulikutana na vitendawili sana shahada ya juu shirika na uratibu wa mlipuko wa msingi. Moja ya mifano ya ajabu ya hii ni nguvu ya mlipuko, ambayo iligeuka kuwa "kurekebishwa" kwa usahihi kwa ukubwa wa mvuto wa nafasi, kwa sababu ambayo kiwango cha upanuzi wa Ulimwengu katika wakati wetu ni karibu sana. thamani ya mpaka kutenganisha compression (kuanguka) na upanuzi wa haraka. Jaribio kuu la hali ya mfumuko wa bei ni ikiwa inahusisha Mlipuko Mkubwa wa ukubwa uliobainishwa kwa usahihi. Inabadilika kuwa kutokana na upanuzi wa kielelezo katika awamu ya mfumuko wa bei (ambayo ni mali yake ya tabia zaidi), nguvu ya mlipuko huhakikisha moja kwa moja uwezo wa Ulimwengu kushinda mvuto wake mwenyewe. Mfumuko wa bei unaweza kusababisha hasa kiwango cha upanuzi ambacho kinazingatiwa.

"Siri kubwa" nyingine inahusiana na homogeneity ya Ulimwengu kwa viwango vikubwa. Pia mara moja hutatuliwa kwa kuzingatia nadharia ya mfumuko wa bei. Ukosefu wowote wa awali katika muundo wa Ulimwengu unapaswa kufutwa kabisa na ongezeko kubwa la saizi yake, kama vile mikunjo kwenye puto iliyochanganuliwa inavyolainishwa inapochangiwa. Na kutokana na ongezeko la ukubwa wa mikoa ya anga kwa takriban 10 ^ mara 50, usumbufu wowote wa awali unakuwa usio na maana.

Hata hivyo, itakuwa ni makosa kuzungumzia kamili homogeneity. Ili kufanya uwezekano wa kutokea kwa makundi ya kisasa ya nyota na makundi ya galaksi, muundo wa Ulimwengu wa mapema lazima uwe ulikuwa na “uvimbe” fulani. Hapo awali, wanaastronomia walitumaini kwamba kuwepo kwa galaksi kunaweza kuelezewa na mrundikano wa vitu chini ya ushawishi wa mvuto wa mvuto baada ya Big Bang. Wingu la gesi linapaswa kushinikizwa chini ya ushawishi wa mvuto wake mwenyewe, na kisha kugawanyika katika vipande vidogo, na hizo, kwa upande wake, kuwa ndogo zaidi, nk. Labda usambazaji wa gesi unaotokana na Big Bang ulikuwa sawa kabisa, lakini kwa sababu ya michakato ya nasibu tu, condensations na rarefactions ilitokea hapa na pale. Mvuto ulizidisha zaidi mabadiliko haya, na kusababisha ukuaji wa maeneo ya condensation na unyonyaji wao wa jambo la ziada. Kisha maeneo haya yalibanwa na kusambaratishwa mfululizo, na michanganyiko ndogo kabisa ikageuka kuwa nyota. Hatimaye, safu ya miundo iliibuka: nyota ziliunganishwa katika vikundi, zile katika galaksi, na kisha katika vikundi vya galaksi.

Kwa bahati mbaya, ikiwa hakukuwa na inhomogeneities katika gesi tangu mwanzo, basi utaratibu kama huo wa kuunda galaksi ungefanya kazi kwa wakati unaozidi umri wa Ulimwengu. Ukweli ni kwamba michakato ya unene na kugawanyika ilishindana upanuzi wa Ulimwengu, ambayo iliambatana na mtawanyiko wa gesi. Katika toleo la asili la nadharia ya Big Bang, ilichukuliwa kuwa "mbegu" za galaksi zilikuwepo hapo awali katika muundo wa Ulimwengu wakati asili yake. Kwa kuongezea, inhomogeneities hizi za awali zililazimika kuwa na saizi dhahiri: sio ndogo sana, vinginevyo hazingewahi kuunda, lakini sio kubwa sana, vinginevyo mikoa. msongamano mkubwa wangeanguka tu kwenye mashimo makubwa meusi. Wakati huo huo, haijulikani kabisa kwa nini galaksi zina ukubwa kama huo au kwa nini idadi kama hiyo ya gala imejumuishwa kwenye nguzo.

Hali ya mfumuko wa bei inatoa maelezo thabiti zaidi ya muundo wa galactic. Wazo la msingi ni rahisi sana. Mfumuko wa bei unatokana na ukweli kwamba hali ya quantum ya Ulimwengu ni hali isiyo na utulivu ya ombwe la uwongo. Hatimaye, hali hii ya utupu huvunjika na nishati yake ya ziada inabadilishwa kuwa joto na suala. Kwa wakati huu, repulsion cosmic kutoweka - na mfumuko wa bei huacha. Walakini, kuoza kwa utupu wa uwongo haufanyiki kwa wakati mmoja katika nafasi yote. Kama ilivyo katika michakato yoyote ya quantum, viwango vya kuoza kwa utupu wa uwongo hubadilika. Katika baadhi ya maeneo ya Ulimwengu, uozo hutokea kwa kasi zaidi kuliko kwa wengine. Katika maeneo haya, mfumuko wa bei utaisha mapema. Matokeo yake, inhomogeneities huhifadhiwa katika hali ya mwisho. Inawezekana kwamba inhomogeneities hizi zinaweza kutumika kama "mbegu" (vituo) vya shinikizo la mvuto na, hatimaye, ilisababisha kuundwa kwa galaxi na makundi yao. Mfano wa hisabati wa utaratibu wa kushuka kwa thamani umefanywa, hata hivyo, kwa mafanikio madogo sana. Kama sheria, athari inageuka kuwa kubwa sana, inhomogeneities iliyohesabiwa ni muhimu sana. Kweli, mifano iliyotumiwa ilikuwa chafu sana na labda mbinu ya hila zaidi ingefanikiwa zaidi. Ingawa nadharia iko mbali na kukamilika, angalau inaelezea asili ya utaratibu ambao unaweza kusababisha uundaji wa galaksi bila hitaji la hali maalum za awali.

Katika toleo la Guth la hali ya mfumuko wa bei, ombwe la uwongo hubadilika kwanza kuwa ombwe "kweli", au hali ya utupu ya nishati ya chini kabisa ambayo tunaitambua na nafasi tupu. Hali ya mabadiliko haya ni sawa kabisa na mabadiliko ya awamu (kwa mfano, kutoka gesi hadi kioevu). Katika kesi hii, katika utupu wa uwongo, uundaji wa nasibu wa Bubbles za utupu wa kweli ungetokea, ambayo, kupanua kwa kasi ya mwanga, ingeweza kukamata maeneo makubwa zaidi ya nafasi. Ili ombwe la uwongo liwepo kwa muda wa kutosha kwa mfumuko wa bei kufanya kazi yake ya "muujiza", majimbo haya mawili lazima yatenganishwe na kizuizi cha nishati ambacho kupitia "quantum tunneling" ya mfumo lazima kutokea, sawa na kile kinachotokea na elektroni (ona. sura.). Walakini, mtindo huu una shida moja kubwa: nishati yote iliyotolewa kutoka kwa utupu wa uwongo imejilimbikizia kwenye kuta za Bubbles na hakuna utaratibu wa ugawaji wake kwenye Bubble. Viputo vilipogongana na kuunganishwa, nishati hiyo hatimaye ingeweza kujilimbikiza katika tabaka zilizochanganyika nasibu. Matokeo yake, Ulimwengu ungekuwa na inhomogeneities yenye nguvu sana, na kazi yote ya mfumuko wa bei ili kuunda homogeneity kubwa ingeshindwa.

Pamoja na uboreshaji zaidi wa hali ya mfumuko wa bei, shida hizi zilishindwa. KATIKA nadharia mpya hakuna tunnel kati ya majimbo mawili ya utupu; badala yake, vigezo vinachaguliwa ili kuoza kwa ombwe la uwongo hutokea polepole sana na hivyo kuupa Ulimwengu muda wa kutosha wa kuingiza. Wakati kuoza kukamilika, nishati ya utupu wa uwongo hutolewa kwa kiasi kizima cha "Bubble," ambayo huwaka haraka hadi 10 ^ 27 K. Inachukuliwa kuwa Ulimwengu wote unaoonekana unao katika Bubble moja hiyo. Kwa hivyo, kwa mizani mikubwa zaidi Ulimwengu unaweza kuwa wa kawaida sana, lakini eneo linaloweza kufikiwa na uchunguzi wetu (na hata sehemu kubwa zaidi za Ulimwengu) liko ndani ya eneo lenye homogeneous kabisa.

Inashangaza kwamba Guth hapo awali aliendeleza nadharia yake ya mfumuko wa bei ili kutatua shida tofauti kabisa ya ulimwengu - kutokuwepo kwa monopoles za sumaku. Kama inavyoonyeshwa katika Sura ya 9, nadharia ya kawaida ya Big Bang inatabiri kwamba katika awamu ya msingi ya mageuzi ya Ulimwengu, monopoles wanapaswa kutokea kwa wingi. Inawezekana wanaongozana na wenzao wa moja na mbili-dimensional - vitu vya ajabu ambavyo vina tabia ya "kamba" na "karatasi". Shida ilikuwa kuondoa Ulimwengu kutoka kwa vitu hivi "visivyofaa". Mfumuko wa bei hutatua moja kwa moja shida ya monopoles na shida zingine zinazofanana, kwani upanuzi mkubwa wa nafasi hupunguza wiani wao hadi sifuri.

Ingawa hali ya mfumuko wa bei imeendelezwa kwa kiasi na inakubalika tu, hakuna zaidi, imeturuhusu kuunda mawazo kadhaa ambayo yanaahidi kubadilisha uso wa kosmolojia bila kubatilishwa. Sasa hatuwezi tu kutoa maelezo kwa sababu ya Big Bang, lakini pia tunaanza kuelewa kwa nini ilikuwa "kubwa" na kwa nini ilichukua tabia kama hiyo. Sasa tunaweza kuanza kushughulikia swali la jinsi homogeneity kubwa ya Ulimwengu iliibuka, na pamoja nayo, inhomogeneities zilizozingatiwa za kiwango kidogo (kwa mfano, galaxi). Mlipuko wa kimsingi, ambao tunaita Ulimwengu ulizuka, umekoma kuwa fumbo ambalo liko nje ya mipaka ya sayansi ya mwili.

Ulimwengu unaojiumba wenyewe

Na bado, licha ya mafanikio makubwa ya nadharia ya mfumuko wa bei katika kuelezea asili ya Ulimwengu, siri bado inabaki. Je, Ulimwengu mwanzoni uliishia katika hali ya ombwe la uwongo? Nini kilifanyika kabla ya mfumuko wa bei?

Ufafanuzi thabiti, wa kuridhisha wa kisayansi wa asili ya Ulimwengu lazima uelezee jinsi nafasi yenyewe (kwa usahihi zaidi, wakati wa nafasi) ilitokea, ambayo baadaye ilipitia mfumuko wa bei. Wanasayansi wengine wako tayari kukubali kwamba nafasi daima ipo, wengine wanaamini kwamba suala hili kwa ujumla huenda zaidi ya upeo wa mbinu ya kisayansi. Na ni wachache tu wanaodai zaidi na wana hakika kuwa ni halali kabisa kuuliza swali la jinsi nafasi kwa ujumla (na utupu wa uwongo, haswa) inaweza kutokea kihalisi kutoka kwa "chochote" kama matokeo ya michakato ya mwili ambayo, kimsingi, inaweza kuchunguzwa.

Kama ilivyoonyeshwa, hivi majuzi tu tumepinga imani inayoendelea kwamba "hakuna kitu kinachotoka kwa chochote." Bootstrap ya cosmic iko karibu na dhana ya kitheolojia ya uumbaji wa ulimwengu kutoka kwa chochote (ex nihilo). Bila shaka, katika ulimwengu unaotuzunguka, kuwepo kwa baadhi ya vitu kwa kawaida hutokana na kuwepo kwa vitu vingine. Kwa hivyo, Dunia ilitoka kwenye nebula ya protosolar, ambayo kwa upande wake - kutoka kwa gesi za galactic, nk. Ikiwa tungetokea kuona kitu kikitokea kwa ghafula “bila kitu,” labda tungekiona kuwa muujiza; kwa mfano, tungeshangaa ikiwa katika salama iliyofungwa, tupu, ghafla tutagundua wingi wa sarafu, visu au pipi. KATIKA Maisha ya kila siku tumezoea kutambua kwamba kila kitu kinatoka mahali fulani au kutoka kwa kitu fulani.

Walakini, kila kitu sio wazi sana linapokuja suala la vitu visivyo maalum. Je, kwa mfano, uchoraji unatoka nini? Bila shaka, hii inahitaji brashi, rangi na turuba, lakini hizi ni zana tu. Njia ambayo picha imechorwa - uchaguzi wa sura, rangi, muundo, muundo - hauzaliwa na brashi na rangi. Hii ni matokeo ya mawazo ya ubunifu ya msanii.

Mawazo na mawazo yanatoka wapi? Mawazo, bila shaka, yapo kweli na, inaonekana, daima yanahitaji ushiriki wa ubongo. Lakini ubongo huhakikisha tu utekelezaji wa mawazo, na sio sababu yao. Ubongo yenyewe hutoa mawazo si zaidi ya, kwa mfano, kompyuta inazalisha mahesabu. Mawazo yanaweza kusababishwa na mawazo mengine, lakini hii haionyeshi asili ya mawazo yenyewe. Mawazo mengine yanaweza kuzaliwa na hisia; Kumbukumbu pia huzaa mawazo. Wasanii wengi, hata hivyo, wanaona kazi zao kama matokeo zisizotarajiwa msukumo. Ikiwa hii ni kweli, basi kuundwa kwa uchoraji - au angalau kuzaliwa kwa wazo lake - ni mfano wa kuzaliwa kwa kitu kutoka kwa chochote.

Na bado, je, tunaweza kuzingatia kwamba vitu vya kimwili na hata Ulimwengu kwa ujumla hutoka kwa chochote? Dhana hii ya ujasiri inajadiliwa kwa uzito kabisa, kwa mfano, katika taasisi za kisayansi pwani ya mashariki ya USA, ambapo wanafizikia wengi wa kinadharia na wana ulimwengu wanakua. vifaa vya hisabati, ambayo ingesaidia kujua uwezekano wa kitu kuzaliwa bila chochote. Mduara huu uliochaguliwa ni pamoja na Alan Guth wa MIT, Sydney Coleman wa Chuo Kikuu cha Harvard, Alex Vilenkin wa Chuo Kikuu cha Tufts, na Ed Tyon na Heinz Pagels wa New York. Wote wanaamini kwamba katika maana moja au nyingine “hakuna kitu kisicho imara” na kwamba ulimwengu unaoonekana ‘ulichanua bila kitu,’ ukiongozwa tu na sheria za fizikia. "Mawazo kama hayo ni ya kubahatisha tu," anakubali Guth, "lakini kwa kiwango fulani wanaweza kuwa sahihi ... Wakati mwingine wanasema kwamba hakuna chakula cha mchana cha bure, lakini Ulimwengu, inaonekana, ni "chakula cha mchana cha bure".

Katika dhana hizi zote, tabia ya quantum ina jukumu muhimu. Kama tulivyojadili katika Sura ya 2, sifa kuu ya tabia ya quantum ni upotezaji wa uhusiano mkali wa sababu-na-athari. Katika fizikia ya kitamaduni, uwasilishaji wa mechanics ulifuata ufuasi mkali wa sababu. Maelezo yote ya harakati ya kila chembe yalipangwa mapema na sheria za mwendo. Iliaminika kuwa harakati ilikuwa endelevu na imedhamiriwa madhubuti na nguvu za kaimu. Sheria za mwendo ndani kihalisi ilijumuisha uhusiano kati ya sababu na athari. Ulimwengu ulionekana kama utaratibu mkubwa wa saa, tabia ambayo inadhibitiwa madhubuti na kile kinachotokea kwa sasa. Ilikuwa ni imani ya usababisho wa kina na madhubuti kama huo ambao ulimsukuma Pierre Laplace kusema kwamba kikokotoo chenye nguvu zaidi kinaweza, kimsingi, kutabiri, kwa kuzingatia sheria za mechanics, historia na hatima ya Ulimwengu. Kwa mujibu wa mtazamo huu, ulimwengu umehukumiwa kufuata njia yake iliyoamriwa milele.

Fizikia ya Quantum imeharibu mpango wa mbinu lakini tasa wa Laplacean. Wanafizikia wameshawishika kuwa katika kiwango cha atomiki, maada na harakati zake hazina uhakika na hazitabiriki. Chembe zinaweza kutenda "ajabu," kana kwamba zinapinga harakati zilizowekwa madhubuti, kuonekana kwa ghafla katika sehemu zisizotarajiwa bila sababu dhahiri, na wakati mwingine kuonekana na kutoweka "bila onyo."

Ulimwengu wa quantum hauko huru kabisa kutoka kwa sababu, lakini inajidhihirisha badala ya kusita na kwa kushangaza. Kwa mfano, ikiwa atomi moja iko katika hali ya msisimko kwa sababu ya mgongano na atomi nyingine, kwa kawaida hurudi haraka katika hali yake ya chini kabisa ya nishati, ikitoa fotoni. Kuonekana kwa photon ni, bila shaka, matokeo ya ukweli kwamba atomi hapo awali imepita katika hali ya msisimko. Tunaweza kusema kwa ujasiri kwamba ilikuwa msisimko uliosababisha kuundwa kwa photon, na kwa maana hii uhusiano wa sababu na athari unabaki. Walakini, wakati halisi ambao fotoni inaonekana haitabiriki: atomi inaweza kuitoa wakati wowote. Wanafizikia wanaweza kuhesabu wakati unaowezekana, au wastani, wakati wa kutokea kwa photon, lakini katika kila kesi maalum haiwezekani kutabiri wakati ambapo tukio hili litatokea. Inavyoonekana, kuashiria hali kama hiyo, ni bora kusema kwamba msisimko wa atomi hauongoi sana kuonekana kwa fotoni kama "kusukuma" kuelekea hii.

Kwa hiyo, microworld ya quantum haijaingizwa katika mtandao mnene wa mahusiano ya causal, lakini bado "husikiliza" amri na mapendekezo mengi ya unobtrusive. Katika mpango wa zamani wa Newtonian, nguvu ilionekana kushughulikia kitu kwa amri isiyopingwa: "Sogeza!" Katika fizikia ya quantum, uhusiano kati ya nguvu na kitu ni moja ya mwaliko badala ya amri.

Kwa nini kwa ujumla tunazingatia wazo la kuzaliwa kwa ghafla kwa kitu "bila chochote" halikubaliki? Ni nini kinachotufanya tufikirie kuhusu miujiza na matukio ya ajabu? Labda yote ni suala la kawaida tu matukio yanayofanana: Katika maisha ya kila siku, hatujawahi kukutana na kuonekana kwa vitu bila sababu. Wakati, kwa mfano, mchawi anavuta sungura kutoka kwenye kofia, tunajua kwamba tunadanganywa.

Tuseme kweli tunaishi katika ulimwengu ambapo vitu vinaonekana mara kwa mara inaonekana "nje ya mahali", bila sababu na kwa njia isiyotabirika kabisa. Kwa kuwa tumezoea matukio kama haya, tutaacha kushangazwa nao. Kuzaliwa kwa hiari kunaweza kutambuliwa kama moja ya mambo ya asili. Pengine katika ulimwengu kama huo hatungelazimika tena kuchuja uwezo wetu wa kufikiria kuibuka kwa ghafula kutoka kwa chochote cha Ulimwengu mzima unaoonekana.

Ulimwengu huu wa kufikiria kimsingi sio tofauti sana na ule halisi. Ikiwa tunaweza kutambua moja kwa moja tabia ya atomi kwa msaada wa hisi zetu (na sio kupitia upatanishi wa vyombo maalum), mara nyingi tungelazimika kutazama vitu vinavyotokea na kutoweka bila sababu zilizoainishwa wazi.

Jambo la karibu na "kuzaliwa kutoka kwa chochote" hutokea katika uwanja wa kutosha wa umeme. Kwa thamani muhimu ya nguvu ya shamba, elektroni na positroni huanza kuonekana "bila chochote" kwa nasibu kabisa. Mahesabu yanaonyesha kuwa karibu na uso wa kiini cha uranium nguvu ya shamba la umeme iko karibu kabisa na kikomo zaidi ya ambayo athari hii hutokea. Kama walikuwepo viini vya atomiki, zenye protoni 200 (kuna 92 ​​kati yao katika kiini cha urani), basi uumbaji wa hiari wa elektroni na positroni ungetokea. Kwa bahati mbaya, kiini kilicho na protoni nyingi kinaonekana kutokuwa thabiti sana, lakini hii sio hakika kabisa.

Uundaji wa hiari wa elektroni na positroni katika uwanja wenye nguvu wa umeme unaweza kuzingatiwa kama aina maalum ya mionzi wakati uozo unatokea katika nafasi tupu, ombwe. Tayari tumezungumza juu ya mpito wa hali moja ya utupu hadi nyingine kama matokeo ya kuoza. Katika kesi hii, utupu huvunjika ndani ya hali ambayo chembe zipo.

Ingawa uozo wa nafasi unaosababishwa na uwanja wa umeme ni vigumu kuelewa, mchakato kama huo chini ya ushawishi wa mvuto unaweza kutokea katika asili. Karibu na uso wa mashimo meusi, mvuto ni mkubwa sana hivi kwamba utupu umejaa chembe zinazozaliwa kila mara. Hii ni mionzi maarufu kutoka kwa shimo nyeusi, iliyogunduliwa na Stephen Hawking. Hatimaye, ni mvuto unaohusika na kuzaliwa kwa mionzi hii, lakini haiwezi kusemwa kwamba hii hutokea "kwa maana ya zamani ya Newtonian": haiwezi kusemwa kwamba chembe fulani inapaswa kuonekana mahali fulani wakati mmoja au mwingine. kama matokeo ya hatua ya nguvu za uvutano. Vyovyote vile, kwa kuwa nguvu ya uvutano ni mpindo tu wa wakati wa nafasi, tunaweza kusema kwamba wakati wa nafasi husababisha kuzaliwa kwa jambo.

Kutokea kwa mada kutoka kwa nafasi tupu mara nyingi husemwa kama kuzaliwa "bila kitu," ambayo ni sawa katika roho na kuzaliwa. ex nihilo katika mafundisho ya Kikristo. Hata hivyo, kwa mwanafizikia, nafasi tupu sio "chochote" hata kidogo, lakini ni sehemu muhimu sana ya Ulimwengu wa kimwili. Ikiwa bado tunataka kujibu swali la jinsi Ulimwengu ulivyotokea, basi haitoshi kudhani kuwa nafasi tupu ilikuwepo tangu mwanzo. Inahitajika kuelezea mahali ambapo nafasi hii ilitoka. Mawazo ya kuzaliwa nafasi yenyewe Inaweza kuonekana kuwa ya kushangaza, lakini kwa njia fulani hii hufanyika karibu nasi kila wakati. Upanuzi wa Ulimwengu sio kitu zaidi ya "uvimbe" unaoendelea wa nafasi. Kila siku eneo la Ulimwengu linaloweza kufikiwa na darubini zetu huongezeka kwa miaka 10^18 ya mwanga wa ujazo. Nafasi hii inatoka wapi? Mfano wa mpira ni muhimu hapa. Ikiwa bendi ya mpira ya elastic itatolewa nje, "inakuwa kubwa zaidi." Nafasi inafanana na unene wa hali ya juu kwa kuwa, kama tunavyojua, inaweza kunyoosha kwa muda usiojulikana bila kuvunjika.

Kunyoosha na curvature ya nafasi inafanana na deformation ya mwili elastic kwa kuwa "harakati" ya nafasi hutokea kwa mujibu wa sheria za mechanics kwa njia sawa na harakati ya jambo la kawaida. Katika kesi hii, hizi ni sheria za mvuto. Nadharia ya Quantum katika kwa usawa inatumika kwa jambo, nafasi na wakati. Katika sura zilizopita tulisema kwamba mvuto wa quantum unaonekana kama hatua ya lazima katika kutafuta Nguvu Kuu. Hii inazua uwezekano wa kuvutia; kama, kulingana na nadharia ya quantum, chembe za vitu zinaweza kutokea "kutoka chochote," basi kuhusiana na mvuto, je, haitaelezea kutokea "kutoka kwa chochote" cha nafasi? Ikiwa hii itatokea, je, kuzaliwa kwa Ulimwengu miaka bilioni 18 iliyopita sio mfano wa mchakato kama huo?

Chakula cha mchana bila malipo?

Wazo kuu la cosmology ya quantum ni matumizi ya nadharia ya quantum kwa Ulimwengu kwa ujumla: kwa muda wa nafasi na jambo; Wananadharia huchukulia wazo hili kwa uzito haswa. Kwa mtazamo wa kwanza, kuna utata hapa: fizikia ya quantum inahusika na mifumo ndogo zaidi, wakati cosmology inahusika na kubwa zaidi. Walakini, Ulimwengu hapo awali ulikuwa na mipaka kwa vipimo vidogo sana na, kwa hivyo, athari za quantum zilikuwa muhimu sana wakati huo. Matokeo ya hesabu yanaonyesha kuwa sheria za quantum zinapaswa kuzingatiwa katika enzi ya GUT (10^-32 s), na katika enzi ya Planck (10^-43 s) labda zinapaswa kuchukua jukumu muhimu. Kulingana na wananadharia wengine (kwa mfano, Vilenkin), kati ya enzi hizi mbili kulikuwa na wakati kwa wakati Ulimwengu ulipoibuka. Kulingana na Sidney Coleman, tumefanya kiwango kikubwa kutoka kwa Hakuna hadi Wakati. Inavyoonekana, muda wa nafasi ni masalio ya enzi hii. Kurukaruka kwa wingi anaozungumza Coleman kunaweza kuzingatiwa kama aina ya "mchakato wa handaki." Tulibainisha kuwa katika toleo la awali la nadharia ya mfumuko wa bei, hali ya utupu wa uwongo ilipaswa kupitisha kizuizi cha nishati kwenye hali ya utupu wa kweli. Walakini, katika kesi ya kutokea kwa hiari kwa Ulimwengu wa quantum "bila chochote," intuition yetu inafikia kikomo cha uwezo wake. Mwisho mmoja wa handaki huwakilisha Ulimwengu halisi katika nafasi na wakati, ambao hufika huko kwa njia ya tunnel ya quantum "bila chochote." Kwa hivyo, mwisho mwingine wa handaki unawakilisha Hakuna Kitu hiki! Labda ingekuwa bora kusema kwamba handaki ina mwisho mmoja tu, na nyingine "haipo."

Ugumu kuu wa majaribio haya ya kuelezea asili ya Ulimwengu ni kuelezea mchakato wa kuzaliwa kwake kutoka kwa hali ya utupu wa uwongo. Ikiwa muda wa nafasi mpya ulioundwa ungekuwa katika hali ya utupu wa kweli, basi mfumuko wa bei haungeweza kamwe kutokea. Mlipuko huo mkubwa ungepunguzwa na kuwa mporomoko dhaifu, na muda wa nafasi ungekoma kuwapo muda mfupi baadaye tena - ungeharibiwa na michakato ya quantum ambayo ilitokea hapo awali. Kama Ulimwengu haungejipata wenyewe katika hali ya utupu wa uwongo, haungehusika kamwe katika mshipa wa mwanzo wa ulimwengu na haungepata uwepo wake wa uwongo. Labda hali ya utupu wa uwongo ni bora kwa sababu ya tabia yake hali mbaya. Kwa mfano, ikiwa Ulimwengu uliibuka na joto la juu la kutosha la awali na kisha kupozwa, basi inaweza hata "kukimbia" katika utupu wa uwongo, lakini hadi sasa maswali mengi ya kiufundi ya aina hii bado hayajatatuliwa.

Lakini vyovyote vile uhalisia wa matatizo haya ya kimsingi, ulimwengu lazima uwe kwa njia moja au nyingine, na fizikia ya quantum ndiyo tawi pekee la sayansi ambamo ni jambo la akili kuzungumzia tukio linalotokea bila sababu inayoonekana. Ikiwa tunazungumzia juu ya muda wa nafasi, basi kwa hali yoyote haina maana kuzungumza juu ya causality kwa maana ya kawaida. Kwa kawaida, dhana ya usababisho inahusiana kwa karibu na dhana ya wakati, na kwa hivyo mazingatio yoyote juu ya michakato ya kuibuka kwa wakati au "kuibuka kwake kutoka kwa kutokuwepo" lazima iwe msingi wa wazo pana la sababu.

Ikiwa nafasi ni ya pande kumi kweli, basi nadharia inazingatia vipimo vyote kumi kuwa sawa kabisa katika hatua za mwanzo kabisa. Inavutia kuweza kuunganisha hali ya mfumuko wa bei na upatanishi wa hiari (kukunja) wa vipimo saba kati ya kumi. Kwa mujibu wa hali hii, "nguvu ya kuendesha gari" ya mfumuko wa bei ni matokeo ya mwingiliano unaoonyeshwa kupitia vipimo vya ziada vya nafasi. Zaidi ya hayo, nafasi ya kumi-dimensional inaweza kubadilika kwa kawaida kwa namna ambayo wakati wa mfumuko wa bei, vipimo vitatu vya anga vinapanua sana kwa gharama ya wengine saba, ambayo, kinyume chake, hupungua, kuwa asiyeonekana? Kwa hivyo, microbubble ya quantum ya nafasi ya kumi-dimensional imesisitizwa, na vipimo vitatu vinaingizwa, na kutengeneza Ulimwengu: vipimo saba vilivyobaki vinabaki mateka katika microcosm, kutoka ambapo hujidhihirisha tu kwa njia isiyo ya moja kwa moja - kwa namna ya mwingiliano. Nadharia hii inaonekana kuvutia sana.

Ingawa wananadharia bado wana kazi nyingi ya kufanya kuchunguza asili ya Ulimwengu wa mapema sana, tayari inawezekana kutoa muhtasari wa jumla wa matukio yaliyosababisha Ulimwengu kuchukua sura tunayoiona leo. Hapo mwanzoni kabisa, Ulimwengu uliibuka “bila kitu.” Shukrani kwa uwezo wa nishati ya kiasi kufanya kama aina ya kimeng'enya, viputo vya nafasi tupu vinaweza kujaa kwa kasi inayoongezeka kila mara, na hivyo kutengeneza akiba kubwa ya nishati kutokana na mshipa wa buti. Utupu huu wa uwongo, uliojaa nishati ya kujitegemea, uligeuka kuwa imara na kuanza kutengana, ikitoa nishati kwa namna ya joto, ili kila Bubble ijazwe na jambo la kupumua moto (fireball). Mfumuko wa bei wa Bubbles ulisimama, lakini Big Bang ilianza. Kwenye "saa" ya Ulimwengu wakati huo ilikuwa 10^-32 s.

Kutoka kwa mpira wa moto kama huo vitu vyote na vitu vyote vya mwili viliibuka. Nyenzo ya ulimwengu ilipopoa, ilipata uzoefu mfululizo mabadiliko ya awamu. Kwa kila mpito, miundo tofauti zaidi na zaidi "ilihifadhiwa nje" kutoka kwa nyenzo za msingi zisizo na fomu. Moja baada ya nyingine, mwingiliano ulitenganishwa kutoka kwa kila mmoja. Hatua kwa hatua, vitu ambavyo sasa tunaviita chembe za subatomic zilipata sifa ambazo ni asili ndani yao leo. Kadiri muundo wa "supu ya ulimwengu" ulivyozidi kuwa ngumu zaidi, makosa makubwa yaliyoachwa kutoka nyakati za mfumuko wa bei yalikua galaksi. Katika mchakato wa malezi zaidi ya miundo na kujitenga aina mbalimbali vitu, Ulimwengu ulizidi kuchukua fomu zinazojulikana; plazima ya moto iligandana kuwa atomi, ikafanyiza nyota, sayari na, hatimaye, uhai. Hivi ndivyo Ulimwengu "ulijitambua" wenyewe.

Jambo, nishati, nafasi, wakati, mwingiliano, nyanja, mpangilio na muundo - Wote dhana hizi, zilizokopwa kutoka kwa "orodha ya bei ya watayarishi," hutumika kama sifa muhimu za Ulimwengu. Fizikia mpya inafungua uwezekano wa kushawishi wa maelezo ya kisayansi kwa asili ya vitu hivi vyote. Hatuhitaji tena kuziingiza haswa "kwa mikono" tangu mwanzo kabisa. Tunaweza kuona jinsi mali zote za kimsingi za ulimwengu wa mwili zinaweza kutokea moja kwa moja kama matokeo ya sheria za fizikia, bila hitaji la kudhani uwepo wa hali maalum za awali. Cosmology mpya inadai kwamba hali ya awali ya ulimwengu haina jukumu lolote, kwani taarifa zote kuhusu hilo zilifutwa wakati wa mfumuko wa bei. Ulimwengu tunaouona unabeba tu alama za michakato hiyo ya kimwili ambayo imetokea tangu mwanzo wa mfumuko wa bei.

Kwa maelfu ya miaka, ubinadamu umeamini kwamba "kutoka kwa chochote hakuna kitu kinachoweza kuzaliwa." Leo tunaweza kusema kwamba kila kitu kilitoka kwa chochote. Hakuna haja ya "kulipa" kwa Ulimwengu - ni "chakula cha mchana cha bure".

Kulingana na nadharia hii, Ulimwengu ulionekana katika mfumo wa mkusanyiko wa moto wa vitu vyenye nguvu zaidi, baada ya hapo ulianza kupanuka na baridi. Katika hatua ya kwanza kabisa ya mageuzi, Ulimwengu ulikuwa katika hali ya msongamano mkubwa na ulikuwa -gluon plasma. Ikiwa protoni na neutroni ziligongana na kuunda viini vizito zaidi, maisha yao hayakuwa ya maana. Wakati ujao walipogongana na chembe yoyote ya haraka, mara moja waligawanyika katika vipengele vya msingi.

Karibu miaka bilioni 1 iliyopita, uundaji wa galaksi ulianza, wakati ambapo Ulimwengu ulianza kufanana na kile tunachoweza kuona sasa. Miaka elfu 300 baada ya Big Bang, ilipoa sana hivi kwamba elektroni zilianza kushikiliwa kwa nguvu na nuclei, na kusababisha atomi thabiti ambazo hazikuoza mara tu baada ya kugongana na kiini kingine.

Uundaji wa chembe

Uundaji wa chembe ulianza kama matokeo ya upanuzi wa Ulimwengu. Kupoa kwake zaidi kulisababisha kuundwa kwa nuclei ya heliamu, ambayo ilitokea kama matokeo ya nucleosynthesis ya msingi. Tangu wakati wa Mlipuko mkubwa, karibu dakika tatu ilibidi kupita kabla ya Ulimwengu kupoa, na nishati ya mgongano ilipungua sana hivi kwamba chembe hizo zilianza kuunda viini thabiti. Katika dakika tatu za kwanza, Ulimwengu ulikuwa bahari ya moto ya chembe za msingi.

Uundaji wa msingi wa viini haukuchukua muda mrefu; baada ya dakika tatu za kwanza, chembe zilisogea mbali na kila mmoja ili migongano kati yao ikawa nadra sana. Katika kipindi hiki kifupi cha nucleosynthesis ya msingi, deuterium ilionekana, isotopu nzito ya hidrojeni, kiini ambacho kina protoni moja na moja. Wakati huo huo na deuterium, heli-3, heliamu-4 na kiasi kidogo cha lithiamu-7 iliundwa. Vipengele vizito zaidi vilionekana wakati wa kuunda nyota.

Baada ya kuzaliwa kwa Ulimwengu

Takriban laki moja ya sekunde baada ya mwanzo wa Ulimwengu, quarks pamoja katika chembe za msingi. Kuanzia wakati huo na kuendelea, Ulimwengu ukawa bahari ya baridi ya chembe za msingi. Kufuatia hili, mchakato ulianza ambao unaitwa muunganisho mkubwa wa nguvu za kimsingi. Wakati huo, kulikuwa na nguvu katika Ulimwengu zinazolingana na nguvu za juu ambazo zinaweza kupatikana katika viongeza kasi vya kisasa. Kisha upanuzi wa mfumuko wa bei wa spasmodic ulianza, na wakati huo huo antiparticles kutoweka.