วิวัฒนาการบิ๊กแบงของเอกภพ กาแล็กซีของเรา การเกิดขึ้นของทฤษฎีบิกแบง

ในโลกวิทยาศาสตร์ เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าเอกภพเกิดขึ้นจากบิกแบง อยู่ระหว่างการก่อสร้าง ทฤษฎีนี้ในข้อเท็จจริงที่ว่าพลังงานและสสาร (รากฐานของสรรพสิ่ง) ล้วนเคยอยู่ในสภาพเอกฐานมาก่อน ในทางกลับกัน มันมีลักษณะที่ไม่สิ้นสุดของอุณหภูมิ ความหนาแน่น และความดัน สถานะเอกฐานนั้นท้าทายกฎทางฟิสิกส์ทั้งหมดที่โลกสมัยใหม่รู้จัก นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเอกภพเกิดขึ้นจากอนุภาคขนาดจิ๋ว ซึ่งไม่ทราบสาเหตุ เข้าสู่สภาวะที่ไม่เสถียรในอดีตอันไกลโพ้นและระเบิดออก

คำว่า "บิ๊กแบง" เริ่มใช้ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2492 หลังจากการตีพิมพ์ผลงานของนักวิทยาศาสตร์ F. Hoyle ในสิ่งพิมพ์วิทยาศาสตร์ยอดนิยม ทุกวันนี้ ทฤษฎีของ "แบบจำลองวิวัฒนาการแบบไดนามิก" ได้รับการพัฒนาอย่างดีจนนักฟิสิกส์สามารถอธิบายกระบวนการที่เกิดขึ้นในจักรวาลได้เร็วที่สุดเท่าที่ 10 วินาทีหลังจากการระเบิดของอนุภาคขนาดจิ๋วที่วางรากฐานสำหรับทุกสิ่ง

มีหลักฐานหลายทฤษฎี หนึ่งในองค์ประกอบหลักคือรังสีที่ระลึกซึ่งแผ่ซ่านไปทั่วจักรวาล ตามที่นักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่กล่าวว่าอาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากบิ๊กแบงเนื่องจากการทำงานร่วมกันของอนุภาคขนาดเล็ก มันเป็นรังสีที่ระลึกที่ทำให้สามารถเรียนรู้เกี่ยวกับช่วงเวลาเหล่านั้นเมื่อจักรวาลดูเหมือนอวกาศที่สว่างไสว และไม่มีดวงดาว ดาวเคราะห์และกาแล็กซี ข้อพิสูจน์ที่สองของการกำเนิดของทุกสิ่งที่มีอยู่จากบิ๊กแบงคือการเปลี่ยนแปลงทางจักรวาลวิทยาซึ่งประกอบด้วยความถี่ของการแผ่รังสีที่ลดลง นี่เป็นการยืนยันการลบดาว กาแล็กซีออกจากทางช้างเผือกโดยเฉพาะอย่างยิ่งและจากกันและกันโดยทั่วไป นั่นคือแสดงว่าเอกภพขยายตัวก่อนหน้านี้และยังคงขยายตัวต่อเนื่องมาจนถึงปัจจุบัน

ประวัติย่อของเอกภพ

• 10 -45 - 10 -37 วินาที- การขยายตัวของเงินเฟ้อ


• 10 -6 วินาที- การเกิดขึ้นของควาร์กและอิเล็กตรอน


• 10 -5 วินาที- การก่อตัวของโปรตอนและนิวตรอน


• 10 -4 วินาที - 3 นาที- การเกิดขึ้นของนิวเคลียสของดิวทีเรียม ฮีเลียม และลิเธียม


• 400,000 ปี- การก่อตัวของอะตอม


• 15 ล้านปี- การขยายตัวอย่างต่อเนื่องของเมฆก๊าซ


• 1 พันล้านปี- การกำเนิดของดาวดวงแรกและกาแล็กซี


• 10 - 15 พันล้านปี- การกำเนิดของดาวเคราะห์และชีวิตที่ชาญฉลาด


• 10 14 พันล้านปี- การยุติกระบวนการกำเนิดของดวงดาว


• 10 37 พันล้านปี- การสูญเสียพลังงานของดวงดาวทั้งหมด


• 10 40 พันล้านปี- การระเหยของหลุมดำและการเกิด อนุภาคมูลฐาน


• 10 100 พันล้านปี- เสร็จสิ้นการระเหยของหลุมดำทั้งหมด

ทฤษฎีบิ๊กแบงได้กลายเป็นความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์อย่างแท้จริง ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตอบคำถามมากมายเกี่ยวกับการกำเนิดของเอกภพ แต่ในเวลาเดียวกันทฤษฎีนี้ก็ก่อให้เกิดความลึกลับใหม่ หัวหน้าในหมู่พวกเขาเป็นสาเหตุของบิ๊กแบงเอง คำถามที่สองที่ไม่มีคำตอบ วิทยาศาสตร์สมัยใหม่อวกาศและเวลาเกิดขึ้นได้อย่างไร? ตามที่นักวิจัยบางคนเกิดมาพร้อมกับสสารและพลังงาน นั่นคือเป็นผลมาจากบิ๊กแบง แต่กลับกลายเป็นว่าเวลาและพื้นที่ต้องมีการเริ่มต้นบางอย่าง นั่นคือ ตัวตนบางอย่างที่มีอยู่อย่างต่อเนื่องและไม่ขึ้นอยู่กับตัวบ่งชี้สามารถเริ่มต้นกระบวนการของความไม่เสถียรในอนุภาคขนาดเล็กที่ก่อให้เกิดเอกภพได้

ยิ่งมีการวิจัยในทิศทางนี้มากเท่าไหร่ คำถามยิ่งเกิดขึ้นสำหรับนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ คำตอบสำหรับพวกเขากำลังรอมนุษยชาติในอนาคต

« สำหรับฉันแล้ว ชีวิตสั้นเกินไปที่จะกังวลกับสิ่งที่อยู่นอกเหนือการควบคุมของฉันและอาจเป็นไปไม่ได้ด้วยซ้ำ ที่นี่พวกเขาถามว่า: "จะเกิดอะไรขึ้นถ้าโลกถูกหลุมดำกลืนกิน หรือมีการบิดเบี้ยวของกาลอวกาศ - นี่เป็นเหตุผลสำหรับความตื่นเต้นหรือไม่" คำตอบของฉันคือไม่ เพราะเราจะรู้เรื่องนี้ก็ต่อเมื่อมันมาถึง ... ที่อยู่ของเราในกาลอวกาศ เราได้รับผลกระทบเมื่อธรรมชาติตัดสินว่าถึงเวลา ไม่ว่าจะเป็นความเร็วของเสียง ความเร็วของแสง ความเร็วของแรงกระตุ้นทางไฟฟ้า เราจะตกเป็นเหยื่อของการหน่วงเวลาระหว่างข้อมูลรอบตัวเรากับความสามารถของเราในการรับข้อมูลเสมอ»

นีล เดอแกรสส์ ไทสัน

เวลาเป็นสิ่งที่น่าอัศจรรย์ ทำให้เรามีอดีต ปัจจุบัน และอนาคต เพราะกาลเวลา ทุกสิ่งรอบตัวเรามีอายุของมัน เช่น อายุโลกประมาณ 4.5 พันล้านปี เมื่อประมาณหลายปีก่อน ดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เรามากที่สุดคือดวงอาทิตย์ก็สว่างขึ้นเช่นกัน หากตัวเลขนี้ดูน่าทึ่งสำหรับคุณอย่าลืมว่านานก่อนที่จะมีการก่อตัวของคนพื้นเมืองของเรา ระบบสุริยะกาแล็กซีที่เราอาศัยอยู่คือทางช้างเผือก จากการประมาณการล่าสุดของนักวิทยาศาสตร์ อายุของทางช้างเผือกอยู่ที่ 13.6 พันล้านปี แต่เรารู้แน่นอนว่ากาแล็กซีก็มีอดีตเช่นกัน และอวกาศก็กว้างใหญ่มาก ดังนั้นเราต้องมองให้ไกลยิ่งขึ้น และการไตร่ตรองนี้ย่อมนำเราไปสู่ช่วงเวลาที่ทุกอย่างเริ่มต้น - บิ๊กแบง

ไอน์สไตน์และจักรวาล

การรับรู้ของโลกโดยรอบของผู้คนนั้นคลุมเครือมาโดยตลอด มีคนไม่เชื่อในการมีอยู่ของจักรวาลขนาดใหญ่รอบตัวเรา บางคนคิดว่าโลกแบน ก่อนความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ในศตวรรษที่ 20 มีการกำเนิดของโลกเพียงไม่กี่เวอร์ชัน สมัครพรรคพวก มุมมองทางศาสนาเชื่อในการแทรกแซงและการสร้างสรรค์จากสวรรค์ จิตใจที่สูงขึ้นบางครั้งพวกพ้องก็ถูกเผา มีอีกด้านหนึ่งที่เชื่อว่าโลกรอบตัวเราและจักรวาลนั้นไม่มีที่สิ้นสุด

สำหรับหลายๆ คน ทุกสิ่งเปลี่ยนไปเมื่ออัลเบิร์ต ไอน์สไตน์กล่าวปาฐกถาในปี 1917 โดยนำเสนอผลงานในชีวิตของเขาต่อสาธารณชน นั่นคือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป อัจฉริยะแห่งศตวรรษที่ 20 เชื่อมโยงกาลอวกาศกับเรื่องของอวกาศด้วยความช่วยเหลือของสมการที่เขาได้รับ ผลปรากฎว่าเอกภพมีขอบเขตไม่เปลี่ยนแปลง ขนาดไม่เปลี่ยนแปลง และมีรูปร่างเป็นทรงกระบอกปกติ

ในช่วงเริ่มต้นของความก้าวหน้าทางเทคนิค ไม่มีใครสามารถหักล้างคำพูดของไอน์สไตน์ได้ เพราะทฤษฎีของเขาซับซ้อนเกินไปแม้แต่กับผู้ที่มีความคิดที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของต้นศตวรรษที่ 20 เนื่องจากไม่มีตัวเลือกอื่น แบบจำลองของจักรวาลทรงกระบอกที่อยู่นิ่งจึงได้รับการยอมรับจากชุมชนวิทยาศาสตร์ว่าเป็นแบบจำลองของโลกของเราที่ยอมรับโดยทั่วไป อย่างไรก็ตาม เธอสามารถมีชีวิตอยู่ได้เพียงไม่กี่ปี หลังจากที่นักฟิสิกส์สามารถกู้คืนจากผลงานทางวิทยาศาสตร์ของไอน์สไตน์และเริ่มจัดเรียงพวกมันบนชั้นวาง ควบคู่ไปกับสิ่งนี้ การปรับทฤษฎีสัมพัทธภาพและการคำนวณเฉพาะของนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันก็เริ่มทำการปรับเปลี่ยน

ในปี 1922 Alexander Fridman นักคณิตศาสตร์ชาวรัสเซียได้ตีพิมพ์บทความในวารสาร Izvestiya Fiziki โดยกะทันหัน ซึ่งเขากล่าวว่า Einstein คิดผิดและจักรวาลของเราไม่หยุดนิ่ง ฟรีดแมนอธิบายว่าคำกล่าวของนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันเกี่ยวกับความไม่แปรเปลี่ยนของรัศมีความโค้งของอวกาศนั้นเป็นความเข้าใจผิด ความจริงแล้ว รัศมีเปลี่ยนไปตามเวลา ดังนั้นจักรวาลจึงต้องขยายตัว

ยิ่งกว่านั้น ฟรีดแมนได้ให้ข้อสันนิษฐานของเขาว่าเอกภพสามารถขยายตัวได้อย่างไร มีทั้งหมดสามแบบจำลอง: จักรวาลที่เต้นเป็นจังหวะ (สมมติฐานที่ว่าเอกภพขยายตัวและหดตัวในช่วงเวลาหนึ่ง); เอกภพที่ขยายตัวจากมวลและแบบจำลองที่สาม - การขยายตัวจากจุด เนื่องจากในเวลานั้นไม่มีแบบจำลองอื่นใด ยกเว้นการแทรกแซงจากสวรรค์ นักฟิสิกส์จึงจดแบบจำลองทั้งสามของฟรีดแมนอย่างรวดเร็วและเริ่มพัฒนาแบบจำลองเหล่านี้ในทิศทางของตนเอง

ผลงานของนักคณิตศาสตร์ชาวรัสเซียทำให้ไอน์สไตน์ตกใจเล็กน้อย และในปีเดียวกันเขาได้ตีพิมพ์บทความที่เขาแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับงานของฟรีดแมน นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันพยายามที่จะพิสูจน์ความถูกต้องของการคำนวณของเขา มันกลับกลายเป็นว่าค่อนข้างไม่น่าเชื่อ และเมื่อความเจ็บปวดจากการโจมตีไปสู่การเห็นคุณค่าในตนเองลดลงเล็กน้อย ไอน์สไตน์ได้ตีพิมพ์บันทึกอีกฉบับในวารสาร Izvestiya Fiziki ซึ่งเขากล่าวว่า:

« ในบันทึกที่แล้ว ผมได้วิจารณ์งานข้างต้น อย่างไรก็ตาม คำวิจารณ์ของฉัน ตามที่ฉันเห็นจากจดหมายของ Fridman ที่ส่งถึงฉันโดย Mr. Krutkov นั้นมีพื้นฐานมาจากข้อผิดพลาดในการคำนวณ ฉันคิดว่าผลลัพธ์ของ Friedman นั้นถูกต้องและทำให้เกิดแสงสว่างใหม่».

นักวิทยาศาสตร์ต้องยอมรับว่าแบบจำลองรูปลักษณ์และการดำรงอยู่ของจักรวาลของเราทั้งสามของฟรีดแมนนั้นมีเหตุผลอย่างยิ่งและมีสิทธิ์ที่จะมีชีวิต ทั้งสามอธิบายด้วยการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่เข้าใจได้และไม่มีคำถาม ยกเว้นสิ่งเดียว: ทำไมจักรวาลถึงเริ่มขยายตัว?

ทฤษฎีเปลี่ยนโลก

ถ้อยแถลงของไอน์สไตน์และฟรีดแมนทำให้ชุมชนวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสงสัยอย่างจริงจังถึงที่มาของเอกภพ ขอบคุณ ทฤษฎีทั่วไปทฤษฎีสัมพัทธภาพมีโอกาสที่จะทำให้กระจ่างเกี่ยวกับอดีตของเรา และนักฟิสิกส์ก็ไม่พลาดที่จะใช้ประโยชน์จากสิ่งนี้ นักวิทยาศาสตร์คนหนึ่งที่พยายามนำเสนอแบบจำลองของโลกของเราคือ Georges Lemaitre นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากเบลเยียม สิ่งที่น่าสังเกตคือความจริงที่ว่า Lemaitre เป็น บาทหลวงคาทอลิกแต่ในขณะเดียวกันเขาก็มีส่วนร่วมในวิชาคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ซึ่งเป็นเรื่องไร้สาระในยุคของเรา

Georges Lemaitre เริ่มสนใจสมการของ Einstein และด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา เขาสามารถคำนวณได้ว่าจักรวาลของเราปรากฏขึ้นจากการสลายตัวของ superparticle บางชนิด ซึ่งอยู่นอกอวกาศและเวลาก่อนที่จะเริ่มเกิดฟิชชัน ซึ่งจริงๆ แล้วสามารถเป็นได้ ถือเป็นการระเบิด ในเวลาเดียวกัน นักฟิสิกส์ทราบว่า Lemaitre เป็นคนแรกที่ให้ความกระจ่างเกี่ยวกับการกำเนิดของจักรวาล

ทฤษฎีของ superatom ที่ระเบิดได้ไม่เพียง แต่เหมาะกับนักวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังเหมาะกับนักบวชด้วยซึ่งไม่พอใจกับสมัยใหม่ การค้นพบทางวิทยาศาสตร์ซึ่งต้องมีการคิดค้นการตีความพระคัมภีร์ใหม่ บิ๊กแบงไม่ได้ขัดแย้งกับศาสนาอย่างมีนัยสำคัญ บางทีสิ่งนี้อาจได้รับอิทธิพลจากการเลี้ยงดูของเลไมเตรเอง ผู้อุทิศชีวิตของเขาไม่เพียงแต่เพื่อวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการรับใช้พระเจ้าด้วย

เมื่อวันที่ 22 พฤศจิกายน พ.ศ. 2494 สมเด็จพระสันตะปาปาปิอุสที่ 12 ทรงแถลงการณ์ว่าทฤษฎีบิ๊กแบงไม่ขัดแย้งกับพระคัมภีร์ไบเบิลและความเชื่อคาทอลิกเกี่ยวกับกำเนิดโลก นักบวชนิกายออร์โธดอกซ์ยังกล่าวด้วยว่าพวกเขามีความเห็นเชิงบวกเกี่ยวกับทฤษฎีนี้ ทฤษฎีนี้ยังได้รับการยอมรับอย่างเป็นกลางจากผู้ที่นับถือศาสนาอื่น บางคนถึงกับกล่าวว่ามีการอ้างอิงถึงบิ๊กแบงในพระคัมภีร์ของพวกเขา

อย่างไรก็ตาม แม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่าทฤษฎีบิ๊กแบงในปัจจุบันจะเป็นแบบจำลองทางจักรวาลวิทยาที่เป็นที่ยอมรับกันทั่วไป แต่ก็ทำให้นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากเข้าสู่ทางตัน ในแง่หนึ่ง การระเบิดของอนุภาคยิ่งยวดเข้ากับตรรกะได้อย่างสมบูรณ์แบบ ฟิสิกส์สมัยใหม่แต่ในทางกลับกัน ผลจากการระเบิดดังกล่าวส่วนใหญ่เท่านั้น โลหะหนักโดยเฉพาะธาตุเหล็ก แต่เมื่อปรากฎว่าจักรวาลประกอบด้วยก๊าซที่เบามาก - ไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นส่วนใหญ่ มีบางอย่างไม่เหมาะสมนักฟิสิกส์จึงยังคงทำงานเกี่ยวกับทฤษฎีการกำเนิดของโลกต่อไป

ในขั้นต้นไม่มีคำว่า "บิ๊กแบง" Lemaitre และนักฟิสิกส์คนอื่นเสนอแต่ชื่อที่น่าเบื่อว่า "แบบจำลองวิวัฒนาการเชิงพลวัต" ซึ่งทำให้นักเรียนหาว ในปี 1949 ในการบรรยายครั้งหนึ่งของเขา Freud Hoyle นักดาราศาสตร์และนักจักรวาลวิทยาชาวอังกฤษกล่าวว่า:

“ทฤษฎีนี้ตั้งอยู่บนพื้นฐานของสมมติฐานที่ว่าเอกภพเกิดขึ้นในกระบวนการของการระเบิดที่ทรงพลังเพียงครั้งเดียว ดังนั้นจึงมีอยู่ในช่วงเวลาจำกัดเท่านั้น ... ความคิดเรื่องบิกแบงนี้ดูเหมือนจะไม่เป็นที่พอใจสำหรับฉันเลย”.

ตั้งแต่นั้นมาคำนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในแวดวงวิทยาศาสตร์และแนวคิดของสาธารณชนทั่วไปเกี่ยวกับโครงสร้างของจักรวาล

ไฮโดรเจนและฮีเลียมมาจากไหน?

การปรากฏตัวของธาตุแสงทำให้นักฟิสิกส์งุนงง และนักทฤษฎีบิ๊กแบงหลายคนออกเดินทางเพื่อค้นหาแหล่งที่มาของแสง เป็นเวลาหลายปีที่พวกเขาไม่ประสบความสำเร็จ ความสำเร็จพิเศษจนกระทั่งในปี 1948 Georgy Gamov นักวิทยาศาสตร์ผู้ปราดเปรื่องจากเลนินกราดก็สามารถระบุแหล่งที่มานี้ได้ในที่สุด Gamow เป็นหนึ่งในนักเรียนของ Friedman ดังนั้นเขาจึงยินดีที่จะพัฒนาทฤษฎีของอาจารย์ของเขา

Gamow พยายามจินตนาการถึงชีวิตของจักรวาลในทิศทางตรงกันข้าม และย้อนเวลากลับไปจนกระทั่งตอนที่มันเพิ่งเริ่มขยายตัว เมื่อถึงเวลานั้น ตามที่ทราบกันดีว่า มนุษยชาติได้ค้นพบหลักการของเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันแล้ว ดังนั้นทฤษฎีฟรีดมันน์-เลอไมตร์จึงได้รับสิทธิในการมีชีวิต เมื่อเอกภพมีขนาดเล็กมาก มันก็ร้อนมาก ตามกฎของฟิสิกส์

ตาม Gamow เพียงหนึ่งวินาทีหลังจากบิ๊กแบง พื้นที่ของจักรวาลใหม่เต็มไปด้วยอนุภาคมูลฐานที่เริ่มมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ด้วยเหตุนี้จึงเกิดการหลอมรวมเทอร์โมนิวเคลียร์ของฮีเลียม ซึ่งราล์ฟ แอชเชอร์ อัลเฟอร์ นักคณิตศาสตร์จากโอเดสซาสามารถคำนวณหากาโมว์ได้ จากการคำนวณของ Alfer ห้านาทีหลังจากบิกแบง เอกภพเต็มไปด้วยฮีเลียมมากจนแม้แต่ฝ่ายตรงข้ามที่แข็งกร้าวของทฤษฎีบิ๊กแบงก็ยังต้องทำใจและยอมรับแบบจำลองนี้เป็นแบบจำลองหลักในจักรวาลวิทยา จากการวิจัยของเขา Gamow ไม่เพียงเปิดแนวทางใหม่ในการศึกษาจักรวาลเท่านั้น แต่ยังทำให้ทฤษฎีของ Lemaitre ฟื้นคืนชีพอีกด้วย

แม้จะมีแบบแผนเกี่ยวกับนักวิทยาศาสตร์ แต่ก็ไม่สามารถปฏิเสธแนวโรแมนติกได้ Gamow ได้ตีพิมพ์ผลงานวิจัยของเขาเกี่ยวกับทฤษฎีของ Superhot Universe ในช่วงเวลาที่เกิด Big Bang ในปี 1948 ในงานของเขาเรื่อง The Origin of องค์ประกอบทางเคมี". ในฐานะผู้ช่วยเพื่อน เขาไม่ได้ระบุเพียง Ralph Asher Alfer เท่านั้น แต่ยังรวมถึง Hans Bethe นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวอเมริกันและผู้ได้รับรางวัลในอนาคตด้วย รางวัลโนเบล. บนปกหนังสือปรากฎ: Alfer, Bethe, Gamow มันไม่เตือนอะไรคุณเลยเหรอ?

อย่างไรก็ตามแม้ว่าผลงานของ Lemaitre จะได้รับชีวิตที่สอง แต่นักฟิสิกส์ก็ยังไม่สามารถตอบคำถามที่น่าตื่นเต้นที่สุดได้: เกิดอะไรขึ้นก่อนเกิดบิ๊กแบง?

ความพยายามที่จะคืนชีพให้กับจักรวาลที่หยุดนิ่งของไอน์สไตน์

ไม่ใช่นักวิทยาศาสตร์ทุกคนที่เห็นด้วยกับทฤษฎี Friedmann-Lemaitre แต่อย่างไรก็ตามเรื่องนี้ พวกเขาต้องสอนแบบจำลองจักรวาลวิทยาที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปในมหาวิทยาลัย ตัวอย่างเช่น นักดาราศาสตร์ Fred Hoyle ซึ่งเป็นผู้บัญญัติคำว่า "บิ๊กแบง" ขึ้นเอง เชื่อว่าจริง ๆ แล้วไม่มีการระเบิด และอุทิศชีวิตของเขาเพื่อพยายามพิสูจน์
Hoyle กลายเป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่เสนอเวลาของเรา ดูทางเลือกบน โลกสมัยใหม่. นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ค่อนข้างเท่ห์เกี่ยวกับคำพูดของคนเหล่านี้ แต่สิ่งนี้ไม่ได้รบกวนพวกเขาเลย

เพื่อทำให้ Gamow อับอายและเหตุผลของเขาเกี่ยวกับทฤษฎีบิ๊กแบง Hoyle ร่วมกับคนที่มีใจเดียวกันจึงตัดสินใจพัฒนาแบบจำลองกำเนิดจักรวาลของตนเอง โดยพื้นฐานแล้ว พวกเขารับข้อเสนอของไอน์สไตน์ที่ว่าเอกภพอยู่นิ่ง และทำการปรับเปลี่ยนบางอย่างที่เสนอเหตุผลทางเลือกสำหรับการขยายตัวของเอกภพ

หากผู้ปฏิบัติตามทฤษฎี Lemaitre-Friedmann เชื่อว่าเอกภพเกิดขึ้นจากจุดที่มีความหนาแน่นสูงเพียงจุดเดียวที่มีรัศมีขนาดเล็กมาก Hoyle ก็เสนอว่าสสารก่อตัวขึ้นอย่างต่อเนื่องจากจุดที่อยู่ระหว่างดาราจักรที่เคลื่อนออกจากกัน ในกรณีแรก จักรวาลทั้งหมดก่อตัวขึ้นจากอนุภาคเดียว โดยมีดวงดาวและกาแล็กซีจำนวนไม่สิ้นสุด ในอีกกรณีหนึ่ง จุดหนึ่งให้สสารมากพอที่จะสร้างกาแลคซีเพียงแห่งเดียว

ความไม่ลงรอยกันของทฤษฎีของ Hoyle คือเขาไม่สามารถอธิบายได้ว่าสสารนั้นมาจากไหน ซึ่งยังคงสร้างกาแลคซีซึ่งมีดวงดาวหลายแสนล้านดวง ในความเป็นจริง Fred Hoyle แนะนำให้ทุกคนเชื่อว่าโครงสร้างของเอกภพปรากฏขึ้นจากที่ไหนเลย แม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่านักฟิสิกส์หลายคนพยายามหาทางแก้ไขทฤษฎีของ Hoyle แต่ก็ไม่มีใครสามารถทำได้ และหลังจากสองสามทศวรรษ ข้อเสนอนี้ก็สูญเสียความเกี่ยวข้องไป

คำถามที่ไม่มีคำตอบ

อันที่จริง ทฤษฎีบิ๊กแบงไม่ได้ให้คำตอบแก่เราสำหรับคำถามมากมาย เช่น ในใจ คนธรรมดาความจริงที่ว่าสสารรอบตัวเราครั้งหนึ่งเคยถูกบีบอัดให้เป็นจุดเอกฐานเพียงจุดเดียว ซึ่งเล็กกว่าอะตอมมาก ไม่สามารถถูกกักเก็บไว้ภายในได้ และเกิดขึ้นได้อย่างไรที่อนุภาคยิ่งยวดนี้ร้อนขึ้นถึงระดับที่ปฏิกิริยาการระเบิดเริ่มต้นขึ้น

จนถึงกลางศตวรรษที่ 20 ทฤษฎีการขยายตัวของเอกภพไม่ได้รับการยืนยันจากการทดลอง ดังนั้นจึงไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายใน สถาบันการศึกษา. ทุกอย่างเปลี่ยนไปในปี 1964 เมื่อนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวอเมริกันสองคน - Arno Penzias และ Robert Wilson - ไม่ตัดสินใจศึกษาสัญญาณวิทยุของท้องฟ้าที่เต็มไปด้วยดวงดาว

การสแกนการแผ่รังสีของเทห์ฟากฟ้า ได้แก่ Cassiopeia A (หนึ่งในแหล่งกำเนิดรังสีที่ทรงพลังที่สุดในท้องฟ้าที่เต็มไปด้วยดวงดาว) นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นเสียงรบกวนจากภายนอกซึ่งรบกวนการบันทึกข้อมูลการแผ่รังสีที่แม่นยำอย่างต่อเนื่อง ไม่ว่าพวกเขาจะชี้เสาอากาศไปที่ใด ไม่ว่าพวกเขาจะเริ่มทำการวิจัยในช่วงเวลาใดของวัน ลักษณะเฉพาะและเสียงรบกวนที่ต่อเนื่องนี้จะติดตามพวกเขาไปเสมอ Penzias และ Wilson โกรธในระดับหนึ่งจึงตัดสินใจศึกษาที่มาของเสียงนี้และค้นพบสิ่งที่เปลี่ยนแปลงโลกโดยไม่คาดคิด พวกเขาค้นพบรังสีโบราณซึ่งเป็นเสียงสะท้อนของบิกแบงเดียวกันนั้น

จักรวาลของเราเย็นลงช้ากว่าถ้วยชาร้อนมาก และ CMB บ่งชี้ว่าสสารรอบตัวเราครั้งหนึ่งเคยร้อนจัด และตอนนี้กำลังเย็นลงเมื่อเอกภพขยายตัว ดังนั้นทฤษฎีทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับเอกภพเย็นจึงถูกละทิ้งไป และในที่สุดทฤษฎีบิกแบงก็ถูกนำมาใช้

ในงานเขียนของเขา Georgy Gamow เสนอว่ามันเป็นไปได้ที่จะตรวจจับโฟตอนในอวกาศที่มีอยู่ตั้งแต่บิกแบง จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ทางเทคนิคขั้นสูงเท่านั้น รังสีที่ระลึกยืนยันสมมติฐานทั้งหมดของเขาเกี่ยวกับการมีอยู่ของจักรวาล นอกจากนี้ ด้วยความช่วยเหลือ มันเป็นไปได้ที่จะพิสูจน์ว่าอายุของเอกภพของเรานั้นอยู่ที่ประมาณ 14 พันล้านปี

เช่นเคยกับ พิสูจน์ได้จริงทฤษฎีใด ๆ ความคิดเห็นทางเลือกมากมายเกิดขึ้นทันที นักฟิสิกส์บางคนเย้ยหยันการค้นพบ CMB ว่าเป็นหลักฐานของบิ๊กแบง แม้ว่า Penzias และ Wilson จะได้รับรางวัลโนเบลจากการค้นพบครั้งประวัติศาสตร์ แต่หลายคนไม่เห็นด้วยกับงานวิจัยของพวกเขา

ข้อโต้แย้งหลักที่สนับสนุนความไม่สอดคล้องกันของการขยายตัวของจักรวาลคือความคลาดเคลื่อนและข้อผิดพลาดเชิงตรรกะ ตัวอย่างเช่น การระเบิดเร่งกาแลคซีทั้งหมดในอวกาศอย่างสม่ำเสมอ แต่แทนที่จะเคลื่อนห่างจากเรา กาแล็กซีแอนโดรเมดากำลังเข้าใกล้อย่างช้าๆ แต่แน่นอน ทางช้างเผือก. นักวิทยาศาสตร์เสนอว่าดาราจักรทั้งสองนี้จะชนกันเองในอีกประมาณ 4 พันล้านปี น่าเสียดายที่มนุษยชาติยังเด็กเกินไปที่จะตอบคำถามนี้และคำถามอื่นๆ

ทฤษฎีสมดุล

ในยุคของเรา นักฟิสิกส์เสนอแบบจำลองต่างๆ สำหรับการดำรงอยู่ของเอกภพ หลายคนไม่ทนต่อคำวิจารณ์ธรรมดา ๆ ในขณะที่คนอื่น ๆ ได้รับสิทธิในการมีชีวิต

ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 20 นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Edward Tryon ร่วมกับเพื่อนร่วมงานของเขาจากออสเตรเลีย Warren Kerry ได้เสนอหลักการ รุ่นใหม่จักรวาลในขณะที่ทำอย่างอิสระ นักวิทยาศาสตร์ตั้งสมมติฐานว่าทุกสิ่งในจักรวาลมีความสมดุล มวลทำลายพลังงานและในทางกลับกัน หลักการนี้กลายเป็นที่รู้จักในชื่อหลักการของ Zero Universe ภายในเอกภพนี้ สสารใหม่เกิดขึ้นที่จุดเอกพจน์ระหว่างกาแล็กซี ซึ่งแรงดึงดูดและแรงผลักของสสารมีความสมดุลกัน

ทฤษฎีของ Zero Universe ไม่ได้ถูกทำลายเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย เพราะหลังจากนั้นไม่นาน นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถค้นพบการมีอยู่ของสสารมืด ซึ่งเป็นสสารลึกลับที่คิดเป็นเกือบ 27% ของจักรวาลของเรา อีก 68.3% ของจักรวาลเป็นพลังงานมืดที่ลึกลับและลึกลับมากกว่า

มันเป็นเพราะผลของแรงโน้มถ่วง พลังงานมืดและให้เครดิตกับการเร่งการขยายตัวของเอกภพ โดยวิธีการที่ไอน์สไตน์ทำนายการปรากฏตัวของพลังงานมืดในอวกาศเองซึ่งเห็นว่ามีบางอย่างไม่มาบรรจบกันในสมการของเขาจักรวาลไม่สามารถอยู่นิ่งได้ ดังนั้น เขาจึงใส่ค่าคงที่ของจักรวาลเข้าไปในสมการ นั่นคือ ศัพท์แลมบ์ดา ซึ่งต่อมาเขากล่าวโทษและเกลียดตัวเองซ้ำแล้วซ้ำเล่า

มันเกิดขึ้นที่อวกาศในจักรวาลซึ่งว่างเปล่าในทางทฤษฎี แต่เต็มไปด้วยสนามพิเศษซึ่งขับเคลื่อนแบบจำลองของไอน์สไตน์ ในใจที่เงียบขรึมและตามตรรกะของสมัยนั้นการมีอยู่ของสนามนั้นเป็นไปไม่ได้เลย แต่ในความเป็นจริงนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันก็ไม่รู้ว่าจะอธิบายพลังงานมืดอย่างไร

***
บางทีเราอาจจะไม่มีทางรู้ว่าเอกภพของเราเกิดขึ้นได้อย่างไรและจากอะไร มันจะยิ่งยากขึ้นไปอีกในการพิสูจน์ว่าสิ่งใดมีมาก่อนการดำรงอยู่ของมัน ผู้คนมักจะกลัวสิ่งที่พวกเขาไม่สามารถอธิบายได้ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่มนุษย์จะเชื่อในอิทธิพลของสวรรค์ต่อการสร้างโลกรอบตัวเราจนถึงวาระสุดท้าย

คำตอบสำหรับคำถาม "บิ๊กแบงคืออะไร" ได้ในระหว่างการอภิปรายที่ยาวนานเนื่องจากต้องใช้เวลามาก ฉันจะพยายามอธิบายทฤษฎีนี้โดยสังเขปและตรงประเด็น ดังนั้น ทฤษฎี "บิ๊กแบง" จึงตั้งสมมติฐานว่า เอกภพของเราปรากฏขึ้นอย่างกระทันหันเมื่อประมาณ 13.7 พันล้านปีก่อน (ทุกสิ่งปรากฏขึ้นจากความว่างเปล่า) และสิ่งที่เกิดขึ้นนั้นยังคงส่งผลต่อทุกสิ่งในจักรวาลโต้ตอบกันอย่างไรและในทางใด พิจารณาประเด็นสำคัญของทฤษฎี

เกิดอะไรขึ้นก่อนบิ๊กแบง?

ทฤษฎีบิกแบงมีแนวคิดที่น่าสนใจมาก นั่นคือภาวะเอกฐาน ฉันพนันได้เลยว่ามันทำให้คุณสงสัยว่าภาวะเอกฐานคืออะไร? นักดาราศาสตร์ นักฟิสิกส์ และนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ก็ถามคำถามนี้เช่นกัน เชื่อว่าเอกพจน์มีอยู่ในแกนของหลุมดำ หลุมดำเป็นพื้นที่ที่มีแรงโน้มถ่วงสูง ตามทฤษฎีแล้วความดันนี้รุนแรงมากจนสสารถูกบีบอัดจนมีความหนาแน่นเป็นอนันต์ ความหนาแน่นที่ไม่สิ้นสุดนี้เรียกว่า เอกพจน์. จักรวาลของเราควรจะเริ่มต้นจากหนึ่งในเอกภพที่เล็กไม่สิ้นสุด ร้อนไม่สิ้นสุด และหนาแน่นไม่สิ้นสุดเหล่านี้ อย่างไรก็ตามเรายังไม่ได้มาถึงบิ๊กแบง บิ๊กแบงเป็นช่วงเวลาที่ภาวะเอกฐานนี้ "ระเบิด" อย่างกะทันหันและเริ่มขยายและสร้างจักรวาลของเรา

ทฤษฎีบิกแบงดูเหมือนจะบอกเป็นนัยว่าเวลาและอวกาศมีอยู่ก่อนที่เอกภพของเราจะถือกำเนิดขึ้น อย่างไรก็ตาม Stephen Hawking, George Ellis และ Roger Penrose (et al.) ได้พัฒนาทฤษฎีในช่วงปลายทศวรรษ 1960 ที่พยายามอธิบายว่าเวลาและพื้นที่ไม่มีอยู่ก่อนการขยายตัวของภาวะเอกฐาน กล่าวอีกนัยหนึ่งไม่มีทั้งเวลาและอวกาศจนกระทั่งเอกภพมีอยู่จริง

เกิดอะไรขึ้นหลังจากบิ๊กแบง?

ช่วงเวลาของบิ๊กแบงคือช่วงเวลาแห่งการเริ่มต้นของเวลา หลังบิ๊กแบง แต่นานก่อนวินาทีแรก (10 -43 วินาที) เอกภพประสบกับการขยายตัวอย่างรวดเร็วเป็นพิเศษ โดยขยายตัว 1,050 เท่าในเสี้ยววินาที

จากนั้นการขยายตัวจะช้าลง แต่วินาทีแรกยังมาไม่ถึง (อีกเพียง 10 -32 วินาทีเท่านั้น) ในขณะนี้ เอกภพเป็น "น้ำซุป" ที่เดือด (โดยมีอุณหภูมิ 10 27 °C) ของอิเล็กตรอน ควาร์ก และอนุภาคมูลฐานอื่นๆ

การเย็นตัวอย่างรวดเร็วของอวกาศ (สูงถึง 10 13 ° C) ช่วยให้ควาร์กรวมตัวกันเป็นโปรตอนและนิวตรอน อย่างไรก็ตาม วินาทีแรกยังมาไม่ถึง (อีกเพียง 10 -6 วินาทีเท่านั้น)

ในเวลา 3 นาที ร้อนเกินไปที่จะรวมกันเป็นอะตอม อิเล็กตรอนและโปรตอนที่มีประจุจะป้องกันไม่ให้แสงถูกปล่อยออกมา จักรวาลเป็นหมอกที่ร้อนจัด (10 8 °C)

หลังจากผ่านไป 300,000 ปี เอกภพจะเย็นลงถึง 10,000 °C อิเล็กตรอนพร้อมโปรตอนและนิวตรอนจะก่อตัวเป็นอะตอม โดยส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนและฮีเลียม

1 พันล้านปีหลังจากบิกแบง เมื่อเอกภพมีอุณหภูมิถึง -200°C ไฮโดรเจนและฮีเลียมจะก่อตัวเป็น "เมฆ" ขนาดยักษ์ ซึ่งต่อมาจะกลายเป็นกาแล็กซี ดาวดวงแรกปรากฏขึ้น

12. บิ๊กแบงเกิดจากอะไร

ความขัดแย้งของการเกิดขึ้น

ไม่มีการบรรยายเกี่ยวกับจักรวาลวิทยาที่ฉันเคยอ่านเสร็จสมบูรณ์โดยไม่มีคำถามว่าบิ๊กแบงเกิดจากอะไร? จนกระทั่งไม่กี่ปีที่ผ่านมา ฉันไม่รู้คำตอบที่แท้จริง วันนี้ฉันเชื่อว่าเขามีชื่อเสียง

โดยพื้นฐานแล้ว คำถามนี้ประกอบด้วยคำถามสองข้อในรูปแบบคลุมหน้า ก่อนอื่น เราต้องการทราบว่าเหตุใดการพัฒนาของเอกภพจึงเริ่มขึ้นด้วยการระเบิดและอะไรทำให้เกิดการระเบิดนี้ตั้งแต่แรก แต่สำหรับบริสุทธิ์ ปัญหาทางกายภาพซ่อนปัญหาอื่นที่ลึกกว่าของธรรมชาติทางปรัชญา หากบิกแบงเป็นจุดเริ่มต้นของการดำรงอยู่ทางกายภาพของเอกภพ รวมถึงการเกิดขึ้นของอวกาศและเวลา เราจะกล่าวในแง่ใดได้ว่า เกิดจากอะไรการระเบิดครั้งนี้?

จากมุมมองของฟิสิกส์ การเกิดขึ้นอย่างกะทันหันของเอกภพอันเป็นผลมาจากการระเบิดครั้งใหญ่ดูเหมือนจะขัดแย้งกันในระดับหนึ่ง จากปฏิสัมพันธ์ทั้งสี่ที่ควบคุมโลก มีเพียงแรงโน้มถ่วงเท่านั้นที่แสดงออกมาในระดับจักรวาล และจากประสบการณ์ของเราแสดงให้เห็นว่า แรงโน้มถ่วงมีลักษณะเป็นแรงดึงดูด อย่างไรก็ตาม สำหรับการระเบิดที่เป็นจุดกำเนิดของเอกภพ เห็นได้ชัดว่าจำเป็นต้องใช้แรงขับไล่ที่มีขนาดเหลือเชื่อ ซึ่งสามารถฉีกจักรวาลเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยและทำให้เกิดการขยายตัวซึ่งยังคงดำเนินต่อไปจนถึงทุกวันนี้

สิ่งนี้ดูแปลกเพราะหากจักรวาลถูกครอบงำด้วยแรงโน้มถ่วง จักรวาลก็ไม่ควรขยายตัว แต่หดตัว แท้จริงแล้วแรงโน้มถ่วงดึงดูดทำให้วัตถุทางกายภาพหดตัวแทนที่จะระเบิด ตัวอย่างเช่น ดาวฤกษ์ที่มีความหนาแน่นมากจะสูญเสียความสามารถในการรองรับน้ำหนักของมันเองและยุบตัวเพื่อก่อตัวขึ้น ดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ ระดับการบีบตัวของสสารในเอกภพยุคแรกนั้นสูงกว่าระดับของดาวฤกษ์ที่หนาแน่นที่สุดมาก ดังนั้นจึงมักเกิดคำถามขึ้นว่าทำไมเอกภพในยุคดึกดำบรรพ์จึงไม่ยุบตัวเป็นหลุมดำตั้งแต่เริ่มแรก

คำตอบตามปกติคือควรพิจารณาการระเบิดหลักเป็น สภาพเริ่มต้น. คำตอบนี้ไม่น่าพอใจและน่างงอย่างชัดเจน แน่นอน ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง อัตราการขยายตัวของเอกภพลดลงอย่างต่อเนื่องตั้งแต่เริ่มแรก แต่ในขณะเกิด เอกภพกำลังขยายตัวอย่างรวดเร็วอย่างไม่มีที่สิ้นสุด การระเบิดไม่ได้เกิดจากแรงใด ๆ - เพียงแค่การพัฒนาของเอกภพเริ่มต้นด้วยการขยายตัว หากการระเบิดมีความรุนแรงน้อยกว่า แรงโน้มถ่วงจะขัดขวางการขยายตัวของสสารในไม่ช้า เป็นผลให้การขยายตัวจะถูกแทนที่ด้วยการหดตัว ซึ่งจะทำให้เกิดหายนะและทำให้จักรวาลกลายเป็นสิ่งที่คล้ายกับหลุมดำ แต่ในความเป็นจริง การระเบิดกลายเป็น "ใหญ่พอ" ที่ทำให้เอกภพสามารถเอาชนะแรงโน้มถ่วงของตัวเองได้ ไม่ว่าจะขยายตัวต่อไปตลอดกาลเนื่องจากแรงระเบิดครั้งแรก หรืออย่างน้อยก็มีอยู่สำหรับ เป็นเวลาหลายพันล้านปีก่อนที่จะถูกบีบอัดและหายสาบสูญไป

ปัญหาของภาพแบบดั้งเดิมนี้คือมันไม่ได้อธิบายบิ๊กแบงแต่อย่างใด คุณสมบัติพื้นฐานของเอกภพได้รับการพิจารณาอีกครั้งว่าเป็นเงื่อนไขเริ่มต้นซึ่งเป็นที่ยอมรับ สำหรับสิ่งนี้สิ่งนั้นโดยเฉพาะ(สำหรับกรณีนี้); โดยเนื้อแท้แล้วระบุเพียงว่าเกิดบิ๊กแบง ยังไม่ชัดเจนว่าเหตุใดแรงระเบิดจึงเป็นเช่นนั้น ไม่ใช่อย่างอื่น ทำไมการระเบิดถึงไม่แรงกว่านี้เพื่อที่ตอนนี้เอกภพจะขยายตัวเร็วขึ้นมาก? อาจมีบางคนถามว่าทำไมเอกภพไม่ขยายตัวช้ากว่านี้มากนัก หรือไม่หดตัวเลย แน่นอนว่าหากการระเบิดไม่มีแรงเพียงพอ จักรวาลจะพังทลายในไม่ช้าและจะไม่มีใครถามคำถามเช่นนั้น อย่างไรก็ตาม ไม่น่าเป็นไปได้ที่เหตุผลดังกล่าวจะสามารถนำมาเป็นคำอธิบายได้

เพิ่มเติมด้วย การวิเคราะห์โดยละเอียดปรากฎว่าความขัดแย้งของการกำเนิดจักรวาลนั้นซับซ้อนกว่าที่อธิบายไว้ข้างต้น การวัดอย่างระมัดระวังแสดงให้เห็นว่าอัตราการขยายตัวของเอกภพนั้นใกล้เคียงกับค่าวิกฤตที่เอกภพสามารถเอาชนะแรงโน้มถ่วงของตัวเองและขยายตัวตลอดไป หากความเร็วนี้น้อยกว่านี้เล็กน้อย - และการล่มสลายของจักรวาลจะเกิดขึ้น และหากเร็วกว่านี้เล็กน้อย - สสารในจักรวาลคงจะสลายไปจนหมดสิ้นนานแล้ว เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะค้นหาว่าอัตราการขยายตัวของเอกภพนั้นอยู่ในช่วงที่แคบมากที่อนุญาตได้อย่างไรระหว่างความหายนะที่เป็นไปได้สองครั้ง หาก ณ ช่วงเวลาหนึ่งตรงกับ 1 วินาที เมื่อรูปแบบการขยายถูกกำหนดไว้แล้วอย่างชัดเจน อัตราการขยายจะแตกต่างจากมูลค่าที่แท้จริงของมันมากกว่า 10^-18 นี่ก็เพียงพอแล้วสำหรับ ละเมิดอย่างสมบูรณ์ความสมดุลที่ละเอียดอ่อน ดังนั้น แรงระเบิดของเอกภพที่มีความแม่นยำแทบจะเหลือเชื่อจึงสอดคล้องกับปฏิสัมพันธ์ทางแรงโน้มถ่วงของมัน บิ๊กแบงจึงไม่ใช่แค่การระเบิดระยะไกล แต่เป็นการระเบิดของแรงที่เฉพาะเจาะจงมาก ในทฤษฎีบิกแบงแบบดั้งเดิม เราต้องยอมรับไม่เพียงแต่ข้อเท็จจริงของการระเบิดเท่านั้น แต่ยังต้องยอมรับความจริงที่ว่าการระเบิดเกิดขึ้นในลักษณะที่แปลกประหลาดอย่างยิ่ง กล่าวอีกนัยหนึ่ง เงื่อนไขเริ่มต้นมีความเฉพาะเจาะจงอย่างมาก

อัตราการขยายตัวของเอกภพเป็นเพียงหนึ่งในหลายๆ ความลึกลับของอวกาศ. อีกอันเชื่อมโยงกับภาพการขยายตัวของเอกภพในอวกาศ ตามข้อสังเกตสมัยใหม่. เอกภพในสเกลใหญ่มีความเป็นเนื้อเดียวกันอย่างมากตราบเท่าที่มีความกังวลเกี่ยวกับการกระจายของสสารและพลังงาน โครงสร้างโดยรวมของเอกภพเกือบจะเหมือนกันเมื่อมองจากโลกและจากกาแล็กซีอันไกลโพ้น กาแล็กซีกระจัดกระจายอยู่ในอวกาศโดยมีความหนาแน่นเฉลี่ยเท่ากัน และจากทุกจุด เอกภพจะมีลักษณะเหมือนกันในทุกทิศทาง รังสีความร้อนปฐมภูมิที่แผ่กระจายไปทั่วจักรวาลตกลงบนพื้นโลก โดยมีอุณหภูมิเท่ากันในทุกทิศทางโดยมีความแม่นยำอย่างน้อย 10-4 . รังสีนี้เดินทางผ่านอวกาศเป็นเวลาหลายพันล้านปีแสงเพื่อมาหาเราและแบกรับความเบี่ยงเบนใด ๆ จากเอกภาพที่พบ

ความเป็นเนื้อเดียวกันขนาดใหญ่ของเอกภพยังคงมีอยู่เมื่อเอกภพขยายตัว ตามมาด้วยการขยายตัวที่เกิดขึ้นอย่างสม่ำเสมอและเป็นแบบไอโซทรอปิกโดยมีระดับความแม่นยำที่สูงมาก ซึ่งหมายความว่าอัตราการขยายตัวของเอกภพไม่เพียงเท่ากันในทุกทิศทาง แต่ยังคงที่ในพื้นที่ต่างๆ ด้วย หากเอกภพขยายตัวเร็วกว่าในทิศทางอื่น สิ่งนี้จะทำให้อุณหภูมิพื้นหลังลดลง รังสีความร้อนในทิศทางนี้และจะเปลี่ยนภาพการเคลื่อนที่ของดาราจักรที่มองเห็นได้จากโลก ดังนั้น วิวัฒนาการของเอกภพจึงไม่ได้เริ่มต้นด้วยการระเบิดของแรงที่กำหนดไว้อย่างเข้มงวดเท่านั้น แต่การระเบิดนั้นมีการ "จัดระเบียบ" อย่างชัดเจน กล่าวคือ เกิดขึ้นพร้อมๆ กัน ด้วยแรงที่เท่ากันทุกจุดและทุกทิศทาง

ไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่งที่การปะทุที่ปะทุพร้อมกันและประสานกันเช่นนี้อาจเกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติอย่างแท้จริง และข้อสงสัยนี้ได้รับการเสริมความแข็งแกร่งภายใต้กรอบของ ทฤษฎีดั้งเดิมบิ๊กแบงคือบริเวณต่างๆ ของเอกภพในยุคดึกดำบรรพ์ไม่เกี่ยวข้องกันในเชิงสาเหตุ ความจริงก็คือตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ ไม่มีผลกระทบทางกายภาพใดๆ ที่สามารถแพร่กระจายได้เร็วกว่าแสง ดังนั้น ภูมิภาคต่างๆ ของอวกาศสามารถเชื่อมต่อกันในเชิงสาเหตุได้ก็ต่อเมื่อผ่านช่วงระยะเวลาหนึ่งไปแล้วเท่านั้น ตัวอย่างเช่น 1 วินาทีหลังจากการระเบิด แสงสามารถเดินทางเป็นระยะทางไม่เกิน 1 วินาทีแสง ซึ่งเท่ากับ 300,000 กม. ภูมิภาคของจักรวาลซึ่งแยกจากกันด้วยระยะทางไกลหลังจาก 1 วินาทีจะยังไม่มีอิทธิพลต่อกันและกัน แต่ในขณะนี้ พื้นที่ของเอกภพที่เราสังเกตเห็นได้ครอบครองพื้นที่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างน้อย 10^14 กม. แล้ว ดังนั้น เอกภพจึงประกอบด้วยประมาณ 10^27 อย่างมีเหตุผล เพื่อนผูกพันกับพื้นที่อื่น ๆ ซึ่งแต่ละแห่งขยายตัวในอัตราที่เท่ากันทุกประการ แม้แต่ทุกวันนี้ การสังเกตรังสีคอสมิกจากความร้อน ฝั่งตรงข้ามท้องฟ้าเต็มไปด้วยดวงดาว เราลงทะเบียน "ลายนิ้วมือ" แบบเดียวกันทุกประการของภูมิภาคต่างๆ ของจักรวาลที่คั่นด้วยระยะทางที่มาก ระยะทางเหล่านี้กลายเป็นมากกว่าระยะทางที่แสงสามารถเดินทางได้มากกว่า 90 เท่าจากช่วงเวลาของการแผ่รังสีความร้อน

จะอธิบายการเชื่อมโยงกันที่น่าทึ่งของภูมิภาคต่าง ๆ ในอวกาศซึ่งเห็นได้ชัดว่าไม่เคยเชื่อมต่อกันได้อย่างไร พฤติกรรมที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร? ในคำตอบแบบดั้งเดิม มีการอ้างถึงเงื่อนไขเริ่มต้นพิเศษอีกครั้ง ความเป็นเนื้อเดียวกันที่โดดเด่นของคุณสมบัติของการระเบิดขั้นต้นนั้นถือเป็นข้อเท็จจริง: นี่คือวิธีที่เอกภพถือกำเนิดขึ้น

ความเป็นเนื้อเดียวกันขนาดใหญ่ของเอกภพยิ่งน่าฉงนเมื่อใคร ๆ พิจารณาว่าเอกภพไม่ได้เป็นเนื้อเดียวกันในสเกลเล็ก ๆ การมีอยู่ของกาแล็กซีแต่ละแห่งและกระจุกดาราจักรบ่งบอกถึงการเบี่ยงเบนจากความเป็นเนื้อเดียวกันที่เข้มงวด และการเบี่ยงเบนนี้ ยิ่งกว่านั้น ทุกที่มีขนาดและขนาดเท่ากัน เนื่องจากแรงโน้มถ่วงมีแนวโน้มที่จะเพิ่มการสะสมของสสารในขั้นเริ่มต้น ระดับของความแตกต่างที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของกาแลคซีจึงน้อยกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบันมากในช่วงเวลาที่เกิดบิกแบง อย่างไรก็ตาม ในช่วงเริ่มต้นของบิกแบง ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันเล็กน้อยน่าจะยังคงอยู่ ไม่เช่นนั้นกาแล็กซีจะไม่ก่อตัวขึ้น ในทฤษฎีบิกแบงแบบเก่า ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันเหล่านี้มีสาเหตุมาจาก "เงื่อนไขเริ่มต้น" ในระยะแรกเช่นกัน ดังนั้นเราจึงต้องเชื่อว่าพัฒนาการของเอกภพไม่ได้เริ่มต้นจากอุดมคติอย่างสมบูรณ์ แต่มาจากสถานะที่ผิดปกติอย่างมาก

สรุปทั้งหมดข้างต้นได้ดังนี้: หากแรงดึงดูดเพียงหนึ่งเดียวในเอกภพคือแรงดึงดูด บิ๊กแบงควรถูกตีความว่า "ส่งลงมาโดยพระเจ้า" นั่นคือ ไม่มีสาเหตุโดยมีเงื่อนไขเริ่มต้น นอกจากนี้ยังโดดเด่นด้วยความสม่ำเสมอที่น่าทึ่ง กว่าจะมาถึงโครงสร้างที่มีอยู่ เอกภพต้องพัฒนาอย่างเหมาะสมตั้งแต่เริ่มแรก นี่คือความขัดแย้งของการกำเนิดของจักรวาล

ค้นหาการต่อต้านแรงโน้มถ่วง

ความขัดแย้งของการกำเนิดของเอกภพได้รับการแก้ไขในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเท่านั้น อย่างไรก็ตาม แนวคิดหลักของการแก้ปัญหาสามารถย้อนไปถึงประวัติศาสตร์อันไกลโพ้น ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่ยังไม่มีทฤษฎีการขยายตัวหรือทฤษฎีบิกแบง แม้แต่นิวตันก็เข้าใจว่าปัญหาคือความเสถียรของเอกภพ ดาวจะรักษาตำแหน่งในอวกาศได้อย่างไรโดยปราศจากการสนับสนุน? ธรรมชาติของแรงดึงดูดที่เป็นสากลน่าจะนำไปสู่การบีบรัดของดาวฤกษ์ให้เป็นกลุ่มก้อนที่อยู่ใกล้กัน

เพื่อหลีกเลี่ยงความไร้สาระนี้ นิวตันจึงใช้เหตุผลที่แปลกประหลาดมาก หากเอกภพจะพังทลายลงภายใต้แรงโน้มถ่วงของตัวเอง ดาวแต่ละดวงจะ "ตกลง" เข้าหาศูนย์กลางของกระจุกดาว อย่างไรก็ตาม สมมุติว่าเอกภพนั้นไม่มีที่สิ้นสุดและดาวกระจายโดยเฉลี่ยอย่างสม่ำเสมอทั่วอวกาศที่ไม่มีที่สิ้นสุด ในกรณีนี้ จะไม่มีจุดศูนย์กลางร่วมกันเลย ซึ่งดาวทุกดวงสามารถตกลงมาได้ เพราะในเอกภพที่ไม่มีที่สิ้นสุดทุกภูมิภาคจะเหมือนกัน ดาวทุกดวงจะได้รับผลกระทบจากแรงดึงดูดของดาวข้างเคียงทั้งหมด แต่เนื่องจากค่าเฉลี่ยของอิทธิพลเหล่านี้ในทิศทางต่างๆ จึงไม่มีแรงลัพธ์ที่จะเคลื่อนดาวดวงนี้ไปยังตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งเมื่อเทียบกับดาวฤกษ์ทั้งชุด

เมื่อ 200 ปีหลังจากนิวตัน ไอน์สไตน์ได้สร้างทฤษฎีแรงโน้มถ่วงใหม่ เขายังรู้สึกงงงวยกับปัญหาว่าเอกภพจัดการอย่างไรเพื่อหลีกเลี่ยงการล่มสลาย งานชิ้นแรกของเขาเกี่ยวกับจักรวาลวิทยาได้รับการตีพิมพ์ก่อนที่ฮับเบิลจะค้นพบการขยายตัวของเอกภพ ไอน์สไตน์ก็เหมือนกับนิวตันที่สันนิษฐานว่าจักรวาลนั้นคงที่ อย่างไรก็ตาม ไอน์สไตน์พยายามแก้ปัญหาความมั่นคงของเอกภพด้วยวิธีที่ตรงกว่านั้นมาก เขาเชื่อว่าเพื่อป้องกันการล่มสลายของเอกภพภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของมันเอง จะต้องมีพลังจักรวาลอื่นที่สามารถต้านทานแรงโน้มถ่วงได้ แรงนี้ต้องเป็นแรงที่น่ารังเกียจมากกว่าแรงดึงดูดเพื่อชดเชยแรงดึงดูด ในแง่นี้ แรงดังกล่าวอาจเรียกว่า "ต้านแรงโน้มถ่วง" แม้ว่าการพูดถึงแรงผลักของจักรวาลจะถูกต้องกว่า ในกรณีนี้ ไอน์สไตน์ไม่ได้ประดิษฐ์กองกำลังนี้ขึ้นเองโดยพลการ เขาแสดงให้เห็นว่าสามารถนำศัพท์เพิ่มเติมมาใช้ในสมการของสนามโน้มถ่วงได้ ซึ่งนำไปสู่การปรากฏของแรงที่มีคุณสมบัติที่ต้องการ

แม้จะมีข้อเท็จจริงที่ว่าแนวคิดของแรงผลักที่ต่อต้านแรงโน้มถ่วงนั้นค่อนข้างเรียบง่ายและเป็นธรรมชาติ แต่ในความเป็นจริงแล้วคุณสมบัติของแรงดังกล่าวนั้นค่อนข้างผิดปกติ แน่นอนว่าไม่มีการสังเกตเห็นแรงดังกล่าวบนโลกและไม่พบคำใบ้ใด ๆ มานานหลายศตวรรษของการมีอยู่ของดาราศาสตร์ดาวเคราะห์ เห็นได้ชัดว่าหากมีแรงผลักของจักรวาลอยู่ มันก็ไม่ควรมีผลกระทบที่เห็นได้ชัดเจนในระยะเล็กๆ แต่ขนาดของมันเพิ่มขึ้นอย่างมากในระดับดาราศาสตร์ พฤติกรรมดังกล่าวขัดแย้งกับประสบการณ์เดิมทั้งหมดในการศึกษาธรรมชาติของแรง: พวกมันมักจะรุนแรงในระยะทางเล็กน้อยและอ่อนแรงลงตามระยะทางที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าและความโน้มถ่วงจึงลดลงอย่างต่อเนื่องตามกฎกำลังสองผกผัน อย่างไรก็ตาม ในทฤษฎีของไอน์สไตน์ พลังที่มีคุณสมบัติค่อนข้างผิดปกติดังกล่าวได้ปรากฏขึ้นตามธรรมชาติ

เราไม่ควรนึกถึงแรงผลักของจักรวาลที่ไอน์สไตน์แนะนำว่าเป็นปฏิสัมพันธ์ที่ห้าในธรรมชาติ มันเป็นเพียงการแสดงออกที่แปลกประหลาดของแรงโน้มถ่วงเท่านั้น เป็นการง่ายที่จะแสดงให้เห็นว่าผลของแรงขับของจักรวาลสามารถเกิดจากแรงโน้มถ่วงธรรมดาได้ หากเลือกตัวกลางที่มีคุณสมบัติผิดปกติเป็นแหล่งกำเนิดของสนามโน้มถ่วง ที่ราบ สภาพแวดล้อมทางวัตถุ(เช่น ก๊าซ) ออกแรงดัน ในขณะที่สื่อสมมุติที่กล่าวถึงในที่นี้ต้องมี เชิงลบความกดดันหรือความตึงเครียด เพื่อให้จินตนาการได้ชัดเจนยิ่งขึ้นว่าเรากำลังพูดถึงอะไร ลองจินตนาการว่าเราสามารถเติมสารจักรวาลดังกล่าวลงในภาชนะได้ จากนั้น ซึ่งแตกต่างจากก๊าซทั่วไป ตัวกลางในอวกาศสมมุติจะไม่สร้างแรงกดดันต่อผนังของภาชนะ แต่จะมีแนวโน้มที่จะดึงพวกมันเข้าไปในภาชนะ

ดังนั้นเราจึงสามารถพิจารณาการผลักของจักรวาลเป็นส่วนเสริมของแรงโน้มถ่วงหรือเป็นปรากฏการณ์เนื่องจากแรงโน้มถ่วงธรรมดาที่มีอยู่ในตัวกลางก๊าซที่มองไม่เห็นซึ่งเติมพื้นที่ทั้งหมดและมีแรงดันเป็นลบ ไม่มีข้อขัดแย้งในความจริงที่ว่า ในแง่หนึ่ง แรงดันลบดูดผนังของยาน และในทางกลับกัน สื่อสมมุตินี้จะขับไล่กาแลคซีและไม่ดึงดูดพวกมัน ท้ายที่สุดแล้วแรงผลักนั้นเกิดจากแรงโน้มถ่วงของตัวกลางและไม่ใช่การกระทำเชิงกล ไม่ว่าในกรณีใด แรงทางกลไม่ได้ถูกสร้างขึ้นจากแรงดันเอง แต่เกิดจากความแตกต่างของแรงดัน แต่สันนิษฐานว่าสื่อสมมุติเติมพื้นที่ทั้งหมด ไม่สามารถจำกัดได้ ผนังหลอดเลือดและผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ในสภาพแวดล้อมนี้จะไม่รับรู้เลยว่ามันเป็นสสารที่จับต้องได้ พื้นที่จะดูว่างเปล่าอย่างสมบูรณ์

แม้จะมีลักษณะที่น่าทึ่งของสื่อสมมุติ แต่ไอน์สไตน์เคยกล่าวไว้ว่าเขาได้สร้างแบบจำลองจักรวาลที่น่าพอใจ ซึ่งรักษาสมดุลระหว่างแรงดึงดูดและแรงผลักของจักรวาลที่เขาค้นพบ ด้วยความช่วยเหลือของการคำนวณอย่างง่าย ไอน์สไตน์ประมาณขนาดของแรงผลักจักรวาลที่จำเป็นต่อการปรับสมดุลแรงโน้มถ่วงในเอกภพ เขาสามารถยืนยันได้ว่าแรงผลักนั้นต้องมีขนาดเล็กมากภายในระบบสุริยะ (และแม้กระทั่งในขนาดของกาแล็กซี) ซึ่งไม่สามารถตรวจจับได้จากการทดลอง ชั่วขณะหนึ่ง ดูเหมือนว่าปริศนาเก่าแก่จะได้รับการแก้ไขอย่างยอดเยี่ยม

อย่างไรก็ตาม สถานการณ์ก็เปลี่ยนไปในทางที่แย่ลง ประการแรก ปัญหาเสถียรภาพดุลยภาพเกิดขึ้น แนวคิดพื้นฐานของไอน์สไตน์มีพื้นฐานอยู่บนความสมดุลที่เข้มงวดระหว่างแรงที่น่าดึงดูดและแรงที่น่ารังเกียจ แต่เช่นเดียวกับในกรณีอื่นๆ ของความสมดุลที่เข้มงวด รายละเอียดปลีกย่อยก็ปรากฏขึ้นที่นี่เช่นกัน ตัวอย่างเช่น ถ้าเอกภพสถิตของไอน์สไตน์ขยายตัวเพียงเล็กน้อย แรงดึงดูด (จะลดลงตามระยะทาง) จะลดลงบ้าง ในขณะที่แรงผลักของจักรวาล (เพิ่มขึ้นตามระยะทาง) จะเพิ่มขึ้นเล็กน้อย สิ่งนี้จะนำไปสู่ความไม่สมดุลในการสนับสนุนกองกำลังที่น่ารังเกียจ ซึ่งจะทำให้จักรวาลขยายตัวอย่างไม่จำกัดต่อไปภายใต้อิทธิพลของแรงผลักที่เอาชนะได้ทั้งหมด ในทางตรงกันข้าม ถ้าเอกภพสถิตของไอน์สไตน์หดตัวเล็กน้อย แรงโน้มถ่วงจะเพิ่มขึ้นและแรงผลักของจักรวาลจะลดลง ซึ่งจะนำไปสู่ความไม่สมดุลของแรงดึงดูดและเป็นผลให้ หดตัวเร็วขึ้นเรื่อย ๆ และในที่สุดก็ถึงจุดล่มสลายที่ไอน์สไตน์คิดว่าเขาหลีกเลี่ยง ดังนั้น เมื่อเกิดการเบี่ยงเบนเพียงเล็กน้อย ความสมดุลที่เคร่งครัดก็จะเสียไป และ ภัยพิบัติทางอวกาศคงจะหนีไม่พ้น

ต่อมาในปี 1927 ฮับเบิลได้ค้นพบการถดถอยของดาราจักร (เช่น การขยายตัวของเอกภพ) ซึ่งทำให้ปัญหาสมดุลไร้ความหมาย เห็นได้ชัดว่าเอกภพไม่ได้ถูกคุกคามจากการบีบตัวและการล่มสลายตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ขยายถ้าไอน์สไตน์ไม่ถูกรบกวนด้วยการค้นหาแรงผลักของจักรวาล เขาคงได้ข้อสรุปนี้ในทางทฤษฎีอย่างแน่นอน ด้วยเหตุนี้จึงทำนายการขยายตัวของเอกภพในอีก 10 ปีก่อนที่นักดาราศาสตร์จะค้นพบมันได้ การทำนายดังกล่าวจะลงไปในประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์อย่างไม่ต้องสงสัยว่าเป็นหนึ่งในการทำนายที่โดดเด่นที่สุด (การทำนายดังกล่าวทำขึ้นบนพื้นฐานของสมการ Einstein ในปี 1922-1923 โดยศาสตราจารย์ A. A. Fridman แห่งมหาวิทยาลัย Petrograd) ในท้ายที่สุด ไอน์สไตน์ต้องละทิ้งการขับไล่จักรวาลอย่างโหดร้าย ซึ่งต่อมาเขาถือว่า "ที่สุด ความผิดพลาดครั้งใหญ่ชีวิตของตัวเอง". อย่างไรก็ตาม เรื่องราวไม่ได้จบลงเพียงแค่นั้น

ไอน์สไตน์คิดค้นการขับไล่จักรวาลเพื่อแก้ปัญหาที่ไม่มีอยู่จริงของเอกภพที่หยุดนิ่ง แต่อย่างเช่นทุกครั้ง มารไม่สามารถขับกลับออกจากขวดได้ แนวคิดที่ว่าพลวัตของจักรวาลอาจเกิดจากการเผชิญหน้ากันระหว่างแรงดึงดูดและแรงผลักยังคงมีอยู่ และแม้ว่าการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์จะไม่ได้ให้หลักฐานใด ๆ เกี่ยวกับการมีอยู่ของแรงผลักจักรวาล แต่ก็ไม่สามารถพิสูจน์ได้ว่าไม่มีอยู่จริง - มันอาจจะอ่อนแอเกินกว่าจะแสดงให้เห็นได้

สมการสนามโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ แม้ว่าพวกเขาจะยอมรับว่ามีแรงผลัก แต่ก็ไม่ได้จำกัดขนาดของมัน ไอน์สไตน์สอนโดยประสบการณ์อันขมขื่นว่าถูกต้องที่จะยืนยันว่าขนาดของแรงนี้มีค่าเท่ากับศูนย์อย่างเคร่งครัด ดังนั้น จึงขจัดแรงผลักออกไปโดยสิ้นเชิง อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่จำเป็นเลย นักวิทยาศาสตร์บางคนพบว่าจำเป็นต้องเก็บแรงผลักไว้ในสมการ แม้ว่าสิ่งนี้จะไม่จำเป็นอีกต่อไปจากมุมมองของปัญหาดั้งเดิม นักวิทยาศาสตร์เหล่านี้เชื่อว่า หากไม่มีหลักฐานที่เหมาะสม ก็ไม่มีเหตุผลที่จะเชื่อได้ว่าแรงผลักนั้นเป็นศูนย์

การติดตามผลที่ตามมาของการอนุรักษ์พลังที่น่ารังเกียจนั้นไม่ใช่เรื่องยากในสถานการณ์ของเอกภพที่กำลังขยายตัว ในช่วงแรกของการพัฒนา เมื่อเอกภพยังคงอยู่ในสภาวะบีบอัด แรงผลักสามารถถูกละเลยได้ ในช่วงนี้ แรงดึงดูดทำให้อัตราการขยายตัวช้าลง ในลักษณะเดียวกับที่แรงโน้มถ่วงของโลกทำให้จรวดที่ยิงขึ้นในแนวดิ่งช้าลง หากเรายอมรับโดยไม่มีคำอธิบายว่าวิวัฒนาการของเอกภพเริ่มต้นด้วยการขยายตัวอย่างรวดเร็ว แรงโน้มถ่วงก็ควรจะลดอัตราการขยายตัวอย่างต่อเนื่องเป็นค่าที่สังเกตได้ในปัจจุบัน เมื่อเวลาผ่านไป เมื่อสสารค่อยๆ สลายไป ปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงโน้มถ่วงก็จะอ่อนลง ในทางตรงกันข้าม แรงขับของจักรวาลจะเพิ่มขึ้นเมื่อกาแลคซียังคงเคลื่อนตัวออกจากกัน ในที่สุดแรงผลักจะเอาชนะแรงดึงดูดของโลกและอัตราการขยายตัวของเอกภพจะเริ่มเพิ่มขึ้นอีกครั้ง จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่าจักรวาลถูกครอบงำโดยแรงผลักของจักรวาล และการขยายตัวจะดำเนินต่อไปตลอดกาล

นักดาราศาสตร์ได้แสดงให้เห็นว่าพฤติกรรมที่ผิดปกติของเอกภพนี้ เมื่อการขยายตัวช้าลงก่อนแล้วจึงเร่งขึ้นอีกครั้ง ควรสะท้อนให้เห็นในการเคลื่อนที่ของดาราจักรที่สังเกตได้ แต่ด้วยความระมัดระวังที่สุด การสังเกตทางดาราศาสตร์ไม่พบหลักฐานที่แน่ชัดเกี่ยวกับพฤติกรรมดังกล่าว แม้ว่าจะมีการโต้แย้งโต้แย้งเป็นระยะๆ

เป็นที่น่าสนใจว่าวิลเล็ม เดอ ซิตเทอร์ นักดาราศาสตร์ชาวดัตช์ได้เสนอแนวคิดเรื่องเอกภพที่กำลังขยายตัวในปี 2459 หลายปีก่อนที่ฮับเบิลจะค้นพบปรากฏการณ์นี้ในการทดลอง เดอ ซิตเทอร์แย้งว่าถ้าสสารธรรมดาถูกกำจัดออกจากจักรวาล แรงดึงดูดของโลกก็จะหายไป และแรงที่น่ารังเกียจจะมีอำนาจสูงสุดในอวกาศ สิ่งนี้จะทำให้เกิดการขยายตัวของจักรวาล - ในเวลานั้นมันเป็นแนวคิดที่สร้างสรรค์

เนื่องจากผู้สังเกตไม่สามารถรับรู้ตัวกลางก๊าซที่มองไม่เห็นแปลก ๆ ด้วยแรงดันลบ มันจึงปรากฏแก่เขาว่าพื้นที่ว่างกำลังขยายตัว สามารถตรวจพบการขยายตัวได้โดยการแขวนวัตถุทดสอบไว้ในที่ต่างๆ และสังเกตระยะห่างจากกัน แนวคิดเกี่ยวกับการขยายตัวของพื้นที่ว่างนั้นถูกมองว่าเป็นความอยากรู้อยากเห็นในตอนนั้น แม้ว่าอย่างที่เราจะเห็นว่าสิ่งนี้กลายเป็นคำทำนายอย่างแม่นยำ

ดังนั้นข้อสรุปใดที่สามารถสรุปได้จากเรื่องนี้? ความจริงที่ว่านักดาราศาสตร์ตรวจไม่พบการผลักของจักรวาลยังไม่สามารถใช้เป็นหลักฐานเชิงตรรกะของการไม่มีอยู่ในธรรมชาติได้ เป็นไปได้ว่าอ่อนแอเกินไปที่จะลงทะเบียน เครื่องใช้ที่ทันสมัย. ความแม่นยำของการสังเกตมีจำกัดอยู่เสมอ ดังนั้นจึงสามารถประมาณค่าขีดจำกัดบนของแรงนี้ได้เท่านั้น สิ่งนี้อาจถูกคัดค้านได้ว่า จากมุมมองทางสุนทรียะ กฎของธรรมชาติจะดูเรียบง่ายกว่าหากไม่มีการผลักกันของจักรวาล การอภิปรายดังกล่าวดำเนินไปเป็นเวลาหลายปีโดยไม่นำไปสู่ ผลลัพธ์บางอย่างจนกระทันหัน ปัญหาถูกมองจากมุมใหม่ทั้งหมด ซึ่งทำให้มีความเกี่ยวข้องอย่างคาดไม่ถึง

เงินเฟ้อ: อธิบายบิ๊กแบง

ในหัวข้อที่แล้ว เรากล่าวว่าหากมีแรงผลักของจักรวาล มันจะต้องอ่อนแอมาก อ่อนแอมากจนไม่ส่งผลใดๆ ต่อบิกแบง อย่างไรก็ตาม ข้อสรุปนี้ตั้งอยู่บนสมมติฐานที่ว่าขนาดของแรงผลักไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา ในสมัยของไอน์สไตน์ นักวิทยาศาสตร์ทุกคนมีความคิดเห็นนี้ร่วมกัน เนื่องจากการผลักกันของจักรวาลได้ถูกนำมาใช้ในทฤษฎี "มนุษย์สร้างขึ้น" มันไม่เคยเกิดขึ้นกับใครก็ตามที่สามารถขับไล่จักรวาลได้ ถูกเรียกกระบวนการทางกายภาพอื่น ๆ ที่เกิดขึ้นเมื่อเอกภพขยายตัว หากคาดการณ์ความเป็นไปได้เช่นนั้น จักรวาลวิทยาก็อาจแตกต่างออกไป โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สถานการณ์ของวิวัฒนาการของเอกภพไม่ได้ถูกตัดออก โดยสมมติว่าในสภาวะที่รุนแรงของช่วงแรกของวิวัฒนาการ แรงขับของจักรวาลมีชัยเหนือแรงโน้มถ่วงในช่วงเวลาหนึ่ง ทำให้เอกภพระเบิด หลังจากนั้นบทบาทของมันก็ลดลงในทางปฏิบัติ เป็นศูนย์

ภาพทั่วไปนี้เกิดขึ้นจากงานล่าสุดเกี่ยวกับพฤติกรรมของสสารและพลังในช่วงแรกของการพัฒนาจักรวาล เห็นได้ชัดว่าการผลักกันของจักรวาลขนาดยักษ์เป็นผลที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ของมหาอำนาจ ดังนั้น "แรงโน้มถ่วง" ที่ Einstein ขับผ่านประตูจึงกลับมาทางหน้าต่าง!

กุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจการค้นพบใหม่ของการผลักกันของจักรวาลนั้นมาจากธรรมชาติของสุญญากาศควอนตัม เราได้เห็นแล้วว่าแรงผลักดังกล่าวสามารถเกิดจากตัวกลางที่มองไม่เห็นผิดปกติ ซึ่งแยกไม่ออกจากพื้นที่ว่าง แต่เกิดจากแรงกดดันด้านลบ ปัจจุบัน นักฟิสิกส์เชื่อว่าสิ่งเหล่านี้เป็นคุณสมบัติของสุญญากาศควอนตัม

ในบทที่ 7 มีข้อสังเกตว่า สุญญากาศควรได้รับการพิจารณาว่าเป็น "เอนไซม์" ชนิดหนึ่งของกิจกรรมควอนตัม ซึ่งเต็มไปด้วยอนุภาคเสมือนและอิ่มตัว ปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อน. สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าสุญญากาศมีบทบาทชี้ขาดในกรอบของคำอธิบายควอนตัม สิ่งที่เราเรียกว่าอนุภาคนั้นเป็นเพียงการรบกวนที่หายาก เช่น "ฟองอากาศ" บนพื้นผิวของกิจกรรมทั้งหมด

ในช่วงปลายทศวรรษ 1970 เห็นได้ชัดว่าการรวมปฏิสัมพันธ์ทั้งสี่เข้าด้วยกันจำเป็นต้องมีการแก้ไขแนวคิดทั้งหมดเกี่ยวกับธรรมชาติทางกายภาพของสุญญากาศ ทฤษฎีนี้ตั้งสมมติฐานว่าพลังงานสุญญากาศไม่ได้แสดงออกมาอย่างชัดเจน พูดง่ายๆ ก็คือ สุญญากาศสามารถถูกกระตุ้นและอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งที่มีพลังงานต่างกันมากได้ เช่นเดียวกับที่อะตอมสามารถถูกกระตุ้นได้โดยไปที่ระดับพลังงานที่สูงขึ้น เหล่านี้ ลักษณะเฉพาะสุญญากาศ - หากเราสังเกตได้ - จะมีลักษณะเหมือนกันทุกประการ แม้ว่าจะมีคุณสมบัติต่างกันโดยสิ้นเชิงก็ตาม

ประการแรก พลังงานที่มีอยู่ในสุญญากาศใน ปริมาณมากไหลจากรัฐหนึ่งไปยังอีกรัฐหนึ่ง ตัวอย่างเช่น ในทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ ความแตกต่างระหว่างพลังงานสุญญากาศที่ต่ำที่สุดและสูงสุดนั้นมีขนาดใหญ่อย่างเหลือเชื่อ เพื่อให้ได้แนวคิดเกี่ยวกับขนาดมหึมาของปริมาณเหล่านี้ ให้เราประเมินพลังงานที่ดวงอาทิตย์ปล่อยออกมาตลอดระยะเวลาการดำรงอยู่ของมัน (ประมาณ 5 พันล้านปี) ลองนึกภาพว่าพลังงานจำนวนมหาศาลที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์นั้นมีอยู่ในพื้นที่ที่เล็กกว่าขนาดของระบบสุริยะ ความหนาแน่นของพลังงานที่ได้ในกรณีนี้ใกล้เคียงกับความหนาแน่นของพลังงานที่สอดคล้องกับสถานะของสุญญากาศใน HWO

นอกเหนือจากความแตกต่างของพลังงานที่น่าทึ่งแล้ว ความแตกต่างของแรงดันขนาดมหึมายังสอดคล้องกับสถานะสุญญากาศที่แตกต่างกันอีกด้วย แต่นี่คือ "เคล็ดลับ": แรงกดดันทั้งหมดนี้ - เชิงลบ.สุญญากาศควอนตัมทำงานเหมือนกับตัวกลางที่น่ารังเกียจของจักรวาลสมมุติที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ แต่คราวนี้ค่าตัวเลขของความดันนั้นยิ่งใหญ่มากจนแรงผลักนั้นมากกว่าแรงที่ไอน์สไตน์ต้องการ 10^120 เท่าเพื่อรักษาสมดุลในเอกภพคงที่ .

ตอนนี้ทางเปิดสำหรับการอธิบายบิ๊กแบง สมมติว่าเอกภพอยู่ในสภาวะสุญญากาศที่ตื่นเต้นซึ่งเรียกว่าสุญญากาศ "เท็จ" ในตอนเริ่มต้น ในสถานะนี้ มีแรงขับของจักรวาลในเอกภพถึงขนาดที่จะทำให้เกิดการขยายตัวอย่างรวดเร็วและไร้การควบคุมของเอกภพ โดยพื้นฐานแล้ว ในระยะนี้ เอกภพจะสอดคล้องกับแบบจำลองของ de Sitter ที่กล่าวถึงในหัวข้อที่แล้ว อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างคือใน de Sitter เอกภพกำลังขยายตัวอย่างเงียบ ๆ ตามเวลาดาราศาสตร์ ในขณะที่ "ระยะ de Sitter" ในวิวัฒนาการของเอกภพจากสุญญากาศควอนตัม "เท็จ" นั้นห่างไกลจากความเงียบสงบ ปริมาตรของอวกาศที่จักรวาลครอบครองในกรณีนี้ควรเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุกๆ 10^-34 วินาที (หรือช่วงเวลาหนึ่งตามลำดับเดียวกัน)

การขยายตัวที่ยิ่งใหญ่ของจักรวาลมีซีรีส์ คุณลักษณะเฉพาะ: ระยะทางทั้งหมดเพิ่มขึ้นตามกฎเลขชี้กำลัง (เราได้พบกับแนวคิดของเลขชี้กำลังแล้วในบทที่ 4) ซึ่งหมายความว่าทุก ๆ 10^-34 วินาที พื้นที่ทั้งหมดของเอกภพจะเพิ่มขนาดเป็นสองเท่า จากนั้นกระบวนการเพิ่มเป็นสองเท่านี้จะดำเนินต่อไปอย่างทวีคูณ ส่วนขยายประเภทนี้ได้รับการพิจารณาครั้งแรกในปี 1980 Alan Guth จาก MIT (สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ สหรัฐอเมริกา) ถูกเรียกโดยเขาว่า "เงินเฟ้อ" อันเป็นผลมาจากการขยายตัวอย่างรวดเร็วและต่อเนื่องอย่างรวดเร็ว มันจะกลายเป็นว่าทุกส่วนของเอกภพกำลังแยกออกจากกันในไม่ช้าราวกับอยู่ในการระเบิด และนี่คือบิ๊กแบง!

อย่างไรก็ตามไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง แต่ช่วงของอัตราเงินเฟ้อจะต้องหยุดลง เช่นเดียวกับระบบควอนตัมที่ตื่นเต้นทั้งหมด สุญญากาศ "เท็จ" นั้นไม่เสถียรและมีแนวโน้มที่จะสลายตัว เมื่อความเสื่อมเกิดขึ้น ความผลักไสก็หายไป สิ่งนี้นำไปสู่การยุติการพองตัวและการเปลี่ยนแปลงของจักรวาลไปสู่พลังแห่งแรงดึงดูดของโลกตามปกติ แน่นอน ในกรณีนี้ เอกภพจะยังคงขยายตัวต่อไปเนื่องจากแรงกระตุ้นเริ่มต้นที่ได้รับในช่วงเงินเฟ้อ แต่อัตราการขยายตัวจะลดลงเรื่อยๆ ดังนั้น ร่องรอยเดียวที่รอดมาได้จนถึงทุกวันนี้จากการผลักกันของจักรวาลคือการขยายตัวของเอกภพที่ช้าลงอย่างค่อยเป็นค่อยไป

ตาม "สถานการณ์การพองตัว" เอกภพเริ่มดำรงอยู่จากสภาวะสุญญากาศ ปราศจากสสารและรังสี แต่แม้ว่าจะมีอยู่ตั้งแต่ต้น ร่องรอยของพวกเขาก็จะสูญหายไปอย่างรวดเร็วเนื่องจาก ความเร็วที่ยอดเยี่ยมการขยายตัวในระยะเงินเฟ้อ ในระยะเวลาที่สั้นมากซึ่งสอดคล้องกับระยะนี้ พื้นที่ของอวกาศที่ครอบครองโดยเอกภพที่สังเกตได้ทั้งหมดในปัจจุบันได้เติบโตขึ้นจากขนาดหนึ่งในพันล้านของโปรตอนเป็นหลายเซนติเมตร ความหนาแน่นของสสารที่มีอยู่เดิมจะกลายเป็นศูนย์

ดังนั้น เมื่อสิ้นสุดช่วงการพองตัว เอกภพจึงว่างเปล่าและเย็นชา อย่างไรก็ตาม เมื่อการพองตัวเหือดแห้งไป เอกภพก็ "ร้อน" อย่างมากในทันใด การปะทุของความร้อนที่ทำให้จักรวาลสว่างขึ้นนี้เกิดจากพลังงานสำรองจำนวนมหาศาลที่อยู่ในสุญญากาศ "เท็จ" เมื่อสถานะสุญญากาศพังทลายลง พลังงานของมันก็จะถูกปลดปล่อยออกมา รูปแบบของรังสีซึ่งทำให้จักรวาลร้อนขึ้นทันทีถึงประมาณ 10^27 K ซึ่งเพียงพอสำหรับกระบวนการที่จะเกิดขึ้นใน HWO นับจากนั้นเป็นต้นมา เอกภพได้วิวัฒนาการตามทฤษฎีมาตรฐานของบิกแบง "ร้อน" ต้องขอบคุณพลังงานความร้อน สสารและปฏิสสารจึงเกิดขึ้น จากนั้นเอกภพก็เริ่มเย็นลง และองค์ประกอบทั้งหมดของมันที่สังเกตได้ในวันนี้ก็ค่อยๆ เริ่ม "แข็งตัว"

ปัญหาหนักๆ คือ บิ๊กแบงเกิดจากอะไร? - จัดการเพื่อแก้ไขโดยใช้ทฤษฎีเงินเฟ้อ พื้นที่ว่างระเบิดขึ้นเองภายใต้แรงผลักที่มีอยู่ในสุญญากาศควอนตัม อย่างไรก็ตาม ความลึกลับยังคงอยู่ พลังงานมหาศาลของการระเบิดครั้งแรกซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของสสารและการแผ่รังสีที่มีอยู่ในจักรวาลนั้นต้องมาจากที่ไหนสักแห่ง! เราจะไม่สามารถอธิบายการมีอยู่ของเอกภพได้จนกว่าเราจะพบแหล่งที่มาของพลังงานหลัก

บูทสแตรปอวกาศ

ภาษาอังกฤษ บูตสแตรปในความหมายตามตัวอักษรหมายถึง "การปัก" ในแง่อุปมาอุปไมยหมายถึงความสอดคล้องในตัวเอง การไม่มีลำดับชั้นในระบบของอนุภาคมูลฐาน

จักรวาลกำเนิดขึ้นในกระบวนการระเบิดพลังงานขนาดมหึมา เรายังคงพบร่องรอยของมัน - นี่คือการแผ่รังสีความร้อนพื้นหลังและสสารจักรวาล (โดยเฉพาะอะตอมที่ประกอบเป็นดาวฤกษ์และดาวเคราะห์) ซึ่งเก็บพลังงานบางอย่างไว้ในรูปของ "มวล" ร่องรอยของพลังงานนี้ยังแสดงให้เห็นในการถดถอยของกาแลคซีและกิจกรรมที่รุนแรงของวัตถุทางดาราศาสตร์ พลังงานหลัก "เริ่มต้นฤดูใบไม้ผลิ" ของจักรวาลที่เกิดขึ้นใหม่และยังคงเคลื่อนไหวมาจนถึงทุกวันนี้

พลังงานนี้มาจากไหน ซึ่งทำให้ชีวิตเข้าสู่จักรวาลของเรา? ตามทฤษฎีการพองตัว นี่คือพลังงานของพื้นที่ว่าง หรืออีกนัยหนึ่งคือ สุญญากาศควอนตัม อย่างไรก็ตาม คำตอบดังกล่าวทำให้เราพึงพอใจได้อย่างเต็มที่หรือไม่? เป็นเรื่องปกติที่จะถามว่าสุญญากาศได้พลังงานมาอย่างไร

โดยทั่วไปแล้ว การถามว่าพลังงานมาจากไหน เรากำลังตั้งสมมติฐานที่สำคัญเกี่ยวกับธรรมชาติของพลังงานนั้น หนึ่งในกฎพื้นฐานของฟิสิกส์คือ กฎการอนุรักษ์พลังงาน,โดยที่ แบบฟอร์มต่างๆพลังงานสามารถเปลี่ยนแปลงและส่งต่อกันได้ แต่ปริมาณพลังงานทั้งหมดยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

ยกตัวอย่างที่ตรวจสอบการทำงานของกฎหมายนี้ได้ไม่ยาก สมมติว่าเรามีเครื่องยนต์และแหล่งจ่ายเชื้อเพลิง และเครื่องยนต์ถูกใช้เพื่อขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งจะให้พลังงานแก่เครื่องทำความร้อน ในระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิง พลังงานเคมีที่เก็บไว้ในนั้นจะถูกแปลงเป็นกลไก จากนั้นเปลี่ยนเป็นไฟฟ้า และสุดท้ายเป็นความร้อน หรือสมมุติว่ามีการใช้เครื่องยนต์เพื่อยกของที่บรรทุกขึ้นไปบนหอคอย หลังจากนั้นของจะตกลงมาอย่างอิสระ เมื่อตกลงสู่พื้น จะมีการปลดปล่อยพลังงานความร้อนในปริมาณที่เท่ากันทุกประการกับตัวอย่างด้วยฮีตเตอร์ ความจริงก็คือ ไม่ว่าพลังงานจะถูกถ่ายโอนหรือเปลี่ยนแปลงรูปแบบอย่างไร เห็นได้ชัดว่าไม่สามารถสร้างหรือทำลายได้ วิศวกรใช้กฎหมายนี้ในชีวิตประจำวัน

ถ้าพลังงานไม่สามารถสร้างหรือทำลายได้ แล้วพลังงานปฐมภูมิเกิดขึ้นได้อย่างไร? ไม่ใช่เพิ่งถูกฉีดในช่วงแรก (เป็นเงื่อนไขเริ่มต้นใหม่ที่ยอมรับโดย สำหรับสิ่งนี้สิ่งนั้นโดยเฉพาะ)? ถ้าเป็นเช่นนั้น เหตุใดเอกภพจึงมีพลังงานจำนวนนี้ และไม่มีปริมาณอื่นอีก มีพลังงานประมาณ 10^68 J (จูล) ในเอกภพที่สังเกตได้ - ทำไมไม่ลองพูดว่า 10^99 หรือ 10^10000 หรือตัวเลขอื่นๆ

ทฤษฎีเงินเฟ้อเสนอคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นไปได้อย่างหนึ่งสำหรับปริศนานี้ ตามทฤษฎีนี้. ในขั้นต้นจักรวาลมีพลังงานที่จริง ๆ แล้วมีค่าเท่ากับศูนย์ และใน 10^32 วินาทีแรก จักรวาลประสบความสำเร็จในการทำให้พลังงานจำนวนมหาศาลทั้งหมดมีชีวิตขึ้นมา กุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจความมหัศจรรย์นี้จะพบได้จากข้อเท็จจริงอันน่าทึ่งที่ว่ากฎแห่งการอนุรักษ์พลังงานในความหมายปกติ ไม่สามารถใช้ได้สู่จักรวาลที่กำลังขยายตัว

ในความเป็นจริงเราได้พบกับข้อเท็จจริงที่คล้ายคลึงกันแล้ว การขยายตัวของเอกภพทำให้อุณหภูมิของเอกภพลดลง ดังนั้น พลังงานของการแผ่รังสีความร้อนซึ่งมีขนาดใหญ่มากในระยะปฐมภูมิจะหมดลงและอุณหภูมิจะลดลงจนมีค่าใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์ ทั้งหมดนี้ไปที่ไหน พลังงานความร้อน? ในแง่หนึ่ง จักรวาลถูกใช้จนหมดเพื่อขยายตัวและสร้างแรงกดดันเพื่อเสริมพลังของบิกแบง เมื่อของเหลวธรรมดาขยายตัว ความดันภายนอกจะทำงานโดยใช้พลังงานของของเหลว เมื่อก๊าซธรรมดาขยายตัว พลังงานภายในจะถูกนำไปใช้ในการทำงาน ตรงกันข้ามกับสิ่งนี้โดยสิ้นเชิง การผลักกันของจักรวาลนั้นคล้ายกับพฤติกรรมของสื่อที่มี เชิงลบความกดดัน. เมื่อสื่อดังกล่าวขยายตัว พลังงานของมันไม่ได้ลดลง แต่จะเพิ่มขึ้น นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงเงินเฟ้อ เมื่อแรงขับของจักรวาลทำให้เอกภพขยายตัวอย่างรวดเร็ว ตลอดช่วงเวลานี้ พลังงานทั้งหมดของสุญญากาศยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจนกระทั่งสิ้นสุดช่วงเงินเฟ้อ มันมีค่ามหาศาล เมื่อช่วงเวลาของเงินเฟ้อสิ้นสุดลง พลังงานที่เก็บไว้ทั้งหมดถูกปลดปล่อยออกมาในการระเบิดครั้งใหญ่ครั้งเดียว ทำให้เกิดความร้อนและสสารในระดับสูงสุดของบิกแบง จากจุดนั้น การขยายตัวตามปกติด้วยแรงดันบวกเริ่มขึ้น ดังนั้นพลังงานจึงเริ่มลดลงอีกครั้ง

การเกิดขึ้นของพลังงานหลักถูกทำเครื่องหมายด้วยเวทมนตร์บางอย่าง สูญญากาศที่มีแรงดันลบลึกลับนั้นได้รับการมอบให้โดยมีความเป็นไปได้ที่เหลือเชื่ออย่างยิ่ง ในแง่หนึ่ง มันสร้างแรงผลักขนาดมหึมาที่รับประกันการขยายตัวที่เร่งขึ้นตลอดเวลา และในทางกลับกัน การขยายตัวเองก็บังคับให้พลังงานสุญญากาศเพิ่มขึ้น โดยพื้นฐานแล้ว สุญญากาศ เลี้ยงตัวเองด้วยพลังงานในปริมาณมหาศาล มีความไม่เสถียรภายในที่รับประกันการขยายตัวอย่างต่อเนื่องและการผลิตพลังงานที่ไม่จำกัด และมีเพียงการสลายตัวของควอนตัมของสุญญากาศเท็จเท่านั้นที่จำกัด "ความฟุ้งเฟ้อของจักรวาล" นี้

สุญญากาศทำให้ธรรมชาติเป็นเหมือนเหยือกแห่งพลังงานมหัศจรรย์ที่ไร้ก้นบึ้ง โดยหลักการแล้ว ไม่มีการจำกัดปริมาณพลังงานที่สามารถปล่อยออกมาได้ในระหว่างการขยายตัวของอัตราเงินเฟ้อ คำกล่าวนี้นับเป็นการปฏิวัติความคิดแบบดั้งเดิมด้วยคำกล่าวที่ว่า “ไม่มีอะไรจะเกิดจากความว่างเปล่า” ที่มีอายุหลายศตวรรษ (คำพูดนี้มีอายุอย่างน้อยตั้งแต่ยุค Parmenid นั่นคือศตวรรษที่ 5 ก่อนคริสต์ศักราช) ความคิดเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของ "การสร้าง" จากความว่างเปล่าจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้อยู่ในความสามารถของศาสนาโดยสิ้นเชิง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คริสเตียนเชื่อกันมานานแล้วว่าพระเจ้าสร้างโลกจากความว่างเปล่า แต่ความคิดเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการเกิดสสารและพลังงานทั้งหมดที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติอันเป็นผลมาจากกระบวนการทางกายภาพล้วน ๆ ถือว่าเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้โดยนักวิทยาศาสตร์เมื่อหลายสิบปีที่แล้ว

ผู้ที่ไม่สามารถตกลงภายในกับแนวคิดทั้งหมดของการเกิดขึ้นของ "บางสิ่ง" จาก "ไม่มีอะไร" มีโอกาสที่จะมองการเกิดขึ้นของพลังงานต่างออกไปในระหว่างการขยายตัวของจักรวาล เนื่องจากแรงโน้มถ่วงธรรมดามีลักษณะของแรงดึงดูด เพื่อที่จะขจัดส่วนต่างๆ ของสสารออกจากกัน จึงจำเป็นต้องทำงานเพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงที่กระทำระหว่างส่วนเหล่านี้ ซึ่งหมายความว่าพลังงานแรงโน้มถ่วงของระบบร่างกายเป็นลบ เมื่อมีการเพิ่มวัตถุใหม่เข้าไปในระบบ พลังงานจะถูกปลดปล่อย และเป็นผลให้พลังงานโน้มถ่วงกลายเป็น "ลบมากยิ่งขึ้น" หากเราใช้เหตุผลนี้กับเอกภพในขั้นตอนของการพองตัว ความร้อนและสสารก็จะปรากฎขึ้น ซึ่งจะ "ชดเชย" พลังงานความโน้มถ่วงเชิงลบของมวลที่ก่อตัวขึ้น ในกรณีนี้ พลังงานทั้งหมดของเอกภพโดยรวมเท่ากับศูนย์และไม่ใช่ พลังงานใหม่ไม่เกิดขึ้นเลย! แน่นอนว่ามุมมองของกระบวนการ "สร้างโลก" นั้นน่าดึงดูด แต่ก็ยังไม่ควรจริงจังเกินไปเนื่องจากโดยทั่วไปแล้วสถานะของแนวคิดเรื่องพลังงานที่เกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วงกลายเป็นเรื่องน่าสงสัย

ทุกอย่างที่พูดเกี่ยวกับสุญญากาศทำให้นึกถึงเรื่องราวโปรดของนักฟิสิกส์เกี่ยวกับเด็กชายที่ตกลงไปในหนองน้ำดึงเชือกผูกรองเท้าของตัวเองออกมา จักรวาลที่สร้างตัวเองนั้นคล้ายกับเด็กผู้ชายคนนี้ - มันยังดึงตัวเองออกมาด้วย "เชือกผูกรองเท้า" ของมันเอง (กระบวนการนี้แสดงโดยคำว่า "บูตสแตรป") แท้จริงแล้ว เนื่องจากธรรมชาติทางกายภาพของมันเอง จักรวาลจึงกระตุ้นพลังงานทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับ "การสร้าง" และ "การฟื้นฟู" ของสสาร และยังเริ่มต้นการระเบิดที่ก่อให้เกิดมัน นี่คือบูทสแตรปอวกาศ เราเป็นหนี้การดำรงอยู่ของเราด้วยพลังอันน่าอัศจรรย์ของพระองค์

ความก้าวหน้าในทฤษฎีเงินเฟ้อ

หลังจากที่ Guth นำเสนอแนวคิดพื้นฐานที่ว่าเอกภพผ่านช่วงเริ่มต้นของการขยายตัวอย่างรวดเร็วมาก ก็เป็นที่ชัดเจนว่าสถานการณ์ดังกล่าวสามารถอธิบายคุณลักษณะหลายอย่างของจักรวาลวิทยาแบบบิกแบงได้อย่างสวยงาม

ในส่วนก่อนหน้านี้เราได้พบกับความขัดแย้งอย่างมาก ระดับสูงการจัดระเบียบและการเชื่อมโยงกันของการระเบิดหลัก หนึ่งในตัวอย่างที่ดีของสิ่งนี้คือแรงของการระเบิดซึ่งกลายเป็น "พอดี" กับขนาดของแรงโน้มถ่วงของจักรวาล ซึ่งเป็นผลมาจากอัตราการขยายตัวของเอกภพในยุคของเรานั้นใกล้เคียงกับ ค่าขอบเขตแยกการบีบอัด (ยุบ) และการขยายตัวอย่างรวดเร็ว การทดสอบขั้นแตกหักของสถานการณ์เงินเฟ้อนั้นแม่นยำว่าจะให้บิ๊กแบงของแรงที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำหรือไม่ ปรากฎว่าเนื่องจากการขยายตัวแบบเอกซ์โปเนนเชียลในช่วงการพองตัว (ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดของมัน) แรงของการระเบิดโดยอัตโนมัติทำให้แน่ใจได้ว่ามีความเป็นไปได้ที่จะเอาชนะแรงโน้มถ่วงของเอกภพเอง อัตราเงินเฟ้อสามารถนำไปสู่อัตราการขยายตัวที่สังเกตได้ในความเป็นจริง

"ความลึกลับที่ยิ่งใหญ่" อีกประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับความเป็นเนื้อเดียวกันของเอกภพในวงกว้าง นอกจากนี้ยังแก้ไขได้ทันทีบนพื้นฐานของทฤษฎีเงินเฟ้อ ความไม่สม่ำเสมอในโครงสร้างของเอกภพในขั้นต้นจะต้องถูกลบออกอย่างแน่นอนด้วยขนาดที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก เช่นเดียวกับรอยย่นบนลูกโป่งที่ปล่อยลมจะเรียบออกเมื่อพองตัว และผลจากการเพิ่มขนาดของพื้นที่เชิงพื้นที่ประมาณ 10^50 เท่า การก่อกวนในขั้นต้นจะไม่มีนัยสำคัญ

อย่างไรก็ตาม มันจะผิดที่จะพูดถึง เสร็จสิ้นความสม่ำเสมอ เพื่อให้การเกิดขึ้นของดาราจักรสมัยใหม่และกระจุกดาราจักรเป็นไปได้ โครงสร้างของเอกภพยุคแรกจะต้องมี "ความไม่แน่นอน" อยู่บ้าง ในขั้นต้น นักดาราศาสตร์หวังว่าการมีอยู่ของดาราจักรจะอธิบายได้ด้วยการสะสมของสสารภายใต้อิทธิพลของแรงดึงดูดของโลกหลังจากบิกแบง เมฆของก๊าซจะต้องหดตัวภายใต้แรงโน้มถ่วงของมันเอง จากนั้นจึงแตกออกเป็นเศษเล็กเศษน้อย และกลายเป็นก้อนที่เล็กลงเรื่อยๆ ตามลำดับ เป็นไปได้ว่าการกระจายของก๊าซที่เกิดขึ้นจากบิ๊กแบงนั้นเป็นเนื้อเดียวกันอย่างสมบูรณ์ แต่เนื่องจากกระบวนการสุ่มล้วนๆ ความหนาและการทำให้บริสุทธิ์จึงเกิดขึ้นที่นี่และที่นั่นเนื่องจากกระบวนการสุ่มล้วนๆ แรงโน้มถ่วงทำให้ความผันผวนเหล่านี้เพิ่มขึ้น นำไปสู่การขยายพื้นที่ของการควบแน่นและการดูดซับสสารเพิ่มเติมโดยพวกมัน จากนั้นบริเวณเหล่านี้ก็หดตัวและสลายตัวอย่างต่อเนื่อง และกลุ่มที่เล็กที่สุดก็กลายเป็นดวงดาว ในท้ายที่สุด ลำดับชั้นของโครงสร้างก็เกิดขึ้น ดาวฤกษ์รวมกันเป็นกลุ่ม รวมกันเป็นกาแลคซี และขยายออกไปเป็นกลุ่มของกาแลคซี

น่าเสียดายที่หากไม่มีความไม่สอดคล้องกันในก๊าซตั้งแต่เริ่มแรก กลไกดังกล่าวสำหรับการเกิดกาแลคซีจะทำงานได้นานกว่าอายุของเอกภพมาก ความจริงก็คือกระบวนการควบแน่นและการแยกส่วนแข่งขันกัน การขยายตัวของเอกภพซึ่งมาพร้อมกับการโปรยก๊าซ ในทฤษฎีบิกแบงฉบับดั้งเดิม สันนิษฐานว่า "เชื้อโรค" ของกาแลคซีมีอยู่ในตอนแรกในโครงสร้างของเอกภพ ณ จุดกำเนิดของมัน ยิ่งไปกว่านั้น ความไม่เท่ากันเริ่มต้นเหล่านี้ควรมีขนาดที่ค่อนข้างแน่นอน ไม่เล็กเกินไป มิฉะนั้นจะไม่ก่อตัวขึ้น แต่ก็ไม่ใหญ่เกินไป มิฉะนั้นจะเป็นบริเวณต่างๆ ความหนาแน่นสูงก็จะพบกับการล่มสลายกลายเป็นหลุมดำขนาดใหญ่ ในขณะเดียวกัน ก็ไม่สามารถเข้าใจได้อย่างสมบูรณ์ว่าเหตุใดกาแล็กซีจึงมีขนาดเท่ากัน หรือเหตุใดจึงมีกาแลคซีจำนวนมากรวมอยู่ในกระจุกดาว

สถานการณ์การขยายตัวให้คำอธิบายที่สอดคล้องกันมากขึ้นสำหรับโครงสร้างดาราจักร แนวคิดหลักค่อนข้างง่าย การพองตัวเกิดจากการที่สถานะควอนตัมของเอกภพเป็นสภาวะสุญญากาศที่ไม่เสถียร ในที่สุด สถานะสุญญากาศนี้จะแตกตัวและพลังงานส่วนเกินจะถูกแปลงเป็นความร้อนและสสาร ในขณะนี้ แรงขับของจักรวาลหายไป - และอัตราเงินเฟ้อจะหยุดลง อย่างไรก็ตาม การสลายตัวของสุญญากาศเทียมไม่ได้เกิดขึ้นพร้อมกันในทุกพื้นที่ เช่นเดียวกับกระบวนการควอนตัม อัตราการสลายตัวในสุญญากาศที่ผิดพลาดจะผันผวน ในบางพื้นที่ของเอกภพ การสลายตัวจะเกิดขึ้นค่อนข้างเร็วกว่าที่อื่น ในพื้นที่เหล่านี้ อัตราเงินเฟ้อจะสิ้นสุดเร็วขึ้น เป็นผลให้ความไม่สม่ำเสมอถูกรักษาไว้ในสถานะสุดท้ายเช่นกัน เป็นไปได้ว่าความไม่สม่ำเสมอเหล่านี้อาจทำหน้าที่เป็น "เชื้อโรค" (ศูนย์กลาง) ของการหดตัวด้วยแรงโน้มถ่วง และในที่สุดก็นำไปสู่การก่อตัวของดาราจักรและกระจุกดาราจักร การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกลไกความผันผวนได้ดำเนินการไปแล้ว แต่ประสบความสำเร็จอย่างจำกัด ตามกฎแล้วเอฟเฟกต์จะใหญ่เกินไปและความไม่เท่ากันที่คำนวณได้นั้นสำคัญเกินไป จริงอยู่ มีการใช้โมเดลที่หยาบเกินไป และบางทีวิธีที่ละเอียดกว่านี้อาจประสบความสำเร็จมากกว่า แม้ว่าทฤษฎีจะยังไม่สมบูรณ์ แต่อย่างน้อยก็อธิบายถึงธรรมชาติของกลไกที่อาจนำไปสู่การก่อตัวของกาแลคซีโดยไม่จำเป็นต้องมีเงื่อนไขเริ่มต้นพิเศษ

ในสถานการณ์จำลองแบบเงินเฟ้อของ Guth นั้น สุญญากาศเท็จจะเปลี่ยนเป็นสถานะสุญญากาศ "จริง" หรือพลังงานต่ำสุดก่อน ซึ่งเราจะระบุได้ด้วยพื้นที่ว่าง ลักษณะของการเปลี่ยนแปลงนี้ค่อนข้างคล้ายกับการเปลี่ยนสถานะ (เช่น จากก๊าซเป็นของเหลว) ในกรณีนี้ ในสุญญากาศปลอม ฟองอากาศของสุญญากาศจริงจะก่อตัวขึ้นแบบสุ่ม ซึ่งขยายตัวด้วยความเร็วแสง จะจับพื้นที่ขนาดใหญ่ทั้งหมด เพื่อให้สุญญากาศปลอมดำรงอยู่นานพอสำหรับการพองตัวเพื่อทำงาน "อัศจรรย์" สถานะทั้งสองนี้จะต้องแยกออกจากกันโดยสิ่งกีดขวางพลังงานซึ่งจะต้องเกิดขึ้น "อุโมงค์ควอนตัม" ของระบบ คล้ายกับที่เกิดขึ้นกับอิเล็กตรอน (ดูบทที่). อย่างไรก็ตาม โมเดลนี้มีข้อเสียอย่างหนึ่ง: พลังงานทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากสุญญากาศปลอมจะกระจุกตัวอยู่ในผนังฟอง และไม่มีกลไกในการกระจายพลังงานซ้ำไปทั่วทั้งฟองสบู่ เมื่อฟองอากาศชนกันและรวมกัน พลังงานจะสะสมอยู่ในชั้นผสมแบบสุ่มในที่สุด เป็นผลให้เอกภพมีความไม่สม่ำเสมอที่แข็งแกร่งมาก และการทำงานทั้งหมดของการพองตัวเพื่อสร้างเอกภาพขนาดใหญ่จะพังทลายลง

ด้วยการปรับปรุงเพิ่มเติมของสถานการณ์เงินเฟ้อ ความยากลำบากเหล่านี้ได้ผ่านพ้นไป ที่ ทฤษฎีใหม่ไม่มีการขุดอุโมงค์ระหว่างสถานะสุญญากาศสองสถานะ ในทางกลับกัน พารามิเตอร์จะถูกเลือกเพื่อให้การสลายตัวของสุญญากาศเท็จนั้นช้ามาก และทำให้เอกภพมีเวลาเพียงพอในการพองตัว เมื่อการสลายตัวเสร็จสิ้น พลังงานสุญญากาศเท็จจะถูกปลดปล่อยออกมาในปริมาตรทั้งหมดของ "ฟองสบู่" ซึ่งจะร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วถึง 10^27 เค สันนิษฐานว่าจักรวาลที่สังเกตได้ทั้งหมดมีอยู่ในฟองอากาศดังกล่าว ดังนั้น ในระดับที่ใหญ่เป็นพิเศษ เอกภพอาจมีความไม่ปกติอย่างมาก แต่บริเวณที่สังเกตได้ของเรา (และส่วนที่ใหญ่กว่ามากของเอกภพ) นั้นอยู่ในโซนที่เป็นเนื้อเดียวกันทั้งหมด

เป็นที่น่าสงสัยว่าเดิมที Guth ได้พัฒนาทฤษฎีการพองตัวของเขาเพื่อแก้ปัญหาจักรวาลวิทยาที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง นั่นคือการไม่มีขั้วแม่เหล็กในธรรมชาติ ดังที่แสดงในบทที่ 9 ทฤษฎีบิกแบงมาตรฐานทำนายว่าในระยะแรกของวิวัฒนาการของเอกภพ โมโนโพลควรจะเกิดขึ้นมากเกินไป พวกเขาอาจมาพร้อมกับคู่หนึ่งและสองมิติ - วัตถุแปลก ๆ ที่มีลักษณะของ "สตริง" และ "ใบไม้" ปัญหาคือการกำจัดวัตถุที่ "ไม่พึงปรารถนา" เหล่านี้ออกจากจักรวาล อัตราเงินเฟ้อช่วยแก้ปัญหา monopoles และปัญหาอื่น ๆ ที่คล้ายคลึงกันโดยอัตโนมัติเนื่องจากการขยายตัวของพื้นที่ขนาดยักษ์ช่วยลดความหนาแน่นให้เป็นศูนย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

แม้ว่าสถานการณ์การพองตัวจะได้รับการพัฒนาเพียงบางส่วนและเป็นไปได้เท่านั้น ไม่มากไปกว่านี้แล้ว มันได้อนุญาตให้มีการกำหนดแนวคิดจำนวนหนึ่งที่สัญญาว่าจะเปลี่ยนโฉมหน้าของจักรวาลวิทยาอย่างถาวร ตอนนี้เราไม่เพียงแต่ให้คำอธิบายเกี่ยวกับสาเหตุของบิ๊กแบงได้เท่านั้น แต่ยังเริ่มเข้าใจว่าทำไมมันถึง "ใหญ่" และทำไมมันถึงมีลักษณะเช่นนี้ ตอนนี้เราสามารถเริ่มไขข้อข้องใจเกี่ยวกับความเป็นเนื้อเดียวกันขนาดใหญ่ของเอกภพได้อย่างไร และพร้อมกับความไม่สม่ำเสมอที่สังเกตได้ในสเกลที่เล็กกว่า (เช่น กาแลคซี) การระเบิดครั้งบรรพกาลที่สร้างสิ่งที่เราเรียกว่าจักรวาลนั้นไม่ใช่เรื่องลึกลับอีกต่อไปนอกเหนือจากวิทยาศาสตร์กายภาพ

จักรวาลสร้างตัวเอง

และถึงกระนั้น แม้ว่าทฤษฎีการพองตัวจะประสบความสำเร็จอย่างมากในการอธิบายกำเนิดของเอกภพ ความลึกลับก็ยังคงมีอยู่ เอกภพในขั้นต้นลงเอยด้วยสภาวะสุญญากาศผิดๆ ได้อย่างไร? เกิดอะไรขึ้นก่อนเงินเฟ้อ?

คำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ที่สอดคล้องและน่าพอใจอย่างสมบูรณ์เกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพควรอธิบายว่าอวกาศ (ที่แม่นยำกว่านั้นก็คือกาล-อวกาศ) เกิดขึ้นได้อย่างไร ซึ่งต่อมาก็เกิดการพองตัวขึ้น นักวิทยาศาสตร์บางคนพร้อมที่จะยอมรับว่าอวกาศนั้นมีอยู่จริง คนอื่นๆ เชื่อว่าปัญหานี้อยู่นอกเหนือขอบเขตของแนวทางทางวิทยาศาสตร์ และมีเพียงไม่กี่คนที่อ้างสิทธิ์มากขึ้นและเชื่อว่าค่อนข้างถูกต้องตามกฎหมายที่จะตั้งคำถามว่าที่ว่างโดยทั่วไป (และโดยเฉพาะอย่างยิ่งสุญญากาศที่ผิดพลาด) สามารถเกิดขึ้นจาก "ไม่มีอะไร" อันเป็นผลมาจากกระบวนการทางกายภาพที่โดยหลักการแล้วสามารถ ได้รับการศึกษา

ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว เราเพิ่งท้าทายความเชื่ออันต่อเนื่องที่ว่า "ไม่มีอะไรมาจากความว่างเปล่า" บูตสแตรปของจักรวาลนั้นใกล้เคียงกับแนวคิดทางเทววิทยาของการสร้างโลกจากความว่างเปล่า (อดีตนิฮิโล).ไม่ต้องสงสัยเลยว่า ในโลกรอบตัวเรา การมีอยู่ของวัตถุบางอย่างมักจะเกิดจากการมีวัตถุอื่นๆ ดังนั้น โลกจึงกำเนิดขึ้นจากเนบิวลาโปรโตสุริยะ ซึ่งจากกาแล็กซีกาแลคซี เป็นต้น หากเราบังเอิญเห็นวัตถุที่จู่ๆ ก็ปรากฏขึ้น "จากความว่างเปล่า" เราจะมองว่ามันเป็นปาฏิหาริย์ ตัวอย่างเช่น เราอาจแปลกใจหากจู่ๆ เราพบเหรียญ มีด หรือขนมหวานจำนวนมากในตู้เซฟเปล่าที่ล็อคไว้ ที่ ชีวิตประจำวันเราคุ้นเคยกับการรับรู้ว่าทุกสิ่งเกิดขึ้นจากที่ไหนสักแห่งหรือจากบางสิ่ง

อย่างไรก็ตาม ทุกอย่างไม่ชัดเจนนักเมื่อพูดถึงสิ่งที่เฉพาะเจาะจงน้อยกว่า ตัวอย่างเช่นภาพวาดเกิดขึ้นจากอะไร? แน่นอนว่าสิ่งนี้ต้องใช้พู่กัน สี และผ้าใบ แต่สิ่งเหล่านี้เป็นเพียงเครื่องมือ วิธีการวาดภาพ - การเลือกรูปแบบ สี พื้นผิว องค์ประกอบ - ไม่ได้เกิดจากพู่กันและสี นี่เป็นผลมาจากจินตนาการที่สร้างสรรค์ของศิลปิน

ความคิดและความคิดมาจากไหน? ไม่ต้องสงสัยเลยว่าความคิดเป็นเรื่องจริงและต้องการการมีส่วนร่วมของสมองเสมอ แต่สมองทำหน้าที่รับรู้ความคิดเท่านั้น ไม่ใช่สาเหตุของมัน ด้วยตัวมันเองสมองสร้างความคิดไม่เกินคอมพิวเตอร์ - การคำนวณ ความคิดสามารถเกิดจากความคิดอื่นได้ แต่สิ่งนี้ไม่ได้เปิดเผยลักษณะของความคิดนั้น ความคิดบางอย่างเกิดได้, ผัสสะ; ความคิดก่อให้เกิดความจำ อย่างไรก็ตาม ศิลปินส่วนใหญ่มองว่าผลงานของพวกเขาเป็นผลมาจาก ไม่คาดฝันแรงบันดาลใจ. หากสิ่งนี้เป็นจริง การสร้างภาพวาด - หรืออย่างน้อยก็การกำเนิดของความคิด - เป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งของการเกิดของบางสิ่งจากความว่างเปล่า

แต่เราจะพิจารณาได้หรือไม่ว่าวัตถุทางกายภาพและแม้แต่จักรวาลโดยรวมเกิดขึ้นจากความว่างเปล่า? สมมติฐานที่เป็นตัวหนานี้ถูกกล่าวถึงอย่างจริงจังเช่นใน สถาบันทางวิทยาศาสตร์ชายฝั่งตะวันออกของสหรัฐอเมริกา ซึ่งมีนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและนักจักรวาลวิทยาจำนวนไม่น้อยกำลังพัฒนา เครื่องมือทางคณิตศาสตร์ซึ่งจะช่วยในการค้นหาความเป็นไปได้ของการเกิดบางสิ่งบางอย่างจากความว่างเปล่า กลุ่มชนชั้นสูงนี้รวมถึง Alan Guth จาก MIT, Sydney Coleman จาก Harvard University, Alex Vilenkin จาก Tufts University, Ed Tyon และ Heinz Pagels จาก New York พวกเขาทั้งหมดเชื่อว่าในแง่ใดแง่หนึ่ง "ไม่มีสิ่งใดไม่เสถียร" และจักรวาลทางกายภาพ "ผลิดอกออกผลจากความว่างเปล่า" โดยธรรมชาติ ซึ่งอยู่ภายใต้กฎของฟิสิกส์เท่านั้น “แนวคิดดังกล่าวเป็นเพียงการคาดเดาเท่านั้น” Guth ยอมรับ “แต่ในระดับหนึ่งอาจถูกต้อง … บางครั้งมีคนกล่าวว่าไม่มีอาหารกลางวันฟรี แต่จักรวาลดูเหมือนจะเป็นเพียง “อาหารกลางวันฟรี”

ในสมมติฐานทั้งหมดนี้ พฤติกรรมควอนตัมมีบทบาทสำคัญ ดังที่เรากล่าวไว้ในบทที่ 2 คุณสมบัติหลักของพฤติกรรมควอนตัมคือการสูญเสียความสัมพันธ์เชิงสาเหตุที่เข้มงวด ในฟิสิกส์คลาสสิก การแสดงออกของกลศาสตร์เกิดขึ้นจากการปฏิบัติตามเหตุและผลอย่างเคร่งครัด รายละเอียดทั้งหมดของการเคลื่อนที่ของแต่ละอนุภาคถูกกำหนดโดยกฎการเคลื่อนที่อย่างเคร่งครัด เชื่อกันว่าการเคลื่อนไหวนั้นต่อเนื่องและถูกกำหนดโดยกองกำลังรักษาการอย่างเคร่งครัด กฎของการเคลื่อนที่ใน อย่างแท้จริงรวบรวมความสัมพันธ์ระหว่างเหตุและผล จักรวาลถูกมองว่าเป็นเครื่องจักรขนาดมหึมา ซึ่งพฤติกรรมถูกควบคุมอย่างเคร่งครัดโดยสิ่งที่เกิดขึ้นในขณะนี้ มันเป็นความเชื่อในสาเหตุที่ครอบคลุมและเข้มงวดอย่างยิ่งที่ทำให้ปิแอร์ลาปลาซโต้แย้งว่าเครื่องคิดเลขที่ทรงพลังอย่างยิ่งนั้นสามารถทำนายบนพื้นฐานของกฎของกลศาสตร์โดยหลักการแล้วทั้งประวัติศาสตร์และชะตากรรมของ จักรวาล. ตามมุมมองนี้ เอกภพจะต้องเดินตามทางที่กำหนดไว้ตลอดกาล

ฟิสิกส์ควอนตัมได้ทำลายแผนการของชาวลาปลาเซียนที่มีระเบียบแบบแผนแต่ไร้ผล นักฟิสิกส์เชื่อว่าในระดับอะตอม สสารและการเคลื่อนที่ของสสารนั้นไม่แน่นอนและคาดเดาไม่ได้ อนุภาคสามารถทำตัว "บ้า" ราวกับว่าต่อต้านการเคลื่อนไหวที่กำหนดอย่างเคร่งครัด จู่ๆ ก็ปรากฏตัวในสถานที่ที่คาดไม่ถึงที่สุดโดยไม่มีเหตุผลชัดเจน และบางครั้งก็ปรากฏขึ้นและหายไป "โดยไม่มีการเตือนล่วงหน้า"

โลกควอนตัมไม่ได้ปราศจากเวรกรรมโดยสิ้นเชิง แต่มันแสดงออกอย่างคลุมเครือและคลุมเครือ ตัวอย่างเช่น ถ้าอะตอมหนึ่งอยู่ในสถานะตื่นเต้นอันเป็นผลมาจากการชนกับอีกอะตอมหนึ่ง ก็มักจะกลับสู่สถานะอย่างรวดเร็วด้วยพลังงานต่ำสุด โดยปล่อยโฟตอนออกมาในกระบวนการนี้ การปรากฏตัวของโฟตอนเป็นผลมาจากความจริงที่ว่าอะตอมได้ผ่านเข้าสู่สถานะตื่นเต้นแล้ว เราสามารถพูดได้อย่างแน่นอนว่ามันเป็นการกระตุ้นที่นำไปสู่การปรากฏของโฟตอน และในแง่นี้ ความเชื่อมโยงของเหตุและผลจะถูกรักษาไว้ อย่างไรก็ตาม ช่วงเวลาที่แท้จริงของการเกิดขึ้นของโฟตอนนั้นไม่สามารถคาดเดาได้: อะตอมสามารถเปล่งแสงออกมาได้ทุกเมื่อ นักฟิสิกส์สามารถคำนวณเวลาที่น่าจะเป็นหรือค่าเฉลี่ยของการเกิดโฟตอนได้ แต่ในกรณีใดก็ตาม เป็นไปไม่ได้ที่จะทำนายช่วงเวลาที่เหตุการณ์นี้จะเกิดขึ้น เห็นได้ชัดว่าเพื่อระบุลักษณะของสถานการณ์ดังกล่าว เป็นการดีที่สุดที่จะบอกว่าการกระตุ้นของอะตอมไม่ได้นำไปสู่การปรากฏของโฟตอนมากเท่ากับการ "ผลัก" เข้าหามัน

ดังนั้น โลกควอนตัมไมโครเวิร์ลจึงไม่เข้าไปพัวพันกับสายสัมพันธ์เชิงเหตุที่หนาแน่น แต่อย่างไรก็ตาม "รับฟัง" คำสั่งและคำแนะนำมากมายที่ไม่เป็นการรบกวน ในรูปแบบเก่าของนิวตัน แรงยังคงหันไปหาวัตถุด้วยคำสั่งที่ตอบไม่ได้: "ย้าย!" ในฟิสิกส์ควอนตัม ความสัมพันธ์ระหว่างแรงและวัตถุขึ้นอยู่กับการเชื้อเชิญมากกว่าคำสั่ง

เหตุใดเราจึงพบว่าแนวคิดเรื่องการเกิดอย่างกะทันหันของวัตถุ "จากความว่างเปล่า" จึงเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ อะไรทำให้เราคิดถึงปาฏิหาริย์และปรากฏการณ์เหนือธรรมชาติ? บางทีมันอาจจะเป็นเรื่องแปลก เหตุการณ์ที่คล้ายกัน: ในชีวิตประจำวันเราไม่เคยเจอวัตถุหน้าตาไม่สมเหตุผลเลย ตัวอย่างเช่น เมื่อนักมายากลดึงกระต่ายออกจากหมวก เรารู้ว่าเรากำลังถูกหลอก

สมมติว่าเราอยู่ในโลกที่วัตถุปรากฏขึ้น "จากที่ใด" เป็นครั้งคราวโดยไม่มีเหตุผล และด้วยวิธีที่คาดเดาไม่ได้โดยสิ้นเชิง เมื่อคุ้นเคยกับปรากฏการณ์ดังกล่าวแล้ว เราจะเลิกประหลาดใจกับสิ่งเหล่านี้ การเกิดโดยธรรมชาติจะถูกมองว่าเป็นหนึ่งในการเปลี่ยนแปลงของธรรมชาติ บางที ในโลกเช่นนั้น เราไม่ต้องฝืนความงมงายอีกต่อไปเพื่อจินตนาการถึงการเกิดขึ้นอย่างกะทันหันของจักรวาลทางกายภาพทั้งหมดจากความว่างเปล่า

โลกในจินตนาการนี้โดยพื้นฐานแล้วไม่ต่างจากของจริงมากนัก หากเราสามารถรับรู้พฤติกรรมของอะตอมได้โดยตรงผ่านประสาทสัมผัสของเรา (ไม่ใช่ผ่านการไกล่เกลี่ยของเครื่องมือพิเศษ) เรามักจะต้องสังเกตวัตถุที่ปรากฏขึ้นและหายไปโดยไม่มีเหตุผลชัดเจน

ปรากฏการณ์ที่ใกล้เคียงที่สุดกับ "กำเนิดจากความว่างเปล่า" เกิดขึ้นในสนามไฟฟ้าที่แรงเพียงพอ ที่ค่าวิกฤตของความแรงของสนาม อิเล็กตรอนและโพซิตรอนเริ่มปรากฏขึ้น "จากความว่างเปล่า" ในทางสุ่มอย่างสมบูรณ์ การคำนวณแสดงให้เห็นว่าใกล้กับพื้นผิวของนิวเคลียสของยูเรเนียม ความแรงของสนามไฟฟ้าจะเพียงพอใกล้เคียงกับขีดจำกัดที่ผลกระทบนี้จะเกิดขึ้น ถ้ามี นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอน 200 ตัว (มี 92 ตัวในนิวเคลียสของยูเรเนียม) จากนั้นจะเกิดอิเล็กตรอนและโพสิตรอนขึ้นเอง น่าเสียดายที่นิวเคลียสที่มีโปรตอนจำนวนมากดูเหมือนจะไม่เสถียรอย่างยิ่ง แต่ก็ไม่แน่นอนทั้งหมด

การผลิตอิเล็กตรอนและโพสิตรอนที่เกิดขึ้นเองในสนามไฟฟ้าแรงสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นกัมมันตภาพรังสีชนิดพิเศษ เมื่อการสลายตัวประสบกับพื้นที่ว่างหรือสุญญากาศ เราได้พูดไปแล้วเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงจากสถานะสุญญากาศหนึ่งไปสู่อีกสถานะหนึ่งอันเป็นผลมาจากการสลายตัว ในกรณีนี้ สุญญากาศจะสลายตัวกลายเป็นสถานะที่มีอนุภาคอยู่

แม้ว่าการสลายตัวของอวกาศที่เกิดจากสนามไฟฟ้าจะเข้าใจได้ยาก แต่กระบวนการที่คล้ายกันภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงอาจเกิดขึ้นได้ในธรรมชาติ ใกล้กับพื้นผิวของหลุมดำ แรงโน้มถ่วงนั้นแรงมากจนสุญญากาศเต็มไปด้วยอนุภาคที่เกิดใหม่อย่างต่อเนื่อง นี่คือการแผ่รังสีของหลุมดำที่มีชื่อเสียงซึ่งค้นพบโดย Stephen Hawking ในท้ายที่สุด แรงโน้มถ่วงเป็นผู้รับผิดชอบในการกำเนิดรังสีนี้ แต่ไม่สามารถพูดได้ว่าสิ่งนี้เกิดขึ้น "ในความหมายของนิวตันแบบเก่า": เราไม่สามารถพูดได้ว่าอนุภาคใด ๆ ควรจะปรากฏในที่ใดที่หนึ่ง ณ ช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง อันเป็นผลมาจากการกระทำของแรงโน้มถ่วง ไม่ว่าในกรณีใด เนื่องจากแรงโน้มถ่วงเป็นเพียงความโค้งของกาล-อวกาศ จึงอาจกล่าวได้ว่ากาล-อวกาศเป็นสาเหตุของการเกิดสสาร

การเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติของสสารจากความว่างมักเรียกว่าการเกิด "จากความว่างเปล่า" ซึ่งใกล้เคียงกับการเกิดในจิตวิญญาณ อดีตนิฮิโลในหลักคำสอนของศาสนาคริสต์ อย่างไรก็ตาม สำหรับนักฟิสิกส์ พื้นที่ว่างไม่ใช่ "ความว่างเปล่า" เลย แต่เป็นส่วนสำคัญอย่างยิ่งของจักรวาลทางกายภาพ หากเรายังต้องการตอบคำถามว่าเอกภพเกิดขึ้นมาได้อย่างไร ก็ไม่เพียงพอที่จะสันนิษฐานว่าพื้นที่ว่างนั้นมีอยู่ตั้งแต่แรกเริ่ม จำเป็นต้องอธิบายว่าพื้นที่นี้มาจากไหน นึกถึงการเกิด พื้นที่ของตัวเองอาจดูแปลกแต่ในความรู้สึกมันเกิดขึ้นรอบตัวเราตลอดเวลา การขยายตัวของเอกภพเป็นเพียง "การพองตัว" ของอวกาศอย่างต่อเนื่อง ทุกวัน พื้นที่ของเอกภพที่กล้องโทรทรรศน์ของเราเข้าถึงได้เพิ่มขึ้น 10 ^ 18 ลูกบาศก์ปีแสง พื้นที่นี้มาจากไหน? การเปรียบเทียบยางมีประโยชน์ที่นี่ หากดึงแถบยางยืดออก มันจะ "ใหญ่ขึ้น" อวกาศมีลักษณะคล้ายกับความยืดหยุ่นยิ่งยวด โดยเท่าที่เรารู้ มันสามารถยืดออกไปเรื่อยๆ โดยไม่ฉีกขาด

การยืดและความโค้งของอวกาศคล้ายกับการเสียรูปของวัตถุยืดหยุ่นตรงที่ "การเคลื่อนที่" ของอวกาศเกิดขึ้นตามกฎของกลศาสตร์ในลักษณะเดียวกับการเคลื่อนที่ของสสารทั่วไป ในกรณีนี้ นี่คือกฎแห่งแรงดึงดูด ทฤษฎีควอนตัมใน อย่างเท่าเทียมกันใช้ได้กับสสารตลอดจนอวกาศและเวลา ในบทที่แล้ว เราได้กล่าวว่าแรงโน้มถ่วงควอนตัมถูกมองว่าเป็นขั้นตอนที่จำเป็นในการค้นหามหาอำนาจ ในการเชื่อมต่อนี้ มีความเป็นไปได้ที่แปลกประหลาดเกิดขึ้น ถ้าตาม ทฤษฎีควอนตัมอนุภาคของสสารสามารถเกิดขึ้น "จากความว่างเปล่า" ดังนั้นเมื่อเทียบกับแรงโน้มถ่วง มันจะไม่อธิบายการเกิดขึ้น "จากความว่างเปล่า" และอวกาศหรือไม่? หากสิ่งนี้เกิดขึ้น การกำเนิดของเอกภพเมื่อ 18 พันล้านปีก่อนเป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งของกระบวนการดังกล่าวไม่ใช่หรือ

อาหารกลางวันฟรี?

แนวคิดหลักของจักรวาลวิทยาควอนตัมคือการประยุกต์ใช้ทฤษฎีควอนตัมกับจักรวาลโดยรวม: อวกาศ-เวลาและสสาร นักทฤษฎีใช้ความคิดนี้อย่างจริงจังเป็นพิเศษ เมื่อมองแวบแรก มีความขัดแย้งอยู่ที่นี่: ฟิสิกส์ควอนตัมเกี่ยวข้องกับระบบที่เล็กที่สุด ในขณะที่จักรวาลวิทยาเกี่ยวข้องกับระบบที่ใหญ่ที่สุด อย่างไรก็ตาม ครั้งหนึ่งจักรวาลเคยถูกจำกัดให้มีขนาดเล็กมาก ดังนั้นเอฟเฟกต์ควอนตัมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในตอนนั้น ผลการคำนวณบ่งชี้ว่ากฎควอนตัมควรนำมาพิจารณาในยุค GUT (10^-32 วินาที) และในยุคพลังค์ (10^-43 วินาที) กฎเหล่านี้น่าจะมีบทบาทชี้ขาด ตามที่นักทฤษฎีบางคน (เช่น Vilenkin) ระหว่างสองยุคนี้มีช่วงเวลาที่จักรวาลเกิดขึ้น จากข้อมูลของ Sydney Coleman เราได้ก้าวกระโดดควอนตัมจาก Nothing to Time เห็นได้ชัดว่ากาลอวกาศเป็นของที่ระลึกของยุคนี้ การก้าวกระโดดควอนตัมที่โคลแมนพูดถึงอาจถูกมองว่าเป็น "กระบวนการสร้างอุโมงค์" เราตั้งข้อสังเกตว่าในทฤษฎีเงินเฟ้อฉบับดั้งเดิม สถานะสุญญากาศเท็จจะต้องผ่านอุปสรรคพลังงานไปสู่สถานะสุญญากาศที่แท้จริง อย่างไรก็ตาม ในกรณีของการเกิดขึ้นเองของจักรวาลควอนตัม "จากความว่างเปล่า" สัญชาตญาณของเราจะถึงขีดสุดของความสามารถ ปลายด้านหนึ่งของอุโมงค์แสดงถึงจักรวาลทางกายภาพในอวกาศและเวลา ซึ่งไปถึงที่นั่นได้ด้วยการขุดอุโมงค์ควอนตัม "จากความว่างเปล่า" ดังนั้น ปลายอีกด้านของอุโมงค์ก็คือ ไม่มีอะไรมาก! บางทีมันอาจจะดีกว่าที่จะบอกว่าอุโมงค์มีเพียงปลายด้านหนึ่งและอีกด้านก็ "ไม่มีอยู่จริง"

ความยากหลักของความพยายามเหล่านี้ในการอธิบายกำเนิดของเอกภพอยู่ที่คำอธิบายกระบวนการกำเนิดจากสภาวะสุญญากาศที่ผิดพลาด หากกาล-อวกาศที่เพิ่งเกิดขึ้นอยู่ในสภาพสุญญากาศอย่างแท้จริง ภาวะเงินเฟ้อก็ไม่มีทางเกิดขึ้นได้ บิ๊กแบงจะลดลงเหลือการระเบิดที่อ่อนแอ และกาลอวกาศจะหยุดอยู่อีกครั้งในอีกสักครู่ต่อมา - มันจะถูกทำลายโดยกระบวนการควอนตัมอย่างมากเนื่องจากมันเกิดขึ้นในตอนแรก ถ้าเอกภพไม่พบว่าตัวเองอยู่ในสถานะสุญญากาศปลอม มันก็จะไม่มีทางเข้าไปพัวพันกับบูทสแตรปของจักรวาลและจะไม่สร้างภาพลวงตาของการมีอยู่ของมัน บางทีอาจเป็นที่ต้องการสถานะสุญญากาศเท็จเนื่องจากคุณลักษณะของมัน เงื่อนไขที่รุนแรง. ตัวอย่างเช่น หากเอกภพเริ่มขึ้นที่อุณหภูมิเริ่มต้นสูงเพียงพอและจากนั้นเย็นลง ก็อาจถึงขั้น "เกยตื้น" ในสุญญากาศปลอมได้ แต่จนถึงตอนนี้ คำถามทางเทคนิคประเภทนี้จำนวนมากยังคงไม่ได้รับการแก้ไข

แต่ไม่ว่าความจริงของปัญหาพื้นฐานเหล่านี้จะเป็นอย่างไร จักรวาลจะต้องเกิดขึ้นไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง และควอนตัมฟิสิกส์เป็นสาขาเดียวของวิทยาศาสตร์ที่เหมาะสมที่จะพูดถึงเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นโดยไม่มีเหตุผลที่ชัดเจน หากเรากำลังพูดถึงกาลอวกาศ ในกรณีใดก็ตาม การพูดถึงเวรกรรมตามความหมายปกติก็ไม่มีความหมาย โดยปกติแล้ว แนวคิดเรื่องเหตุและผลจะเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับแนวคิดเรื่องเวลา ดังนั้นการพิจารณาใดๆ เกี่ยวกับกระบวนการเกิดขึ้นของเวลาหรือ "การออกจากการไม่มีอยู่" จะต้องขึ้นอยู่กับแนวคิดเรื่องเหตุและผลที่กว้างขึ้น

ถ้าที่ว่างมี 10 มิติจริงๆ ทฤษฎีถือว่ามิติทั้ง 10 เท่ากันในช่วงแรกๆ เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะเชื่อมโยงปรากฏการณ์ของการพองตัวเข้ากับการกระชับ (การพับ) ที่เกิดขึ้นเองในเจ็ดในสิบมิติ ตามสถานการณ์นี้ "ตัวขับเคลื่อน" ของอัตราเงินเฟ้อเป็นผลพลอยได้จากการโต้ตอบที่แสดงออกมาผ่านมิติเพิ่มเติมของพื้นที่ นอกจากนี้ พื้นที่สิบมิติสามารถวิวัฒนาการตามธรรมชาติในลักษณะที่ในช่วงเงินเฟ้อ มิติเชิงพื้นที่สามมิติจะเติบโตอย่างแข็งแกร่งโดยมีค่าใช้จ่ายอีกเจ็ดมิติ ซึ่งตรงกันข้าม หดตัวลง กลายเป็นมองไม่เห็น? ดังนั้น microbubble ควอนตัมของพื้นที่สิบมิติจึงถูกบีบอัดและด้วยเหตุนี้สามมิติจึงพองตัวขึ้นก่อตัวเป็นจักรวาล: อีกเจ็ดมิติที่เหลือยังคงอยู่ในการถูกจองจำของพิภพเล็กซึ่งปรากฏโดยอ้อมเท่านั้น - ในรูปแบบ ของการโต้ตอบ ทฤษฎีนี้ดูน่าสนใจมาก

แม้จะมีข้อเท็จจริงที่ว่ายังมีงานอีกมากสำหรับนักทฤษฎีในการศึกษาธรรมชาติของเอกภพในยุคแรกเริ่ม แต่ก็เป็นไปได้ที่จะให้โครงร่างทั่วไปของเหตุการณ์ที่ส่งผลให้เอกภพกลายเป็นสิ่งที่สังเกตได้ในปัจจุบัน ในตอนเริ่มต้น เอกภพเกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติ ด้วยความสามารถของพลังงานควอนตัมในการทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ชนิดหนึ่ง ฟองอากาศในพื้นที่ว่างสามารถขยายตัวในอัตราที่เพิ่มมากขึ้น สร้างพลังงานสำรองจำนวนมหาศาลด้วยบูทสแตรป สุญญากาศปลอมนี้เต็มไปด้วยพลังงานที่สร้างขึ้นเอง ไม่เสถียรและเริ่มสลายตัว ปล่อยพลังงานออกมาในรูปของความร้อน ดังนั้นฟองอากาศแต่ละฟองจึงเต็มไปด้วยสสารที่พ่นไฟได้ (ลูกไฟ) อัตราเงินเฟ้อ (เงินเฟ้อ) ของฟองสบู่หยุดลง แต่บิ๊กแบงเริ่มขึ้น ใน "นาฬิกา" ของเอกภพขณะนั้นเป็นเวลา 10^-32 วินาที

จากลูกไฟดังกล่าว สสารและวัตถุทั้งหมดก็เกิดขึ้น เมื่อวัสดุอวกาศเย็นตัวลง มันก็ประสบผลต่อเนื่องกัน การเปลี่ยนเฟส. ด้วยการเปลี่ยนผ่านแต่ละครั้ง โครงสร้างที่แตกต่างกันมากขึ้นเรื่อยๆ ถูก "แช่แข็ง" จากวัสดุหลักที่ไม่มีรูปร่าง ปฏิสัมพันธ์แยกออกจากกันทีละคน ทีละขั้นตอน วัตถุที่เราเรียกว่าอนุภาคย่อยของอะตอมได้รับคุณลักษณะที่มีอยู่ในปัจจุบัน เมื่อองค์ประกอบของ "ซุปจักรวาล" มีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ ความผิดปกติขนาดใหญ่ที่หลงเหลือจากช่วงเวลาของการพองตัวก็ขยายตัวกลายเป็นกาแลคซี ในกระบวนการสร้างโครงสร้างและการแยกตัวต่อไป ชนิดต่างๆสสารจักรวาลมีรูปแบบที่คุ้นเคยมากขึ้นเรื่อยๆ พลาสมาร้อนควบแน่นเป็นอะตอม ก่อตัวเป็นดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ และสุดท้ายคือชีวิต ดังนั้นจักรวาลจึง "รู้" ตัวเอง

สสาร พลังงาน ที่ว่าง เวลา ปฏิสัมพันธ์ สนาม ความเป็นระเบียบ และโครงสร้าง - ทั้งหมดแนวคิดเหล่านี้ยืมมาจาก "รายการราคาของผู้สร้าง" ทำหน้าที่เป็นลักษณะสำคัญของจักรวาล ฟิสิกส์ใหม่เปิดโอกาสให้มีคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับที่มาของสิ่งเหล่านี้ เราไม่จำเป็นต้องป้อน "ด้วยตนเอง" โดยเฉพาะอีกต่อไปตั้งแต่เริ่มต้นอีกต่อไป เราสามารถเห็นได้ว่าคุณสมบัติพื้นฐานทั้งหมดของโลกทางกายภาพสามารถปรากฏขึ้นได้อย่างไร โดยอัตโนมัติอันเป็นผลมาจากกฎของฟิสิกส์ โดยไม่ต้องถือว่าการมีอยู่ของเงื่อนไขเริ่มต้นที่มีความเฉพาะเจาะจงสูง จักรวาลวิทยาใหม่อ้างว่าสถานะเริ่มต้นของเอกภพไม่มีบทบาทใดๆ เนื่องจากข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับเอกภพถูกลบออกไประหว่างการพองตัว จักรวาลที่เราสังเกตเห็นนั้นเป็นเพียงร่องรอยของกระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นตั้งแต่จุดเริ่มต้นของการพองตัว

เป็นเวลาหลายพันปีที่มนุษยชาติเชื่อว่า วันนี้เราสามารถพูดได้ว่าทุกสิ่งมาจากความว่างเปล่า คุณไม่จำเป็นต้อง "จ่าย" สำหรับจักรวาล - เป็น "อาหารกลางวันฟรี" อย่างแน่นอน

ตามทฤษฎีนี้ เอกภพปรากฏในรูปแบบของสสารที่มีความหนาแน่นสูงจำนวนมาก หลังจากนั้นมันก็เริ่มขยายตัวและเย็นลง ในขั้นแรกของวิวัฒนาการ เอกภพอยู่ในสภาวะที่มีความหนาแน่นสูงและเป็นพลาสมาแบบกลูออน ถ้าโปรตอนและนิวตรอนชนกันและก่อตัวเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่า ในการชนครั้งต่อไปกับอนุภาคเร็วใดๆ พวกมันสลายตัวเป็นส่วนประกอบพื้นฐานทันที

ประมาณ 1 พันล้านปีก่อน การก่อตัวของกาแลคซีเริ่มขึ้น ในขณะนั้นจักรวาลเริ่มคล้ายกับสิ่งที่เราเห็นจากระยะไกล 300,000 ปีหลังจากบิกแบง มันเย็นลงมากจนนิวเคลียสยึดอิเล็กตรอนไว้อย่างแน่นหนา อันเป็นผลให้อะตอมที่เสถียรไม่สลายตัวทันทีหลังจากชนกับนิวเคลียสอื่น

การก่อตัวของอนุภาค

การก่อตัวของอนุภาคเริ่มขึ้นจากการขยายตัวของเอกภพ การทำให้เย็นลงอีกนำไปสู่การก่อตัวของนิวเคลียสของฮีเลียม ซึ่งเกิดขึ้นจากการสังเคราะห์นิวเคลียสปฐมภูมิ ต้องผ่านไปประมาณสามนาทีตั้งแต่เกิดบิกแบงก่อนที่เอกภพจะเย็นลง และพลังงานกระแทกลดลงมากจนอนุภาคเริ่มก่อตัวเป็นนิวเคลียสที่เสถียร ในช่วงสามนาทีแรก เอกภพเป็นทะเลอนุภาคมูลฐานที่ร้อนแดง

การก่อตัวปฐมภูมิของนิวเคลียสเกิดขึ้นไม่นาน หลังจากสามนาทีแรก อนุภาคจะเคลื่อนออกจากกัน ดังนั้นการชนระหว่างกันจึงเกิดขึ้นน้อยมาก ในช่วงเวลาสั้น ๆ ของการสังเคราะห์นิวเคลียสขั้นต้น ดิวเทอเรียมปรากฏขึ้น - ไอโซโทปหนักของไฮโดรเจนซึ่งนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนหนึ่งตัวและหนึ่งโปรตอน พร้อมกันกับดิวทีเรียม ฮีเลียม-3 ฮีเลียม-4 และลิเธียม-7 จำนวนเล็กน้อยก่อตัวขึ้น องค์ประกอบที่หนักมากขึ้นปรากฏขึ้นในขั้นตอนของการก่อตัวของดาวฤกษ์

หลังจากกำเนิดเอกภพ

ควาร์กรวมกันเป็นอนุภาคมูลฐานประมาณหนึ่งในแสนของวินาทีนับจากจุดเริ่มต้นของการกำเนิดจักรวาล นับจากนั้นเป็นต้นมา เอกภพกลายเป็นทะเลเย็นของอนุภาคมูลฐาน ต่อจากนั้น กระบวนการที่เรียกว่าการรวมพลังพื้นฐานอันยิ่งใหญ่ก็เริ่มต้นขึ้น จากนั้นในจักรวาลมีพลังงานที่สอดคล้องกับพลังงานสูงสุดที่สามารถรับได้ในเครื่องเร่งอนุภาคสมัยใหม่ หลังจากนั้น การขยายตัวของเงินเฟ้ออย่างฉับพลันก็เริ่มขึ้น และปฏิปักษ์ก็หายไปในเวลาเดียวกัน