1917-ben A. Einstein megépítette az Univerzum modelljét. Ebben a modellben egy lambda-paraméternek nevezett kozmológiai taszító erőt használtak az Univerzum gravitációs instabilitásának leküzdésére. Később Einstein azt mondta, hogy ez volt a legnagyobb hibája, ellentétben az általa megalkotott relativitáselmélet szellemével: a gravitációs erőt ebben az elméletben a téridő görbületével azonosítják. Az Einstein-univerzum hiperhenger alakú volt, melynek mértékét az energiamegnyilvánulási formák (anyag, mező, sugárzás, vákuum) teljes száma és összetétele határozta meg ebben a hengerben. Az idő ebben a modellben a végtelen múltból a végtelen jövőbe irányul. Itt tehát az Univerzum energiájának és tömegének (anyag, mező, sugárzás, vákuum) mennyisége arányosan kapcsolódik a térszerkezetéhez: alakjában korlátozott, de végtelen sugarú és időben végtelen.

A kutatók, akik elkezdték elemezni ezt a modellt, észrevették

szélsőséges instabilitásához hasonlóan a szélén álló érméhez, amelynek egyik oldala a táguló, másik oldala a zárt Univerzumnak felel meg: az Univerzum egyes fizikai paramétereit figyelembe véve Einstein modellje szerint kiderül, örökké terjeszkedőnek lenni, másokat figyelembe véve – zárt. Például W. de Sitter holland csillagász, miután feltételezte, hogy Einstein modelljében az idő ugyanúgy görbült, mint a tér, megkapta az Univerzum modelljét, amelyben az idő teljesen megáll a nagyon távoli objektumokban.

A. IngyenesdFérfi,fÉshIRÉs a Petrográdi Egyetem matematikusa, megjelentV1922 G. cikk« RÓL RŐLgörbülethely."BAN BEN bemutatta az általános relativitáselmélet tanulmányozásának eredményeit, amelyek nem zárták ki a világegyetem három modelljének matematikai lehetőségét: az euklideszi térben lévő Univerzum modelljét ( NAK NEK = 0); modell, amelynek együtthatója egyenlő ( K> 0) és egy modell a Lobacsevszkij - Bolyai térben ( NAK NEK< 0).

A. Friedman számításai során abból az álláspontból indult ki, hogy az érték ill

Az Univerzum sugara arányos az energia, az anyag és egyebek mennyiségével

megnyilvánulási formái az Univerzum egészében. A. Friedman matematikai következtetései tagadták a kozmológiai taszító erő bevezetésének szükségességét, mivel az általános relativitáselmélet nem zárta ki annak lehetőségét, hogy létezzen az Univerzum olyan modellje, amelyben a tágulási folyamat megfelel a hozzá kapcsolódó tömörítési folyamatnak. az Univerzumot alkotó energia-anyag sűrűségének és nyomásának növekedésével (anyag, mező, sugárzás, vákuum). A. Friedman következtetései sok tudósban és magában A. Einsteinben is kétségeket ébresztettek. Bár G. Minkowski matematikus már 1908-ban a speciális relativitáselmélet geometriai értelmezését követően megkapta az Univerzum modelljét, amelyben a görbületi együttható nulla ( NAK NEK = 0), azaz a Világegyetem modellje az euklideszi térben.

N. Lobacsevszkij, a nem-euklideszi geometria megalapítója a Földtől távoli csillagok közötti háromszög szögeit mérte, és felfedezte, hogy egy háromszög szögeinek összege 180°, azaz a tér a térben euklideszi. Az Univerzum megfigyelt euklideszi tere a modern kozmológia egyik rejtélye. Jelenleg úgy gondolják, hogy az anyag sűrűsége

az Univerzumban a kritikus sűrűség 0,1-0,2 része. A kritikus sűrűség körülbelül 2·10 -29 g/cm 3 . A kritikus sűrűség elérése után az Univerzum összehúzódni kezd.

A. Friedman modellje "NAK NEK > 0" a táguló Univerzum az eredetitől

állapota, amelybe újra vissza kell térnie. Ebben a modellben megjelent az Univerzum korának fogalma: egy korábbi állapot jelenléte az adott pillanatban megfigyelthez képest.

Feltéve, hogy az egész Univerzum tömege egyenlő 5 10 2 1 naptömeggel, A.

Friedman kiszámította, hogy a megfigyelhető Univerzum összenyomott állapotban van

a modell szerint" K > 0" körülbelül 10-12 milliárd évvel ezelőtt. Ezt követően tágulni kezdett, de ez a tágulás nem lesz végtelen, és egy bizonyos idő elteltével az Univerzum újra összehúzódik. A. Friedman nem volt hajlandó tárgyalni az Univerzum kezdeti, tömörített állapotának fizikáját, mivel a mikrovilág törvényei akkor még nem voltak egyértelműek. A. Friedman matematikai következtetéseit nemcsak A. Einstein, hanem más tudósok is többször ellenőrizték és ellenőrizték. Egy bizonyos idő elteltével A. Einstein A. Friedman levelére válaszolva elismerte e döntések helyességét, és A. Friedmant „az első tudósnak, aki az Univerzum relativisztikus modelljeinek megalkotásának útjára lépte”. Sajnos A. Friedman korán meghalt. Személyében a tudomány egy tehetséges tudóst veszített el.

Ahogy fentebb említettük, sem A. Friedman, sem A. Einstein nem ismerte a galaxisok „szóródásának” tényére vonatkozó V. Slifer (1875-1969) amerikai csillagász által 1912-ben szerzett adatokat. 1925-re megmérte a mozgás sebességét. több tíz galaxisból. Ezért A. Friedman kozmológiai elképzeléseit főleg elméleti vonatkozásban tárgyalták. NOmár V 1929

G.Amerikaicsillagász E. Hubble (1889-1953) Val vel segítséggel távcső műszer spektrummalAvonalelemzéstól tőlszárny tAa híváshozemosottuhhatás

"piroselmozdulás." Az általa megfigyelt galaxisokból érkező fény

a látható fény színspektrumának vörös részére tolódott el. Ez azt jelentette

hogy a megfigyelt galaxisok távolodnak, „szétszóródnak” a megfigyelőtől.

A vöröseltolódási effektus a Doppler-effektus speciális esete. K. Doppler (1803-1853) osztrák tudós fedezte fel 1824-ben. Amikor a hullámforrás eltávolodik a hullámokat rögzítő eszközhöz képest, a hullámhossz megnő és rövidül, amikor egy álló hullámvevőhöz közeledik. Fényhullámok esetén a hosszú fényhullámok a fényspektrum vörös szegmensének (piros - lila), a rövidek - az ibolya szegmensnek felelnek meg. A „vöröseltolódás” effektust E. Hubble használta a galaxisok távolságának és eltávolításuk sebességének mérésére: ha a „vöröseltolódás” a galaxistól A, Például, fájdalomwe V kettő alkalommal, hogyan tól től galaxisok BAN BEN, majd a galaxis távolságát A kétszer annyi, mint a galaxis előtt BAN BEN.

E. Hubble megállapította, hogy az összes megfigyelt galaxis az égi szféra minden irányába a hozzájuk való távolsággal arányos sebességgel távolodik: Vr = óra, Ahol r - távolság a megfigyelt galaxistól, parszekben mérve (1 ps körülbelül 3,1 10 1 6 m), Vr - a megfigyelt galaxis mozgási sebessége, Η - A Hubble-állandó, vagy a galaxis sebessége és távolsága közötti arányossági együttható

a szemlélőtől. Az égi szféra egy olyan fogalom, amelyet a csillagos égbolt tárgyak szabad szemmel történő leírására használnak. A régiek valóságnak tekintették az égi gömböt, melynek belső oldalán a csillagok rögzítették. Kiszámolva ennek a mennyiségnek az értékét, amely később Hubble-állandóként vált ismertté, E. Hubble arra a következtetésre jutott, hogy ez körülbelül 500 km/(s Mpc). Más szóval, egy egymillió parszeknyi térdarab egy másodperc alatt 500 km-rel növekszik.

Képlet Vr= Hr lehetővé teszi mind a galaxisok eltávolítását, mind a fordított helyzetet, egy bizonyos kezdeti pozíció felé való mozgást, a galaxisok időbeni „szóródásának” kezdetét. A Hubble-állandó reciprokának idődimenziója van: t(idő) = futópálya menti látástávolság = 1/H. Amikor érték N, A fentebb említett E. Hubble a galaxisok „szóródásának” kezdeti idejét 3 milliárd évre érte el, ami kétségbe vonta az általa számított érték helyességének relativitását. A „vörös eltolás” effektus segítségével E. Hubble elérte az akkoriban ismert legtávolabbi galaxisokat: minél távolabb van a galaxis, annál kisebb a fényessége. Ez lehetővé tette, hogy E. Hubble azt mondja, hogy a képlet Vr = HR kifejezi az Univerzum tágulásának megfigyelt tényét, amelyet A. Friedman modelljében tárgyaltunk. E. Hubble csillagászati ​​kutatásait számos tudós kezdett úgy tekinteni, mint A. Friedman nem-stacionárius, táguló univerzum modellje helyességének kísérleti megerősítését.

Néhány tudós már az 1930-as években kétségeit fejezte ki az adatokkal kapcsolatban

E. Hubble. Például P. Dirac hipotézist terjesztett elő a fénykvantumok természetes kivörösödésére vonatkozóan kvantumjellegük és a világűr elektromágneses mezőivel való kölcsönhatás miatt. Mások rámutattak a Hubble-állandó elméleti következetlenségére: miért kellene a Hubble-állandó értékének az Univerzum fejlődésének minden pillanatában azonosnak lennie? A Hubble-állandónak ez a stabil állandósága arra utal, hogy az Univerzum általunk ismert, a Megagalaxisban működő törvényei az egész Univerzum egészére nézve kötelezőek. Talán, ahogy a Hubble-állandó kritikusai mondják, vannak más törvények is, amelyeknek a Hubble-állandó nem fog megfelelni.

Például azt mondják, hogy a fény „pirosodhat” a csillagközi (ISM) és intergalaktikus (IGM) közeg hatására, ami meghosszabbíthatja mozgásának hullámhosszát a megfigyelő felé. Az E. Hubble kutatásaival kapcsolatban vitákra adott okot a galaxisok fénysebességet meghaladó mozgási lehetőségének feltételezése volt. Ha ez lehetséges, akkor ezek a galaxisok eltűnhetnek a megfigyelésünkből, mivel az általános relativitáselmélet szerint a fénynél gyorsabban nem továbbítható jelek. Ennek ellenére a legtöbb tudós úgy véli, hogy E. Hubble megfigyelései megalapozták az Univerzum tágulásának tényét.

A galaxisok tágulásának ténye nem magukon a galaxisokon belüli tágulást jelenti, mivel szerkezeti bizonyosságukat a belső gravitációs erők működése biztosítja.

E. Hubble megfigyelései hozzájárultak A. Friedman modelljeinek további tárgyalásához. belgaszerzetesÉscsillagászÉS.Lemetr(VneRüvöltésfél múlt)századfizetettfigyeljAciójatovábbslefújkörülmény:galaxis recesszióeszközökkiterjesztéshely,ennélfogva,Vmúlt

voltcsökkenhangerőÉsPlkapcsolatokatVetársadalom. Lemaitre az anyag kezdeti sűrűségének nevezte a 10 9 3 g/cm 3 sűrűségű protoatomot, amelyből Isten a világot teremtette. Ebből a modellből az következik, hogy az anyagsűrűség fogalma felhasználható a tér és idő fogalmainak alkalmazhatósági határainak meghatározására. 10 9 3 g/cm 3 sűrűségnél az idő és a tér fogalmai elvesztik megszokott fizikai jelentésüket. Ez a modell szupersűrű és szuperforró fizikai paraméterekkel hívta fel a figyelmet a fizikai állapotra. Emellett modelleket is javasoltak lüktetőVilágegyetem: Az univerzum tágul és összehúzódik, de soha nem éri el a szélsőséges határokat. A Pulzáló Univerzum modellek nagy hangsúlyt fektetnek az Univerzum energia-anyag sűrűségének mérésére. Amikor elérjük a kritikus sűrűségi határt, az Univerzum kitágul vagy összehúzódik. Ennek eredményeként megjelent a kifejezés "egyedülénrnoe"(lat. szingularus - különálló, egyetlen) állapot, amelyben a sűrűség és a hőmérséklet végtelen értéket vesz fel. Ez a kutatási irány az Univerzum „rejtett tömegének” problémájával szembesült. A helyzet az, hogy az Univerzum megfigyelt tömege nem esik egybe az elméleti modellek alapján számított tömegével.

Modell"Nagyrobbanás." Honfitársunk, G. Gamow (1904-1968)

a Petrográdi Egyetemen dolgozott, és ismerte a kozmológiai elképzeléseket

A. Friedman. 1934-ben üzleti útra küldték az USA-ba, ahol élete végéig maradt. A. Friedman kozmológiai elképzeléseinek hatására G. Gamow két probléma iránt érdeklődött:

1) a kémiai elemek relatív mennyisége az Univerzumban és 2) eredetük. A huszadik század első felének végére. Élénk vita folyt ezekről a problémákról: hol keletkezhetnek nehéz kémiai elemek, ha a hidrogén (1 1 H) és a hélium (4 H) a legnagyobb mennyiségben előforduló kémiai elemek az Univerzumban. G. Gamow azt javasolta, hogy a kémiai elemek története az Univerzum tágulásának legelejére vezethető vissza.

ModellG.GamovanAhívottmodell"Nagyrobbanás",nOőMegvan

ÉsEgyébNév:"A-B-D-elmélet". Ez a cím jelzi az 1948-ban megjelent cikk szerzőinek kezdő leveleit (Alpher, Bethe, Gamow), amely a „forró Univerzum” modelljét tartalmazta, de a cikk fő gondolata G. Gamowé volt. .

Röviden a modell lényegéről:

1. Az Univerzum „eredeti kezdetét” Friedman modellje szerint egy szupersűrű és szuperforró állapot jellemezte.

2. Ez az állapot az Univerzum teljes anyag- és energiakomponensének korábbi összenyomódása eredményeként jött létre.

3. Ez a feltétel rendkívül kis mennyiségnek felelt meg.

4. Az energia-anyag, miután ebben az állapotban elért egy bizonyos sűrűségi és hőmérsékleti határt, felrobbant, ősrobbanás történt, amit Gamow ún.

"Kozmológiai ősrobbanás".

5. Szokatlan robbanásról beszélünk.

6. Az Ősrobbanás bizonyos mozgási sebességet adott az ősrobbanás előtti eredeti fizikai állapot minden töredékének.

7. Mivel a kezdeti állapot szuperforró volt, a tágulásnak meg kell őriznie ennek a hőmérsékletnek a maradványait a táguló Univerzum minden irányában.

8. Ennek a maradék hőmérsékletnek az Univerzum minden pontján megközelítőleg azonosnak kell lennie.

Ezt a jelenséget reliktumnak (ősi), háttérsugárzásnak nevezték.

1953 G. Gamow kiszámította a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás hullámhőmérsékletét. Neki

kiderült, hogy 10 K. A CMB sugárzás mikrohullámú elektromágneses sugárzás.

1964-ben A. Penzias és R. Wilson amerikai szakemberek véletlenül felfedezték a reliktum sugárzást. Az új rádióteleszkóp antennáinak felszerelése után a 7,8 cm-es tartományban már nem tudtak megszabadulni a zavarástól, ez az interferencia és zaj az űrből jött, méretben és minden irányban azonos. Ennek a háttérsugárzásnak a mérései 10 K alatti hőmérsékletet adtak.

Így beigazolódott G. Gamow reliktum, háttérsugárzásról szóló hipotézise. G. Gamow a háttérsugárzás hőmérsékletével foglalkozó munkáiban A. Friedman képletét használta, amely a sugárzássűrűség változásának időbeli függését fejezi ki. parabolikusan ( K> 0) az Univerzum modelljei. Friedman egy olyan állapotot tartott, ahol a sugárzás uralja a végtelenül táguló Univerzum anyagát.

Gamow modellje szerint az Univerzum fejlődésének két korszaka volt: a) a sugárzás (fizikai tér) túlsúlya az anyaggal szemben;

b) az anyag túlsúlya a sugárzással szemben. A kezdeti időszakban a sugárzás dominált az anyaggal szemben, majd volt, amikor arányuk egyenlő volt, és volt, amikor az anyag kezdett túlsúlyba kerülni a sugárzással szemben. Gamow meghatározta a határt e korszakok között - 78 millió év.

A huszadik század végén. háttérsugárzás mikroszkópos változásainak mérése, amelyet ún ragyásbYu, számos kutató arra késztetett, hogy azzal érveljen, hogy ezek a hullámok a sűrűség változását jelentik anyagokatÉsenergiaGIIV a gravitációs erők hatására a fejlődés korai szakaszai Világegyetem.

Modell "Ban benflyatsiOnem zavarVilágegyetem".

Az "infláció" (lat. "infláció") duzzanatként értelmezhető. Két kutató, A. Guth és P. Seinhardt javasolta ezt a modellt. Ebben a modellben az Univerzum evolúciója a kvantumvákuum gigantikus duzzadásával jár együtt: 10 -30 s alatt az Univerzum mérete 1050-szeresére nő. Az infláció adiabatikus folyamat. A hűtéssel és a gyenge, elektromágneses és erős kölcsönhatások közötti különbségek megjelenésével jár. Az Univerzum felfújásának analógiája durván szólva egy túlhűtött folyadék hirtelen kikristályosodásával ábrázolható. Kezdetben az inflációs szakaszt az Univerzum „újjászületésének” tekintették az ősrobbanás után. Jelenleg az inflációs modellek ezt a fogalmat használják ÉsnflatonnOthmezőket. Ez egy hipotetikus mező (az infláció szóból), amelyben a véletlenszerű ingadozásoknak köszönhetően ennek a mezőnek a 10-33 cm-nél nagyobb méretű homogén konfigurációja alakult ki, amelyből a tágulás és a felmelegedés következett be. Univerzum, amelyben élünk.

Az Univerzum eseményeinek leírása az „Inflációs Univerzum” modell alapján teljesen egybeesik az Ősrobbanás modellen alapuló leírással, a tágulástól számított 10-30-ig. Az inflációs fázis azt jelenti, hogy a megfigyelhető Univerzum csak egy része az Univerzumnak. T. Ya. Dubnischeva „A modern természettudomány fogalmai” című tankönyvében az események következő menetét javasolja az „Inflációs univerzum” modellje szerint:

1) t - 10 - 4 5 s. Ezen a ponton, az Univerzum tágulásának megkezdése után, sugara körülbelül 10-50 cm volt, ez a jelenség a modern fizika szempontjából szokatlan. Feltételezzük, hogy az inflációs mező kvantumhatásai által generált események előzik meg. Ez az idő kevesebb, mint a „Planck-korszak” ideje - 10 - 4 3 s. Ez azonban nem zavarja meg ennek a modellnek a híveit, akik 10-50 másodperces számításokat végeznek;

2) t - körülbelül 10 -43 és 10 -35 másodperc között - a „Nagy Egyesítés” korszaka, vagy a fizikai kölcsönhatás összes erőjének egyesülése;

3) t - körülbelül 10 - 3 5 - 10 -5 - az inflációs szakasz gyors része,

amikor az Univerzum átmérője 10 5 0-szeresére nőtt. Az elektron-kvark közeg megjelenéséről és kialakulásáról beszélünk;

4) t- körülbelül 10 -5 és 10 5 s között először a kvarkok visszatartása következik be a hadronokban, majd a jövőbeli atomok magjai képződnek, amelyekből azután anyag keletkezik.

Ebből a modellből az következik, hogy az Univerzum tágulásának kezdetétől számított egy másodperc elteltével megtörténik az anyag megjelenésének folyamata, az elektromágneses kölcsönhatás fotonjaitól való elválása, valamint protoszuperhalmazok és protogalaxisok kialakulása. A felmelegedés az egymással kölcsönhatásba lépő részecskék és antirészecskék megjelenésének eredményeként következik be. Ezt a folyamatot annihilációnak (lat. nihil - semmi vagy semmivé való átalakulás). A modell szerzői úgy vélik, hogy a megsemmisülés aszimmetrikus az Univerzumunkat alkotó közönséges részecskék képződésével szemben. Így az „Inflációs univerzum” modell fő gondolata az, hogy kizárja a fogalmat

Az „Ősrobbanás”, mint különleges, szokatlan, kivételes állapot az Univerzum evolúciójában. Ebben a modellben azonban egy hasonlóan szokatlan állapot is megjelenik. Ez az állam configurációk ésnflaton mező. Az Univerzum korát ezekben a modellekben 10-15 milliárd évre becsülik.

Az „inflációs modell” és az „ősrobbanás” modell magyarázatot ad az Univerzum megfigyelt heterogenitására (anyagkondenzáció sűrűsége). Különösen úgy tartják, hogy az Univerzum felfújása során kozmikus inhomogenitások-textúrák keletkeztek anyaghalmazok embrióiként, amelyek később galaxisokká és halmazaikká nőttek. Ezt bizonyítja az 1992-ben rögzítettek. a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás hőmérsékletének eltérése a 2,7 K-es átlagos értéktől körülbelül 0,00003 K. Mindkét modell forrón táguló Univerzumról beszél, amely átlagosan homogén és izotróp a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzáshoz képest. Ez utóbbi esetben azt a tényt értjük, hogy a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás a megfigyelhető Univerzum minden részében a megfigyelőtől minden irányban szinte azonos.

Vannak alternatívák az ősrobbanás és az inflációs modell helyett.

Univerzum": az "Állandó univerzum", a "Hideg univerzum" és a

„Önkonzisztens kozmológia”.

Modell"Helyhez kötöttVilágegyetem." Ezt a modellt 1948-ban dolgozták ki. Az Univerzum „kozmológiai állandóságának” elvén alapult: nemcsak egyetlen helyet sem szabad kijelölni az Univerzumban, hanem egyetlen időpillanatot sem. Ennek a modellnek a szerzői G. Bondi, T. Gold és F. Hoyle, utóbbi a kozmológiáról szóló népszerű könyvek jól ismert szerzője. Egyik művében ezt írta:

"Minden felhőnek, galaxisnak, minden csillagnak, minden atomnak volt kezdete, de nem az egész Univerzumnak, az Univerzum valamivel több, mint a részei, bár ez a következtetés váratlannak tűnhet." Ez a modell feltételezi egy belső forrás jelenlétét az Univerzumban, egy energiatárolót, amely energiaanyagának sűrűségét „állandó szinten tartja, amely megakadályozza az Univerzum összenyomódását”. Például F. Hoyle azzal érvelt, hogy ha 10 millió évenként megjelenik egy atom az űrben egy vödörben, akkor az energia, az anyag és a sugárzás sűrűsége az Univerzum egészében állandó lenne. Ez a modell nem magyarázza meg, hogyan keletkeztek kémiai elemek atomjai, anyag stb.

d) A reliktum sugárzás, a háttérsugárzás felfedezése nagymértékben aláásta ennek a modellnek az elméleti alapjait.

Modell« HidegVilágegyetemth». A modellt a hatvanas években javasolták

a múlt század éveiben Ya. Zeldovich szovjet asztrofizikus. Összehasonlítás

a sugárzási sűrűség és hőmérséklet elméleti értékei a modell szerint

Az „ősrobbanás” rádiócsillagászati ​​adatokkal lehetővé tette Ya. Zeldovichnak, hogy felállítson egy hipotézist, amely szerint az Univerzum kezdeti fizikai állapota hideg proton-elektron gáz volt neutrínók keverékével: minden protonhoz egy elektron és egy elektron tartozik. neutrino. A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás felfedezése, amely megerősítette a kezdeti forró állapot hipotézisét az Univerzum evolúciójában, arra késztette Zeldovichot, hogy feladja saját „Hideg Univerzum” modelljét. A különböző típusú részecskék száma és az Univerzumban található kémiai elemek bősége közötti kapcsolat kiszámításának ötlete azonban gyümölcsözőnek bizonyult. Különösen azt találták, hogy az Univerzumban az energia-anyag sűrűség egybeesik a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás sűrűségével.

Modell"VilágegyetemVatom." Ez a modell azt állítja, hogy valójában nem egy, hanem sok Univerzum létezik. A „Universe in an Atom” modell A. Friedman szerint a zárt világ koncepcióján alapul. A zárt világ az Univerzumnak egy olyan tartománya, amelyben az összetevői közötti vonzási erők megegyeznek a teljes tömegük energiájával. Ebben az esetben egy ilyen Univerzum külső méretei mikroszkopikusak lehetnek. Külső szemlélő szemszögéből egy mikroszkopikus objektum lesz, de az Univerzum belsejében lévő megfigyelő szemszögéből minden másképp néz ki: galaxisai, csillagai stb. Ezeket az objektumokat ún. fReadmonov. A. A. Markov akadémikus azt feltételezte, hogy korlátlan számú Friedmon lehet, és teljesen nyitottak lehetnek, vagyis van bejáratuk a világukba és kijáratuk (kapcsolatuk) más világokkal. Kiderült, hogy sok univerzum létezik, vagy ahogyan a Szovjetunió Tudományos Akadémia levelező tagja, I. S. Shklovsky nevezte egyik munkájában, - Metaverzum.

A sokféle univerzum gondolatát A. Guth, az Univerzum inflációs modelljének egyik szerzője fejezte ki. Egy felfúvódó univerzumban lehetséges „aneurizmák” (orvosi kifejezés, amely az erek falának kiemelkedését jelenti) kialakulása az anyaUniverzumból. A szerző szerint az Univerzum létrejötte nagyon is lehetséges. Ehhez 10 kg anyagot kell összenyomni

az elemi részecske egy kvadrilliodánál kisebb méretre.

ÖNTESZT KÉRDÉSEK

1. „Big Bang” modell.

2. E. Hubble csillagászati ​​kutatásai és szerepük a fejlődésben

modern kozmológia.

3. Reliktum, háttérsugárzás.

4. „Inflációs univerzum” modell.

Az Univerzum modellje. Helyhez kötött Univerzum. Tartalom Az Univerzum modellje 1 Álló univerzum 2 Következmények 3 Elemi részecskék térelmélete 4 Foton-neutrínó kölcsönhatások 5 Vöröseltolódás 6 Következtetés 7 Univerzum modellek A 20. században két kozmológiai elmélet versengett egymással - a táguló Univerzum elmélete (a kezdeti az Univerzum keletkezésének állapota olyan forró és sűrű volt, hogy csak elemi részecskék és sugárzás létezhetett; majd az univerzum kitágul és lehűlt, csillagokat és galaxisokat képezve) és a helyhez kötött Univerzum elmélete (az Univerzum mindig is létezett, a megfigyelt ritkaság az anyag folyamatos keletkezése kompenzálja). Stacionárius univerzum Einstein az általános relativitáselméletből származó univerzális egyenleteket használta, és a téridő görbületét az Univerzum anyagával hozta összefüggésbe. Önkényesen bevezette a „kozmikus taszítást”, amely nagyon kicsi volt, de megakadályozta, hogy az Univerzum egy pontig összehúzódjon. A helyhez kötött Univerzum elmélete nem tagadja az Univerzum tágulását. Az anyag folyamatos létrehozásának ötletei többször is felmerültek. Így 1948-ban a Cambridge-i Egyetem tudósainak egy csoportja (G. Bond, T. Gold és F. Hoyle) előállt a stacionárius Univerzum hipotézisével. Nagyon valószínű, hogy az új anyag létrejötte vezet az Univerzum tágulásához, és nem fordítva. A helyhez kötött Univerzum általános kora értelmetlen fogalom. Ahhoz, hogy az Univerzumban a sűrűség állandó maradjon, folyamatosan új részecskéknek kell képződniük. Az anyag és az energia megmaradásának törvénye csak a végső térfogatokra vonatkozik, és mivel minden 1 m alatt keletkező 3 hidrogénatomot ugyanaz az atom egyensúlyoz ki ebből a térfogatból, a megmaradás törvénye nem sérül. A természetvédelmi törvényt csak korlátozott térben lehet ellenőrizni.E vélemény támogatója, svéd asztrofizikus, 1970-ben Nobel-díjas H. Alphen úgy véli, hogy a csillagközi tér tele van hosszú „szálakkal” és más plazmából álló szerkezetekkel. Azok az erők, amelyek a plazmát ilyen alakzatok kialakítására kényszerítik, arra is kényszerítik, hogy galaxisokat, csillagokat és csillagrendszereket alkosson. Úgy véli, hogy az Univerzum a részecskék és antirészecskék megsemmisülése során felszabaduló energia hatására tágul, de ez a tágulás valamivel lassabban megy végbe. Következmények A kutatás következményei: 1) a kvazárok sugárzási ereje kicsi, és nem több nagyságrenddel nagyobb, mint a teljes galaxisok sugárzási ereje, ahogyan azt a modern kozmológiában általában hiszik; 2) a kvazárokban az anyag a fényig terjedő sebességgel szóródik, és szuperluminális értékeket kapnak az Univerzum méretének túlbecslése miatt. A kvantumok öregedésének (pirosodásának) okát a sugárzás frekvenciájának gravitációs eltolódásában látja, ami nem a fényforrás távolságával, hanem a távolság négyzetével arányos. Ebben az esetben az Univerzum látható részének mérete nem 15 milliárd fényév, hanem 5. Az Univerzum forró eredetének „végső bizonyítékára” és a kozmológiai vöröseltolódás nagysebességű voltára vonatkozó állítások ellentmondásosak. E. Hubble, aki 1929-ben fedezte fel a kozmológiai vöröseltolódás törvényét, 1936-ban publikálta az első megfigyelési bizonyítékot a galaxisok recessziójával kapcsolatos elképzelések téves voltára. Különösen azt állapították meg, hogy az extragalaktikus objektumok mintegy száz katalógusának statisztikai feldolgozásával nyert empirikus függőségek összhangban vannak az Univerzum stabilitásával és a fotonok „öregedésével” kapcsolatos elképzelések alapján levezetett eredeti elméleti összefüggésekkel. Általában véve kibékíthetetlen ellentmondásban vannak az Ősrobbanás-elmélet kozmológiai modelljeivel e modellek paramétereinek bármilyen kombinációja tekintetében. "...A lehetséges hibaforrások alapos tanulmányozása azt mutatja, hogy a megfigyelések összhangban állnak a vöröseltolódások nem sebességi természetére vonatkozó elképzelésekkel. ...Elméletileg az Univerzum relativisztikus tágulása továbbra is folytatódik, bár a megfigyelések nem lehetővé teszi számunkra, hogy megállapítsuk a tágulás természetét. Tehát a világűr feltárása a bizonytalanság jegyében ért véget, de ennek így kell lennie. Értelemszerűen a megfigyelt régió közepén vagyunk. Ismerjük legközelebbi szomszédainkat , talán egész jól. A távolság növekedésével tudásunk csökken, és gyorsan csökken. Végső soron a képességeinket korlátozzák a távcsövek korlátai. Aztán árnyékokat figyelünk meg, és mérföldköveket keresünk a mérési hibák között, amelyek aligha valóságosabbak. 2 A kutatás folytatódik. Amíg az empirikus megközelítés lehetőségei ki nem merültek, nem szabad belemerülnünk a spekulatív konstrukciók illuzórikus világába." (Hubble "The World of Nebulae", 1936) Az elemi részecskék térelmélete Jelenleg az elemi részecskék térelmélete olyan mechanizmust hozott létre, amely az univerzumon keresztülhaladó fotonok által az energia egy részének elvesztésére szolgál, a Doppler alternatívájaként hatás és az Ősrobbanás hipotézise. - Ezeket a foton-neutrínó kölcsönhatásokat a standard modell figyelmen kívül hagyja. Következésképpen a vöröseltolódás nem tekinthető az ősrobbanás bizonyítékának, és a vöröseltolódás nem használható a távoli objektumok mozgási sebességének megítélésére. Így az álló Univerzum ötlete váratlan támogatást kapott, és ezért most nem lehet figyelmen kívül hagyni. Foton-neutrínó kölcsönhatások Az elemi részecskék térelmélete szerint az elektronneutrínó (mint minden más elemi részecske) állandó elektromos és mágneses mezővel, valamint váltakozó elektromágneses mezővel rendelkezik. A klasszikus elektrodinamika szerint ezek az elektromágneses mezők kölcsönhatásba lépnek más elektromágneses mezőkkel, beleértve a fotonok elektromágneses terét is. Így a foton áthaladása egy elektronneutrínón (amelyet a csillagok óriási mennyiségben löknek ki) vagy annak molekuláris vegyületén (νe2) nem marad észrevétlenül az utóbbiak számára - még akkor sem, ha a foton energiájának nagyon gyenge változásáról vagy csökkenéséről van szó. , de megtörténik. És minél többet találkozik egy foton elektronneutrínókkal vagy molekuláris vegyületeikkel útja során, annál több energiát veszít, és ennek megfelelően annál erősebb lesz a vöröseltolódás. Az egy dolog, amikor egy foton párhuzamosan repül egy elektronneutrínóval (körülbelül fénysebességgel mozogva) ugyanazon a pályán, amikor mindkettőt a nap bocsátotta ki, és egészen más, amikor egy foton ütközik egy nyugvó elektronneutrínóval. két elektronneutrínó kötött állapotával (νe2), vagy egy másik (más irányba mozgó) csillag által kibocsátott elektronneutrínóval. A foton által az elektronneutrínóval való kölcsönhatásból elvesztett energia függ az elektronneutrínó spinjének irányától, attól a pályától, amelyen a foton áthalad az elektronneutrínón, valamint magának a fotonnak az energiájától. Ezt nem könnyű kiszámítani, de űrhajókkal és lézerekkel mérhető. 3 Megjegyzendő, hogy ez a kölcsönhatás nem felel meg a standard modellnek, mivel az utóbbi különböző típusú alapvető kölcsönhatásokkal ruházza fel a benne résztvevő elemi részecskéket:  Neutrino - hipotetikus gyenge kölcsönhatás,  Foton - elektromágneses kölcsönhatás. Ezért a galaxisok recessziójáról a vöröseltolódás egyoldalú értelmezése alapján a Doppler-effektus javára a következtetés vonható le. - Ezzel szemben az elemi részecskék térelmélete megállapította az elektromágneses terek jelenlétét minden elemi részecskében, beleértve az olyan megfoghatatlan elemi részecskéket is, mint az elektronneutrínó. Következésképpen a fotonnak és az elektronneutrínónak, amelyek a klasszikus elektrodinamika szerint közös elektronikus kölcsönhatásokkal rendelkeznek, kölcsönhatásba kell lépniük egymással, és a „fény öregedése” hipotézisnek szövetségese van - az elemi részecskék térelmélete. Ha pedig elvetjük a már hibásnak bizonyult standard modellt, akkor ez automatikusan leredukálja az „ősrobbanás elméletét” egy egyszerű, a természet törvényeinek ellentmondó hipotézis szintjére. Vöröseltolódás Az évszázadok során a különböző kozmológiai modellek felváltották egymást, de teljesen megingathatatlannak tartották, hogy az Univerzum időben és térben végtelen. A csillagos égbolt az örökkévalóság és a változhatatlanság szimbóluma volt. De 1929-ben a galaxisok spektrumainak megfigyelései alapján Edwin Hubble megfogalmazta törvényét, amelyből az következik, hogy az Univerzum tágul. Ez így hangzik: a galaxisok távolodási sebessége a távolságuk arányában nő: v = Hr ahol v az a sebesség, amellyel a galaxis távolodik tőlünk, r a távolság tőle, és H a Hubble állandó. H=70 km/(s Mpc). A Hubble-törvény egyáltalán nem jelenti azt, hogy a mi Galaxisunk a középpont, ahonnan a tágulás megtörténik. Egy megfigyelő bárhol az Univerzumban ugyanazt a képet fogja látni: minden galaxis menekül egymástól. Ezért mondják, hogy maga a tér tágul. Az Univerzum tágulása az emberiség által ismert legnagyobb természeti jelenség. Minél gyorsabban távolodik el tőlünk egy galaxis, annál jobban eltolódnak a vonalak a spektrumában a vörös felé, a Doppler-effektus szerint. 4 A hatás nevét Christian Andreas Dopplerről kapta, aki 1842-ben javasolta a jelenség első ismert fizikai magyarázatát. A hipotézist a holland tudós, Christoph Hendrik Diederik Buys' Ballot tesztelte és erősítette meg 1845-ben. Doppler helyesen jósolta, hogy a jelenségnek minden hullámra vonatkoznia kell, és különösen azt javasolta, hogy a csillagok változó színe a Földhöz képesti mozgásuknak tulajdonítható. Ezt a jelenséget „vörös eltolódásnak” nevezik - az összes távoli forrás (galaxisok, kvazárok) megfigyelt sugárzási frekvenciájának csökkenése, amely jelzi e források egymástól és különösen a galaxisunktól való dinamikus távolságát. a Metagalaxis nem-stacionaritásáról (tágulásáról). Vöröseltolódás figyelhető meg bármely más frekvencia sugárzásában is, például a rádiótartományban. A magasabb frekvenciákhoz kapcsolódó ellenkező hatást ibolya eltolódásnak nevezik. A „vöröseltolódás” kifejezést leggyakrabban két jelenségre használják - a kozmológiai és a gravitációs. A kozmológiai vöröseltolódás a spektrumvonalak megfigyelt eltolódása hosszabb hullámhosszok felé távoli kozmikus forrásból (például galaxisból vagy kvazárból) egy táguló univerzumban, összehasonlítva ugyanazon vonalak álló forrásból mért hullámhosszával. A vöröseltolódás azt az időt is méri, amely az univerzum tágulásának megkezdésétől a galaxisban való fénykibocsátás pillanatáig eltelik. Így a modern csillagászati ​​adatok szerint a legelső galaxisok az 5-ös vöröseltolódásnak megfelelő időpontban alakultak ki, vagyis az Univerzum jelenlegi korának körülbelül 1/15-e után. Ez azt jelenti, hogy az ezekből a galaxisokból származó fény körülbelül 8,5 milliárd évbe telt, mire eljutott hozzánk. A század elejéig a tudósok úgy vélték, hogy az Univerzum fő objektumai mozdulatlanok egymáshoz képest. Aztán 1913-ban West Melvin Slipher amerikai csillagász elkezdte tanulmányozni a tucatnyi ismert ködből érkező fény spektrumát, és arra a következtetésre jutott, hogy azok több millió mérföld/órás sebességgel távolodnak el a Földtől. Hogyan jutott Slifer ilyen csodálatos következtetésre? Hagyományosan a csillagászok spektrográfiai elemzést alkalmaztak a csillagokban jelenlévő kémiai elemek meghatározására. A fény spektrumát köztudottan bizonyos elemekkel társították, jellegzetes vonalmintákat mutatva, amelyek egyfajta névjegyként szolgáltak az elemhez. Slipher észrevette, hogy az általa vizsgált galaxisok spektrumában bizonyos elemek vonalai a spektrum vörös vége felé tolódnak el. Ezt a különös jelenséget "vörös eltolódásnak" nevezték. 5 Ezért úgy gondolják, hogy a galaxisok vöröseltolódását először W. Slipher fedezte fel, és 1929-ben E. Hubble felfedezte, hogy a vöröseltolódás a távoli galaxisoknál nagyobb, mint a közeli galaxisoknál, és megközelítőleg a távolsággal arányosan növekszik ( Hubble törvénye). Különféle magyarázatokat javasoltak a spektrumvonalak megfigyelt eltolódásaira. Ilyen például az a hipotézis, amely a fénykvantumok több millió és milliárd éves periódus alatti bomlására vonatkozik, amely során a távoli források fénye eljut egy földi megfigyelőhöz; E hipotézis szerint a bomlás során az energia csökken, ami a sugárzás frekvenciájának változásával függ össze. Ezt a hipotézist azonban megfigyelések nem támasztják alá. A hipotézis keretein belül különösen ugyanazon forrás spektrumának különböző részein a vöröseltolódásnak eltérőnek kell lennie. Eközben minden megfigyelési adat azt mutatja, hogy a vöröseltolódás nem függ a gyakoriságtól. A Z = (fo - f")/fo frekvencia relatív változása abszolút azonos minden sugárzási frekvenciára, nem csak az optikai, hanem az adott forrás rádiós tartományában is (fo egy bizonyos vonal frekvenciája). a forrásspektrum, f" ugyanazon vonal frekvenciája, amelyet a vevő rögzít) . A relativitáselméletben a Doppler-vöröseltolódást egy mozgó vonatkoztatási rendszerben az idő lelassulásának az eredménye (a speciális relativitáselmélet hatása). A halvány (távoli) források spektrumának lefényképezése a vöröseltolódás mérésére, még a legnagyobb műszerekkel és érzékeny fényképezőlapokkal is, kedvező megfigyelési körülményeket és hosszú expozíciót igényel. A galaxisok esetében a Z = 0,2 elmozdulásokat magabiztosan mérik, ami V = 60 000 km/sec sebességnek és több mint 1 milliárd pc távolságnak felel meg. Ilyen sebességeknél és távolságoknál a Hubble-törvény a legegyszerűbb formájában alkalmazható (a hiba kb. 10%, azaz megegyezik a H meghatározásánál tapasztalt hibával). A kvazárok átlagosan százszor fényesebbek, mint a galaxisok, ezért tízszer nagyobb távolságból is megfigyelhetők (ha a tér euklideszi). A kvazárok esetében ténylegesen Z = 2 és több kerül rögzítésre. Z = 2 elmozdulásnál V sebesség = 240000 km/sec. Úgy gondolják, hogy ilyen sebességeknél már konkrét kozmológiai hatások mennek végbe – nem a téridő stacionaritása és görbülete; különösen az egyetlen egyértelmű távolság fogalma válik használhatatlanná (az egyik távolság, a vöröseltolódási távolság nyilvánvalóan R = V/H = 4,5 milliárd ps). Így úgy vélik, hogy a vöröseltolódás az Univerzum teljes megfigyelhető részének tágulását jelzi; ezt a jelenséget általában a (csillagászati) Univerzum tágulásának nevezik. A gravitációs vöröseltolódást a gravitációs tér hatására lelassult idő (az általános relativitáselmélet hatása) következményének tekintik. Ezt a jelenséget (más néven Einstein-effektust, általánosított Doppler-hatást) A. Einstein 1911-ben jósolta meg, és 1919 óta figyelték meg először a Nap, majd néhány más csillag sugárzásában. A gravitációs vöröseltolódást általában a V egyezményes sebességgel jellemezzük, formálisan ugyanazokkal a képletekkel számítva, mint a kozmológiai vöröseltolódás esetében. Feltételes sebességértékek: a Napnál V = 0,6 km/sec, a sűrű Szíriusz csillagnál V = 20 km/sec. 1959-ben sikerült először megmérni a Föld gravitációs tere miatti vöröseltolódást, amely nagyon kicsi: V = 7,5 × 10^-5 cm/sec (Pound-Rebka kísérlet). Bizonyos esetekben (például gravitációs összeomláskor) mindkét típusú vöröseltolódást meg kell figyelni (nettó hatásként). A vöröseltolódás (z) jelenléte a galaxisokban lehetővé teszi, hogy nagy pontossággal határozzuk meg a távolságukat a következő képlet segítségével: R=zc/H. Egyes kvazároknak nagy a vöröseltolódása. Az ilyen tárgyak a fénysebességhez közeli sebességgel távolodnak el. Vöröseltolódást galaxisok százezreinél mértek. Közülük a legtávolabbiak 12 milliárd fényév távolságra vannak. Az Univerzum tágulására vonatkozó következtetés Einstein általános relativitáselméletéből következett, de ezt kezdetben maga Einstein is kétkedve fogadta, hiszen ez a progresszív evolúció gondolata volt, és volt benne kezdet, vagy ahogy ma mondják. , a születés pillanata, ami természetesen teljesen ellentmondott az időben és térben végtelen Univerzum létező elképzeléseinek. Ezt az elképzelést azonban a megfigyelések megerősítették, és ma már általánosan elfogadott a tudományos világban. 1946-ban Georgy Gamow és munkatársai kidolgoztak egy fizikai hipotézist az Univerzum tágulásának kezdeti szakaszára (a forró univerzum elmélete), amely helyesen magyarázza a kémiai elemek jelenlétét bizonyos arányban, azok szintézisével. magas hőmérséklet és nyomás. Ezért Gamow elmélete szerint az Univerzum tágulásának kezdetét „ősrobbanásnak” nevezték. Ez az elmélet lényegében azt feltételezi, hogy kezdetben az Univerzum összes anyaga egy jelentéktelenül kis térfogatban, végtelenül magas hőmérsékleten és nyomáson koncentrálódott. Aztán a forgatókönyv szerint iszonyatos erővel robbant. Ez a robbanás túlhevített ionizált gázt vagy plazmát hozott létre. Ez a plazma egyenletesen tágul, amíg le nem hűlt addig a pontig, ahol közönséges gázzá vált. Ebben a hűvös táguló gázfelhőben galaxisok alakultak ki, és csillaggenerációk születtek a galaxisokon belül. Aztán a csillagok körül bolygók alakultak ki, mint például a Földünk. De kevesen vannak tisztában azzal a ténnyel, hogy még a legerősebb távcsövekről sem lehet látni tőlünk a galaxisok mozgását. A látott képek mozdulatlanok, és a tudósok nem úgy tesznek, mintha látható mozgásukat mutatnák, még akkor sem, ha a megfigyelések évszázadokig tartanak. 7 Tehát ahhoz, hogy megtudjuk, hogy az Univerzum tágul-e vagy sem, figyelembe kell venni a minket érő fényt és más típusú sugárzásokat, amelyek áthaladnak a csillagközi tér tartományain. Az ezekből a kibocsátásokból keletkezett képek nem mutatják közvetlenül az Univerzum tágulását, de a sugárzás finom vonásai meggyőzték a tudósokat arról, hogy ez a tágulás megtörténik. A tudósok az első feltevés szerint a Föld fizikai törvényei változás nélkül érvényesülnek mindenhol az Univerzumban. Ezután megpróbálják megérteni, hogy az ezeknek a törvényeknek engedelmeskedő folyamatok hogyan állítják elő az általuk megfigyelt fényt. Ahhoz, hogy megértsük, hogyan használják a tudósok ezt a módszert a fényelemzésre, hogy arra a következtetésre juthassanak, hogy az Univerzum tágul, nézzünk bele a csillagászat és asztrofizika történetébe. A csillagászok az eget figyelve már régóta észrevették, hogy az egyes csillagokon és bolygókon kívül sok halványan világító test is található az égen. "ködöknek" hívták őket. Ez egy latin szó, jelentése "felhő" vagy "köd". Később pedig, koncepciójuk kidolgozásával ezeket az objektumokat galaxisoknak nevezték el. A teliholdnál nagyobb méretű és olyan homályos, hogy szabad szemmel alig látható, megjelenik a szomszédos Androméda galaxis. A század elején a csillagászok nagy teljesítményű új távcsöveket fordítottak erre és más galaxisokra, és felfedezték, hogy ezek több milliárd csillagból álló hatalmas szigetek. Egész galaxishalmazokat fedeztek fel nagy távolságból. Az Androméda csillagainak felfedezése előtt azt hitték, hogy minden égitest galaxisunk határain belül található. De a koncepció kidolgozása és más, távolabbi galaxisok felfedezése miatt minden megváltozott. Az univerzum mérete felfoghatatlanul kitágult. Miután felfedezte a „vöröseltolódás” jelenségét, V. Slifer a Doppler-effektussal kezdte magyarázni, amiből arra következtethetünk, hogy a galaxisok távolodnak tőlünk. Ez volt az első nagy lépés afelé, hogy az egész Univerzum tágul. A Doppler-effektust gyakran egy vonatsíp példájával magyarázzák, amelynek hangereje megváltozik, ahogy a vonat elhalad mellettünk. Ezt a jelenséget először 1842-ben Christian Johann Doppler osztrák fizikus vizsgálta tudományosan. Feltételezte, hogy a megfigyelő felé mozgó tárgy által kibocsátott hanghullámok közötti intervallumok összenyomva emelik a hang magasságát. Ugyanígy meghosszabbodnak a tőle távolodó forrásból a megfigyelőt elérő hanghullámok közötti intervallumok, így a hang magassága csökken. Azt jelentették, hogy Doppler úgy tesztelte ezt az ötletet, hogy trombitásokat helyeztek el egy mozdony által hajtott vasúti peronon. A zenészek tökéletes hangmagassággal hallgatták, ahogy a trombitások elhaladtak mellettük, és megerősítették Doppler elemzését. 8 Doppler hasonló hatást jósolt a fényhullámokra. Fény esetén a hullámhossz növekedése a spektrum vörös vége felé való eltolódásnak felel meg. Ezért a megfigyelőtől távolodó objektum színképvonalainak a spektrum vörös vége felé kell elmozdulniuk. Slifer a Doppler-effektust választotta galaxisok megfigyelésének értelmezéséhez. Észrevette a vöröseltolódást, és úgy döntött, hogy a galaxisok biztosan távolodnak tőlünk. Az univerzum tágulásának hitéhez vezető másik lépés 1917-ben történt, amikor Einstein publikálta relativitáselméletét. Einstein előtt a tudósok mindig azt feltételezték, hogy a tér minden irányban végtelenül kiterjed, és hogy a tér geometriája euklideszi és háromdimenziós. De Einstein azt javasolta, hogy a térnek más geometriája is lehet – egy négydimenziós görbült zárt téridő. Einstein elmélete szerint a térnek számos formája van. Az egyik a gömb felületéhez hasonló, határok nélküli zárt tér; a másik egy negatívan ívelt tér, amely minden irányban végtelenül kiterjed. Maga Einstein úgy gondolta, hogy az univerzum statikus, és ennek megfelelően alakította át az egyenletét. De ezzel majdnem egy időben William de Sitter dán csillagász megoldást talált az Einstein-egyenletre, amely az Univerzum gyors tágulását jósolta. Ennek a térgeometriának idővel változnia kell. De Sitter munkája világszerte felkeltette az érdeklődést a csillagászok körében. Köztük van Edwin Hubble is. 1914-ben jelen volt az Amerikai Csillagászati ​​Társaság konferenciáján, amikor Slifer beszámolt a galaxisok mozgásával kapcsolatos alapvető megállapításairól. 1928-ban a híres Mount Wilson Obszervatóriumban Hubble munkába állt, hogy megpróbálja összekapcsolni de Sitter táguló univerzum elméletét Cypher távolodó galaxisokra vonatkozó megfigyeléseivel. Hubble így érvelt: Egy táguló univerzumban számítani kell arra, hogy a galaxisok eltávolodjanak egymástól. És a távolabbi galaxisok gyorsabban távolodnak el egymástól. Ez azt jelentené, hogy bármely pontról, beleértve a Földet is, a megfigyelőnek látnia kell, hogy az összes többi galaxis távolodik tőle, és átlagosan a távolabbi galaxisoknak gyorsabban kell mozogniuk. Hubble úgy gondolta, hogy ha ez igaz, és valóban megfigyelhető lenne, akkor úgy tűnik, hogy arányos kapcsolat van a galaxis távolsága és a spektrum vöröseltolódásának mértéke között. Megfigyelte, hogy a legtöbb galaxis spektruma vöröseltolódott, és a tőlünk nagyobb távolságra lévő galaxisok vöröseltolódása nagyobb. Hubble nem tudta, milyen messze van tőlünk egy adott galaxis, ezért ezt az ötletet javasolta: „Elkezdhetjük megbecsülni a legközelebbi csillagok távolságát különféle módszerekkel. Ezután lépésről lépésre felállíthatunk egy „kozmikus távolságlétrát”, amely becslést ad néhány galaxis távolságáról. Ha meg tudjuk becsülni a galaxisok belső fényességét, akkor a galaxis látszólagos fényességének mérésével meg tudjuk határozni az ismeretlen galaxistól való távolság és az ismert galaxis távolságának arányát. Ez a függőség az inverz gyöktörvénynek engedelmeskedik. A távlétra igazolására szolgáló összetett eljárás részleteibe itt nem térünk ki. Csak annyit jegyezzünk meg, hogy ez az eljárás számos elméleti értelmezést tartalmaz, amelyekben sok megkérdőjelezhető hely van, és amelyek gyakran váratlan helyeken átdolgozásra kerültek. Ez a történet előrehaladtával fog megjelenni." Hubble a távolságok közelítésének módszerével alátámasztotta a ma Hubble-törvényként ismert arányos összefüggést a vöröseltolódás nagysága és a galaxis távolsága között. Úgy vélte, világosan megmutatta, hogy a legtávolabbi galaxisokban van a legnagyobb vöröseltolódás, és ezért távolodnak el tőlünk a leggyorsabban. Elfogadta ezt elegendő bizonyítékként arra, hogy az Univerzum tágul. Idővel ez az elképzelés olyan szilárdan megszilárdult, hogy a csillagászok fordítottan kezdték alkalmazni: Ha a távolság arányos a vöröseltolódással, akkor a galaxisok távolságát egyszerűen ki lehet számítani a mért vöröseltolódásból. De amint megjegyeztük, a Hubble távolságokat nem a galaxisok távolságának közvetlen mérése határozza meg. Éppen ellenkezőleg, ezeket közvetetten, a galaxisok látszólagos fényességének méréséből nyerik. Így a táguló univerzum modellnek két lehetséges hibája van: először is, az égi objektumok fényessége a távolságon kívül más tényezőktől is függhet, és így a galaxisok látszólagos fényességéből számított távolságok érvénytelenek lehetnek; másodszor, lehetséges, hogy a vöröseltolódás nincs összefüggésben a sebességgel. Valójában számos csillagász azzal érvel, hogy egyes vöröseltolódásokat nem a Doppler-effektus okozza. És még mindig van kérdés a táguló Univerzum fogalmának helyességével kapcsolatban. Halton Arp csillagász, aki megkérdőjelezte azt az értelmezést, hogy minden vöröseltolódást a Doppler-effektus okoz. Palomarnál számos példát figyelt meg az inkonzisztens vöröseltolódásokra, amelyek nem engedelmeskedtek Hubble törvényének. Ezeket elemezve felvetette, hogy a vöröseltolódásokat általános esetben a Doppler-effektuson kívül más mechanizmusok is okozhatják. Ez felveti a kérdést, hogy a tudósok miért értelmezik a vöröseltolódást kizárólag Doppler-effektusként. Igaz lehet, hogy a 10 Doppler-effektus okozza a vöröseltolódást, de honnan tudhatjuk biztosan, hogy a vöröseltolódást a Doppler-effektus okozza? Ennek a következtetésnek az egyik fő oka, hogy a modern fizika szerint vöröseltolódást csak erős gravitációs tér okozhat, a Doppler-effektus kizárásával. Ha a fény a gravitációs mezővel szemben mozog, elveszíti energiájának egy részét, és vöröseltolódást tapasztal. A csillagászok azonban nem tartják elfogadhatónak ezt a magyarázatot a csillagok és galaxisok esetében, mivel a gravitációs mezőnek hihetetlenül erősnek kell lennie ahhoz, hogy a megfigyelt vöröseltolódást előidézze. Arp jelentése szerint egy magas vöröseltolódású objektumot talált egy másik alacsony vöröseltolódású objektum közvetlen közelében. A táguló univerzum standard elmélete szerint az alacsony vöröseltolódású objektumnak viszonylag közelebb kell lennie hozzánk, a nagy vöröseltolódású objektumnak pedig távolabb kell lennie. Így két egymáshoz közel eső objektumnak megközelítőleg azonos vöröseltolódással kell rendelkeznie. Arp azonban a következő példát hozza fel: Az NGC 7603 spirálgalaxis egy világító hídon keresztül kapcsolódik egy szomszédos galaxishoz, de a szomszédos galaxis vöröseltolódása másodpercenként 8000 kilométerrel nagyobb, mint a spirálgalaxisé. A vöröseltolódásuk különbségéből ítélve a galaxisoknak jelentős távolságra kell lenniük egymástól, minden bizonnyal a szomszédos galaxisnak 478 millió fényévvel távolabb kell lennie - ez már furcsa, hiszen a két galaxis elég közel van ahhoz, hogy fizikailag érintkezzen. Ezeket összehasonlítva Galaxisunk mindössze 2 millió fényévvel marad el legközelebbi szomszédjától, az Androméda-galaxistól. Természetesen vannak a standard nézet hívei, akik határozottan nem értenek egyet Arp értelmezésével. Úgy vélik, hogy az objektumok valójában távol helyezkednek el egymástól, és látszólagos közelségük csak látszólagos. Az úgynevezett világító híd létezik, de egy távolabbi galaxis csak véletlenül volt a híd mögött a látóterünk mentén. Arp azonban észrevesz egy jelentős felületességet az elképzelése ellenzőinek érvelésében: „Az általuk bemutatott galaxis mindenesetre szokatlan. A csillaghoz vezető izzó híd egyszerűen a szokásos spirálkarok egyike." Arp példájában azonban a híd szokatlan szerkezet, nem az ilyen galaxisokban megszokott. Annak a valószínűsége, hogy két ilyen típusú galaxis egy ilyen konfigurációban helyezkedik el, sokkal kisebb, mint annak a valószínűsége, hogy egy Tejútrendszer csillaga egy közönséges galaxissal sorakozik. Arp sok más példát is talált, amelyek ellentmondanak a vöröseltolódás hagyományos felfogásának. Íme az egyik legvitatottabb felfedezés. A Makarian 205 kvazár, az NGC 4319 spirálgalaxis közelében, egy világító hídon keresztül vizuálisan kapcsolódik a galaxishoz. A galaxis vöröseltolódása másodpercenként 11 800 kilométer, ami körülbelül 107 millió fényévnyi távolságnak felel meg. A kvazár vöröseltolódása 21 000 kilométer per másodperc, ami azt jelentené, hogy 1,24 milliárd fényévnyire van tőle. De Arp azt javasolta, hogy ezek az objektumok határozottan összekapcsolódnak, és ez azt mutatja, hogy a szokásos vöröseltolódási értelmezés ebben az esetben rossz. (Megjegyzendő egyébként, hogy a csillagászok a vöröseltolódást kilométer/másodpercben fejezik ki. Ez azt mutatja, hogy elkötelezettek amellett, hogy a vöröseltolódást a Doppler-effektus magyarázza.) A kritikusok szerint nem találták meg a képen látható összekötő hidat. Arp festménye az NGC 4319 galaxis fényképén. Mások arról számoltak be, hogy a híd „hamis fényképezési hatás”. Később azonban Jack M. Sulentic, az Alabamai Egyetem munkatársa kiterjedt fotometriai vizsgálatokat végzett a két objektumon, és arra a következtetésre jutott, hogy az összekötő híd valódi. Az Arp által észlelt ellentmondásos vöröseltolódás másik példája egy rendkívül szokatlan galaxislánc felfedezése, a Voroncov-Veljamov 172, az orosz felfedező után. Ebben a galaxisláncban a kisebb, kompaktabb tag vöröseltolódása kétszerese a többinek. Néhány inkonzisztens vöröseltolódású galaxis mellett Arp még furcsábbat is észrevett – kiderült, hogy a kvazárok és galaxisok más kvazárokat és galaxisokat is kitörhetnek. Íme néhány példa: A felrobbanó NGC 520 galaxis látszólag alacsony vöröseltolódású. Négy halvány kvazár helyezkedik el egy egyenes vonalban, a galaxistól délkeletre haladva. Arp bebizonyította, hogy ezek a halvány kvazárok az egyedüliek ezen a vidéken. Lehet, hogy egyszerű véletlen egybeesés, hogy szinte egy sorba sorakoztak a galaxisból? Arp azzal érvelt, hogy ennek az esélye rendkívül kicsi, és azt javasolta, hogy a kvazárok egy felrobbanó galaxisból törtek ki. Érdekes módon a kvazárok vöröseltolódása sokkal nagyobb, mint a szülőnek tűnő galaxisé. Érdekes módon a szokásos vöröseltolódási elmélet szerint a kvazároknak sokkal távolabb kell lenniük, mint a galaxis. Arp ezt és más hasonló példákat úgy értelmezi, hogy azt sugallja, hogy az újonnan kitört kvazárok nagy vöröseltolódással születnek, és fokozatosan csökken a vöröseltolódásuk az idő múlásával. Egyes tudósok megkérdőjelezik, hogy reális-e, hogy egy galaxis más nagy tömegű objektumokat, például galaxisokat vagy kvazárokat tör ki. Arp válaszul egy feltűnő fényképre mutat, amelyen az M87 óriásgalaxis anyagáramot lövell ki. Ha megnézzük az M87 galaxis (szintén elliptikus típus) körüli régió elliptikus galaxisait, azt látjuk, hogy mindegyik a kitörő anyagáram irányába esik. A csillagászok – akárcsak Arp – azt sugallják, hogy ezek a galaxisok az M87-ből törtek ki. 12 Hogyan bocsáthat ki egy galaxis egy másik galaxist? Ha egy galaxis egy "sziget-univerzum", amely csillagok és gázok hatalmas halmazából áll, hogyan tud kibocsátani egy másik galaxist, amely ugyanolyan csillag- és gázhalmazból áll? Valószínű, hogy a rádiócsillagászat adhat támpontot. A közelmúltban rádiócsillagászok azt állították, hogy a galaxisok rádiósugárzásának hatalmas területei törhetnek ki. Ezek a kibocsátási régiók párban léteznek egyes galaxisok mindkét oldalán. Ennek magyarázatára a csillagászok óriási forgó fekete lyukak létezését feltételezik a galaxis közepén, amelyek felfalják a közeli csillagokat, és a forgástengely mentén mindkét irányba kiköpnek anyagot. Ha azonban az Arp elemzése helyes, az nem csak az emissziós régiókat magyarázza meg, amelyek vékony gázból állhatnak, hanem azt is, hogy a galaxisok belsejét vagy a galaxis prekurzorait kilökhetik. Visszatérve az ilyen kilökött galaxisok és kvazárok vöröseltolódásaira, Arp a következőket állapította meg: A kitört objektumok sokkal nagyobb vöröseltolódást mutatnak, mint szülőjüké, bár annak közvetlen közelében vannak. Arp ezt csak azzal magyarázza, hogy vöröseltolódásukat nem a Doppler-effektus okozza. A csillagászok tehát nem azt a sebességet mérik, amellyel egy tárgy távolodik. Valószínűleg a vöröseltolódás az objektum valós fizikai állapotához kapcsolódik. A valódi fizika törvényei azonban nem adnak választ arra a kérdésre, hogy ez milyen állapot lehet. Még mindig azt hiszik, hogy a galaxis egyes csillagokból, valamint gáz- és porfelhőkből áll. Milyen tulajdonságai lehetnek annak, hogy vöröseltolódást eredményezzen, amelyet nem a Doppler-effektus vagy a gravitáció okoz? Ez nem magyarázható ismert fizikai törvényekkel. Természetesen Arp megállapításai nagyon ellentmondásosak, és sok csillagász kétségbe vonja, hogy a galaxisok és a kvazárok közötti kapcsolat valóban valós lehet. De ez csak egy sor bizonyíték arra utal, hogy a galaxisok vöröseltolódásának szokásos értelmezése megváltozhat. Következtetés Az ősrobbanás hipotézise továbbra is bizonyítatlan feltevés (vagy egyszerűen csak tündérmese), és az Állandó Univerzum gondolata további kutatást igényel. Milyen elmélet születik legközelebb - az idő eldönti. Az univerzum nem olyan üres, mint amilyennek látszik. Vannak benne átalakulási és energiaátviteli folyamatok (beleértve ugyanazokat a neutrínókat – láthatatlan energiahordozókat), és a fizikának 13 mindezt meg kell értenie, le kell írnia és meg kell magyaráznia, nem pedig mindenféle hihető matematikai mesét kell kitalálnia. A fizika nem tudja egyértelműen megmondani, hogy mi a Világegyetem valós kora, és mérhető-e valahogy. De most teljesen világos, hogy 13,7 milliárd évvel ezelőtt létezett egy univerzum, léteztek galaxisok csillagokkal, a csillagoknak voltak bolygói, néhány bolygón volt élet, néhányon intelligens élet, és akkor a gondolkodó lények is azon töprengtek, mi az igazi. kor volt. 14

Az Univerzum többlevelű modelljének hipotézise

Az oldal szerzőjének előszava: A „A tudás hatalom” oldal olvasói figyelmébe Andrej Dmitrievich Szaharov „Emlékiratok” című könyvének 29. fejezetéből kínálunk részleteket. Szaharov akadémikus a kozmológia területén végzett munkáról beszél, amelyet azután végzett, hogy aktívan részt vett az emberi jogi tevékenységekben - különösen Gorkij száműzetésében. Ez az anyag kétségtelenül érdekes „Az Univerzum” témában, amelyet oldalunk ebben a fejezetében tárgyalunk. Megismerkedünk az Univerzum többlevelű modelljének hipotézisével és más kozmológiai és fizikai problémákkal. ...És persze emlékezzünk a közelmúltunk tragikus múltjára.

Andrej Dmitrijevics SZAKHAROV akadémikus (1921-1989).

A 70-es évek Moszkvában és Gorkijban folytattam kísérleteimet a fizika és a kozmológia tanulmányozására. Ezekben az években nem tudtam számottevően új ötleteket felmutatni, tovább folytattam azokat az irányokat, amelyek már a 60-as évek munkáimban is megjelentek (és a könyv első részében leírtam). Valószínűleg ez a legtöbb tudós sok, amikor elér egy bizonyos korhatárt. Nem veszítem el azonban a reményt, hogy talán valami más is „ragyog majd” számomra. Ugyanakkor azt kell mondanom, hogy pusztán annak a tudományos folyamatnak a megfigyelése, amelyben maga nem vesz részt, hanem tudja, hogy mi az, az mély belső örömöt okoz. Ebben az értelemben „nem vagyok kapzsi”.

1974-ben megcsináltam, és 1975-ben publikáltam egy tanulmányt, amelyben kidolgoztam a gravitációs tér nulla Lagrange-elméletét, valamint a korábbi munkáimban használt számítási módszereket. Ugyanakkor kiderült, hogy eljutottam ahhoz a módszerhez, amelyet sok évvel ezelőtt Vladimir Aleksandrovich Fok, majd Julian Schwinger javasolt. Azonban az én következtetésem és maga az építkezés útja, a módszerek teljesen eltérőek voltak. Sajnos nem tudtam elküldeni a művemet Fokra - pont akkor halt meg.

Később felfedeztem néhány hibát a cikkemben. Tisztázatlan maradt a kérdés, hogy az „indukált gravitáció” (a modern kifejezés a „nulla Lagrange” kifejezés helyett) megadja-e a gravitációs állandó helyes előjelét az általam fontolóra vett lehetőségek bármelyikében.<...>

Három mű – egy a kiutasításom előtt, kettő pedig a kiutasításom után jelent meg – a kozmológiai problémáknak szentel. Az első cikkben a barion aszimmetria mechanizmusait tárgyalom. Valószínűleg érdekesek lehetnek az Univerzum barion aszimmetriájához vezető reakciók kinetikájával kapcsolatos általános megfontolások. Azonban konkrétan ebben a munkában azon régi feltevésem keretein belül érvelek, hogy létezik egy „kombinált” megmaradási törvény (a kvarkok és leptonok számának összege megmarad). Emlékirataim első részében már leírtam, hogyan jutottam el ehhez a gondolathoz, és miért tartom ezt most hibásnak. Összességében a munka ezen része sikertelennek tűnik. Sokkal jobban szeretem a munkának azt a részét, amiről írok az Univerzum többlevelű modellje . Ez egy olyan feltételezés, hogy az Univerzum kozmológiai tágulását kompresszió váltja fel, majd új tágulás oly módon, hogy a tömörítés - tágulás ciklusai végtelenül ismétlődnek. Az ilyen kozmológiai modellek régóta felkeltették a figyelmet. Különböző szerzők nevezték őket "lüktető" vagy "oszcilláló" az Univerzum modelljei. Nekem jobban tetszik ez a kifejezés "többlevelű modell" . Kifejezőbbnek tűnik, jobban megfelel a létciklusok ismétlődő megismétlődésének grandiózus képének érzelmi és filozófiai jelentésének.

Mindaddig, amíg a konzervációt feltételezték, a többlevelű modell leküzdhetetlen nehézségbe ütközött, amely a természet egyik alapvető törvényéből – a termodinamika második főtételéből – következett.

Visszavonulás. A termodinamikában a testek állapotának egy bizonyos jellemzőjét vezetik be, ún. Apámnak egyszer eszébe jutott egy régi népszerű tudományos könyv, „A világ királynője és árnyéka”. (Sajnos elfelejtettem, ki a szerzője ennek a könyvnek.) A királynő természetesen az energia, az árnyék pedig az entrópia. Ellentétben az energiával, amelyre létezik megmaradási törvény, az entrópia számára a termodinamika második főtétele határozza meg a növekedés (pontosabban a nem csökkenés) törvényét. Azokat a folyamatokat, amelyekben a testek teljes entrópiája nem változik, reverzibilisnek nevezzük (tekintjük). Reverzibilis folyamatra példa a súrlódás nélküli mechanikus mozgás. A reverzibilis folyamatok egy absztrakció, az irreverzibilis folyamatok korlátozó esete, amelyet a testek teljes entrópiájának növekedése kísér (súrlódás, hőátadás stb. során). Matematikailag az entrópiát olyan mennyiségként definiáljuk, amelynek növekedése egyenlő a hőbeáramlás osztva az abszolút hőmérséklettel (továbbá tételezzük fel - pontosabban az általános elvekből következik -, hogy az abszolút nulla hőmérsékletű entrópia és a vákuum entrópiája egyenlő nullára).

Számpélda az érthetőség kedvéért. Egy bizonyos 200 fokos test 400 kalóriát ad át a hőcsere során egy másik, 100 fokos testnek. Az első test entrópiája 400/200-al csökkent, i.e. 2 egységgel, a második test entrópiája pedig 4 egységgel nőtt; A teljes entrópia a második törvény követelményének megfelelően 2 egységgel nőtt. Megjegyzendő, hogy ez az eredmény annak a következménye, hogy a hő átadódik egy forróbb testről a hidegebbre.

A teljes entrópia növekedése a nem egyensúlyi folyamatok során végső soron az anyag felmelegedéséhez vezet. Térjünk rá a kozmológiára, a többlevelű modellekre. Ha feltételezzük, hogy a barionok száma rögzített, akkor az egy barionra jutó entrópia korlátlanul növekszik. Az anyag minden ciklussal korlátlan ideig felmelegszik, azaz. az Univerzumban uralkodó állapotok nem fognak megismétlődni!

A nehézség kiküszöbölhető, ha feladjuk a bariontöltés megmaradásának feltételezését, és 1966-os elképzelésemmel és sok más szerző későbbi fejlesztésével összhangban figyelembe vesszük, hogy a bariontöltés az „entrópiából” (azaz semleges forró anyagból) származik. az Univerzum kozmológiai tágulásának korai szakaszában. Ebben az esetben a képződött barionok száma az egyes tágulási-sűrítési ciklusoknál arányos az entrópiával, azaz. az anyagfejlődés és a szerkezeti formák kialakulásának feltételei minden ciklusban megközelítőleg azonosak lehetnek.

A "többlevelű modell" kifejezést először egy 1969-es cikkben fogalmaztam meg. Legutóbbi cikkeimben ugyanezt a kifejezést egy kicsit más értelemben használom; Ezt a félreértések elkerülése végett itt említem meg.

Az utolsó három cikk közül az első (1979) olyan modellt vizsgált, amelyben a teret átlagosan laposnak feltételezik. Azt is feltételezzük, hogy Einstein kozmológiai állandója nem nulla, és negatív (bár abszolút értékét tekintve nagyon kicsi). Ebben az esetben, amint azt Einstein gravitációs elméletének egyenletei mutatják, a kozmológiai tágulás elkerülhetetlenül átadja helyét a kompressziónak. Sőt, minden ciklus az átlagos jellemzőit tekintve teljesen megismétli az előzőt. Fontos, hogy a modell térben sík legyen. A lapos geometria (euklideszi geometria) mellett a következő két mű is a Lobacsevszkij-geometria és a hipergömb geometriájának (a kétdimenziós gömb háromdimenziós analógjának) a figyelembevételével foglalkozik. Ezekben az esetekben azonban egy másik probléma is felmerül. Az entrópia növekedése az Univerzum sugarának növekedéséhez vezet az egyes ciklusok megfelelő pillanataiban. A múltba extrapolálva azt találjuk, hogy minden adott ciklust csak véges számú ciklus előzhetett meg.

A „standard” (egylapos) kozmológiában van egy probléma: mi volt ott a maximális sűrűség pillanata előtt? A többlapos kozmológiákban (kivéve a térben sík modell esetét) ez a probléma nem kerülhető el - a kérdés átkerül az első ciklus tágulási kezdetének pillanatára. Feltételezhető, hogy az első, vagy a standard modell esetében az egyetlen ciklus bővülésének kezdete a világteremtés pillanata, ezért az azt megelőzően történtek kérdése túlmutat. tudományos kutatások köre. Azonban talán éppoly - vagy szerintem inkább - indokolt és gyümölcsöző az a szemlélet, amely lehetővé teszi az anyagi világ és a téridő korlátlan tudományos kutatását. Ugyanakkor látszólag nincs helye a teremtés aktusának, de a Lét isteni jelentésének vallási alapfogalmát nem érinti a tudomány, és túlmutat annak határain.

Két alternatív hipotézissel tudok kapcsolatban a tárgyalt problémával kapcsolatban. Az egyiket, úgy tűnik, én fogalmaztam meg először 1966-ban, és a későbbi munkákban számos pontosítás tárgyát képezték. Ez az „idő nyila fordulása” hipotézis. Ez szorosan összefügg az úgynevezett reverzibilitási problémával.

Mint már írtam, teljesen visszafordítható folyamatok nem léteznek a természetben. A súrlódást, a hőátadást, a fénykibocsátást, a kémiai reakciókat, az életfolyamatokat a visszafordíthatatlanság, a múlt és a jövő közötti szembetűnő különbség jellemzi. Ha valami visszafordíthatatlan folyamatot lefilmezünk, majd az ellenkező irányba játsszuk a filmet, akkor olyasmit fogunk látni a vásznon, ami a valóságban nem történhet meg (például egy tehetetlenségből forgó lendkerék megnöveli a forgási sebességét, és lehűlnek a csapágyak). Mennyiségileg az irreverzibilitás az entrópia monoton növekedésében fejeződik ki. Ugyanakkor minden test részét képező atomok, elektronok, atommagok stb. a mechanika törvényei szerint mozog (kvantum, de ez itt lényegtelen), amelyek időben teljesen reverzibilisek (kvantumtérelméletben - egyidejű CP reflexióval, lásd az első részben). Az idő két irányának aszimmetriája (az „idő nyila” jelenléte, ahogy mondani szokták) a mozgásegyenletek szimmetriájával már régóta felkeltette a statisztikus mechanika alkotóinak figyelmét. Ennek a kérdésnek a megvitatása a múlt század utolsó évtizedeiben kezdődött, és néha meglehetősen heves volt. A megoldás, amely többé-kevésbé mindenkit kielégített, az a hipotézis volt, hogy az aszimmetriát a kezdeti mozgási feltételek, valamint az összes atom és mező helyzete okozta „a végtelenül távoli múltban”. Ezeknek a kezdeti feltételeknek valamilyen jól meghatározott értelemben „véletlenszerűnek” kell lenniük.

Amint azt javasoltam (1966-ban és pontosabban 1980-ban), azokban a kozmológiai elméletekben, amelyeknek van egy meghatározott időpontja, ezeket a véletlenszerű kezdeti feltételeket nem a végtelenül távoli múltnak (t -> - ∞), hanem ennek a kiválasztott pontnak kell tulajdonítani. (t = 0).

Ekkor automatikusan ezen a ponton az entrópia minimális értékkel rendelkezik, és ha előre vagy hátra haladunk tőle időben, az entrópia növekszik. Ezt neveztem „az idő nyila elfordulásának”. Amióta az idő nyila megfordul, minden folyamat, beleértve az információs folyamatokat (beleértve az életfolyamatokat is), megfordul, paradoxonok nem merülnek fel. A fenti elképzelések az idő nyila megfordításáról tudomásom szerint nem kaptak elismerést a tudományos világban. De érdekesnek tűnnek számomra.

Az időnyíl forgása visszaállítja a világ kozmológiai képében a mozgásegyenletekben rejlő két időirány szimmetriáját!

1966-1967-ben Feltételeztem, hogy az idő nyíl fordulópontjában CPT reflexió következik be. Ez a feltevés volt a barion aszimmetriával foglalkozó munkám egyik kiindulópontja. Itt egy másik hipotézist mutatok be (Kirzhnitz, Linde, Guth, Turner és mások keze volt; itt csak az a megjegyzésem van, hogy az idő nyila elfordul).

A modern elméletek azt feltételezik, hogy a vákuum különféle állapotokban létezhet: stabil, nagy pontossággal nullával egyenlő energiasűrűséggel; és instabil, hatalmas pozitív energiasűrűséggel (effektív kozmológiai állandóval) rendelkezik. Ez utóbbi állapotot néha „hamis vákuumnak” is nevezik.

Az ilyen elméletek általános relativitáselméleti egyenleteinek egyik megoldása a következő. Az Univerzum zárt, i.e. minden pillanatban egy véges térfogatú „hipergömböt” képvisel (a hipergömb a gömb kétdimenziós felületének háromdimenziós analógja; a hipergömb elképzelhető a négydimenziós euklideszi térbe „beágyazva”, akárcsak két- dimenziós gömb „beágyazódik” a háromdimenziós térbe). A hipergömb sugara egy adott időpontban minimális véges értékkel rendelkezik (jelöljük t = 0), és az ettől a ponttól való távolsággal növekszik, időben előre és hátra is. Az entrópia nulla hamis vákuumnál (mint általában minden vákuumnál), és amikor a t = 0 ponttól időben előre vagy hátra távolodunk, a hamis vákuum lecsengése miatt nő, és a valódi vákuum stabil állapotává válik. . Így a t = 0 pontban az idő nyila forog (de nincs kozmológiai CPT szimmetria, ami végtelen tömörítést igényel a reflexiós pontban). Csakúgy, mint a CPT szimmetria esetében, itt is minden megőrzött töltés egyenlő nullával (triviális okból - t = 0-nál vákuumállapot van). Ezért ebben az esetben is feltételezni kell a megfigyelt barion aszimmetria dinamikus előfordulását, amelyet a CP invariancia megsértése okoz.

Az Univerzum őstörténetével kapcsolatos alternatív hipotézis az, hogy valójában nem egy vagy két Univerzum van (mint ahogyan - a szó bizonyos értelmében - az idő nyila elfordulásának hipotézisében), hanem sok egymástól gyökeresen különbözik. és valamilyen „elsődleges” térből ered (vagy annak alkotó részecskéiből; lehet, hogy ez csak egy másik kifejezésmód). A többi univerzumnak és az elsődleges térnek, ha van értelme beszélni róla, a „mi” Univerzumunkhoz képest eltérő számú „makroszkópikus” térbeli és időbeli dimenzióval - koordinátákkal (a mi Univerzumunkban - három térbelivel) rendelkezhet. és egy időbeli dimenzió; a Más Univerzumokban minden másképp lehet!) Kérlek benneteket, hogy ne fordítsatok különös figyelmet az idézőjelbe tett „makroszkópikus” jelzőre. A „tömörítés” hipotéziséhez kapcsolódik, amely szerint a legtöbb méret tömörítve van, i.e. nagyon kis léptékben zárt magára.

A „Mega-univerzum” felépítése

Feltételezzük, hogy a különböző Univerzumok között nincs ok-okozati összefüggés. Pontosan ez indokolja külön Univerzumként való értelmezésüket. Ezt a grandiózus szerkezetet „Mega Univerzumnak” nevezem. Számos szerző tárgyalta az ilyen hipotézisek változatait. Különösen a zárt (körülbelül hiperszférikus) Univerzumok többszörös születésének hipotézisét védi egyik művében Ya.B. Zeldovich.

A Mega Universe ötletei rendkívül érdekesek. Talán az igazság pontosan ebben az irányban van. Számomra azonban ezen konstrukciók némelyikében van egy kissé technikai jellegű kétértelműség. Teljesen elfogadható azt feltételezni, hogy a tér különböző régióiban a feltételek teljesen eltérőek. De a természet törvényeinek szükségszerűen mindenütt és mindig ugyanazoknak kell lenniük. A természet nem lehet olyan, mint a királynő Carroll Alice Csodaországban című filmjében, aki önkényesen megváltoztatta a krokett játékszabályait. A létezés nem játék. Kétségeim azokhoz a hipotézisekhez kapcsolódnak, amelyek lehetővé teszik a tér-idő folytonosságának megszakítását. Elfogadhatók az ilyen eljárások? Nem a természeti törvények megsértése a töréspontokon, és nem a „létfeltételek”? Ismétlem, nem vagyok biztos abban, hogy ezek jogos aggályok; Talán ismét, mint a fermionok számának megőrzésének kérdésében, túl szűk nézőpontból indulok ki. Emellett nagyon is elképzelhetőek azok a hipotézisek, amelyekben az Univerzumok születése a folytonosság megszakítása nélkül történik.

„antropikus elvnek” nevezzük azt a feltevést, hogy sok, és talán végtelen számú, paramétereiben eltérő Univerzum spontán születése, és hogy a minket körülvevő Univerzum sok világ közül éppen az élet és az intelligencia kialakulásának feltétele által különbözik meg. ” (AP). Zeldovich azt írja, hogy a táguló univerzum kontextusában általa ismert AP első megfontolása Idlisé (1958). A többlevelű Univerzum koncepciójában az antropikus elv is szerepet játszhat, de az egymást követő ciklusok vagy azok régiói közötti választásban. Ezt a lehetőséget a „Multiple Models of the Universe” című munkám tárgyalja. A többlapos modellek egyik nehézsége, hogy a „fekete lyukak” kialakulása és összevonása a tömörítési szakaszban annyira megbontja a szimmetriát, hogy teljesen homályos, hogy a következő ciklus feltételei alkalmasak-e magasan szervezett formák kialakulására. szerkezetek. Másrészt kellően hosszú ciklusokban barionbomlási és fekete lyuk párolgási folyamatok mennek végbe, ami az összes sűrűségi inhomogenitás kisimulásához vezet. Feltételezem, hogy e két mechanizmus együttes hatása - a fekete lyukak kialakulása és az inhomogenitások összehangolása - a „simább” és „zavartabb” ciklusok egymás utáni változásához vezet. A mi ciklusunkat egy „sima” ciklusnak kellett volna megelőznie, amely során nem keletkeztek fekete lyukak. Konkrétan egy zárt Univerzumot tekinthetünk, ahol az idő nyílának fordulópontjában „hamis” vákuum van. A kozmológiai állandó ebben a modellben nullának tekinthető, a tágulásból a kompresszióba való változás egyszerűen a közönséges anyag kölcsönös vonzása miatt következik be. A ciklusok időtartama az entrópia minden ciklusonkénti növekedése miatt növekszik, és meghalad egy adott számot (a végtelenbe hajlik), így a protonok bomlásának és a „fekete lyukak” elpárologtatásának feltételei teljesülnek.

A többlevelű modellek választ adnak az úgynevezett nagyszámú paradoxonra (egy másik lehetséges magyarázat Guth és munkatársai hipotézise, ​​amely egy hosszú "inflációs" szakaszt foglal magában, lásd 18. fejezet).

Egy bolygó egy távoli gömb alakú csillaghalmaz peremén. Művész © Don Dixon

Miért olyan rendkívül nagy a protonok és fotonok száma egy véges térfogatú Univerzumban, bár véges? És ennek a kérdésnek egy másik, a „nyitott” változathoz kapcsolódó formája az, hogy miért olyan nagy a részecskék száma Lobacsevszkij végtelen világának abban a régiójában, amelynek térfogata A 3 nagyságrendű (A a görbületi sugár )?

A többlevelű modell által adott válasz nagyon egyszerű. Feltételezzük, hogy már sok ciklus telt el t = 0 óta, minden ciklus alatt az entrópia (vagyis a fotonok száma) nőtt, és ennek megfelelően minden ciklusban egyre növekvő bariontöbblet keletkezett. A barionok számának a fotonok számához viszonyított aránya minden ciklusban állandó, mivel azt az Univerzum adott ciklusban bekövetkező tágulásának kezdeti szakaszainak dinamikája határozza meg. A ciklusok teljes száma, mivel t = 0, pont annyi, hogy megkapjuk a megfigyelt fotonok és barionok számát. Mivel számuk exponenciálisan növekszik, ezért a szükséges ciklusszámra nem is kapunk ekkora értéket.

1982-es munkám mellékterméke a fekete lyukak gravitációs összeolvadásának valószínűségének képlete (a Zeldovich és Novikov könyvében szereplő becslést használták).

Egy másik érdekes lehetőség, vagy inkább egy álom, a többlevelű modellekhez kapcsolódik. Lehetséges, hogy egy magasan szervezett elme, amely évmilliárdokat fejlődik egy ciklus alatt, megtalálja a módját, hogy kódolt formában továbbítsa az információ legértékesebb részét a következő ciklusokban örököseinek, amelyeket időben elválaszt ettől a ciklustól. egy szupersűrű állapot időszaka?.. Analógia - a genetikai információ élőlények általi továbbítása nemzedékről generációra, „tömörítve” és a megtermékenyített sejt magjának kromoszómáiban kódolva. Ez a lehetőség persze teljesen fantasztikus, és nem mertem róla tudományos cikkekben írni, de ennek a könyvnek az oldalain szabad kezet adtam magamnak. Ám ettől az álomtól függetlenül az Univerzum többlevelű modelljének hipotézise fontosnak tűnik számomra egy filozófiai világképben.

Kedves látogatók!

Az Univerzum keletkezésének és fejlődésének modelljei formájában megfogalmazva. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a kozmológiában lehetetlen reprodukálható kísérleteket végrehajtani és azokból törvényeket levezetni, ahogyan azt más természettudományokban teszik. Ráadásul minden kozmikus jelenség egyedi. Ezért a kozmológia modellekkel operál. A környező világgal kapcsolatos új ismeretek felhalmozásával új kozmológiai modellek finomodnak és fejlődnek.

Klasszikus kozmológiai modell

A kozmológia és a kozmogónia fejlődése a XVIII-XIX. a klasszikus policentrikus világkép megalkotásában csúcsosodott ki, amely a tudományos kozmológia fejlődésének kezdeti állomása lett.

Ez a modell meglehetősen egyszerű és érthető.

1. Az Univerzumot térben és időben végtelennek, más szóval örökkévalónak tekintik.

2. Az égitestek mozgását és fejlődését szabályozó alaptörvény az egyetemes gravitáció törvénye.

3. A tér semmilyen módon nem kapcsolódik a benne elhelyezkedő testekhez, e testek számára konténerként tölti be passzív szerepét.

4. Az idő sem függ az anyagtól, mivel minden természeti jelenség és test egyetemes időtartama.

5. Ha minden test hirtelen eltűnne, a tér és az idő változatlan maradna. Az Univerzumban a csillagok, bolygók és csillagrendszerek száma végtelenül nagy. Minden égitest hosszú életutat jár be. A halott, vagy inkább kialudt csillagokat új, fiatal világítótestek váltják fel.

Bár az égitestek eredetének és halálának részletei tisztázatlanok maradtak, alapvetően ez a modell harmonikusnak és logikailag következetesnek tűnt. Ebben a formában a klasszikus policentrikus modell a 20. század elejéig létezett a tudományban.

Az univerzum ezen modelljének azonban számos hibája volt.

Az univerzális gravitáció törvénye megmagyarázta a bolygók centripetális gyorsulását, de nem mondta meg, honnan ered a bolygók, valamint bármely anyagi test egységes és egyenes vonalú mozgási vágya. A tehetetlenségi mozgás magyarázatához fel kellett tételezni egy isteni „első lökés” létezését benne, amely minden anyagi testet mozgásba hozott. Ezenkívül Isten beavatkozása lehetővé tette a kozmikus testek keringésének korrigálását is.

Az úgynevezett kozmológiai paradoxonok - fotometriai, gravitációs, termodinamikai - megjelenése a klasszikus modell keretein belül. A megoldás iránti vágy arra is késztette a tudósokat, hogy új, következetes modelleket keressenek.

Így az Univerzum klasszikus policentrikus modellje csak részben volt tudományos természetű, nem tudott tudományos magyarázatot adni az Univerzum keletkezésére, ezért más modellek váltották fel.

Az Univerzum relativisztikus modellje

Az Univerzum új modelljét 1917-ben alkotta meg A. Einstein. A gravitáció relativisztikus elméletén – az általános relativitáselméleten – alapult. Einstein elhagyta a tér és idő abszolútságának és végtelenségének posztulátumait, de megtartotta a stacionaritás elvét, az Univerzum időbeni megváltoztathatatlanságát és térbeli végességét. Az Univerzum tulajdonságait Einstein szerint a benne lévő gravitációs tömegek eloszlása ​​határozza meg.Az Univerzum határtalan, de ugyanakkor zárt térben. E modell szerint a tér homogén és izotróp, azaz. minden irányban azonos tulajdonságokkal rendelkezik, az anyag egyenletesen oszlik el benne, az idő végtelen, áramlása nem befolyásolja az Univerzum tulajdonságait. Számításai alapján Einstein arra a következtetésre jutott, hogy a világtér négydimenziós gömb.

Ugyanakkor az Univerzumnak ezt a modelljét nem szabad hétköznapi gömb formájában elképzelni. A szférikus tér egy gömb, de egy négydimenziós gömb, amelyet nem lehet vizuálisan ábrázolni. Analógia alapján megállapíthatjuk, hogy az ilyen tér térfogata véges, ahogy bármely golyó felülete is véges; véges számú négyzetcentiméterrel fejezhető ki. Bármely négydimenziós gömb felülete is véges számú köbméterben van kifejezve. Egy ilyen gömb alakú térnek nincsenek határai, és ebben az értelemben határtalan. Ilyen térben egy irányba repülve végül visszatérünk a kiindulóponthoz. Ugyanakkor a labda felületén kúszó légy sehol sem talál olyan határokat vagy akadályokat, amelyek meggátolnák, hogy bármely választott irányba mozogjon. Ebben az értelemben bármely golyó felülete határtalan, bár véges, i.e. a határtalanság és a végtelen különböző fogalmak.

Tehát Einstein számításaiból az következett, hogy világunk egy négydimenziós gömb. Egy ilyen Univerzum térfogata kifejezhető, bár nagyon nagy, de mégis véges számú köbméterrel. Elvileg az egész zárt Univerzumot körül lehet repülni, folyamatosan egy irányba mozogva. Egy ilyen képzeletbeli utazás hasonló a világ körüli földi utazásokhoz. De a véges térfogatú Univerzum ugyanakkor korlátlan, mint ahogy bármely gömb felületének sincsenek határai. Az Einstein-univerzum, bár nagy, de még mindig véges számú csillagot és csillagrendszert tartalmaz, ezért a fotometriai és gravitációs paradoxonok nem alkalmazhatók rá. Ugyanakkor a hőhalál kísértete lebeg Einstein Univerzumán. Egy ilyen, térben véges Univerzum elkerülhetetlenül idővel véget ér. Az örökkévalóság nem velejárója.

Így az eszmék újszerűsége, sőt forradalmi volta ellenére Einsteint kozmológiai elméletében a világ statikus természetének szokásos klasszikus ideológiai attitűdje vezérelte. Inkább vonzotta a harmonikus és stabil világ, mint az ellentmondásos és instabil világ.

Táguló Univerzum modell

Einstein Univerzum modellje lett az első kozmológiai modell, amely az általános relativitáselmélet következtetésein alapul. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a gravitáció határozza meg a tömegek kölcsönhatását nagy távolságokon. Ezért a modern kozmológia elméleti magja a gravitáció elmélete - az általános relativitáselmélet. Einstein kozmológiai modelljében feltételezte egy bizonyos hipotetikus taszító erő jelenlétét, aminek az Univerzum állandóságát és változhatatlanságát kellett volna biztosítania. A természettudomány későbbi fejlődése azonban jelentősen módosította ezt az elképzelést.

Öt évvel később, 1922-ben A. Friedman szovjet fizikus és matematikus szigorú számítások alapján kimutatta, hogy Einstein Univerzuma nem lehet helyhez kötött és változatlan. Friedman ugyanakkor az általa megfogalmazott kozmológiai elvre támaszkodott, amely két feltevésen alapul: az Univerzum izotrópiáján és homogenitásán. Az Univerzum izotrópiája a megkülönböztetett irányok hiánya, az Univerzum minden irányban való azonossága. Az Univerzum homogenitása alatt az Univerzum minden pontjának azonosságát értjük: bármelyik ponton végezhetünk megfigyeléseket, és mindenhol izotróp univerzumot fogunk látni.

Friedman a kozmológiai elv alapján bebizonyította, hogy az Einstein-egyenleteknek más, nem stacionárius megoldásai is vannak, amelyek szerint az Univerzum vagy tágulhat, vagy összehúzódhat. Ugyanakkor szó volt magának a térnek a bővítéséről, i.e. a világ összes távolságának növekedéséről. Friedman univerzuma egy felfújódó szappanbuborékhoz hasonlított, amelynek sugara és felülete is folyamatosan nőtt.

Kezdetben a táguló Univerzum modellje hipotetikus volt, és nem volt empirikus megerősítése. 1929-ben azonban E. Hubble amerikai csillagász felfedezte a spektrumvonalak „vörös eltolódásának” hatását (a vonalak eltolódása a spektrum vörös vége felé). Ezt a Doppler-effektus következményeként értelmezték - az oszcillációs frekvencia vagy hullámhossz változása a hullámforrás és a megfigyelő egymáshoz viszonyított mozgása miatt. A "vöröseltolódást" azzal magyarázták, hogy a galaxisok távolodnak egymástól olyan sebességgel, amely a távolság növekedésével növekszik. A legutóbbi mérések szerint a tágulási sebesség növekedése körülbelül 55 km/s minden millió parszekre vetítve.

Megfigyelései eredményeként Hubble alátámasztotta azt az elképzelést, hogy az Univerzum galaxisok világa, hogy nem a mi Galaxisunk az egyetlen benne, hogy sok galaxis van, amelyeket óriási távolságok választanak el egymástól. Ugyanakkor Hubble arra a következtetésre jutott, hogy az intergalaktikus távolságok nem maradnak állandóak, hanem nőnek. Így a természettudományban megjelent a táguló Univerzum fogalma.

Milyen jövő vár Univerzumunkra? Friedman három modellt javasolt az Univerzum fejlődésére.

Az első modellben az Univerzum lassan tágul, így a különböző galaxisok közötti gravitációs vonzás következtében az Univerzum tágulása lelassul és végül leáll. Ezt követően az Univerzum zsugorodni kezdett. Ebben a modellben a tér meghajlik, magába zár, gömböt alkot.

A második modellben az Univerzum végtelenül tágul, és a tér nyereg felületeként görbült és egyben végtelen.

Friedman harmadik modelljében a tér lapos és egyben végtelen.

A három lehetőség közül melyik követi az Univerzum fejlődését, az a gravitációs energia és a táguló anyag mozgási energiájának arányától függ.

Ha az anyag tágulásának kinetikus energiája érvényesül a tágulást megakadályozó gravitációs energiával szemben, akkor a gravitációs erők nem állítják meg a galaxisok tágulását, és az Univerzum tágulása visszafordíthatatlan lesz. Az Univerzum dinamikus modelljének ezt a változatát nyitott Univerzumnak nevezik.

Ha a gravitációs kölcsönhatás dominál, akkor a tágulás üteme idővel lelassul egészen addig, amíg teljesen meg nem áll, majd megkezdődik az anyag összenyomódása, amíg az Univerzum vissza nem tér eredeti szingularitási állapotába (egy végtelenül nagy sűrűségű ponttérfogat). A modellnek ezt a változatát oszcilláló, vagy zárt Univerzumnak nevezik.

Abban az esetben, ha a gravitációs erők pontosan megegyeznek az anyag tágulási energiájával, a tágulás nem áll meg, de sebessége idővel nullára fog csökkenni. Több tízmilliárd évvel az Univerzum tágulásának kezdete után egy kvázi-stacionáriusnak nevezhető állapot következik be. Elméletileg az Univerzum lüktetése is lehetséges.

Amikor E. Hubble kimutatta, hogy a távoli galaxisok egyre nagyobb sebességgel távolodnak el egymástól, egyértelmű következtetést vontak le, hogy Univerzumunk tágul. De a táguló Univerzum egy változó Univerzum, egy világ a maga történelmével, kezdete és vége. A Hubble-állandó lehetővé teszi, hogy megbecsüljük azt az időt, ameddig az Univerzum tágulási folyamata folytatódik. Kiderül, hogy nem kevesebb, mint 10 milliárd és nem több, mint 19 milliárd év. A táguló Univerzum legvalószínűbb élettartama 15 milliárd év. Ez Univerzumunk hozzávetőleges kora.

A tudós véleménye

Vannak más, még a legegzotikusabb kozmológiai (elméleti) modellek is, amelyek az általános relativitáselméletre épülnek. Íme, amit a Cambridge-i Egyetem matematikaprofesszora, John Barrow mond a kozmológiai modellekről:

„A kozmológia természetes feladata, hogy a lehető legjobban megértsük saját Univerzumunk eredetét, történetét és szerkezetét. Ugyanakkor az általános relativitáselmélet – a fizika más ágaitól való kölcsönzés nélkül is – szinte korlátlan számú, nagyon eltérő kozmológiai modell kiszámítását teszi lehetővé. Kiválasztásuk természetesen csillagászati ​​és asztrofizikai adatok alapján történik, amelyek segítségével nemcsak a különböző modellek valósághűségének tesztelésére nyílik lehetőség, hanem annak eldöntésére is, hogy melyik összetevőjük kombinálható a legmegfelelőbben. világunk leírása. Így keletkezett az Univerzum jelenlegi standard modellje. Tehát már csak ezért is nagyon hasznos volt a kozmológiai modellek történelmi sokfélesége.

De nem csak erről van szó. Sok modellt akkor hoztak létre, amikor a csillagászok még nem gyűjtötték össze azt a rengeteg adatot, amivel ma rendelkeznek. Például az Univerzum izotrópiájának valódi fokát az űrberendezéseknek köszönhetően csak az elmúlt két évtizedben állapították meg. Nyilvánvaló, hogy a múltban a térmodellezőknek sokkal kevesebb empirikus korlátja volt. Emellett elképzelhető, hogy még a mai mércével mérve egzotikus modellek is hasznosak lesznek a jövőben az Univerzum azon részei leírására, amelyek még nem hozzáférhetők megfigyelésre. És végül, a kozmológiai modellek feltalálása egyszerűen felkeltheti a vágyat, hogy ismeretlen megoldásokat találjanak az általános relativitáselmélet egyenleteire, és ez egyben erőteljes ösztönző is. Általában véve érthető és indokolt az ilyen modellek bősége.

A kozmológia és a részecskefizika közelmúltbeli egyesülése ugyanígy indokolt. Képviselői az Univerzum életének legkorábbi szakaszát egy természetes laboratóriumnak tekintik, amely ideálisan alkalmas világunk alapvető szimmetriáinak tanulmányozására, amelyek meghatározzák az alapvető kölcsönhatások törvényeit. Ez az unió már megalapozta az alapvetően új és nagyon mély kozmológiai modellek rajongóit. Kétségtelen, hogy a jövőben nem kevésbé gyümölcsöző eredményeket fog hozni.”

Kezdetben az Univerzum az üresség táguló csomója volt. Összeomlása az Ősrobbanáshoz vezetett, melynek tűzokádó plazmájában megkovácsolták az első kémiai elemeket. Aztán a gravitáció évmilliókig összenyomta a hűsítő gázfelhőket. És ekkor kigyúltak az első csillagok, megvilágítva a grandiózus univerzumot halvány galaxisok billióival... Ez a világkép, amelyet a 20. század legnagyobb csillagászati ​​felfedezései támogatnak, szilárd elméleti alapokon áll. De vannak szakemberek, akiknek ez nem tetszik. Kitartóan keresik benne a gyenge pontokat, remélve, hogy egy másik kozmológia váltja fel a jelenlegit.

Az 1920-as évek elején Alexander Friedman szentpétervári tudós, aki az egyszerűség kedvéért feltételezte, hogy az anyag egyenletesen kitölti az egész teret, megoldást talált az általános relativitáselmélet (GTR) egyenleteire, amelyek a nem stacionáriusan táguló Univerzumot írják le. Még Einstein sem vette komolyan ezt a felfedezést, mert úgy gondolta, hogy az Univerzumnak örökkévalónak és változatlannak kell lennie. Egy ilyen Univerzum leírására még egy speciális „antigravitációs” lambda kifejezést is bevezetett az általános relativitáselmélet egyenleteibe. Friedman hamarosan belehalt a tífuszba, és döntése feledésbe merült. Például Edwin Hubble, aki a világ legnagyobb 100 hüvelykes teleszkópján dolgozott a Mount Wilson Obszervatóriumban, semmit sem hallott ezekről az elképzelésekről.

1929-re a Hubble több tucat galaxis távolságát mérte meg, és a korábban kapott spektrumokkal összehasonlítva váratlanul felfedezte, hogy minél távolabb van egy galaxis, annál vöröseltolódottabbak a színképvonalai. A vöröseltolódást a Doppler-effektussal lehetett a legkönnyebben megmagyarázni. De aztán kiderült, hogy az összes galaxis gyorsan távolodik tőlünk. Annyira furcsa volt, hogy Fritz Zwicky csillagász a „fáradt fény” nagyon merész hipotézisét állította fel, amely szerint nem a galaxisok távolodnak el tőlünk, hanem a fénykvantumok egy hosszú utazás során tapasztalnak némi ellenállást a mozgásukkal szemben, és fokozatosan veszítenek. energiát és pirosra fordul. Aztán persze eszébe jutott a tér kitágításának gondolata, és kiderült, hogy nem kevésbé furcsa új megfigyelések is jól illeszkednek ebbe a furcsa elfeledett elméletbe. Friedman modelljének az is jót tett, hogy a vöröseltolódás eredete nagyon hasonlít a szokásos Doppler-effektushoz: még ma sem érti minden csillagász, hogy a galaxisok térbeli „szóródása” egyáltalán nem azonos a tágulással. magából az űrből „befagyott” galaxisokkal.

A „fáradt fény” hipotézise az 1930-as évek végére csendben elhalványult a színről, amikor a fizikusok megállapították, hogy a foton csak akkor veszít energiát, ha kölcsönhatásba lép más részecskékkel, és ebben az esetben mozgásának iránya szükségszerűen legalább kissé megváltozik. Tehát a „fáradt fény” modellben a távoli galaxisok képei elmosódnak, mintha ködben lennének, de elég jól láthatóak. Ennek eredményeként a közelmúltban mindenki figyelmét felkeltette az Univerzum Friedmann-modellje, amely az általánosan elfogadott elképzelések alternatívája. (Élete végéig, 1953-ig azonban maga Hubble is elismerte, hogy a világűr tágulása csak látszólagos hatás lehet.)

Kétszeres alternatív szabvány

De mivel az Univerzum tágul, ez azt jelenti, hogy korábban sűrűbb volt. Friedman tanítványa, Georgi Gamow atomfizikus mentálisan megfordítva fejlődését arra a következtetésre jutott, hogy a korai Univerzum annyira forró volt, hogy termonukleáris fúziós reakciók zajlottak benne. Gamow megpróbálta elmagyarázni velük a kémiai elemek megfigyelt elterjedtségét, de csak néhány fajta könnyű atommagot sikerült „főznie” az elsődleges üstben. Kiderült, hogy a hidrogén mellett 23-25% héliumot, századszázalék deutériumot és egy milliárdod lítiumot kell tartalmaznia. A csillagokban lévő nehezebb elemek szintézisének elméletét később Gamow versenytársa, Fred Hoyle asztrofizikus dolgozta ki kollégáival együtt.

1948-ban Gamow azt is megjósolta, hogy a forró Univerzumból egy megfigyelhető nyomnak kell maradnia - több Kelvin-fok hőmérsékletű, hűtött mikrohullámú sugárzásnak, amely az égbolt minden irányából érkezik. Jaj, Gamow jóslata megismételte Friedman modelljének sorsát: senki sem sietett keresni a kisugárzását. A forró Univerzum elmélete túlságosan extravagánsnak tűnt ahhoz, hogy drága kísérleteket végezzen a tesztelésére. Ráadásul párhuzamot láttak benne az isteni teremtéssel, amitől sok tudós elhatárolódott. Ez azzal ért véget, hogy Gamow felhagyott a kozmológiával, és áttért a genetikára, amely akkoriban alakult ki.

Az 1950-es években az 1950-es években népszerűvé vált az álló Univerzum elméletének új változata, amelyet ugyanaz a Fred Hoyle dolgozott ki Thomas Gold asztrofizikussal és Hermann Bondi matematikussal. Hubble felfedezésének nyomására elfogadták az Univerzum tágulását, de nem evolúcióját. Elméletük szerint a tér tágulását hidrogénatomok spontán keletkezése kíséri, így az Univerzum átlagos sűrűsége változatlan marad. Ez természetesen megsérti az energiamegmaradás törvényét, de rendkívül jelentéktelen - legfeljebb egy hidrogénatom milliárd évenként térköbméterenként. Hoyle a modelljét a „folyamatos teremtés elméletének” nevezte, és bevezetett egy speciális C-mezőt (az angol teremtésből - teremtés szóból), negatív nyomással, amely az Univerzum felfújására kényszerítette, miközben az anyag állandó sűrűségét fenntartotta. Gamow-val dacolva Hoyle az összes elem kialakulását, beleértve a könnyűeket is, a csillagokban zajló termonukleáris folyamatokkal magyarázta.

A Gamow által megjósolt kozmikus mikrohullámú hátteret csaknem 20 évvel később véletlenül vették észre. Felfedezői Nobel-díjat kaptak, és a forró Friedmann-Gamow Univerzum gyorsan kiszorította a versengő hipotéziseket. Hoyle azonban nem adta fel, és elméletét védve azzal érvelt, hogy a mikrohullámú hátteret távoli csillagok hozták létre, amelyek fényét a kozmikus por szórta szét és bocsátotta ki újra. De akkor az égbolt fénye foltos legyen, de szinte tökéletesen egységes. Fokozatosan gyűltek össze adatok a csillagok és a kozmikus felhők kémiai összetételéről, amelyek összhangban voltak Gam primer nukleoszintézis modelljével is.

Így az ősrobbanás kétszer-alternatív elmélete általánosan elfogadottá vált, vagy ahogy manapság divatos mondani, tudományos főárammá vált. És most azt tanítják az iskolásoknak, hogy Hubble felfedezte az Univerzum felrobbanását (és nem a vöröseltolódás távolságtól való függőségét), és a kozmikus mikrohullámú sugárzás Joseph Samuilovich Shklovsky szovjet asztrofizikus könnyű kezével reliktum sugárzássá válik. A forró Univerzum modellje a szó szoros értelmében a nyelv szintjén van „bevarrva” az emberek tudatába.

A vöröseltolódás négy oka

Melyiket válassza a Hubble-törvény – a vöröseltolódás távolságtól való függésének – magyarázatához?

Ásás az alapok alatt

De az emberi természet olyan, hogy amint egy újabb tagadhatatlan gondolat érvényre jut a társadalomban, azonnal akadnak vitatkozni akaró emberek. A standard kozmológia kritikája felosztható fogalmira, amely rámutat elméleti alapjainak tökéletlenségére, és csillagászatira, amely konkrét tényekre és megfigyelésekre hivatkozik, amelyeket nehéz megmagyarázni.

A fogalmi támadások fő célpontja természetesen az általános relativitáselmélet (GR). Einstein meglepően szép leírást adott a gravitációról, azonosítva azt a téridő görbületével. Az általános relativitáselméletből azonban következik a fekete lyukak létezése, olyan furcsa objektumok, amelyek középpontjában az anyag végtelen sűrűségű ponttá préselődik. A fizikában a végtelen megjelenése mindig az elmélet alkalmazhatóságának határait jelzi. Ultranagy sűrűségeknél az általános relativitáselméletet a kvantumgravitációval kell felváltani. A kvantumfizika elveinek az általános relativitáselméletbe való bevezetésére tett kísérletek azonban kudarcot vallottak, ami arra kényszeríti a fizikusokat, hogy alternatív gravitációs elméleteket keressenek. A XX. században több tucat épült belőlük. A legtöbb nem bírta ki a kísérleti tesztelést. De néhány elmélet még mindig érvényes. Köztük van például Logunov akadémikus gravitációs térelmélete, amelyben nincs görbe tér, nem keletkeznek szingularitások, ami azt jelenti, hogy nincsenek fekete lyukak vagy az ősrobbanás. Ahol az ilyen alternatív gravitációs elméletek jóslatai kísérletileg tesztelhetők, ott megegyeznek az általános relativitáselmélet elméletével, és csak szélsőséges esetekben - ultranagy sűrűségnél vagy nagyon nagy kozmológiai távolságoknál - térnek el a következtetéseik. Ez azt jelenti, hogy az Univerzum szerkezetének és fejlődésének másnak kell lennie.

Új kozmográfia

Réges-régen Johannes Kepler, aki elméletileg próbálta megmagyarázni a bolygópályák sugarai közötti összefüggéseket, szabályos poliédereket fészkelt egymásba. A bennük leírt és beírt szférák tűntek számára a legközvetlenebb útnak az univerzum szerkezetének megfejtéséhez - „A kozmográfiai rejtély”, ahogyan könyvét nevezte. Később Tycho Brahe megfigyelései alapján elvetette a körök és gömbök égi tökéletességének ősi elképzelését, és arra a következtetésre jutott, hogy a bolygók ellipszisben mozognak.

Sok modern csillagász is szkeptikus a teoretikusok spekulatív konstrukcióival kapcsolatban, és szívesebben merít ihletet az égre nézve. És ott láthatja, hogy galaxisunk, a Tejút egy kis halmaz, a Lokális galaxiscsoport része, amely a Szűz csillagképben található hatalmas galaxisfelhő középpontjához vonzódik, amelyet Helyi szuperhalmaznak neveznek. Még 1958-ban George Abel csillagász katalógust adott ki az északi égbolton található 2712 galaxishalmazról, amelyek viszont szuperhalmazokba vannak csoportosítva.

Egyetértek, nem úgy néz ki, mint egy egyenletesen anyaggal megtöltött Univerzum. De a Friedman-modell homogenitása nélkül lehetetlen a Hubble-törvénynek megfelelő expanziós rendszert elérni. És a mikrohullámú háttér elképesztő simasága sem magyarázható. Ezért az elmélet szépsége nevében az Univerzum homogenitását kozmológiai alapelvnek nyilvánították, és a megfigyelőktől várták, hogy ezt megerősítsék. Természetesen kozmológiai mércével mérve kis távolságokon – százszor akkora, mint a Tejútrendszer – a galaxisok közötti vonzás dominál: keringenek, ütköznek és egyesülnek. De egy bizonyos távolsági skálából kiindulva az Univerzumnak egyszerűen homogénné kell válnia.

Az 1970-es években a megfigyelések még nem tették lehetővé, hogy biztosan megmondhassuk, léteznek-e néhány tíz megaparszekennél nagyobb struktúrák, és a „világegyetem nagyléptékű homogenitása” szavak úgy hangzottak, mint a Friedmann-féle kozmológia védelmező mantrája. Az 1990-es évek elejére azonban a helyzet drámaian megváltozott. A Halak és a Cetus csillagkép határán mintegy 50 megaparszek méretű szuperhalmazt fedeztek fel, amely magában foglalja a Helyi szuperhalmazt is. A Hidra csillagképben fedezték fel először a 60 megaparszek méretű Nagy Attraktort, majd mögötte egy hatalmas, háromszor nagyobb Shapley-szuperhalmot. És ezek nem elszigetelt tárgyak. Ugyanakkor a csillagászok leírták a Nagy Falat, egy 150 megaparszek hosszúságú komplexumot, és a lista folyamatosan bővül.

A század végére beindult az Univerzum 3D-s térképeinek készítése. Egy távcsőben több száz galaxis spektrumát kapjuk. Ennek érdekében egy robotmanipulátor több száz optikai szálat helyez el a széles látószögű Schmidt-kamera fókuszsíkjában az ismert koordinátákon, és az egyes galaxisok fényét továbbítja a spektrográfiai laboratóriumba. Az eddigi legnagyobb SDSS-felmérés már egymillió galaxis spektrumát és vöröseltolódását határozta meg. Az Univerzum legnagyobb ismert szerkezete pedig továbbra is a Sloan Nagy Fala, amelyet 2003-ban fedeztek fel a korábbi CfA-II felmérés szerint. Hossza 500 megaparszek, ami a Friedmann-univerzum horizontjától mért távolság 12%-a.

Az anyagkoncentráció mellett számos elhagyatott űrrégiót is felfedeztek – olyan üregeket, ahol nincsenek galaxisok vagy akár titokzatos sötét anyag. Sokuk mérete meghaladja a 100 megaparszeket, és 2007-ben az Amerikai Nemzeti Rádiócsillagászati ​​Obszervatórium egy körülbelül 300 megaparszek átmérőjű nagy űr felfedezéséről számolt be.

Már az ilyen grandiózus struktúrák létezése is kihívás elé állítja a standard kozmológiát, amelyben inhomogenitások alakulnak ki az ősrobbanásból visszamaradt apró sűrűség-ingadozások miatti gravitációs anyagtorlódás miatt. A galaxisok megfigyelt természetes mozgási sebessége mellett nem haladhatnak meg egy tucat-két megaparszeknál többet az Univerzum teljes élettartama alatt. És akkor mivel magyarázhatjuk egy több száz megaparszek méretű anyag koncentrációját?

Sötét entitások

Szigorúan véve Friedman modellje „tiszta formájában” nem magyarázza még kis struktúrák – galaxisok és halmazok – kialakulását sem, hacsak nem adunk hozzá egy különleges megfigyelhetetlen entitást, amelyet 1933-ban Fritz Zwicky talált fel. A Coma-halmaz tanulmányozása során felfedezte, hogy a galaxisok olyan gyorsan mozognak, hogy könnyen el kellene repülniük. Miért nem bomlik fel a klaszter? Zwicky azt javasolta, hogy tömege sokkal nagyobb, mint a fényforrások alapján becsülték. Így jelent meg az asztrofizikában a rejtett tömeg, amit ma sötét anyagnak neveznek. Enélkül lehetetlen leírni a galaktikus korongok és galaxishalmazok dinamikáját, a fény elhajlását, amikor elhaladnak a halmazok mellett, és eredetük is. Becslések szerint ötször több sötét anyag van, mint a normál világítóanyag. Azt már megállapították, hogy ezek nem sötét planetoidok, nem fekete lyukak és nem ismert elemi részecskék. A sötét anyag valószínűleg nehéz részecskékből áll, amelyek csak gyenge kölcsönhatásokban vesznek részt.

A közelmúltban a PAMELA olasz-orosz műholdkísérlet az energetikai pozitronok furcsa feleslegét észlelte a kozmikus sugarakban. Az asztrofizikusok nem ismerik a pozitronok megfelelő forrását, és azt sugallják, hogy ezek a sötét anyag részecskéivel való valamilyen reakció termékei lehetnek. Ha igen, akkor veszélybe kerülhet Gamow primordiális nukleoszintézis elmélete, mert nem feltételezte nagyszámú ismeretlen nehéz részecske jelenlétét a korai Univerzumban.

A titokzatos sötét energiát sürgősen hozzá kellett adni az Univerzum standard modelljéhez a 20. és 21. század fordulóján. Nem sokkal ez előtt egy új módszert teszteltek a távoli galaxisok távolságának meghatározására. A benne lévő „standard gyertya” egy speciális típusú szupernóvák robbanása volt, amelyek a kitörés magasságában mindig majdnem azonos fényerővel rendelkeznek. Látszólagos fényességüket használják annak a galaxisnak a távolságának meghatározására, ahol a kataklizma bekövetkezett. Mindenki arra számított, hogy a mérések az Univerzum tágulásának enyhe lassulását mutatják az anyag öngravitációjának hatására. A csillagászok nagy meglepetéssel fedezték fel, hogy az Univerzum tágulása éppen ellenkezőleg, felgyorsul! A sötét energiát azért találták ki, hogy biztosítsa az univerzális kozmikus taszítást, amely felfújja az Univerzumot. Valójában nem különböztethető meg az Einstein-egyenletekben szereplő lambda-tagtól, és ami viccesebb, a Bondi-Gold-Hoyle-féle stacionárius univerzum elméletének C-mezőjétől, amely a múltban a Friedmann-Gamow kozmológia fő vetélytársa volt. Így vándorolnak a mesterséges spekulatív ötletek az elméletek között, segítve őket túlélésben az új tények nyomása alatt.

Ha Friedman eredeti modelljében csak egy paramétert határoztak meg a megfigyelésekből (az Univerzum anyagának átlagos sűrűsége), akkor a „sötét entitások” megjelenésével a „tuning” paraméterek száma érezhetően megnőtt. Ezek nemcsak a sötét „összetevők” arányai, hanem az önkényesen feltételezett fizikai tulajdonságaik is, mint például a különféle kölcsönhatásokban való részvétel képessége. Nem igaz, hogy mindez Ptolemaiosz elméletére emlékeztet? Egyre több epiciklust is adtak hozzá, hogy összhangot teremtsenek a megfigyelésekkel, amíg össze nem omlott saját túlbonyolított tervezésének súlya alatt.

DIY Univerzum

Az elmúlt 100 év során sokféle kozmológiai modellt hoztak létre. Ha korábban mindegyiket egyedi fizikai hipotézisnek tekintették, mára az attitűd prózaibb lett. A kozmológiai modell felépítéséhez három dologgal kell foglalkozni: a gravitáció elméletével, amelytől a tér tulajdonságai függnek, az anyag eloszlásával és a vöröseltolódás fizikai természetével, amelyből a függőség származik: távolság - vöröseltolódás R(z). Ez beállítja a modell kozmográfiáját, amely lehetővé teszi a különféle hatások kiszámítását: a „standard gyertya” fényerejét, a „standard méter” szögméretét, a „standard másodperc” időtartamát és a felület fényerejét. egy „referenciagalaxis” változása a távolsággal (vagy inkább a vöröseltolódással). Csak az égre kell nézni, és megérteni, melyik elmélet adja a helyes jóslatokat.

Képzeld el, hogy este egy felhőkarcolóban ülsz az ablak mellett, és az alatta nyúló városi fények tengerét nézed. A távolban kevesebben vannak. Miért? Lehet, hogy szegényes külterületek vannak ott, vagy a fejlesztés teljesen véget ért. Vagy talán a lámpák fényét tompítja a köd vagy a szmog. Vagy a Föld felszínének görbülete hatással van rá, és a távoli fények egyszerűen túlmutatnak a horizonton. Mindegyik opciónál kiszámolhatja a lámpák számának a távolságtól való függését, és megtalálhatja a megfelelő magyarázatot. A kozmológusok így tanulmányozzák a távoli galaxisokat, és megpróbálják kiválasztani az Univerzum legjobb modelljét.

Ahhoz, hogy a kozmológiai teszt működjön, fontos megtalálni a „szabványos” objektumokat, és figyelembe kell venni minden olyan interferencia hatását, amely torzítja a megjelenésüket. A megfigyelő kozmológusok nyolc évtizede küzdenek ezzel. Vegyük mondjuk a szögméret tesztet. Ha a terünk euklideszi, azaz nem görbült, akkor a galaxisok látszólagos mérete a z vöröseltolódással fordított arányban csökken. Friedmann íves terű modelljében az objektumok szögmérete lassabban csökken, és valamivel nagyobb galaxisokat látunk, mint a halak az akváriumban. Még egy modell is létezik (Einstein dolgozott vele a korai szakaszban), amelyben a galaxisok mérete először csökken, ahogy távolodnak, majd újra növekedni kezdenek. A probléma azonban az, hogy a távoli galaxisokat olyannak látjuk, amilyenek a múltban voltak, és az evolúció során méretük változhat. Ezenkívül nagy távolságban a ködös foltok kisebbnek tűnnek - amiatt, hogy nehezen láthatóak a széleik.

Rendkívül nehéz figyelembe venni az ilyen hatások hatását, ezért a kozmológiai teszt eredménye gyakran az adott kutató preferenciáitól függ. A publikált munkák hatalmas sorában találhatunk olyan teszteket, amelyek megerősítenek és cáfolnak különféle kozmológiai modelleket. És csak a tudós professzionalizmusa határozza meg, hogy melyiküknek higgyen és melyiknek nem. Íme csak néhány példa.

2006-ban egy háromtucatnyi csillagászból álló nemzetközi csapat megvizsgálta, hogy a távoli szupernóva-robbanások elhúzódtak-e az idő múlásával, ahogy azt Friedmann modellje megköveteli. Teljes egyetértésben voltak az elmélettel: a villanások pontosan annyiszor hosszabbodnak meg, ahányszor a belőlük érkező fény frekvenciája csökken - az általános relativitáselméletben az idődilatáció minden folyamatra ugyanolyan hatással van. Ez az eredmény egy újabb utolsó szög lehetett az álló Univerzum elméletének koporsójában (az elsőt 40 évvel ezelőtt Stephen Hawking nevezte el kozmikus mikrohullámú háttérként), ám 2009-ben Eric Lerner amerikai asztrofizikus pontosan az ellenkező eredményt publikálta. más módszerrel kapott. Richard Tolman által 1930-ban feltalált galaxisok felületi fényességtesztjét kifejezetten arra használta, hogy válasszon a táguló és a statikus univerzum között. A Friedmann-modellben a galaxisok felszíni fényessége nagyon gyorsan csökken a vöröseltolódás növekedésével, az euklideszi térben pedig „fáradt fény” mellett sokkal lassabb a bomlás. z = 1-nél (ahol Friedman szerint a galaxisok körülbelül fele olyan fiatalok, mint a közelünkben lévők) a különbség 8-szoros, z = 5-nél pedig, ami közel áll a Hubble Űrteleszkóp képességeinek határához, több mint 200-szoros. A teszt azt mutatta, hogy az adatok szinte tökéletesen egybeesnek a „fáradt fény” modellel, és erősen eltérnek Friedman modelljétől.

Alap a kétségnek

A megfigyelési kozmológia rengeteg adatot halmozott fel, amelyek kétségbe vonják a domináns kozmológiai modell helyességét, amelyet a sötét anyag és az energia hozzáadása után LCDM-nek (Lambda - Cold Dark Matter) kezdtek elnevezni. Az LCDM lehetséges problémája az észlelt objektumok rekord vöröseltolódásainak gyors növekedése. Masanori Iye, a Japán Nemzeti Csillagászati ​​Obszervatórium munkatársa azt tanulmányozta, hogyan nőtt a galaxisok, kvazárok és gamma-kitörések rekordnyitó vöröseltolódása (a megfigyelhető Univerzum legerősebb robbanásai és legtávolabbi jeladói). 2008-ra már mindegyik túllépte a z = 6-os küszöböt, és különösen gyorsan nőtt a gamma-kitörések rekordja. 2009-ben újabb rekordot döntöttek: z = 8,2. Friedman modelljében ez az ősrobbanás utáni körülbelül 600 millió éves kornak felel meg, és a határokig illeszkedik a galaxisok kialakulásáról szóló létező elméletekhez: még több, és egyszerűen nem lesz idejük kialakulni. Mindeközben úgy tűnik, a z mutatók fejlődése nem áll meg – mindenki a 2009 tavaszán felbocsátott új Herschel és Planck űrteleszkópok adatait várja. Ha z = 15 vagy 20 objektumok jelennek meg, az teljes LCDM-válsággá válik.

Egy másik problémát még 1972-ben vett észre Alan Sandage, az egyik legelismertebb megfigyelő kozmológus. Kiderült, hogy a Hubble-törvény túlságosan jól érvényesül a Tejútrendszer közvetlen közelében. Tőlünk néhány megaparszeken belül az anyag rendkívül inhomogén módon oszlik el, de úgy tűnik, hogy a galaxisok ezt nem veszik észre. Vöröseltolódásuk pontosan arányos a távolságukkal, kivéve azokat, amelyek nagyon közel vannak a nagy klaszterek középpontjához. Úgy tűnik, hogy a galaxisok kaotikus sebességét valami tompítja. Ha analógiát vonunk le a molekulák hőmozgásával, ezt a paradoxont ​​néha a Hubble-áramlás rendellenes hidegségének is nevezik. Az LCDM-ben nincs átfogó magyarázat erre a paradoxonra, de a „fáradt fény” modellben természetes magyarázatot kap. Alekszandr Raikov, a Pulkovo Obszervatóriumból azt feltételezte, hogy a fotonok vöröseltolódása és a galaxisok kaotikus sebességének csillapítása ugyanannak a kozmológiai tényezőnek a megnyilvánulása lehet. Ugyanez az ok magyarázhatja a Pioneer 10 és Pioneer 11 amerikai bolygóközi szondák mozgásának anomáliáját. Ahogy elhagyták a Naprendszert, egy kis, megmagyarázhatatlan lassulást tapasztaltak, ami számszerűleg éppen annyi volt, hogy megmagyarázza a Hubble-folyam hidegségét.

Számos kozmológus próbálja bebizonyítani, hogy az Univerzumban az anyag nem egyenletesen, hanem fraktálosan oszlik el. Ez azt jelenti, hogy bármilyen léptékűnek tekintjük is az Univerzumot, mindig a megfelelő szintű halmazok és üregek váltakozását fogja feltárni. Elsőként Luciano Piotroneiro olasz fizikus vetette fel ezt a témát 1987-ben. Néhány évvel ezelőtt pedig Jurij Barysev szentpétervári kozmológus és Pekka Teerikorpi Finnországból kiadott egy kiterjedt monográfiát „Az Univerzum fraktálszerkezete”. Számos tudományos cikk azt állítja, hogy a vöröseltolódásos felmérések során a galaxisok eloszlásának fraktál jellegét egészen 100 megaparszekusig, a heterogenitást pedig 500 megaparszekig és még tovább is nyomon követik. Nemrég pedig Alekszandr Raikov Viktor Orlovval, a Szentpétervári Állami Egyetemről a fraktáleloszlás jeleit fedezte fel a gammasugár-kitörések katalógusában z = 3-ig terjedő skálákon (vagyis a Friedmann-modell szerint a legtöbb esetben a látható Univerzum). Ha ez bebizonyosodik, a kozmológia nagy megrendülés előtt áll. A fraktalitás általánosítja a homogenitás fogalmát, amelyet a matematikai egyszerűség miatt a 20. századi kozmológia alapjául vettek. Ma a matematikusok aktívan tanulmányozzák a fraktálokat, és rendszeresen bizonyítanak új tételeket. Az Univerzum nagy léptékű szerkezetének fraktalitása nagyon váratlan következményekkel járhat, és ki tudja, várnak-e ránk radikális változások az Univerzum képében és fejlődésében?

Sírj szívből

Mégis, bármennyire is inspirálják az ilyen példák a kozmológiai „disszidenseket”, ma nincs olyan koherens és jól kidolgozott elmélet az Univerzum szerkezetéről és fejlődéséről, amely eltérne a szokásos LCDM-től. Amit gyűjtőnéven alternatív kozmológiának nevezünk, számos olyan állításból áll, amelyeket joggal vetnek fel az általánosan elfogadott koncepció hívei, valamint egy sor olyan ígéretes, különböző kifinomultságú ötletet, amelyek hasznosak lehetnek a jövőben, ha egy erős alternatív kutatási program előbukkan.

Az alternatív nézetek sok híve hajlamos túlhangsúlyozni az egyes gondolatokat vagy ellenpéldákat. Azt remélik, hogy a standard modell nehézségeinek bemutatásával el lehet hagyni. De ahogy Lakatos Imre tudományfilozófus is érvelt, sem kísérlet, sem paradoxon nem rombolhat le egy elméletet. Csak egy új, jobb elmélet öl meg egy elméletet. Egyelőre nincs mit ajánlani egy alternatív kozmológiára.

De honnan jönnek az újabb komoly fejlemények – panaszkodnak az „alternatívák”, ha az egész világon a pályázati bizottságokban, a tudományos folyóiratok szerkesztőségeiben és a távcsövek megfigyelési idejének elosztásával foglalkozó bizottságokban a többség a szabvány híve. kozmológia. Azt mondják, egyszerűen blokkolják az erőforrások olyan munkához való allokációját, amely kívül esik a kozmológiai főáramlaton, és ezt haszontalan pénzpazarlásnak tartják. Néhány évvel ezelőtt a feszültség olyan magasra rúgott, hogy kozmológusok egy csoportja nagyon kemény „Nyílt levelet írt a tudományos közösségnek” a New Scientist magazinban. Bejelentette az Alternative Cosmology Group (www. cosmology. info) nemzetközi közszervezet megalakulását, amely azóta is rendszeresen tart saját konferenciákat, de a helyzeten még nem tudott lényegesen változtatni.

A tudománytörténet számos olyan esetet ismer, amikor a mélyen alternatívnak vélt és kevéssé érdeklődésre számot tartó gondolatok körül váratlanul erőteljes új kutatási program alakult ki. És talán a jelenlegi eltérő alternatív kozmológia magában hordozza egy jövőbeli forradalom csíráját a világ képében.