Leta 1917 je A. Einstein zgradil model vesolja. V tem modelu je bila za premagovanje gravitacijske nestabilnosti vesolja uporabljena kozmološka odbojna sila, imenovana parameter lambda. Kasneje bo Einstein rekel, da je bila to njegova najhujša napaka, v nasprotju z duhom teorije relativnosti, ki jo je ustvaril: sila težnosti se v tej teoriji identificira z ukrivljenostjo prostora-časa. Einsteinovo Vesolje je imelo obliko hipercilindra, katerega obseg je bil določen s skupnim številom in sestavo oblik manifestacije energije (materija, polje, sevanje, vakuum) v tem valju. Čas je v tem modelu usmerjen iz neskončne preteklosti v neskončno prihodnost. Tako je tukaj količina energije in mase vesolja (snov, polje, sevanje, vakuum) sorazmerno povezana z njegovo prostorsko zgradbo: omejeno po obliki, vendar neskončnega radija in neskončno v času.

Raziskovalci, ki so začeli analizirati ta model, so opazili

do njegove izjemne nestabilnosti, podobne kovancu, ki stoji na robu, katerega ena stran ustreza vesolju, ki se širi, druga pa zaprtemu: ob upoštevanju nekaterih fizičnih parametrov vesolja se po Einsteinovem modelu izkaže, da se večno širi, ob upoštevanju drugih - zaprt. Tako je na primer nizozemski astronom W. de Sitter, ki je domneval, da je čas ukrivljen tako kot prostor v Einsteinovem modelu, dobil model vesolja, v katerem se čas popolnoma ustavi v zelo oddaljenih objektih.

A. Brezplačnodmoški,finhIR in matematik Petrogradske univerze, objavljenV1922 G. Članek« Oukrivljenostprostor."IN predstavila je rezultate študij splošne teorije relativnosti, ki niso izključili matematične možnosti obstoja treh modelov vesolja: modela vesolja v evklidskem prostoru ( TO = 0); model s koeficientom, ki je enak ( K> 0) in model v prostoru Lobačevskega - Bolyaija ( TO< 0).

A. Friedman je v svojih izračunih izhajal iz stališča, da vrednost in

Polmer vesolja je sorazmeren s količino energije, materije in drugega

oblike njegove manifestacije v vesolju kot celoti. Matematični zaključki A. Friedmana so zanikali potrebo po uvedbi kozmološke odbojne sile, saj splošna teorija relativnosti ni izključevala možnosti obstoja modela vesolja, v katerem proces njegovega širjenja ustreza procesu stiskanja, povezanemu s povečanjem gostote in pritiska energije-materije, ki sestavlja vesolje (materija, polje, sevanje, vakuum). Sklepi A. Friedmana so vzbudili dvome med številnimi znanstveniki in samim A. Einsteinom. Čeprav je že leta 1908 matematik G. Minkowski, ki je podal geometrijsko razlago posebne teorije relativnosti, prejel model vesolja, v katerem je koeficient ukrivljenosti enak nič ( TO = 0), tj. model vesolja v evklidskem prostoru.

N. Lobačevski, utemeljitelj neevklidske geometrije, je izmeril kote trikotnika med zvezdami, oddaljenimi od Zemlje, in ugotovil, da je vsota kotov trikotnika 180°, tj. prostor v vesolju je evklidski. Opazovani evklidski prostor vesolja je ena od skrivnosti sodobne kozmologije. Trenutno velja, da je gostota snovi

v vesolju je 0,1-0,2 dela kritične gostote. Kritična gostota je približno 2·10 -29 g/cm 3 . Ko bo doseglo kritično gostoto, se bo vesolje začelo krčiti.

A. Friedmanov model z "ZA > 0" je vesolje, ki se širi iz izvirnika

njeno stanje, v katero se mora znova vrniti. V tem modelu se je pojavil koncept starosti vesolja: prisotnost prejšnjega stanja glede na to, kar je bilo opazovano v določenem trenutku.

Ob predpostavki, da je masa celotnega vesolja enaka 5 10 2 1 sončnih mas, A.

Friedman je izračunal, da je opazovano vesolje v stisnjenem stanju

po modelu" K > 0" pred približno 10-12 milijardami let. Po tem se je začelo širiti, vendar to širjenje ne bo neskončno in po določenem času se bo vesolje spet skrčilo. A. Friedman je zavrnil razpravo o fiziki začetnega, stisnjenega stanja vesolja, saj zakoni mikrosveta takrat še niso bili jasni. Matematične zaključke A. Friedmana je večkrat preveril in ponovno preveril ne le A. Einstein, ampak tudi drugi znanstveniki. Po določenem času je A. Einstein v odgovoru na pismo A. Friedmana priznal pravilnost teh odločitev in imenoval A. Friedmana "prvega znanstvenika, ki je stopil na pot konstruiranja relativističnih modelov vesolja." Na žalost je A. Friedman zgodaj umrl. V njegovi osebi je znanost izgubila nadarjenega znanstvenika.

Kot je navedeno zgoraj, niti A. Friedman niti A. Einstein nista poznala podatkov o dejstvu "razpršenosti" galaksij, ki jih je leta 1912 pridobil ameriški astronom V. Slifer (1875-1969). Do leta 1925 je izmeril hitrost gibanja več deset galaksij. Zato so bile kozmološke ideje A. Friedmana obravnavane predvsem v teoretičnem smislu. nOže V 1929

G.ameriškiastronom E. Hubble (1889-1953) z s pomočjo teleskop s spektrom instrumentovAanaliza linijeodkrilo tAza klicanjeeopranouhučinek

"rdečapremik." Svetloba, ki prihaja iz galaksij, ki jih je opazoval

premaknjena v rdeči del barvnega spektra vidne svetlobe. To je pomenilo

da se opazovane galaksije oddaljujejo, »razpršijo« od opazovalca.

Učinek rdečega premika je poseben primer Dopplerjevega učinka. Avstrijski znanstvenik K. Doppler (1803-1853) ga je odkril leta 1824. Ko se valovni vir odmakne glede na napravo, ki valove snema, se valovna dolžina poveča in skrajša, ko se približa mirujočemu valovnemu sprejemniku. V primeru svetlobnih valov dolgi svetlobni valovi ustrezajo rdečemu segmentu svetlobnega spektra (rdeče - vijolični), kratki - vijoličnemu segmentu. E. Hubble je uporabil učinek "rdečega premika" za merjenje razdalj do galaksij in hitrosti njihovega odstranjevanja: če je "rdeči premik" iz galaksije A, na primer bolečinewe V dva krat, kako od galaksije IN, potem razdalja do galaksije A dvakrat toliko kot pred galaksijo IN.

E. Hubble je ugotovil, da se vse opazovane galaksije oddaljujejo v vseh smereh nebesne sfere s hitrostjo, ki je sorazmerna razdalji do njih: Vr = hr, Kje r - razdalja do opazovane galaksije, merjena v parsekih (1 ps je približno enak 3,1 10 1 6 m), Vr - hitrost gibanja opazovane galaksije, Η - Hubblova konstanta ali koeficient sorazmernosti med hitrostjo galaksije in njeno oddaljenostjo

od opazovalca. Nebesna sfera je koncept, ki se uporablja za opis objektov na zvezdnem nebu s prostim očesom. Starodavni so imeli za resničnost nebesno kroglo, na notranji strani katere so bile pritrjene zvezde. Z izračunom vrednosti te količine, ki je kasneje postala znana kot Hubblova konstanta, je E. Hubble prišel do zaključka, da znaša približno 500 km/(s Mpc). Z drugimi besedami, kos prostora, velik milijon parsekov, se v eni sekundi poveča za 500 km.

Formula Vr= Hr nam omogoča, da upoštevamo tako odstranitev galaksij kot obratno situacijo, gibanje proti določenemu začetnemu položaju, začetek "razpršenosti" galaksij v času. Recipročna Hubblova konstanta ima razsežnost časa: t(čas) = r/Vr = 1/H. Ko vrednost N, ki je bil omenjen zgoraj, je E. Hubble dobil čas začetka "razprševanja" galaksij na 3 milijarde let, zaradi česar je dvomil o relativnosti pravilnosti izračunane vrednosti. Z uporabo učinka "rdečega premika" je E. Hubble dosegel najbolj oddaljene galaksije, znane v tistem času: bolj ko je galaksija oddaljena, manjša je njena svetlost, ki jo zaznamo. To je omogočilo E. Hubblu, da reče, da formula Vr = HR izraža opaženo dejstvo širjenja vesolja, ki je bilo obravnavano v modelu A. Friedmana. Astronomske raziskave E. Hubbla so številni znanstveniki začeli obravnavati kot eksperimentalno potrditev pravilnosti modela A. Friedmana o nestacionarnem, širijočem se vesolju.

Že v tridesetih letih prejšnjega stoletja so nekateri znanstveniki izrazili dvome o podatkih

E. Hubble. Na primer, P. Dirac je postavil hipotezo o naravnem pordelosti svetlobnih kvantov zaradi njihove kvantne narave in interakcije z elektromagnetnimi polji vesolja. Drugi so opozorili na teoretično nedoslednost Hubblove konstante: zakaj bi morala biti vrednost Hubblove konstante enaka v vsakem trenutku v razvoju vesolja? Ta stabilna konstantnost Hubblove konstante nakazuje, da so nam znani zakoni vesolja, ki delujejo v megagalaksiji, obvezni za celotno vesolje kot celoto. Morda, kot pravijo kritiki Hubblove konstante, obstajajo nekateri drugi zakoni, ki jih Hubblova konstanta ne bo upoštevala.

Na primer, pravijo, da lahko svetloba "pordeči" zaradi vpliva medzvezdnega (ISM) in medgalaktičnega (IGM) medija, ki lahko podaljša valovno dolžino njenega gibanja do opazovalca. Drugo vprašanje, ki je sprožilo razprave v zvezi z raziskavami E. Hubbla, je bilo vprašanje predpostavke o možnosti gibanja galaksij s hitrostjo, ki presega svetlobno hitrost. Če je to mogoče, potem lahko te galaksije izginejo iz našega opazovanja, saj po splošni teoriji relativnosti noben signal ne more prenašati hitreje od svetlobe. Kljub temu večina znanstvenikov verjame, da so opazovanja E. Hubbla potrdila dejstvo širjenja vesolja.

Dejstvo širjenja galaksij ne pomeni širjenja znotraj samih galaksij, saj je njihova strukturna gotovost zagotovljena z delovanjem notranjih gravitacijskih sil.

Opazovanja E. Hubbla so prispevala k nadaljnji razpravi o modelih A. Friedmana. belgijskimenihinastronomIN.Lemetr(VneRtulitipol)stoletjaplačanbodite pozorniAcijanaslepihanjeokoliščina:recesija galaksijepomenirazširitevprostor,torej,Vpreteklost

je bilzmanjšanjeglasnostinplodnosovVedružbe. Lemaitre je začetno gostoto snovi imenoval praatom z gostoto 10 9 3 g/cm 3, iz katerega je Bog ustvaril svet. Iz tega modela sledi, da lahko koncept gostote snovi uporabimo za določitev meja uporabnosti konceptov prostora in časa. Pri gostoti 10 9 3 g/cm 3 pojma časa in prostora izgubita svoj običajni fizični pomen. Ta model je opozoril na fizično stanje s super gostimi in super vročimi fizikalnimi parametri. Poleg tega so bili predlagani modeli utripajočeVesolje: Vesolje se širi in krči, vendar nikoli ne doseže skrajnih meja. Modeli pulzirajočega vesolja dajejo velik poudarek merjenju gostote energije in snovi v vesolju. Ko je dosežena kritična meja gostote, se vesolje razširi ali skrči. Posledično se je pojavil izraz "singuljazrnoe"(lat. ednina - ločeno, eno samo) stanje, v katerem imata gostota in temperatura neskončno vrednost. Ta smer raziskovanja se je soočila s problemom "skrite mase" vesolja. Dejstvo je, da opazovana masa vesolja ne sovpada z njegovo maso, izračunano na podlagi teoretičnih modelov.

Model"Velikoeksplozija." Naš rojak G. Gamow (1904-1968)

delal na Petrogradski univerzi in poznal kozmološke ideje

A. Friedman. Leta 1934 je bil poslan na službeno potovanje v ZDA, kjer je ostal do konca življenja. Pod vplivom kozmoloških idej A. Friedmana se je G. Gamow začel zanimati za dva problema:

1) relativno številčnost kemičnih elementov v vesolju in 2) njihov izvor. Do konca prve polovice dvajsetega stoletja. O teh problemih je potekala živahna razprava: kje lahko nastanejo težki kemični elementi, če sta vodik (1 1 H) in helij (4 H) najpogostejša kemična elementa v vesolju. G. Gamow je predlagal, da kemični elementi sledijo svoji zgodovini do samega začetka širjenja vesolja.

ModelG.GamovanAklicalmodel"Velikoeksplozija",nOonaIma

indrugoime:"A-B-D-teorija". Ta naslov označuje začetne črke avtorjev članka (Alpher, Bethe, Gamow), ki je bil objavljen leta 1948 in je vseboval model "vročega vesolja", vendar je glavna ideja tega članka pripadala G. Gamowu. .

Na kratko o bistvu tega modela:

1. "Prvotni začetek" vesolja je po Friedmanovem modelu predstavljalo super gosto in super vroče stanje.

2. To stanje je nastalo kot posledica predhodnega stiskanja celotne materialne in energijske komponente Vesolja.

3. Ta pogoj je ustrezal izjemno majhni prostornini.

4. Energija-materija, ki je v tem stanju dosegla določeno mejo gostote in temperature, je eksplodirala, zgodil se je veliki pok, ki ga je Gamow imenoval

"Kozmološki veliki pok".

5. Govorimo o nenavadni eksploziji.

6. Veliki pok je dal določeno hitrost gibanja vsem fragmentom prvotnega fizičnega stanja pred velikim pokom.

7. Ker je bilo začetno stanje supervroče, bi moralo širjenje ohraniti ostanke te temperature v vse smeri širitvenega vesolja.

8. Vrednost te preostale temperature mora biti približno enaka na vseh točkah vesolja.

Ta pojav so poimenovali reliktno (starodavno), sevanje ozadja.

1953 G. Gamow je izračunal temperaturo valov kozmičnega mikrovalovnega sevanja ozadja. njega

izkazalo se je, da je 10 K. CMB sevanje je mikrovalovno elektromagnetno sevanje.

Leta 1964 sta ameriška strokovnjaka A. Penzias in R. Wilson po naključju odkrila reliktno sevanje. Z namestitvijo anten novega radijskega teleskopa se niso mogli znebiti motenj v območju 7,8 cm, ki so prihajale iz vesolja, enake velikosti in v vseh smereh. Meritve tega sevanja ozadja so pokazale temperaturo, nižjo od 10 K.

Tako je bila potrjena hipoteza G. Gamowa o reliktnem sevanju ozadja. V svojih delih o temperaturi sevanja ozadja je G. Gamow uporabil formulo A. Friedmana, ki izraža odvisnost sprememb gostote sevanja skozi čas. V parabolični obliki ( K> 0) modeli vesolja. Friedman je obravnaval stanje, kjer sevanje prevladuje nad snovjo neskončno širitvenega vesolja.

Po Gamovem modelu sta bili v razvoju vesolja dve dobi: a) prevlada sevanja (fizičnega polja) nad snovjo;

b) prevlada snovi nad sevanjem. V začetnem obdobju je sevanje prevladovalo nad snovjo, nato je bil čas, ko je bilo njuno razmerje izenačeno, in obdobje, ko je snov začela prevladovati nad sevanjem. Gamow je določil mejo med temi obdobji - 78 milijonov let.

Ob koncu dvajsetega stoletja. merjenje mikroskopskih sprememb sevanja ozadja, ki so ga imenovali pikastbYu, so številne raziskovalce pripeljali do trditve, da ti valovi predstavljajo spremembo gostote snoviinenergijaGIIV kot posledica delovanja gravitacijskih sil na zgodnje faze razvoja Vesolje.

Model "VflyatsiOnnoyVesolje".

Izraz "inflacija" (lat. "inflacija") se razlaga kot oteklina. Dva raziskovalca A. Guth in P. Seinhardt sta predlagala ta model. V tem modelu razvoj vesolja spremlja velikansko nabrekanje kvantnega vakuuma: v 10 -30 s se velikost vesolja poveča za 10 50-krat. Inflacija je adiabatni proces. Povezan je s hlajenjem in nastankom razlik med šibkimi, elektromagnetnimi in močnimi interakcijami. Analogijo za inflacijo vesolja lahko grobo povedano predstavlja nenadna kristalizacija preohlajene tekočine. Sprva je bila inflacijska faza obravnavana kot "ponovno rojstvo" vesolja po velikem poku. Trenutno inflacijski modeli uporabljajo koncept innflatonnOthpolja. To je hipotetično polje (iz besede "inflacija"), v katerem se je zaradi naključnih nihanj oblikovala homogena konfiguracija tega polja z velikostjo več kot 10 -33 cm, iz katere je prišlo do širjenja in segrevanja Vesolje v katerem živimo.

Opis dogajanja v vesolju po modelu "Inflatornega vesolja" popolnoma sovpada z opisom po modelu velikega poka, začenši od 10 -30 od širitve. Faza inflacije pomeni, da je opazovano vesolje le del vesolja. V učbeniku T. Ya. Dubnischeva "Koncepti sodobne naravoslovja" je po modelu "Inflacijskega vesolja" predlagan naslednji potek dogodkov:

1) t - 10 - 4 5 s. Na tej točki, ko se je začelo širjenje vesolja, je bil njegov polmer približno 10 -50 cm, kar je nenavadno z vidika sodobne fizike. Predpostavlja se, da pred njim potekajo dogodki, ki jih ustvarijo kvantni učinki inflatonskega polja. Ta čas je krajši od časa "Planckove dobe" - 10 - 4 3 s. Toda to ne zmede zagovornikov tega modela, ki izvajajo izračune s časom 10 -50 s;

2) t - približno od 10 -43 do 10 -35 s - doba "velike združitve" ali združitve vseh sil fizične interakcije;

3) t - približno od 10 - 3 5 do 10 -5 - hitri del inflacijske faze,

ko se je premer vesolja povečal za 10 5 0-krat. Govorimo o nastanku in nastanku medija elektron-kvark;

4) t- približno od 10 -5 do 10 5 s najprej pride do zadrževanja kvarkov v hadronih, nato pa do tvorbe jeder bodočih atomov, iz katerih nato nastane snov.

Iz tega modela sledi, da po eni sekundi od začetka širjenja vesolja pride do procesa nastanka snovi, njene ločitve od fotonov elektromagnetne interakcije in nastanka protosuperjapic in protogalaksij. Segrevanje nastane kot posledica nastajanja delcev in antidelcev, ki medsebojno delujejo. Ta proces se imenuje anihilacija (lat. nihil - nič ali preobrazba v nič). Avtorji modela verjamejo, da je anihilacija asimetrična glede na nastanek običajnih delcev, ki sestavljajo naše vesolje. Tako je glavna ideja modela "inflacijskega vesolja" izključitev koncepta

»Veliki pok« kot posebno, nenavadno, izjemno stanje v evoluciji vesolja. Vendar pa se v tem modelu pojavi enako nenavadno stanje. To je država confslike innflatonsko polje. Starost vesolja v teh modelih je ocenjena na 10-15 milijard let.

»Inflacijski model« in model »velikega poka« dajeta razlago za opaženo heterogenost vesolja (gostota kondenzacije snovi). Predvsem velja, da so med inflacijo vesolja kozmične nehomogenosti-teksture nastale kot zametki agregatov snovi, ki so kasneje prerasli v galaksije in njihove jate. To dokazuje tisto, kar je bilo posneto leta 1992. odstopanje temperature sevanja kozmičnega mikrovalovnega ozadja od njegove povprečne vrednosti 2,7 K je približno 0,00003 K. Oba modela govorita o vročem širijočem se vesolju, ki je v povprečju homogeno in izotropno glede na sevanje kozmičnega mikrovalovnega ozadja. V slednjem primeru mislimo na dejstvo, da je sevanje kozmičnega mikrovalovnega ozadja skoraj enako v vseh delih opazovanega vesolja v vseh smereh od opazovalca.

Obstajajo alternative modeloma velikega poka in inflacije.

Vesolje": modeli "Stacionarnega vesolja", "Hladnega vesolja" in

"Samodosledna kozmologija".

Model"StacionarniVesolje." Ta model je bil razvit leta 1948. Temeljil je na načelu »kozmološke nespremenljivosti« vesolja: ne samo, da v vesolju ne sme biti dodeljenega enega samega mesta, ampak tudi ne sme biti dodeljen niti en trenutek v času. Avtorji tega modela so G. Bondi, T. Gold in F. Hoyle, slednji znan avtor popularnih knjig o kozmologiji. V enem od svojih del je zapisal:

"Vsak oblak, galaksija, vsaka zvezda, vsak atom je imel začetek, vendar ne celotno vesolje, vesolje je nekaj več kot njegovi deli, čeprav se ta sklep morda zdi nepričakovan." Ta model predpostavlja prisotnost notranjega vira v vesolju, rezervoarja energije, ki vzdržuje gostoto svoje energijske snovi na »konstantni ravni, ki preprečuje stiskanje vesolja«. Na primer, F. Hoyle je trdil, da če bi se en atom pojavil v enem vedru vesolja vsakih 10 milijonov let, bi bila gostota energije, snovi in ​​sevanja v vesolju kot celoti konstantna. Ta model ne pojasnjuje, kako so nastali atomi kemičnih elementov, snovi itd.

d) Odkritje reliktnega sevanja, sevanja ozadja, je močno spodkopalo teoretične temelje tega modela.

Model« hladnoVesoljeth». Model je bil predlagan v šestdesetih letih

let prejšnjega stoletja sovjetskega astrofizika Ja. Zeldoviča. Primerjava

teoretične vrednosti gostote sevanja in temperature glede na model

"Veliki pok" z radioastronomskimi podatki je omogočil Ya.Zeldoviču, da je postavil hipotezo, po kateri je bilo začetno fizično stanje vesolja hladen protonsko-elektronski plin s primesjo nevtrinov: za vsak proton je en elektron in en nevtrino. Odkritje kozmičnega mikrovalovnega sevanja ozadja, ki je potrdilo hipotezo o začetnem vročem stanju v evoluciji vesolja, je Zeldovicha pripeljalo do tega, da je opustil svoj lasten model "hladnega vesolja". Vendar se je ideja o izračunavanju razmerja med številom različnih vrst delcev in številčnostjo kemičnih elementov v vesolju izkazala za plodno. Zlasti je bilo ugotovljeno, da gostota energije in snovi v vesolju sovpada z gostoto sevanja kozmičnega mikrovalovnega ozadja.

Model"VesoljeVatom." Ta model navaja, da dejansko ne obstaja eno, ampak veliko vesolj. Model "Vesolje v atomu" temelji na konceptu zaprtega sveta po A. Friedmanu. Zaprt svet je območje vesolja, v katerem so sile privlačnosti med njegovimi komponentami enake energiji njihove skupne mase. V tem primeru so lahko zunanje dimenzije takšnega vesolja mikroskopske. Z vidika zunanjega opazovalca bo to mikroskopski predmet, toda z vidika opazovalca v tem vesolju je vse videti drugače: njegove galaksije, zvezde itd. Te predmete imenujemo fReadmonov. Akademik A. A. Markov je domneval, da je Friedmonov lahko neomejeno in so lahko popolnoma odprti, torej imajo vhod v svoj svet in izhod (povezavo) z drugimi svetovi. Izkazalo se je, da obstaja veliko vesolj ali, kot je to v enem od svojih del poimenoval dopisni član Akademije znanosti ZSSR I. S. Šklovski, - Metaverzum.

Zamisel o množici vesolja je izrazil A. Guth, eden od avtorjev inflacijskega modela vesolja. V napihljivem Vesolju je možen nastanek »anevrizme« (medicinski izraz, ki pomeni izboklino sten krvnih žil) iz matičnega Vesolja. Po mnenju tega avtorja je nastanek vesolja povsem mogoč. Če želite to narediti, morate stisniti 10 kg snovi

na velikost manjšo od ene kvadrilijonke osnovnega delca.

VPRAŠANJA ZA SAMOTESTIRANJE

1. Model "Big Bang".

2. Astronomske raziskave E. Hubbla in njihova vloga pri razvoju

moderna kozmologija.

3. Relikt, sevanje ozadja.

4. Model "Inflacijsko vesolje".

Model vesolja. Stacionarno vesolje. Vsebina Model vesolja 1 Stacionarno vesolje 2 Posledice 3 Teorija polja osnovnih delcev 4 Interakcije fotona in nevtrina 5 Rdeči premik 6 Zaključek 7 Modeli vesolja V 20. stoletju sta tekmovali dve kozmološki teoriji - teorija širitve vesolja (začetna stanje, iz katerega je nastalo vesolje, je bilo tako vroče in gosto, da so lahko obstajali le osnovni delci in sevanje; nato se je vesolje razširilo in ohladilo, pri čemer so nastale zvezde in galaksije) in teorija stacionarnega vesolja (vesolje je vedno obstajalo, opaženo redčenje materije se kompenzira z njenim nenehnim ustvarjanjem). Stacionarno vesolje Einstein je uporabil univerzalne enačbe splošne teorije relativnosti in povezal ukrivljenost prostora-časa z materijo vesolja. Poljubno je uvedel "kozmični odboj", ki je bil zelo majhen, vendar je preprečil, da bi se Vesolje skrčilo do točke. Teorija stacionarnega vesolja ne zanika širjenja vesolja. Ideje o nenehnem ustvarjanju materije so se pojavljale večkrat. Tako je leta 1948 skupina znanstvenikov na Univerzi v Cambridgeu (G. Bond, T. Gold in F. Hoyle) prišla do hipoteze o stacionarnem vesolju. Povsem možno je, da je ustvarjanje nove snovi tisto, ki vodi do širjenja vesolja, in ne obratno. Splošna starost mirujočega vesolja je nesmiseln koncept. Da bi gostota v vesolju ostala konstantna, morajo nenehno nastajati novi delci. Zakon o ohranitvi snovi in ​​energije velja samo za končne prostornine in ker je vsak 3 atom vodika, ustvarjen v 1 m, uravnotežen z istim atomom, ki zapusti to prostornino, zakon o ohranitvi ni kršen. Ohranitveni zakon je mogoče preveriti le v omejenem prostoru.Zagovornik tega mnenja, švedski astrofizik, dobitnik Nobelove nagrade za leto 1970, H. Alphen, meni, da je medzvezdni prostor napolnjen z dolgimi "filamenti" in drugimi strukturami, sestavljenimi iz plazme. Sile, ki plazmo prisilijo, da oblikuje takšne figure, jo prav tako prisilijo, da oblikuje galaksije, zvezde in zvezdne sisteme. Meni, da se vesolje širi pod vplivom energije, ki se sprošča pri anihilaciji delcev in antidelcev, vendar se to širjenje dogaja nekoliko počasneje. Posledice Posledice raziskave: 1) kvazarji imajo majhno sevalno moč in ne za nekaj velikostnih redov višjo od sevalne moči celotnih galaksij, kot je običajno v sodobni kozmologiji; 2) v kvazarjih se snov razprši s hitrostjo do svetlobe, superluminalne vrednosti pa so pridobljene kot posledica precenjevanja velikosti vesolja. Razlog za staranje (pordelost) kvantov vidi v gravitacijskem premiku frekvence sevanja, ki ni sorazmeren z razdaljo do vira svetlobe, temveč s kvadratom razdalje. V tem primeru velikost vidnega dela vesolja ni 15 milijard svetlobnih let, ampak 5. Izjave o "končnem dokazu" o vročem izvoru vesolja in visoki hitrosti kozmološkega rdečega premika so sporne. E. Hubble, ki je leta 1929 odkril zakon kozmoloških rdečih premikov, je leta 1936 objavil prve opazovalne dokaze o napačnosti idej o umiku galaksij. Zlasti je bilo ugotovljeno, da so empirične odvisnosti, pridobljene s statistično obdelavo okoli sto katalogov zunajgalaktičnih objektov, skladne z izvirnimi teoretičnimi razmerji, izpeljanimi na podlagi idej o stabilnosti vesolja in "staranju" fotonov. Na splošno so v nepremostljivih protislovjih s kozmološkimi modeli teorije velikega poka za katero koli kombinacijo parametrov teh modelov. "... Temeljita študija možnih virov napak kaže, da se zdi, da so opazovanja skladna z idejami o nehitrostni naravi rdečih premikov. ... V teoriji se relativistično širjenje vesolja še vedno nadaljuje, čeprav opazovanja ne nam omogočajo ugotoviti naravo širjenja. Raziskovanje vesolja se je torej končalo z negotovostjo, a tako mora biti. Po definiciji smo v samem središču opazovane regije. Poznamo svoje najbližje sosede , morda kar dobro. Z večanjem razdalje se naše znanje zmanjšuje in hitro zmanjšuje. Navsezadnje so naše zmožnosti omejene z mejami naših teleskopov. In potem opazujemo sence in iščemo mejnike med merilnimi napakami, ki so komaj kaj bolj resnične. 2 Študija se bo nadaljevala. Dokler ne bodo izčrpane možnosti empiričnega pristopa, se ne smemo potopiti v iluzorni svet špekulativnih konstrukcij.« (Hubble "The World of Nebulae", 1936) Teorija polja osnovnih delcev Trenutno je teorija polja osnovnih delcev vzpostavila mehanizem za izgubo dela energije s fotoni, ko gredo skozi vesolje, alternativo Dopplerju učinek in hipotezo velikega poka. - To so interakcije foton-nevtrino, ki jih standardni model ne upošteva. Posledično rdečega premika ni mogoče šteti za dokaz velikega poka in rdečega premika ni mogoče uporabiti za presojo hitrosti gibanja oddaljenih predmetov. Tako je ideja o stacionarnem vesolju dobila nepričakovano podporo in je zato zdaj ni mogoče zanemariti. Interakcije foton-nevtrino Po teoriji polja osnovnih delcev ima elektronski nevtrino (kot vsak drug elementarni delec) stalno električno in magnetno polje ter izmenično elektromagnetno polje. V skladu s klasično elektrodinamiko bodo ta elektromagnetna polja delovala z drugimi elektromagnetnimi polji, vključno z elektromagnetnim poljem fotona. Tako prehod fotona skozi elektronski nevtrino (ki ga zvezde izstrelijo v ogromnih količinah) ali njegovo molekularno spojino (νe2) ne bo ostal neopažen za slednjega – tudi če gre za zelo šibko spremembo ali zmanjšanje energije fotona , vendar se bo zgodilo. In bolj kot foton na svoji poti naleti na elektronske nevtrine ali njihove molekularne spojine, več energije bo izgubil in posledično močnejši bo rdeči premik. Ena stvar je, ko foton leti vzporedno z elektronskim nevtrinom (ki se giblje s približno svetlobno hitrostjo) na isti poti, ko ju je oba oddalo sonce, nekaj povsem drugega pa, ko foton trči v mirujoči elektronski nevtrino, z vezanim stanjem dveh elektronskih nevtrinov (νe2) ali z elektronskim nevtrinom, ki ga sprosti druga zvezda (ki se giblje v drugo smer). Energija, ki jo foton izgubi zaradi interakcije z elektronskim nevtrinom, je odvisna od orientacije spina elektronskega nevtrina, trajektorije, po kateri gre foton skozi elektronski nevtrino, kot tudi od energije fotona samega. Tega ni lahko izračunati, vendar ga je mogoče izmeriti z uporabo vesoljskih plovil in laserjev. 3 Opozoriti je treba, da ta interakcija ne ustreza standardnemu modelu, saj slednji elementarne delce, ki sodelujejo v njej, obdaruje z različnimi vrstami temeljnih interakcij:  Nevtrino - hipotetična šibka interakcija,  Foton - elektromagnetna interakcija. Zato je sklep o recesiji galaksij narejen na podlagi enostranske interpretacije rdečega premika v korist Dopplerjevega učinka. - V nasprotju s tem je poljska teorija osnovnih delcev ugotovila prisotnost elektromagnetnih polj v vseh elementarnih delcih, tudi v tako izmuzljivem elementarnem delcu, kot je elektronski nevtrino. Posledično naj bi foton in elektronski nevtrino, ki imata skupne elektronske interakcije, po klasični elektrodinamiki medsebojno delovala, hipoteza o "staranju svetlobe" pa ima zaveznika - teorijo polja osnovnih delcev. In če zavržemo standardni model, za katerega se je že izkazalo, da je napačen, potem to samodejno reducira »teorijo velikega poka« na raven preproste hipoteze, ki je v nasprotju z naravnimi zakoni. Rdeči premik Skozi stoletja so se zamenjali različni kozmološki modeli, vendar je veljalo za popolnoma neomajno, da je vesolje neskončno v času in prostoru. Zvezdno nebo nad glavo je bilo simbol večnosti in nespremenljivosti. Toda leta 1929 je Edwin Hubble na podlagi opazovanj spektrov galaksij oblikoval svoj zakon, iz katerega izhaja, da se vesolje širi. Sliši se takole: hitrost, s katero se galaksije oddaljujejo, narašča sorazmerno z razdaljo do njih: v = Hr, kjer je v hitrost, s katero se galaksija oddaljuje od nas, r je razdalja do nje, H pa Hubblova konstanta. H= 70 km/(s Mpc). Hubblov zakon sploh ne pomeni, da je naša galaksija središče, iz katerega prihaja do širitve. Opazovalec kjerkoli v vesolju bo videl isto sliko: vse galaksije bežijo druga pred drugo. Zato pravijo, da se prostor sam širi. Širjenje vesolja je največji naravni pojav, kar jih pozna človeštvo. Hitreje ko se galaksija oddaljuje od nas, bolj bodo črte v njenem spektru glede na Dopplerjev učinek pomaknjene proti rdeči. 4 Učinek je dobil ime po Christianu Andreasu Dopplerju, ki je predlagal prvo znano fizikalno razlago za pojav leta 1842. Hipotezo je za zvočne valove preizkusil in potrdil nizozemski znanstvenik Christoph Hendrik Diederik Buys' Ballot leta 1845. Doppler je pravilno napovedal, da pojav bi moral veljati za vse valove, še posebej pa je predlagal, da bi lahko različne barve zvezd pripisali njihovemu gibanju glede na Zemljo. Ta pojav imenujemo "rdeči premik" - zmanjšanje frekvenc sevanja, opaženo za vse oddaljene vire (galaksije, kvazarje), kar kaže na dinamično oddaljenost teh virov drug od drugega in zlasti od naše Galaksije, tj. o nestacionarnosti (širjenju) Metagalaksije. Rdeči premik opazimo tudi pri emisijah drugih frekvenc, na primer v radijskem območju. Nasprotni učinek, povezan z višjimi frekvencami, se imenuje vijolični premik. Najpogosteje se izraz "rdeči premik" uporablja za označevanje dveh pojavov - kozmološkega in gravitacijskega. Kozmološki rdeči premik je opazovani premik spektralnih linij proti daljšim valovnih dolžinam iz oddaljenega kozmičnega vira (kot je galaksija ali kvazar) v vesolju, ki se širi, v primerjavi z valovno dolžino istih linij, izmerjenih iz mirujočega vira. Rdeči premik je tudi merilo časa, ki preteče od trenutka, ko se vesolje začne širiti, do trenutka, ko se v galaksiji oddaja svetloba. Tako so po sodobnih astronomskih podatkih prve galaksije nastale v času, ki ustreza rdečemu premiku 5, torej po približno 1/15 trenutne starosti vesolja. To pomeni, da je svetloba iz teh galaksij potrebovala približno 8,5 milijarde let, da je dosegla nas. Do začetka tega stoletja so znanstveniki verjeli, da so glavni predmeti v vesolju nepremični drug glede na drugega. Nato je leta 1913 ameriški astronom West Melvin Slipher začel preučevati spektre svetlobe, ki prihajajo iz ducata znanih meglic, in ugotovil, da se od Zemlje odmikajo s hitrostjo, ki je dosegla milijone milj na uro. Kako je Slifer prišel do tako neverjetnega zaključka? Tradicionalno so astronomi uporabljali spektrografsko analizo za določanje kemičnih elementov, prisotnih v zvezdah. Znano je bilo, da je spekter svetlobe povezan z določenimi elementi, ki kažejo značilne črtne vzorce, ki so služili kot nekakšna vizitka elementa. Slipher je opazil, da so bile v spektrih galaksij, ki jih je proučeval, črte določenih elementov premaknjene proti rdečemu koncu spektra. Ta nenavaden pojav so poimenovali "rdeči premik". 5 Zato velja, da je rdeči premik za galaksije prvi odkril W. Slipher, leta 1929 pa je E. Hubble odkril, da je rdeči premik za oddaljene galaksije večji kot za bližnje in narašča približno sorazmerno z razdaljo ( Hubblov zakon). Predlagane so bile različne razlage za opažene premike v spektralnih črtah. Takšna je na primer hipoteza o razpadu svetlobnih kvantov v obdobju milijonov in milijard let, v katerem svetloba oddaljenih virov doseže zemeljskega opazovalca; Po tej hipotezi se med razpadom energija zmanjša, kar je povezano s spremembo frekvence sevanja. Vendar pa ta hipoteza ni podprta z opazovanji. Zlasti rdeči premik v različnih delih spektra istega vira bi moral biti v okviru hipoteze različen. Medtem pa vsi opazovalni podatki kažejo, da rdeči premik ni odvisen od frekvence. Relativna sprememba frekvence Z = (fo - f")/fo je popolnoma enaka za vse frekvence sevanja, ne samo v optičnem, ampak tudi v radijskem območju danega vira (fo je frekvenca določene črte sevanja). spekter vira, f" je frekvenca iste črte, ki jo je posnel sprejemnik). V teoriji relativnosti se Dopplerjev rdeči premik obravnava kot posledica upočasnitve toka časa v gibljivem referenčnem okviru (učinek posebne teorije relativnosti). Fotografiranje spektrov šibkih (oddaljenih) virov za merjenje rdečega premika, tudi z uporabo največjih instrumentov in občutljivih fotografskih plošč, zahteva ugodne pogoje opazovanja in dolge osvetlitve. Za galaksije so zanesljivo izmerjeni premiki Z = 0,2, ki ustrezajo hitrosti V = 60.000 km/s in razdalji nad 1 milijardo pc. Pri takšnih hitrostih in razdaljah velja Hubblov zakon v najpreprostejši obliki (napaka je približno 10 %, tj. enaka napaki pri določanju H). Kvazarji so v povprečju stokrat svetlejši od galaksij in jih je zato mogoče opazovati na desetkrat večjih razdaljah (če je prostor evklidski). Pri kvazarjih je dejansko zabeleženih Z = 2 in več. Pri pomikih Z = 2 je hitrost V = 240000 km/s. Menijo, da se pri takih hitrostih že dogajajo specifični kozmološki učinki - ne stacionarnost in ukrivljenost prostora-časa; zlasti koncept ene same nedvoumne razdalje postane neuporaben (ena od razdalj, razdalja rdečega premika, je očitno R = V/H = 4,5 milijarde ps). Tako se domneva, da rdeči premik kaže na širjenje celotnega opazovanega dela vesolja; ta pojav običajno imenujemo širjenje (astronomskega) vesolja. Gravitacijski rdeči premik velja za posledico upočasnitve časovne hitrosti zaradi gravitacijskega polja (učinek splošne teorije relativnosti). Ta pojav (imenovan tudi Einsteinov učinek, generalizirani Dopplerjev učinek) je leta 1911 napovedal A. Einstein, opazujejo pa ga od leta 1919 najprej v sevanju Sonca, nato pa še nekaterih drugih zvezd. Gravitacijski rdeči premik je običajno označen 6 s konvencionalno hitrostjo V, izračunano formalno z enakimi formulami kot v primerih kozmološkega rdečega premika. Pogojne vrednosti hitrosti: za Sonce V = 0,6 km/s, za gosto zvezdo Sirius V = 20 km/s. Leta 1959 je bilo prvič možno izmeriti rdeči premik zaradi gravitacijskega polja Zemlje, ki je zelo majhen: V = 7,5 × 10^-5 cm/s (Pound-Rebkov eksperiment). V nekaterih primerih (na primer med gravitacijskim kolapsom) je treba opazovati obe vrsti rdečega premika (kot neto učinek). Prisotnost rdečega premika (z) v galaksijah nam omogoča, da z veliko natančnostjo določimo razdalje do njih po formuli: R=zc/H. Nekateri kvazarji imajo visok rdeči premik. Takšni predmeti se oddaljujejo s hitrostjo blizu svetlobne hitrosti. Rdeči premiki so bili izmerjeni za več sto tisoč galaksij. Najbolj oddaljeni med njimi so na razdalji 12 milijard svetlobnih let. Sklep o širjenju vesolja je izhajal iz Einsteinove splošne teorije relativnosti, vendar je tudi sam Einstein to sprva dojemal s skepso, saj je šlo za idejo o progresivni evoluciji in je bil v njej začetek, ali kot se danes reče , trenutek rojstva, kar je seveda popolnoma nasprotovalo obstoječim konceptom vesolja, neskončnega v času in prostoru. Vendar pa je bila ta ideja potrjena z opazovanjem in je zdaj splošno sprejeta v znanstvenem svetu. Leta 1946 je Georgy Gamow s sodelavci razvil fizikalno hipotezo začetne stopnje širjenja vesolja (teorija vročega vesolja), ki pravilno pojasnjuje prisotnost kemičnih elementov v njem v določenih razmerjih z njihovo sintezo pri zelo visoke temperature in pritiski. Zato se je po Gamowovi teoriji začetek širjenja vesolja imenoval "veliki pok". V svojem bistvu ta teorija predpostavlja, da je bila na začetku vsa snov v vesolju skoncentrirana v nepomembno majhni prostornini neskončno visoke temperature in tlaka. Potem pa je po scenariju počilo s pošastno silo. Ta eksplozija je ustvarila pregret ioniziran plin ali plazmo. Ta plazma se je enakomerno širila, dokler se ni ohladila do točke, ko je postala navaden plin. V tem ohlajajočem se oblaku plina, ki se širi, so se oblikovale galaksije in v galaksijah so se rodile generacije zvezd. Nato so okoli zvezd nastali planeti, kot je naša Zemlja. Malokdo pa se zaveda dejstva, da je tudi z najmočnejšimi teleskopi nemogoče dejansko videti gibanje galaksij od nas. Slike, ki jih vidimo, so negibne in znanstveniki se ne pretvarjajo, da prikazujejo njihovo vidno gibanje, tudi če se opazovanja nadaljujejo stoletja. 7 Da bi torej ugotovili, ali se vesolje širi ali ne, je treba upoštevati svetlobo in druge vrste sevanja, ki nas dosežejo in prečkajo področja medzvezdnega prostora. Slike, nastale iz teh emisij, ne prikazujejo neposredno širjenja vesolja, vendar so subtilne značilnosti sevanja prepričale znanstvenike, da se to širjenje dogaja. Znanstveniki najprej domnevajo, da zemeljski zakoni fizike veljajo nespremenjeno povsod v vesolju. Nato poskušajo razumeti, kako procesi, ki upoštevajo te zakone, proizvajajo svetlobo, ki jo opazujejo. Da bi razumeli, kako znanstveniki na ta način analizirajo svetlobo, da bi ugotovili, da se vesolje širi, poglejmo v zgodovino astronomije in astrofizike. Astronomi, ki so opazovali nebo, so že dolgo opazili, da je na nebu poleg posameznih zvezd in planetov veliko šibko svetlečih teles. Imenovali so jih »meglice«. To je latinska beseda, ki pomeni "oblak" ali "meglica". Kasneje, z razvojem njihovega koncepta, so te objekte poimenovali galaksije. Videti je, da je sosednja galaksija Andromeda večja od polne lune in tako temna, da je komaj vidna s prostim očesom. Na začetku tega stoletja so astronomi usmerili zmogljive nove teleskope v to in druge galaksije in odkrili, da so ogromni otoki milijard zvezd. Na velikih razdaljah so odkrili cele jate galaksij. Pred odkritjem zvezd v Andromedi je veljalo, da se vsa nebesna telesa nahajajo znotraj meja naše galaksije. A zaradi razvoja koncepta in odkritja drugih, bolj oddaljenih galaksij, se je vse spremenilo. Velikost vesolja se je razširila onstran razumevanja. Ko je odkril pojav "rdečega premika", ga je V. Slifer začel razlagati z Dopplerjevim učinkom, iz katerega lahko sklepamo, da se galaksije od nas oddaljujejo. To je bil prvi velik korak k ideji, da se celotno vesolje širi. Dopplerjev učinek pogosto pojasnjujemo na primeru piščalke vlaka, ki spreminja višino, ko vlak pelje mimo nas. Ta pojav je leta 1842 prvič znanstveno preučeval avstrijski fizik Christian Johann Doppler. Domneval je, da intervali med zvočnimi valovi, ki jih oddaja predmet, ki se giblje proti opazovalcu, stisnjen, dvignejo višino zvoka. Podobno se podaljšajo intervali med zvočnimi valovi, ki dosežejo opazovalca iz vira, ki se od njega oddaljuje, in s tem se zniža višina zvoka. Poročali so, da je Doppler preizkusil to idejo tako, da je trobentače postavil na železniški peron, ki ga je poganjala lokomotiva. Glasbeniki so s popolnim zvokom pozorno poslušali trobentače mimo njih in potrdili Dopplerjevo analizo. 8 Doppler je napovedal podoben učinek za svetlobne valove. Pri svetlobi povečanje valovne dolžine ustreza premiku proti rdečemu koncu spektra. Zato bi se morale spektralne črte predmeta, ki se oddaljuje od opazovalca, premakniti proti rdečemu koncu spektra. Slifer je za interpretacijo svojih opazovanj galaksij izbral Dopplerjev učinek. Opazil je rdeči premik in se odločil, da se galaksije od nas oddaljujejo. Še en korak k prepričanju, da se vesolje širi, je bil leta 1917, ko je Einstein objavil svojo teorijo relativnosti. Pred Einsteinom so znanstveniki vedno domnevali, da se prostor neskončno razteza v vse smeri in da je geometrija prostora evklidska in tridimenzionalna. Toda Einstein je predlagal, da bi lahko imel prostor drugačno geometrijo - štiridimenzionalni ukrivljen zaprt prostor-čas. Po Einsteinovi teoriji obstaja veliko oblik, ki jih lahko prevzame prostor. Eden od njih je zaprt prostor brez meja, podoben površini krogle; drugi pa je negativno ukrivljen prostor, ki se neskončno razteza v vse smeri. Sam Einstein je mislil, da je vesolje statično, in je svojo enačbo prilagodil temu. Toda skoraj istočasno je danski astronom William de Sitter našel rešitev Einsteinove enačbe, ki je napovedala hitro širjenje vesolja. Ta geometrija prostora se mora sčasoma spreminjati. De Sitterjevo delo je vzbudilo zanimanje med astronomi po vsem svetu. Med njimi je tudi Edwin Hubble. Bil je prisoten na konferenci Ameriškega astronomskega društva leta 1914, ko je Slifer poročal o svojih temeljnih ugotovitvah o gibanju galaksij. Leta 1928 se je Hubble na slovitem observatoriju Mount Wilson lotil poskusa združitve de Sitterjeve teorije o širitvenem vesolju s Cypherjevim opazovanjem oddaljujočih se galaksij. Hubble je razmišljal nekako takole: v vesolju, ki se širi, bi morali pričakovati, da se galaksije oddaljujejo druga od druge. In bolj oddaljene galaksije se bodo hitreje oddaljevale druga od druge. To bi pomenilo, da bi moral opazovalec s katere koli točke, vključno z Zemljo, videti vse druge galaksije, ki se oddaljujejo od njega, v povprečju pa bi se morale bolj oddaljene galaksije premikati hitreje. Hubble je mislil, da če bi bilo to res in bi ga dejansko opazili, bi se izkazalo, da obstaja sorazmerno razmerje med razdaljo do galaksije in stopnjo rdečega premika v njenem spektru. Opazil je, da so spektri večine galaksij rdeče zamaknjeni, galaksije na večjih razdaljah od nas pa imajo večji rdeči zamik. Hubble ni vedel, kako daleč je posamezna galaksija od nas, zato je predlagal uporabo te zamisli: »Z različnimi metodami lahko začnemo ocenjevati razdalje do najbližjih zvezd. Nato lahko korak za korakom 9 izdelamo "lestev kozmičnih razdalj", ki nam bo dala oceno razdalj do nekaterih galaksij. Če lahko ocenimo notranjo svetlost galaksij, potem lahko ugotovimo razmerje med razdaljo do neznane galaksije in razdaljo do znane z merjenjem navidezne svetlosti galaksije. Ta odvisnost je podrejena inverznemu korenskemu zakonu. Tu se ne bomo spuščali v podrobnosti zapletenega postopka, uporabljenega za utemeljitev lestvice razdalje. Opozorimo le, da ta postopek vključuje veliko teoretičnih interpretacij, v katerih je veliko vprašljivih mest in ki so bila predmet revizije, pogosto na nepričakovanih mestih. To se bo pojavilo, ko bo zgodba napredovala." Hubble je s svojo metodo približevanja razdalj utemeljil sorazmerno razmerje, danes znano kot Hubblov zakon, med velikostjo rdečega premika in razdaljo do galaksije. Menil je, da je jasno pokazal, da imajo najbolj oddaljene galaksije največji rdeči premik in se zato najhitreje oddaljujejo od nas. To je sprejel kot zadosten dokaz, da se vesolje širi. Sčasoma se je ta ideja tako utrdila, da so jo astronomi začeli uporabljati obratno: če je razdalja sorazmerna z rdečim premikom, potem je razdaljo do galaksij mogoče preprosto izračunati iz izmerjenega rdečega premika. Toda kot smo omenili, Hubblove razdalje niso določene z neposrednimi meritvami razdalje do galaksij. Nasprotno, pridobljeni so posredno, z meritvami navidezne svetlosti galaksij. Tako ima model razširjajočega se vesolja dve potencialni napaki: prvič, svetlost nebesnih teles je lahko odvisna od drugih dejavnikov kot razdalje, zato so lahko razdalje, izračunane iz navideznih svetlosti galaksij, neveljavne; drugič, možno je, da rdeči premik ni povezan s hitrostjo. Pravzaprav številni astronomi trdijo, da nekateri rdeči premiki niso posledica Dopplerjevega učinka. In še vedno obstaja vprašanje o pravilnosti koncepta širitvenega vesolja. Astronom, ki je dvomil o razlagi, da so vsi rdeči premiki posledica Dopplerjevega učinka, je Halton Arp. Pri Palomarju je opazil številne primere nedoslednih rdečih premikov, ki niso upoštevali Hubblovega zakona. Ko jih je analiziral, je predlagal, da bi rdeče premike v splošnem primeru lahko povzročili mehanizmi, ki niso Dopplerjev učinek. To postavlja vprašanje, zakaj si znanstveniki rdeče premike razlagajo zgolj kot Dopplerjev učinek. Morda je res, da 10 Dopplerjev učinek povzroča rdeči premik, toda kako lahko zagotovo vemo, da rdeči premik povzroča Dopplerjev učinek? Eden od glavnih razlogov za ta sklep je, da lahko po sodobni fiziki rdeči premik povzroči le močno gravitacijsko polje, pri čemer je Dopplerjev učinek izključen. Če se svetloba premika proti gravitacijskemu polju, izgubi del svoje energije in doživi rdeči premik. Vendar se astronomom ta razlaga ne zdi sprejemljiva za zvezde in galaksije, ker mora biti gravitacijsko polje neverjetno močno, da povzroči opazovani rdeči premik. Arp poroča, da je našel objekt z visokim rdečim premikom v neposredni bližini drugega predmeta z nizkim rdečim premikom. Po standardni teoriji o razširjajočem se vesolju bi nam moral biti objekt z majhnim rdečim premikom relativno bližje, objekt z visokim rdečim premikom pa dlje. Tako bi morala imeti dva objekta, ki sta blizu drug drugemu, približno enak rdeči premik. Vendar pa Arp navaja naslednji primer: Spiralna galaksija NGC 7603 je s sosednjo galaksijo povezana s svetlobnim mostom, vendar ima sosednja galaksija rdeči premik za 8000 kilometrov na sekundo večji od spiralne galaksije. Sodeč po razliki v njunih rdečih premikih bi morali biti galaksiji precej oddaljeni druga od druge, zagotovo bi morala biti sosednja galaksija oddaljena 478 milijonov svetlobnih let dlje – to je že čudno, saj sta si galaksiji dovolj blizu za fizični stik. Če jih primerjamo, naša galaksija za svojo najbližjo sosedo, galaksijo Andromeda, zaostaja le za 2 milijona svetlobnih let. Seveda obstajajo zagovorniki standardnega pogleda, ki se močno ne strinjajo z Arpovo interpretacijo. Menijo, da se predmeti dejansko nahajajo daleč drug od drugega, njihova navidezna bližina pa je le navidezna. Tako imenovani svetlobni most obstaja, vendar se je bolj oddaljena galaksija slučajno znašla za mostom ob našem vidnem polju. Vendar pa Arp opaža precejšnjo površnost v razmišljanju nasprotnikov njegove zamisli: »Galaksija, ki jo prikazujejo, je v vsakem primeru nenavadna. Žareči most do zvezde je preprosto eden od njenih običajnih spiralnih krakov." Vendar je v Arpovem primeru most nenavadna struktura, ki ni običajna v takih galaksijah. Verjetnost, da se bosta dve galaksiji teh tipov nahajali v takšni konfiguraciji, je veliko manjša od verjetnosti, da se bo zvezda Rimske ceste poravnala z navadno galaksijo. Arp je našel številne druge primere, ki so v nasprotju s tradicionalnim razumevanjem rdečega premika. Tukaj je eno najbolj kontroverznih odkritij. Kvazar Makarian 205, blizu spiralne galaksije NGC 4319, je vizualno povezan z galaksijo preko svetlečega mostu. Galaksija ima rdeči premik 11.800 kilometrov na sekundo, kar ustreza razdalji približno 107 milijonov svetlobnih let. Rdeči premik kvazarja znaša 21.000 kilometrov na sekundo, kar bi pomenilo, da je oddaljen 1,24 milijarde svetlobnih let. Toda Arp je predlagal, da so ti objekti zagotovo povezani in to kaže, da je standardna interpretacija rdečega premika v tem primeru napačna. (Mimogrede lahko opazimo dejstvo, da astronomi izražajo rdeči premik v kilometrih na sekundo. To kaže na njihovo zavezanost ideji, da je rdeči premik razložen z Dopplerjevim učinkom.) Kritiki so rekli, da niso našli povezovalnega mostu, prikazanega v Arpova slika na fotografiji galaksije NGC 4319. Drugi so poročali, da je most "lažen fotografski učinek". Kasneje pa je Jack M. Sulentic z Univerze v Alabami opravil obsežne fotometrične študije obeh predmetov in ugotovil, da je povezovalni most resničen. Drug primer kontroverznega rdečega premika, ki ga je opazil Arp, je odkritje zelo nenavadne verige galaksij, imenovane Vorontsov-Velyamov 172, po ruskem odkritelju. V tej verigi galaksij ima manjši, kompaktnejši člen dvakrat večji rdeči premik kot drugi. Poleg nekaj galaksij z nedoslednimi rdečimi premiki je Arp opazil nekaj še bolj nenavadnega - izkazalo se je, da lahko kvazarji in galaksije izbruhnejo druge kvazarje in galaksije. Tukaj je nekaj primerov: Eksplozivna galaksija NGC 520 ima očitno majhen rdeči premik. Štirje šibki kvazarji se nahajajo v ravni črti in se gibljejo jugovzhodno od galaksije. Arp je dokazal, da so ti šibki kvazarji edini v tej regiji. Ali je lahko preprosto naključje, da so se razvrstili skoraj v linijo iz galaksije? Arp je trdil, da je taka možnost izjemno majhna, in predlagal, da so kvazarji izbruhnili iz eksplodirane galaksije. Zanimivo je, da imajo kvazarji rdeči premik veliko večji od galaksije, za katero se zdi, da je njihov starš. Zanimivo je, da bi morali biti kvazarji po standardni teoriji rdečega premika veliko dlje od galaksije. Arp razlaga ta in druge podobne primere tako, da nakazuje, da se na novo izbruhnili kvazarji rodijo pri visokih rdečih premikih in da se njihov rdeči premik sčasoma postopoma zmanjšuje. Nekateri znanstveniki se sprašujejo, ali je realno, da galaksija izbruhne druge masivne objekte, kot so galaksije ali kvazarji. V odgovor Arp pokaže na osupljivo fotografijo velikanske galaksije M87, ki bruha tok snovi. Ko pogledamo eliptične galaksije v območju okoli galaksije M87 (tudi eliptične vrste), vidimo, da vse padajo v smeri izbruha toka snovi. Astronomi in Arp menijo, da so te galaksije izbruhnile iz M87. 12 Kako lahko ena galaksija oddaja drugo galaksijo? Če je galaksija "otoško vesolje", sestavljeno iz ogromnega agregata zvezd in plina, kako lahko oddaja drugo galaksijo, ki je enak agregat zvezd in plina? Verjetno bo radioastronomija zagotovila namig. Pred kratkim so radijski astronomi trdili, da lahko iz galaksij izbruhnejo velika območja radijskega sevanja. Ta območja emisij obstajajo v parih na vsaki strani nekaterih galaksij. Da bi to pojasnili, astronomi domnevajo obstoj velikanskih vrtečih se črnih lukenj v središču galaksije, ki požirajo bližnje zvezde in izpljuvajo snov v obe smeri vzdolž osi vrtenja. Vendar, če je Arpova analiza pravilna, ne pojasnjuje samo območij emisij, ki so lahko sestavljene iz tankega plina, ampak tudi dejstvo, da se lahko izstreli notranjost galaksij ali predhodniki galaksij. Če se vrnem k rdečim premikom takšnih izvrženih galaksij in kvazarjev, je Arp ugotovil naslednje: Izbruhani objekti imajo veliko večji rdeči premik kot njihov starš, čeprav so v njegovi neposredni bližini. Arp to pojasnjuje le z dejstvom, da njihovih rdečih premikov ne povzroča Dopplerjev učinek. Astronomi torej ne merijo hitrosti, s katero se predmet oddaljuje. Najverjetneje je rdeči premik povezan z dejanskim fizičnim stanjem objekta. Vendar pravi fizikalni zakoni ne odgovarjajo na vprašanje, kakšno stanje bi to lahko bilo. Še vedno mislijo, da galaksijo sestavljajo posamezne zvezde ter oblaki plina in prahu. Kakšne lastnosti lahko ima, da povzroči rdeči premik, ki ni posledica Dopplerjevega učinka ali gravitacije? Tega ni mogoče razložiti z znanimi fizikalnimi zakoni. Seveda so Arpove ugotovitve zelo kontroverzne in številni astronomi dvomijo, da je takšna povezava med galaksijami in kvazarji res lahko resnična. Toda to je le en dokaz, ki nakazuje, da se standardna razlaga rdečih premikov galaksij morda spreminja. Zaključek Hipoteza velikega poka še vedno ostaja nedokazana domneva (ali preprosto povedano, je pravljica), zamisel o stacionarnem vesolju pa potrebuje nadaljnje raziskave. Kakšna teorija se bo pojavila naslednjič - bo pokazal čas. Vesolje ni tako prazno, kot se zdi. V njem potekajo procesi transformacije in prenosa energije (tudi z enakimi nevtrini - nevidnimi nosilci energije) in fizika 13 mora vse to razumeti, opisati in razložiti, ne pa si izmišljevati raznoraznih verjetnih matematičnih pravljic. Zdaj fizika ne more nedvoumno reči, kakšna je resnična starost vesolja in ali jo je mogoče nekako izmeriti. Zdaj pa je popolnoma jasno, da je pred 13,7 milijardami let obstajalo vesolje, v njem so bile galaksije z zvezdami, zvezde so imele planete, nekateri planeti so imeli življenje, nekateri so imeli inteligentno življenje, in takrat so se tudi misleča bitja spraševala, kaj je resnično starost je bila. 14

Hipoteza o večlistnem modelu vesolja

Predgovor avtorja spletnega mesta: Za pozornost bralcev spletnega mesta "Znanje je moč" ponujamo fragmente iz 29. poglavja knjige Andreja Dmitrijeviča Saharova "Spomini". Akademik Saharov govori o delu na področju kozmologije, ki ga je opravil, potem ko se je začel aktivno ukvarjati z dejavnostmi na področju človekovih pravic - zlasti v izgnanstvu Gorkyja. To gradivo je nedvomno zanimivo za temo "Vesolje", ki je obravnavana v tem poglavju našega spletnega mesta. Seznanili se bomo s hipotezo o večlistnem modelu vesolja in drugimi problemi kozmologije in fizike. ... In seveda, spomnimo se naše nedavne tragične preteklosti.

Akademik Andrej Dmitrijevič SAHAROV (1921-1989).

V Moskvi v 70. letih in v Gorkem sem nadaljeval s poskusi študija fizike in kozmologije. V teh letih nisem mogel predstaviti bistveno novih idej in sem nadaljeval z razvojem tistih smeri, ki so bile predstavljene že v mojih delih iz 60-ih (in opisane v prvem delu te knjige). To je verjetno večina znanstvenikov, ko dosežejo zanje določeno starostno mejo. Ne izgubim pa upanja, da se mi morda še kaj »zasveti«. Hkrati moram reči, da že samo opazovanje znanstvenega procesa, v katerem sam ne sodeluješ, ampak veš, kaj je kaj, prinaša globoko notranje veselje. V tem smislu "nisem pohlepen".

Leta 1974 sem naredil in leta 1975 objavil članek, v katerem sem razvil idejo o ničelnem lagrangianu gravitacijskega polja, pa tudi računske metode, ki sem jih uporabil v prejšnjih delih. Hkrati se je izkazalo, da sem prišel do metode, ki jo je pred mnogimi leti predlagal Vladimir Aleksandrovič Fok, nato pa Julian Schwinger. Vendar je bil moj sklep in sama pot gradnje, metode popolnoma drugačne. Na žalost svojega dela nisem mogel poslati Foku - ravno takrat je umrl.

Kasneje sem odkril nekaj napak v svojem članku. Ostalo je nepojasnjeno vprašanje, ali "inducirana gravitacija" (sodobni izraz, ki se uporablja namesto izraza "ničelni lagrangian") daje pravilen predznak gravitacijske konstante v kateri koli od možnosti, ki sem jih obravnaval.<...>

Tri dela - eno objavljeno pred mojo izključitvijo in dve po moji izključitvi - so posvečena kozmološkim problemom. V prvem prispevku razpravljam o mehanizmih barionske asimetrije. Nekaj ​​zanimivosti so morda splošna razmišljanja o kinetiki reakcij, ki vodijo do barionske asimetrije vesolja. Vendar pa konkretno v tem delu razmišljam v okviru svoje stare predpostavke o obstoju »kombiniranega« ohranitvenega zakona (vsota števil kvarkov in leptonov je ohranjena). Kako sem prišel na to idejo in zakaj jo zdaj smatram za napačno, sem napisal že v prvem delu svojih spominov. Na splošno se mi zdi ta del dela neuspešen. Veliko bolj mi je všeč tisti del posla, o katerem pišem večlistni model vesolja . To je predpostavka, da kozmološko širjenje vesolja nadomesti stiskanje, nato novo širjenje tako, da se cikli stiskanje – širjenje ponavljajo neskončno velikokrat.. Takšni kozmološki modeli že dolgo pritegnejo pozornost. Imenovali so jih različni avtorji "pulzirajoče" oz "oscilirajoče" modeli vesolja. Izraz mi je bolj všeč "večlistni model" . Deluje bolj ekspresivno, bolj v skladu s čustvenim in filozofskim pomenom veličastne slike ponavljajočega se ponavljanja ciklov bivanja.

Dokler je bilo predvideno ohranjanje, pa je večlistni model naletel na nepremostljivo težavo, ki izhaja iz enega temeljnih zakonov narave - drugega zakona termodinamike.

Umik. V termodinamiki je uvedena določena značilnost stanja teles, imenovana. Moj oče se je nekoč spomnil stare poljudnoznanstvene knjige z naslovom "Kraljica sveta in njena senca". (Na žalost sem pozabil, kdo je avtor te knjige.) Kraljica je seveda energija, senca pa je entropija. Za razliko od energije, za katero velja ohranitveni zakon, za entropijo drugi zakon termodinamike vzpostavlja zakon naraščanja (natančneje nepadanja). Procese, pri katerih se skupna entropija teles ne spremeni, imenujemo (štejemo) reverzibilne. Primer reverzibilnega procesa je mehansko gibanje brez trenja. Reverzibilni procesi so abstrakcija, mejni primer ireverzibilnih procesov, ki jih spremlja povečanje skupne entropije teles (med trenjem, prenosom toplote itd.). Matematično je entropija opredeljena kot količina, katere porast je enak dotoku toplote, deljenemu z absolutno temperaturo (dodatno se predpostavlja – natančneje, to izhaja iz splošnih načel – da sta entropija pri temperaturi absolutne ničle in entropija vakuuma enaki na nič).

Numerični primer za jasnost. Določeno telo, ki ima temperaturo 200 stopinj, med izmenjavo toplote prenese 400 kalorij na drugo telo, ki ima temperaturo 100 stopinj. Entropija prvega telesa se je zmanjšala za 400/200, tj. za 2 enoti, entropija drugega telesa pa se je povečala za 4 enote; Skupna entropija se je povečala za 2 enoti, v skladu z zahtevo drugega zakona. Upoštevajte, da je ta rezultat posledica dejstva, da se toplota prenaša z bolj vročega telesa na hladnejše.

Povečanje skupne entropije med neravnotežnimi procesi končno vodi do segrevanja snovi. Obrnimo se k kozmologiji, k večlistnim modelom. Če predpostavimo, da je število barionov fiksno, potem bo entropija na barion naraščala za nedoločen čas. Snov se bo z vsakim ciklom segrevala za nedoločen čas, tj. razmere v vesolju se ne bodo ponovile!

Težava je odpravljena, če opustimo predpostavko o ohranitvi barionskega naboja in upoštevamo, v skladu z mojo idejo iz leta 1966 in njenim kasnejšim razvojem mnogih drugih avtorjev, da barionski naboj izhaja iz "entropije" (tj. nevtralne vroče snovi) v zgodnjih fazah kozmološke ekspanzije vesolja. V tem primeru je število nastalih barionov sorazmerno z entropijo v vsakem ciklu raztezanja in stiskanja, tj. pogoji za razvoj snovi in ​​nastanek strukturnih oblik so lahko v vsakem ciklu približno enaki.

Izraz "večlistni model" sem prvič skoval v članku iz leta 1969. V svojih nedavnih člankih uporabljam isti izraz v nekoliko drugačnem pomenu; To omenjam tukaj, da bi se izognili nesporazumom.

Prvi od zadnjih treh člankov (1979) je preučeval model, v katerem se domneva, da je prostor v povprečju raven. Predpostavlja se tudi, da Einsteinova kozmološka konstanta ni nič in je negativna (čeprav zelo majhna v absolutni vrednosti). V tem primeru, kot kažejo enačbe Einsteinove teorije gravitacije, se kozmološka ekspanzija neizogibno umakne stiskanju. Poleg tega vsak cikel popolnoma ponovi prejšnjega glede na njegove povprečne značilnosti. Pomembno je, da je model prostorsko raven. Poleg ravne geometrije (evklidske geometrije) sta naslednji dve deli posvečeni tudi obravnavanju geometrije Lobačevskega in geometrije hipersfere (tridimenzionalni analog dvodimenzionalne krogle). V teh primerih pa se pojavi drug problem. Povečanje entropije povzroči povečanje polmera vesolja v ustreznih trenutkih vsakega cikla. Z ekstrapolacijo v preteklost ugotovimo, da je lahko pred vsakim danim ciklom sledilo le končno število ciklov.

V "standardni" (enolistni) kozmologiji obstaja problem: kaj je bilo pred trenutkom največje gostote? V večlistnih kozmologijah (razen v primeru prostorsko ravnega modela) se temu problemu ni mogoče izogniti - vprašanje se prenese na trenutek začetka širitve prvega cikla. Lahko zavzamemo stališče, da je začetek širitve prvega cikla ali, v primeru standardnega modela, edinega cikla trenutek stvarjenja sveta, zato je vprašanje, kaj se je zgodilo pred tem, onkraj obseg znanstvenih raziskav. Morda pa je ravno tako - ali po mojem mnenju bolj - upravičen in ploden pristop, ki omogoča neomejeno znanstveno raziskovanje materialnega sveta in prostora-časa. Obenem očitno ni prostora za Dejanje stvarjenja, vendar na osnovni verski koncept božanskega pomena Bivanja znanost ne vpliva in leži onkraj njenih meja.

Poznam dve alternativni hipotezi, povezani s problemom, o katerem razpravljamo. Zdi se mi, da sem enega od njih prvič izrazil leta 1966 in je bil v naslednjih delih predmet številnih pojasnil. To je hipoteza o "obračanju puščice časa". Tesno je povezan s tako imenovanim problemom reverzibilnosti.

Kot sem že napisal, popolnoma reverzibilni procesi v naravi ne obstajajo. Za trenje, prenos toplote, oddajanje svetlobe, kemične reakcije, življenjske procese je značilna nepovratnost, presenetljiva razlika med preteklostjo in prihodnostjo. Če posnamemo nek ireverzibilen proces in nato predvajamo film v nasprotni smeri, bomo na platnu videli nekaj, kar se v resnici ne more zgoditi (na primer vztrajnik, ki se vrti po vztrajnosti, poveča hitrost vrtenja in ležaji se ohladijo). Kvantitativno se ireverzibilnost izraža v monotonem naraščanju entropije. Hkrati pa atomi, elektroni, atomska jedra itd., ki so del vseh teles. gibljejo po zakonih mehanike (kvantne, vendar je to tukaj nepomembno), ki so v času popolnoma reverzibilne (v kvantni teoriji polja - s sočasnim CP odbojem, glej v prvem delu). Asimetrija obeh smeri časa (prisotnost "puščice časa", kot pravijo) s simetrijo enačb gibanja že dolgo pritegne pozornost ustvarjalcev statistične mehanike. Razprava o tem vprašanju se je začela v zadnjih desetletjih prejšnjega stoletja in je bila včasih precej burna. Rešitev, ki je bolj ali manj zadovoljila vse, je bila hipoteza, da je asimetrija posledica začetnih pogojev gibanja in položaja vseh atomov in polj »v neskončno oddaljeni preteklosti«. Ti začetni pogoji morajo biti "naključni" v nekem dobro definiranem pomenu.

Kot sem predlagal (leta 1966 in bolj eksplicitno leta 1980), je treba v kozmoloških teorijah, ki imajo določeno časovno točko, te naključne začetne pogoje pripisati ne neskončno oddaljeni preteklosti (t -> - ∞), ampak tej izbrani točki (t = 0).

Nato ima na tej točki entropija avtomatsko minimalno vrednost, ko pa se premikate naprej ali nazaj od nje v času, se entropija poveča. Temu sem rekel "obračanje puščice časa." Ker ko se puščica časa obrne, se vsi procesi, vključno z informacijskimi (tudi življenjskimi), obrnejo, paradoksi ne nastanejo. Zgornje ideje o obračanju puščice časa, kolikor vem, v znanstvenem svetu niso dobile priznanja. Se mi pa zdijo zanimivi.

Vrtenje puščice časa ponovno vzpostavi simetrijo obeh smeri časa, ki je lastna enačbam gibanja v kozmološki sliki sveta!

V letih 1966-1967 Predpostavil sem, da na prelomnici časovne puščice pride do odboja CPT. Ta predpostavka je bila eno od izhodišč mojega dela o barionski asimetriji. Tukaj bom predstavil še eno hipotezo (pri tem so sodelovali Kirzhnitz, Linde, Guth, Turner in drugi; tukaj imam le pripombo, da gre za obračanje puščice časa).

Sodobne teorije predpostavljajo, da lahko vakuum obstaja v različnih stanjih: stabilen, z gostoto energije, ki je enaka nič z veliko natančnostjo; in nestabilna, z veliko pozitivno energijsko gostoto (efektivna kozmološka konstanta). Slednje stanje se včasih imenuje "lažni vakuum".

Ena od rešitev enačb splošne relativnosti za takšne teorije je naslednja. Vesolje je zaprto, tj. v vsakem trenutku predstavlja »hipersfero« končne prostornine (hipersfera je tridimenzionalni analog dvodimenzionalne površine krogle; hipersfero si lahko predstavljamo »vdelano« v štiridimenzionalni evklidski prostor, tako kot dvodimenzionalni prostor). dimenzionalna krogla je »vdelana« v tridimenzionalni prostor). Polmer hipersfere ima v neki časovni točki minimalno končno vrednost (označimo jo s t = 0) in narašča z oddaljenostjo od te točke, naprej in nazaj v času. Entropija je za lažni vakuum enak nič (kot za vsak vakuum na splošno) in ko se od točke t = 0 odmika naprej ali nazaj v času, se poveča zaradi razpada lažnega vakuuma in preide v stabilno stanje pravega vakuuma. . Tako se v točki t = 0 puščica časa vrti (vendar ni kozmološke CPT simetrije, ki zahteva neskončno stiskanje na točki odboja). Tako kot v primeru CPT simetrije so tudi tukaj vsi ohranjeni naboji enaki nič (zaradi banalnega razloga - pri t = 0 je stanje vakuuma). Zato je v tem primeru treba predpostaviti tudi dinamičen pojav opazovane barionske asimetrije, ki jo povzroča kršitev invariantnosti CP.

Alternativna hipoteza o prazgodovini vesolja pravi, da v resnici ne obstaja eno vesolje ali dve (kot - v nekem pomenu besede - v hipotezi o obračanju puščice časa), ampak mnoga med seboj radikalno različna in izhajajoč iz nekega »primarnega« prostora (ali njegovih sestavnih delcev; to je morda le drugačen način izražanja). Druga vesolja in primarni prostor, če je o tem smiselno govoriti, imajo lahko predvsem v primerjavi z »našim« vesoljem različno število »makroskopskih« prostorskih in časovnih razsežnosti - koordinat (v našem vesolju - tri prostorske in ena časovna dimenzija; v drugih vesoljih je lahko vse drugače!) Prosim vas, da ne posvečate posebne pozornosti pridevniku »makroskopski«, ki je v narekovajih. Povezana je s hipotezo »kompaktizacije«, po kateri je večina dimenzij kompaktificiranih, tj. zaprt vase v zelo majhnem obsegu.

Struktura "Mega-vesolja"

Predpostavlja se, da med različnimi vesolji ni vzročne povezave. Ravno to upravičuje njihovo interpretacijo kot ločenih vesolj. To veličastno zgradbo imenujem »Mega vesolje«. Več avtorjev je razpravljalo o različicah takih hipotez. Predvsem hipotezo o večkratnem rojstvu zaprtih (približno hipersferičnih) vesoljev v enem od svojih del zagovarja Ya.B. Zeldovich.

Ideje Mega Universe so izjemno zanimive. Morda je resnica ravno v tej smeri. Zame pa je v nekaterih teh konstrukcijah ena nejasnost, ki je nekoliko tehnične narave. Povsem sprejemljivo je domnevati, da so razmere v različnih delih vesolja popolnoma drugačne. Toda naravni zakoni morajo biti nujno povsod in vedno enaki. Narava ne more biti kot kraljica v Carrollovi Alici v čudežni deželi, ki je samovoljno spremenila pravila igre kriket. Obstoj ni igra. Moji dvomi se nanašajo na tiste hipoteze, ki dopuščajo prekinitev kontinuitete prostora-časa. Ali so taki postopki sprejemljivi? Ali niso na prelomnih točkah kršitev naravnih zakonov in ne »pogojev bivanja«? Ponavljam, nisem prepričan, da so to utemeljeni pomisleki; Mogoče spet, tako kot pri vprašanju ohranitve števila fermionov, izhajam iz preozkega zornega kota. Poleg tega so hipoteze, kjer se rojstvo vesolja pojavi brez prekinitve kontinuitete, povsem možne.

Predpostavko, da je spontano rojstvo mnogih in morda neskončnega števila vesolj, ki se razlikujejo po svojih parametrih, in da se vesolje, ki nas obdaja, med mnogimi svetovi razlikuje prav po pogoju za nastanek življenja in inteligence, imenujemo »antropni princip « (AP). Zeldovich piše, da prva obravnava AP, ki mu je znana v kontekstu širitve vesolja, pripada Idlisu (1958). V konceptu večlistnega vesolja lahko igra vlogo tudi antropični princip, vendar za izbiro med zaporednimi cikli ali njihovimi regijami. Ta možnost je obravnavana v mojem delu "Več modelov vesolja". Ena od težav večlistnih modelov je, da nastanek "črnih lukenj" in njihovo združevanje tako poruši simetrijo na stopnji stiskanja, da je popolnoma nejasno, ali so pogoji naslednjega cikla primerni za nastanek visoko organiziranih strukture. Po drugi strani pa se v dovolj dolgih ciklih pojavljajo procesi razpadanja barionov in izhlapevanja črnih lukenj, ki vodijo do glajenja vseh gostotnih nehomogenosti. Predvidevam, da kombinirano delovanje teh dveh mehanizmov - nastanek črnih lukenj in poravnava nehomogenosti - vodi v zaporedno menjavo "bolj gladkih" in bolj "motenih" ciklov. Pred našim ciklom naj bi bil "gladek" cikel, med katerim ne bi nastale črne luknje. Natančneje, lahko obravnavamo zaprto vesolje z "lažnim" vakuumom na prelomni točki puščice časa. Kozmološko konstanto v tem modelu lahko štejemo za enako nič; sprememba od širitve do stiskanja se zgodi preprosto zaradi medsebojnega privlačenja navadne snovi. Trajanje ciklov se povečuje zaradi povečanja entropije z vsakim ciklom in presega poljubno dano število (teži k neskončnosti), tako da so izpolnjeni pogoji za razpad protonov in izhlapevanje “črnih lukenj”.

Večlistni modeli nudijo odgovor na tako imenovani paradoks velikih števil (druga možna razlaga je hipoteza Gutha et al., ki vključuje dolgo fazo "inflacije", glej 18. poglavje).

Planet na obrobju oddaljene kroglaste zvezdne kopice. Umetnik © Don Dixon

Zakaj je skupno število protonov in fotonov v vesolju končne prostornine tako enormno veliko, čeprav končno? In druga oblika tega vprašanja, ki se nanaša na "odprto" različico, je, zakaj je število delcev tako veliko v tem območju neskončnega sveta Lobačevskega, katerega prostornina je reda velikosti A 3 (A je radij ukrivljenosti )?

Odgovor, ki ga daje večlistni model, je zelo preprost. Predpostavlja se, da je od t = 0 minilo že veliko ciklov; med vsakim ciklom se je povečala entropija (tj. število fotonov) in posledično je v vsakem ciklu nastal vedno večji presežek barionov. Razmerje med številom barionov in številom fotonov v posameznem ciklu je konstantno, saj ga določa dinamika začetnih stopenj širjenja vesolja v danem ciklu. Skupno število ciklov od t = 0 je ravno takšno, da dobimo opazovano število fotonov in barionov. Ker njihovo število eksponentno narašča, za potrebno število ciklov niti ne bomo dobili tako velike vrednosti.

Stranski produkt mojega dela iz leta 1982 je formula za verjetnost gravitacijske koalescence črnih lukenj (uporabljena je bila ocena v knjigi Zeldoviča in Novikova).

Druga intrigantna možnost ali bolje sanje so povezane z večkrilnimi modeli. Mogoče visoko organiziran um, ki se med ciklom razvija milijarde milijard let, najde način, da v kodirani obliki prenese nekaj najbolj dragocenega dela informacij, ki jih ima, svojim dedičem v naslednjih ciklih, ki so od tega cikla časovno ločeni z obdobje super-gostega stanja?.. Analogija - prenos genetskih informacij s strani živih bitij iz generacije v generacijo, "stisnjene" in kodirane v kromosomih jedra oplojene celice. Ta možnost je seveda naravnost fantastična in o tem si nisem upal pisati v znanstvenih člankih, a na straneh te knjige sem si dal prosto pot. Toda ne glede na te sanje se mi hipoteza o večlistnem modelu vesolja zdi pomembna v filozofskem pogledu na svet.

Dragi obiskovalci!

Formulirano v obliki modelov nastanka in razvoja vesolja. To je posledica dejstva, da v kozmologiji ni mogoče izvajati ponovljivih poskusov in iz njih izpeljati kakršne koli zakone, kot je to storjeno v drugih naravoslovnih vedah. Poleg tega je vsak kozmični pojav edinstven. Kozmologija torej operira z modeli. Ko se kopiči novo znanje o svetu, ki ga obdaja, se izpopolnjujejo in razvijajo novi kozmološki modeli.

Klasični kozmološki model

Napredek v kozmologiji in kozmogoniji v 18.-19. je dosegel vrhunec v ustvarjanju klasične policentrične slike sveta, ki je postala začetna stopnja v razvoju znanstvene kozmologije.

Ta model je precej preprost in razumljiv.

1. Vesolje velja za neskončno v prostoru in času, z drugimi besedami, za večno.

2. Osnovni zakon gibanja in razvoja nebesnih teles je zakon univerzalne gravitacije.

3. Prostor ni na noben način povezan s telesi, ki se nahajajo v njem, igrajo pasivno vlogo posode za ta telesa.

4. Čas tudi ni odvisen od materije, saj je univerzalno trajanje vseh naravnih pojavov in teles.

5. Če bi vsa telesa nenadoma izginila, bi prostor in čas ostala nespremenjena. Število zvezd, planetov in zvezdnih sistemov v vesolju je neskončno veliko. Vsako nebesno telo gre skozi dolgo življenjsko pot. Mrtve ali bolje rečeno ugasle zvezde nadomeščajo nova, mlada svetila.

Čeprav so podrobnosti o nastanku in smrti nebesnih teles ostale nejasne, se je v bistvu ta model zdel harmoničen in logično dosleden. V tej obliki je klasični policentrični model obstajal v znanosti do začetka 20. stoletja.

Vendar je imel ta model vesolja več pomanjkljivosti.

Zakon univerzalne gravitacije je pojasnil centripetalni pospešek planetov, ni pa povedal, od kod želja planetov, pa tudi morebitnih materialnih teles, da se gibljejo enakomerno in premočrtno. Za razlago vztrajnostnega gibanja je bilo treba predpostaviti obstoj božanskega »prvega potiska« v njem, ki je spravil v gibanje vsa materialna telesa. Poleg tega je bil Božji poseg dovoljen tudi za popravljanje orbit vesoljskih teles.

Pojav v okviru klasičnega modela tako imenovanih kozmoloških paradoksov - fotometričnih, gravitacijskih, termodinamičnih. Želja po njihovem reševanju je znanstvenike spodbudila tudi k iskanju novih konsistentnih modelov.

Tako je bil klasični policentrični model vesolja le delno znanstvene narave, saj ni mogel podati znanstvene razlage izvora vesolja, zato so ga nadomestili drugi modeli.

Relativistični model vesolja

Nov model vesolja je leta 1917 ustvaril A. Einstein. Temeljila je na relativistični teoriji gravitacije – splošni teoriji relativnosti. Einstein je opustil postulate o absolutnosti in neskončnosti prostora in časa, ohranil pa je načelo stacionarnosti, nespremenljivosti Vesolja v času in njegove končnosti v prostoru. Lastnosti vesolja po Einsteinu določa porazdelitev gravitacijskih mas v njem.Vesolje je brezmejno, a hkrati zaprto v prostoru. Po tem modelu je prostor homogen in izotropen, tj. ima enake lastnosti v vseh smereh, snov je v njem enakomerno porazdeljena, čas je neskončen, njegov tok pa ne vpliva na lastnosti vesolja. Einstein je na podlagi svojih izračunov ugotovil, da je svetovni prostor štiridimenzionalna krogla.

Hkrati si tega modela vesolja ne smemo predstavljati v obliki navadne krogle. Sferični prostor je krogla, vendar štiridimenzionalna krogla, ki je ni mogoče vizualno predstaviti. Po analogiji lahko sklepamo, da je prostornina takšnega prostora končna, tako kot je končna površina vsake krogle, izrazimo jo lahko v končnem številu kvadratnih centimetrov. Tudi površina katere koli štiridimenzionalne krogle je izražena v končnem številu kubičnih metrov. Tak sferičen prostor nima meja in je v tem smislu brezmejen. Če letimo v takem prostoru v eno smer, se bomo na koncu vrnili na izhodišče. Toda hkrati muha, ki se plazi po površini žoge, nikjer ne bo našla meja ali ovir, ki bi ji prepovedovale premikanje v kateri koli izbrani smeri. V tem smislu je površina katere koli krogle neomejena, čeprav končna, tj. brezmejnost in neskončnost sta različna pojma.

Iz Einsteinovih izračunov je torej sledilo, da je naš svet štiridimenzionalna krogla. Prostornino takšnega vesolja je mogoče izraziti, čeprav zelo veliko, vendar še vedno s končnim številom kubičnih metrov. Načeloma lahko letite po celotnem zaprtem vesolju in se ves čas premikate v eno smer. Tako namišljeno potovanje je podobno zemeljskim potovanjem okoli sveta. Toda vesolje, ki ima končno prostornino, je hkrati brezmejno, tako kot površina katere koli krogle nima meja. Einsteinovo vesolje vsebuje sicer veliko, a še vedno končno število zvezd in zvezdnih sistemov, zato fotometrični in gravitacijski paradoksi zanj niso uporabni. Istočasno nad Einsteinovim vesoljem preži spekter toplotne smrti. Takšno vesolje, omejeno v prostoru, neizogibno pride do svojega konca v času. Večnost ji ni lastna.

Tako je kljub novosti in celo revolucionarnosti idej Einsteina v svoji kozmološki teoriji vodila običajna klasična ideološka drža o statični naravi sveta. Bolj kot protisloven in nestabilen svet ga je privlačil harmoničen in stabilen svet.

Model razširjajočega se vesolja

Einsteinov model vesolja je postal prvi kozmološki model, ki temelji na zaključkih splošne teorije relativnosti. To je posledica dejstva, da je gravitacija tista, ki določa interakcijo mas na velikih razdaljah. Zato je teoretično jedro sodobne kozmologije teorija gravitacije – splošna teorija relativnosti. Einstein je v svojem kozmološkem modelu predpostavil prisotnost neke hipotetične odbojne sile, ki naj bi zagotavljala stacionarnost in nespremenljivost vesolja. Kasnejši razvoj naravoslovja pa je to idejo bistveno prilagodil.

Pet let kasneje, leta 1922, je sovjetski fizik in matematik A. Friedman na podlagi strogih izračunov pokazal, da Einsteinovo vesolje ne more biti stacionarno in nespremenljivo. Ob tem se je Friedman opiral na kozmološki princip, ki ga je sam oblikoval in ki temelji na dveh predpostavkah: izotropnosti in homogenosti vesolja. Izotropnost vesolja razumemo kot odsotnost ločenih smeri, enakost vesolja v vseh smereh. Homogenost vesolja razumemo kot enakost vseh točk vesolja: opazujemo lahko na kateri koli od njih in povsod bomo videli izotropno vesolje.

Friedman je na podlagi kozmološkega principa dokazal, da imajo Einsteinove enačbe druge, nestacionarne rešitve, po katerih se vesolje lahko širi ali krči. Hkrati smo se pogovarjali o širitvi samega prostora, t.j. o povečanju vseh razdalj na svetu. Friedmanovo vesolje je bilo podobno napihnjenemu milnemu mehurčku, pri čemer sta se njegov polmer in površina nenehno povečevala.

Sprva je bil model širitve vesolja hipotetičen in ni imel empirične potrditve. Leta 1929 pa je ameriški astronom E. Hubble odkril učinek "rdečega premika" spektralnih črt (premik črt proti rdečemu koncu spektra). To so razlagali kot posledico Dopplerjevega učinka - spremembe frekvence nihanja ali valovne dolžine zaradi gibanja vira valov in opazovalca drug glede na drugega. "Rdeči premik" je bil pojasnjen kot posledica galaksij, ki se oddaljujejo druga od druge s hitrostjo, ki narašča z razdaljo. Po zadnjih meritvah je povečanje hitrosti širjenja približno 55 km/s na vsak milijon parsekov.

Na podlagi svojih opazovanj je Hubble utemeljil idejo, da je vesolje svet galaksij, da naša galaksija ni edina v njem, da obstaja veliko galaksij, ki jih ločijo ogromne razdalje. Hkrati je Hubble prišel do zaključka, da medgalaktične razdalje ne ostajajo konstantne, ampak se povečujejo. Tako se je v naravoslovju pojavil koncept širitvenega vesolja.

Kakšna prihodnost čaka naše vesolje? Friedman je predlagal tri modele razvoja vesolja.

V prvem modelu se vesolje širi počasi, tako da se zaradi gravitacijskega privlaka med različnimi galaksijami širjenje vesolja upočasni in na koncu ustavi. Po tem se je vesolje začelo krčiti. V tem modelu se prostor upogne, zapre vase in oblikuje kroglo.

V drugem modelu se je Vesolje neskončno širilo, prostor pa je bil ukrivljen kot površina sedla in hkrati neskončen.

V Friedmanovem tretjem modelu je prostor raven in tudi neskončen.

Katera od teh treh možnosti sledi evoluciji vesolja, je odvisno od razmerja med gravitacijsko energijo in kinetično energijo razširjajoče se snovi.

Če bo kinetična energija širjenja snovi prevladala nad gravitacijsko energijo, ki preprečuje širjenje, potem gravitacijske sile ne bodo ustavile širjenja galaksij in bo širjenje vesolja nepovratno. Ta različica dinamičnega modela vesolja se imenuje odprto vesolje.

Če prevladuje gravitacijska interakcija, se bo hitrost širjenja sčasoma upočasnila, dokler se popolnoma ne ustavi, nato pa se začne stiskanje snovi, dokler se vesolje ne vrne v prvotno stanje singularnosti (točkovni volumen z neskončno visoko gostoto). Ta različica modela se imenuje nihajoče ali zaprto vesolje.

V mejnem primeru, ko so gravitacijske sile natanko enake energiji širjenja snovi, se širjenje ne bo ustavilo, ampak bo njegova hitrost čez čas težila k ničli. Nekaj ​​deset milijard let po začetku širjenja vesolja bo nastopilo stanje, ki ga lahko imenujemo kvazistacionarno. Teoretično je možno tudi utripanje vesolja.

Ko je E. Hubble pokazal, da se oddaljene galaksije oddaljujejo ena od druge z vedno večjo hitrostjo, je prišlo do nedvoumnega zaključka, da se naše vesolje širi. Toda vesolje, ki se širi, je vesolje, ki se spreminja, svet z vso svojo zgodovino, ki ima začetek in konec. Hubblova konstanta nam omogoča oceno časa, v katerem se nadaljuje proces širjenja vesolja. Izkazalo se je, da ni manj kot 10 milijard in ne več kot 19 milijard let. Najverjetnejša življenjska doba vesolja, ki se širi, je 15 milijard let. To je približna starost našega vesolja.

Mnenje znanstvenika

Obstajajo tudi drugi, tudi najbolj eksotični, kozmološki (teoretični) modeli, ki temeljijo na splošni teoriji relativnosti. Profesor matematike na univerzi Cambridge John Barrow pravi o kozmoloških modelih:

»Naravna naloga kozmologije je čim bolje razumeti izvor, zgodovino in strukturo našega vesolja. Hkrati pa splošna relativnost, tudi brez izposojanja iz drugih vej fizike, omogoča izračun skoraj neomejenega števila zelo različnih kozmoloških modelov. Seveda je njihov izbor narejen na podlagi astronomskih in astrofizikalnih podatkov, s pomočjo katerih je mogoče ne le testirati različne modele glede skladnosti z realnostjo, temveč tudi odločiti, katere njihove komponente je mogoče kombinirati za najustreznejše. opis našega sveta. Tako je nastal sedanji standardni model vesolja. Že samo zaradi tega razloga je bila zgodovinska raznolikost kozmoloških modelov zelo koristna.

A ni samo to. Mnogi modeli so bili ustvarjeni, ko astronomi še niso zbrali toliko podatkov, ki jih imajo danes. Na primer, prava stopnja izotropnosti vesolja je bila zahvaljujoč vesoljski opremi ugotovljena šele v zadnjih dveh desetletjih. Jasno je, da so imeli vesoljski modelirji v preteklosti veliko manj empiričnih omejitev. Poleg tega je možno, da bodo tudi modeli, ki so po današnjih standardih eksotični, v prihodnosti uporabni za opisovanje tistih delov vesolja, ki še niso dostopni opazovanju. In končno, izum kozmoloških modelov lahko preprosto spodbudi željo po iskanju neznanih rešitev enačb splošne relativnosti, kar je tudi močna spodbuda. Na splošno je številčnost takih modelov razumljiva in upravičena.

Nedavna združitev kozmologije in fizike delcev je upravičena na enak način. Njeni predstavniki menijo, da je najzgodnejša stopnja življenja vesolja naravni laboratorij, idealen za preučevanje osnovnih simetrij našega sveta, ki določajo zakone temeljnih interakcij. Ta zveza je že postavila temelje za celo vrsto bistveno novih in zelo globokih kozmoloških modelov. Nobenega dvoma ni, da bo tudi v prihodnje prinesel nič manj plodne rezultate.”

Na začetku je bilo vesolje rastoča gruča praznine. Njegov kolaps je privedel do velikega poka, v ognjebruhajoči plazmi, iz katere so se kovali prvi kemični elementi. Nato je gravitacija milijone let stiskala oblake hladilnega plina. In takrat so zasvetile prve zvezde, ki so osvetlile veličastno vesolje z bilijoni bledih galaksij... Ta slika sveta, podprta z največjimi astronomskimi odkritji 20. stoletja, stoji na trdnih teoretičnih temeljih. Toda obstajajo strokovnjaki, ki jim to ni všeč. V njem vztrajno iščejo šibke točke v upanju, da bo sedanjo nadomestila drugačna kozmologija.

V zgodnjih dvajsetih letih 20. stoletja je peterburški znanstvenik Alexander Friedman, zaradi poenostavitve predpostavke, da snov enakomerno zapolnjuje ves prostor, našel rešitev enačb splošne teorije relativnosti (GTR), ki opisujejo nestacionarno širijoče se vesolje. Tudi Einstein tega odkritja ni jemal resno, saj je menil, da mora biti vesolje večno in nespremenljivo. Da bi opisal takšno vesolje, je v splošne relativnostne enačbe celo uvedel poseben »antigravitacijski« lambda člen. Friedman je kmalu umrl zaradi tifusa in njegova odločitev je bila pozabljena. Edwin Hubble, ki je na observatoriju Mount Wilson delal na največjem 100-palčnem teleskopu na svetu, na primer ni slišal ničesar o teh idejah.

Do leta 1929 je Hubble izmeril razdalje do več deset galaksij in jih primerjal s predhodno pridobljenimi spektri nepričakovano odkril, da bolj ko je galaksija oddaljena, bolj so njene spektralne črte premaknjene rdeče. Najlažji način za razlago rdečega premika je bil Dopplerjev učinek. Potem pa se je izkazalo, da se vse galaksije hitro oddaljujejo od nas. Bilo je tako nenavadno, da je astronom Fritz Zwicky predstavil zelo drzno hipotezo o "utrujeni svetlobi", po kateri se od nas ne oddaljujejo galaksije, temveč kvanti svetlobe med dolgim ​​potovanjem doživljajo nekaj odpora svojemu gibanju in postopoma izgubljajo energijo in postane rdeča. Potem so se seveda spomnili ideje o širjenju vesolja in izkazalo se je, da se nič manj nenavadna nova opažanja dobro ujemajo s to čudno pozabljeno teorijo. Friedmanovemu modelu je koristilo tudi dejstvo, da je izvor rdečega premika v njem zelo podoben običajnemu Dopplerjevemu učinku: še danes vsi astronomi ne razumejo, da »razpršenost« galaksij v vesolju sploh ni isto kot širjenje. samega vesolja z "zamrznjenimi" galaksijami vanj.

Hipoteza o »utrujeni svetlobi« je tiho zbledela s scene do konca tridesetih let prejšnjega stoletja, ko so fiziki ugotovili, da foton izgublja energijo samo z interakcijo z drugimi delci, pri čemer se smer njegovega gibanja nujno vsaj malo spremeni. Tako bi se morale slike oddaljenih galaksij v modelu "utrujene svetlobe" zamegliti, kot v megli, vendar so vidne precej jasno. Zato je Friedmannov model vesolja, alternativa splošno sprejetim idejam, nedavno pritegnil pozornost vseh. (Vendar je do konca svojega življenja, leta 1953, Hubble sam priznaval, da je lahko širjenje vesolja le navidezen učinek.)

Dvakrat alternativni standard

Ker pa se vesolje širi, pomeni, da je bilo prej gostejše. Friedmanov študent, jedrski fizik Georgi Gamow, ki je miselno obrnil njegov razvoj, je ugotovil, da je bilo zgodnje vesolje tako vroče, da so v njem potekale reakcije termonuklearne fuzije. Gamow je z njimi poskušal razložiti opaženo razširjenost kemičnih elementov, vendar mu je v primarnem kotlu uspelo »skuhati« le nekaj vrst lahkih jeder. Izkazalo se je, da bi moral svet poleg vodika vsebovati 23-25% helija, stotinko odstotka devterija in milijardo litija. Teorijo o sintezi težjih elementov v zvezdah je kasneje s svojimi kolegi razvil Gamowljev konkurent, astrofizik Fred Hoyle.

Leta 1948 je Gamow tudi napovedal, da naj bi iz vročega vesolja ostala opazna sled - ohlajeno mikrovalovno sevanje s temperaturo nekaj stopinj Kelvina, ki prihaja iz vseh smeri na nebu. Žal je Gamowova napoved ponovila usodo Friedmanovega modela: nikomur se ni mudilo iskati njegovega sevanja. Teorija o vročem vesolju se je zdela preveč ekstravagantna, da bi izvajali drage poskuse, da bi jo preizkusili. Poleg tega so bile v njem videti vzporednice z božanskim stvarstvom, od česar so se mnogi znanstveniki distancirali. Končalo se je tako, da je Gamow opustil kozmologijo in se preusmeril k genetiki, ki je v tistem času nastajala.

V petdesetih letih 20. stoletja je postala priljubljena nova različica teorije stacionarnega vesolja, ki jo je razvil isti Fred Hoyle skupaj z astrofizikom Thomasom Goldom in matematikom Hermannom Bondijem. Pod pritiskom Hubblovega odkritja so sprejeli širjenje vesolja, ne pa tudi njegove evolucije. Po njihovi teoriji širjenje vesolja spremlja spontano nastajanje vodikovih atomov, tako da povprečna gostota vesolja ostaja nespremenjena. To je seveda kršitev zakona o ohranjanju energije, vendar zelo nepomembna - ne več kot en atom vodika na milijardo let na kubični meter prostora. Hoyle je svoj model poimenoval "teorija neprekinjenega ustvarjanja" in uvedel posebno C-polje (iz angleškega creation - ustvarjanje) z negativnim tlakom, ki je prisililo vesolje, da se napihne, hkrati pa ohranja konstantno gostoto materije. V nasprotju z Gamowom je Hoyle razložil nastanek vseh elementov, tudi lahkih, s termonuklearnimi procesi v zvezdah.

Kozmično mikrovalovno ozadje, ki ga je napovedal Gamow, so po naključju opazili skoraj 20 let pozneje. Njegovi odkritelji so prejeli Nobelovo nagrado in vroče Friedmann-Gamow vesolje je hitro izpodrinilo konkurenčne hipoteze. Hoyle pa ni odnehal in je zagovarjal svojo teorijo, trdil je, da mikrovalovno ozadje ustvarjajo oddaljene zvezde, katerih svetlobo razprši in ponovno oddaja kozmični prah. Toda takrat bi moral biti sij neba pikast, vendar je skoraj popolnoma enoten. Postopoma so se nabirali podatki o kemični sestavi zvezd in kozmičnih oblakov, ki so bili skladni tudi z Gamovim modelom primarne nukleosinteze.

Tako je dvakratna alternativna teorija velikega poka postala splošno sprejeta oziroma, kot je danes moderno reči, prešla v znanstveni mainstream. In zdaj šolarje učijo, da je Hubble odkril eksplozijo vesolja (in ne odvisnosti rdečega premika od razdalje), kozmično mikrovalovno sevanje pa z lahkotno roko sovjetskega astrofizika Josepha Samuiloviča Šklovskega postane reliktno sevanje. Model vročega vesolja je »všit« v misli ljudi dobesedno na ravni jezika.

Štirje vzroki rdečega premika

Katerega izbrati za razlago Hubblovega zakona - odvisnosti rdečega premika od razdalje?

Kopanje pod temelje

Toda človeška narava je takšna, da takoj, ko se v družbi uveljavi še kakšna nesporna ideja, se takoj najdejo ljudje, ki se želijo prepirati. Kritike standardne kozmologije lahko razdelimo na konceptualne, ki opozarjajo na nepopolnost njenih teoretičnih osnov, in astronomske, ki navajajo specifična dejstva in opažanja, ki jih je težko razložiti.

Glavna tarča konceptualnih napadov je seveda splošna teorija relativnosti (GR). Einstein je podal presenetljivo lep opis gravitacije in jo poistovetil z ukrivljenostjo prostora-časa. Iz splošne teorije relativnosti pa sledi obstoj črnih lukenj, čudnih objektov, v središču katerih je snov stisnjena v točko neskončne gostote. V fiziki videz neskončnosti vedno nakazuje meje uporabnosti teorije. Pri ultravisokih gostotah mora splošno teorijo relativnosti nadomestiti kvantna gravitacija. Toda vsi poskusi vpeljave principov kvantne fizike v splošno relativnost so bili neuspešni, zaradi česar so fiziki prisiljeni iskati alternativne teorije gravitacije. Na desetine jih je bilo zgrajenih v 20. stoletju. Večina jih ni prestala poskusnega testiranja. Toda nekaj teorij še vedno drži. Med njimi je na primer poljska teorija gravitacije akademika Logunova, v kateri ni ukrivljenega prostora, ne nastajajo singularnosti, kar pomeni, da ni črnih lukenj ali velikega poka. Kjer koli je mogoče napovedi takšnih alternativnih gravitacijskih teorij preizkusiti eksperimentalno, se ujemajo s tistimi iz splošne teorije relativnosti in le v skrajnih primerih – pri ultravisokih gostotah ali pri zelo velikih kozmoloških razdaljah – se njihovi zaključki razlikujejo. To pomeni, da morata biti struktura in razvoj vesolja drugačni.

Nova kozmografija

Nekoč je Johannes Kepler, ko je poskušal teoretično razložiti razmerja med polmeri planetarnih orbit, vgnezdil pravilne poliedre enega v drugega. Krogle, opisane in vpisane v njih, so se mu zdele najbolj neposredna pot do razkritja strukture vesolja - "Kozmografske skrivnosti", kot je poimenoval svojo knjigo. Kasneje je na podlagi opazovanj Tycha Braheja zavrgel starodavno idejo o nebesni popolnosti krogov in krogel ter ugotovil, da se planeti gibljejo po elipsah.

Tudi številni sodobni astronomi so skeptični do špekulativnih konstrukcij teoretikov in se raje zgledujejo po nebu. In tam lahko vidite, da je naša galaksija, Rimska cesta, del majhne kopice, imenovane lokalna skupina galaksij, ki jo privlači središče ogromnega oblaka galaksij v ozvezdju Device, znano kot lokalna superjata. Leta 1958 je astronom George Abel objavil katalog 2712 jat galaksij na severnem nebu, ki so nato združene v superjate.

Strinjam se, da ni videti kot vesolje, enakomerno napolnjeno s snovjo. Toda brez homogenosti v Friedmanovem modelu je nemogoče doseči ekspanzijski režim, skladen s Hubblovim zakonom. In tudi neverjetne gladkosti mikrovalovnega ozadja ni mogoče razložiti. Zato je bila v imenu lepote teorije homogenost vesolja razglašena za kozmološko načelo in od opazovalcev se je pričakovalo, da to potrdijo. Seveda na majhnih razdaljah po kozmoloških standardih - stokrat večjih od Rimske ceste - prevladuje privlačnost med galaksijami: gibljejo se v orbiti, trčijo in združujejo. Toda od določene lestvice razdalje mora vesolje preprosto postati homogeno.

V sedemdesetih letih 20. stoletja nam opazovanja še niso omogočala z gotovostjo trditi, ali obstajajo strukture, večje od nekaj deset megaparsekov, in besede "homogenost vesolja velikega obsega" so zvenele kot zaščitna mantra Friedmannove kozmologije. Toda v začetku devetdesetih let prejšnjega stoletja so se razmere dramatično spremenile. Na meji med ozvezdjema Ribe in Kit je bil odkrit kompleks superjapic velikosti okoli 50 megaparsekov, ki vključuje Lokalno superjato. V ozvezdju Hidra so najprej odkrili Veliki atraktor velikosti 60 megaparsekov, nato pa za njim še ogromno Shapleyjevo trikrat večjo superjato. In to niso osamljeni objekti. Istočasno so astronomi opisali Veliki zid, kompleks, dolg 150 megaparsekov, in seznam se še povečuje.

Do konca stoletja je proizvodnja 3D zemljevidov vesolja stekla. V eni teleskopski ekspoziciji dobimo spektre več sto galaksij. Da bi to naredil, robotski manipulator postavi na stotine optičnih vlaken v goriščno ravnino širokokotne Schmidtove kamere na znanih koordinatah in prenaša svetlobo vsake posamezne galaksije v spektrografski laboratorij. Največja raziskava SDSS do zdaj je že določila spektre in rdeče premike milijona galaksij. In največja znana struktura v vesolju ostaja Sloanov zid, odkrit leta 2003 v skladu s prejšnjo raziskavo CfA-II. Njegova dolžina je 500 megaparsecov, kar je 12% razdalje do obzorja Friedmannovega vesolja.

Poleg koncentracij snovi so odkrili tudi številne zapuščene predele vesolja – praznine, kjer ni galaksij ali celo skrivnostne temne snovi. Številne med njimi presegajo velikost 100 megaparsekov, leta 2007 pa je ameriški nacionalni radioastronomski observatorij poročal o odkritju velike praznine s premerom približno 300 megaparsekov.

Že sam obstoj takšnih veličastnih struktur predstavlja izziv za standardno kozmologijo, v kateri se nehomogenosti razvijejo zaradi gravitacijskega zgoščevanja snovi zaradi drobnih nihanj gostote, ki so ostale od velikega poka. Pri opazovanih naravnih hitrostih gibanja galaksij v celotni življenjski dobi vesolja ne morejo prepotovati več kot ducat ali dva megaparseka. In kako lahko potem razložimo koncentracijo snovi, ki meri stotine megaparsekov?

Temne entitete

Strogo gledano, Friedmanov model "v svoji čisti obliki" ne pojasnjuje nastanka niti majhnih struktur - galaksij in grozdov, razen če mu dodamo eno posebno neopazno entiteto, ki jo je leta 1933 izumil Fritz Zwicky. Med preučevanjem kopice Coma je odkril, da se njene galaksije premikajo tako hitro, da bi morale zlahka odleteti. Zakaj grozd ne razpade? Zwicky je predlagal, da je bila njegova masa veliko večja od ocenjene iz svetlobnih virov. Tako se je v astrofiziki pojavila skrita masa, ki jo danes imenujemo temna snov. Brez nje je nemogoče opisati dinamiko galaktičnih diskov in jat galaksij, upogibanje svetlobe ob prehodu mimo teh jat in njihov izvor. Ocenjuje se, da je temne snovi 5-krat več kot običajne svetleče snovi. Ugotovljeno je bilo že, da to niso temni planetoidi, ne črne luknje in ne nobeni znani osnovni delci. Temna snov je verjetno sestavljena iz nekakšnih težkih delcev, ki sodelujejo le v šibkih interakcijah.

Pred kratkim je italijansko-ruski satelitski eksperiment PAMELA zaznal nenavaden presežek energijskih pozitronov v kozmičnih žarkih. Astrofiziki ne poznajo primernega vira pozitronov in domnevajo, da so morda produkti nekakšne reakcije z delci temne snovi. Če je tako, potem je lahko Gamowova teorija primordialne nukleosinteze ogrožena, ker ni predvidevala prisotnosti ogromnega števila neznanih težkih delcev v zgodnjem vesolju.

Skrivnostno temno energijo je bilo treba na prelomu 20. in 21. stoletja nujno dodati standardnemu modelu vesolja. Malo pred tem je bila preizkušena nova metoda za določanje razdalj do oddaljenih galaksij. "Standardna sveča" v njej so bile eksplozije supernov posebnega tipa, ki imajo na samem vrhuncu izbruha vedno skoraj enako svetilnost. Njihova navidezna svetlost se uporablja za določitev razdalje do galaksije, kjer se je zgodila kataklizma. Vsi so pričakovali, da bodo meritve pokazale rahlo upočasnitev širjenja vesolja pod vplivom lastne gravitacije njegove snovi. Z velikim presenečenjem so astronomi ugotovili, da se širitev vesolja, nasprotno, pospešuje! Temna energija je bila izumljena, da bi zagotovila univerzalni kozmični odboj, ki napihuje vesolje. Pravzaprav ga ni mogoče razlikovati od lambda člena v Einsteinovih enačbah in, kar je še bolj smešno, od C-polja iz Bondi-Gold-Hoylove teorije stacionarnega vesolja, v preteklosti glavnega konkurenta kozmologije Friedmann-Gamow. Tako se umetne špekulativne ideje selijo med teorijami in jim pomagajo preživeti pod pritiskom novih dejstev.

Če je imel Friedmanov prvotni model samo en parameter, določen iz opazovanj (povprečna gostota snovi v vesolju), potem se je s prihodom "temnih entitet" število parametrov "uglaševanja" opazno povečalo. To niso le deleži temnih »sestavin«, ampak tudi njihove poljubno prevzete fizikalne lastnosti, kot je sposobnost sodelovanja v različnih interakcijah. Mar ni res, da vse to spominja na Ptolomejevo teorijo? Dodanih mu je bilo vedno več epiciklov, da bi dosegli skladnost z opazovanji, dokler se ni zrušil pod težo lastne prezapletene zasnove.

DIY Universe

V zadnjih 100 letih je bilo ustvarjenih veliko različnih kozmoloških modelov. Če je bila prej vsaka od njih dojeta kot edinstvena fizična hipoteza, je zdaj odnos postal bolj prozaičen. Če želite zgraditi kozmološki model, se morate ukvarjati s tremi stvarmi: teorijo gravitacije, od katere so odvisne lastnosti prostora, porazdelitev snovi in ​​fizično naravo rdečega premika, iz katerega izhaja odvisnost: razdalja - rdeči premik R(z). To nastavi kozmografijo modela, ki omogoča izračun različnih učinkov: kako se spreminja svetlost »standardne sveče«, kotna velikost »standardnega metra«, trajanje »standardne sekunde« in površinska svetlost. »referenčne galaksije« spreminjajo z razdaljo (ali bolje rečeno z rdečim premikom). Vse, kar ostane, je pogledati v nebo in razumeti, katera teorija daje pravilne napovedi.

Predstavljajte si, da zvečer sedite v nebotičniku ob oknu in gledate morje mestnih luči, ki se raztezajo spodaj. V daljavi jih je manj. Zakaj? Morda je tam revno obrobje ali pa se je razvoj povsem končal. Ali pa je svetloba lučk zatemnjena zaradi megle ali smoga. Ali pa na to vpliva ukrivljenost zemeljske površine in oddaljene luči preprosto gredo čez obzorje. Za vsako možnost lahko izračunate odvisnost števila luči od razdalje in poiščete ustrezno razlago. Tako kozmologi preučujejo oddaljene galaksije in poskušajo izbrati najboljši model vesolja.

Da bi kozmološki test deloval, je pomembno najti »standardne« objekte in upoštevati vpliv vseh motenj, ki popačijo njihov videz. Observacijski kozmologi se s tem ubadajo že osem desetletij. Vzemite, recimo, test kotne velikosti. Če je naš prostor evklidski, torej neukrivljen, se navidezna velikost galaksij zmanjšuje v obratnem sorazmerju z rdečim premikom z. V Friedmannovem modelu z ukrivljenim prostorom se kotne velikosti objektov zmanjšujejo počasneje in vidimo galaksije nekoliko večje, kot ribe v akvariju. Obstaja celo model (Einstein je delal z njim v zgodnjih fazah), v katerem se galaksije najprej zmanjšajo, ko se oddaljijo, nato pa spet začnejo rasti. Težava pa je v tem, da oddaljene galaksije vidimo takšne, kot so bile v preteklosti, in tekom evolucije se njihove velikosti lahko spreminjajo. Poleg tega se meglene lise na veliki razdalji zdijo manjše - zaradi dejstva, da je težko videti njihove robove.

Izjemno težko je upoštevati vpliv takšnih učinkov, zato je rezultat kozmološkega testa pogosto odvisen od preferenc posameznega raziskovalca. V ogromni množici objavljenih del je mogoče najti teste, ki tako potrjujejo kot ovržejo različne kozmološke modele. In samo strokovnost znanstvenika določa, komu od njih verjeti in kateremu ne. Tukaj je le nekaj primerov.

Leta 2006 je mednarodna ekipa treh ducatov astronomov testirala, ali se oddaljene eksplozije supernove raztezajo skozi čas, kot zahteva Friedmannov model. Dobili so popolno soglasje s teorijo: bliski se podaljšajo natanko tolikokrat, kolikor se zmanjša frekvenca svetlobe, ki prihaja iz njih - dilatacija časa v splošni teoriji relativnosti ima enak učinek na vse procese. Ta rezultat bi lahko bil še en zadnji žebelj v krsto teorije stacionarnega vesolja (prvega je pred 40 leti Stephen Hawking poimenoval kozmično mikrovalovno ozadje), a leta 2009 je ameriški astrofizik Eric Lerner objavil ravno nasprotne rezultate. pridobljeno z drugačno metodo. Uporabil je test površinske svetlosti za galaksije, ki ga je izumil Richard Tolman leta 1930, posebej za izbiro med širijočim se in statičnim vesoljem. V Friedmannovem modelu površinska svetlost galaksij pada zelo hitro z naraščajočim rdečim premikom, v evklidskem prostoru z "utrujeno svetlobo" pa je razpad veliko počasnejši. Pri z = 1 (kjer so po Friedmanu galaksije približno polovico mlajše od tistih v naši bližini) je razlika 8-kratna, pri z = 5, kar je blizu meje zmogljivosti Hubblovega vesoljskega teleskopa, pa je več kot 200-krat. Test je pokazal, da podatki skoraj popolnoma sovpadajo z modelom "utrujene luči" in se močno razlikujejo od Friedmanovih.

Razlog za dvom

V opazovalni kozmologiji se je nabralo veliko podatkov, ki dvomijo o pravilnosti prevladujočega kozmološkega modela, ki so ga po dodajanju temne snovi in ​​energije začeli imenovati LCDM (Lambda – Cold Dark Matter). Potencialna težava za LCDM je hitro povečanje rekordnih rdečih premikov zaznanih objektov. Masanori Iye, uslužbenec japonskega nacionalnega astronomskega observatorija, je proučeval, kako rastejo rekordni odprti rdeči premiki galaksij, kvazarjev in izbruhov žarkov gama (najmočnejših eksplozij in najbolj oddaljenih svetilnikov v opazljivem vesolju). Do leta 2008 so vsi že presegli mejo z = 6, še posebej hitro pa je rasel rekord z izbruhov sevanja gama. Leta 2009 so postavili še en rekord: z = 8,2. V Friedmanovem modelu to ustreza starosti približno 600 milijonov let po velikem poku in se do meje ujema z obstoječimi teorijami o nastanku galaksij: več in preprosto ne bodo imele časa za nastanek. Medtem se zdi, da se napredek kazalnikov z ne ustavi - vsi čakajo na podatke iz novih vesoljskih teleskopov Herschel in Planck, ki so bili lansirani spomladi 2009. Če se pojavijo objekti z z = 15 ali 20, bo to postala popolna kriza LCDM.

Drugo težavo je že leta 1972 opazil Alan Sandage, eden najbolj cenjenih opazovalnih kozmologov. Izkazalo se je, da Hubblov zakon vse preveč dobro drži v neposredni bližini Rimske ceste. Znotraj nekaj megaparsecov od nas je snov porazdeljena izredno nehomogeno, vendar se zdi, da galaksije tega ne opazijo. Njihov rdeči premik je natančno sorazmeren z njihovimi razdaljami, razen pri tistih, ki so zelo blizu središča velikih kopic. Zdi se, da kaotične hitrosti galaksij nekaj duši. Če potegnemo analogijo s toplotnim gibanjem molekul, ta paradoks včasih imenujemo nenavadna hladnost Hubblovega toka. Za ta paradoks v LCDM ni celovite razlage, vendar dobi naravno razlago v modelu "utrujene svetlobe". Alexander Raikov iz observatorija Pulkovo je domneval, da sta lahko rdeči premik fotonov in dušenje kaotičnih hitrosti galaksij manifestacija istega kozmološkega dejavnika. In isti razlog lahko pojasni anomalijo v gibanju ameriških medplanetarnih sond Pioneer 10 in Pioneer 11. Ko so zapustili sončni sistem, so doživeli majhno, nerazložljivo upočasnitev, ravno pravšnjo količino, da bi pojasnili hladnost Hubblovega toka.

Številni kozmologi poskušajo dokazati, da snov v vesolju ni porazdeljena enakomerno, ampak fraktalno. To pomeni, da ne glede na to, na kateri lestvici upoštevamo vesolje, bo vedno razkrilo menjavo grozdov in praznin ustrezne ravni. Prvi, ki je to temo sprožil, je bil leta 1987 italijanski fizik Luciano Piotroneiro. Pred nekaj leti sta kozmolog iz Sankt Peterburga Jurij Barišev in Finec Pekka Teerikorpi izdala obsežno monografijo »Fraktalna struktura vesolja«. Številni znanstveni članki trdijo, da je v raziskavah rdečega premika fraktalna narava porazdelitve galaksij zanesljivo razkrita do lestvice 100 megaparsekov, heterogenost pa je mogoče izslediti do 500 megaparsekov ali več. Pred kratkim je Aleksander Raikov skupaj z Viktorjem Orlovom s Sanktpeterburške državne univerze odkril znake fraktalne porazdelitve v katalogu izbruhov sevanja gama na lestvicah do z = 3 (to je po Friedmannovem modelu v večini vidno vesolje). Če bo to potrjeno, kozmologijo čaka velik pretres. Fraktalnost posplošuje koncept homogenosti, ki je bil zaradi matematične preprostosti vzet za osnovo kozmologije 20. stoletja. Danes fraktale aktivno preučujejo matematiki in redno dokazujejo nove izreke. Fraktalnost obsežne strukture vesolja lahko privede do zelo nepričakovanih posledic in kdo ve, ali nas čakajo korenite spremembe v sliki vesolja in njegovem razvoju?

Jok iz srca

Pa vendar, ne glede na to, kako navdihujejo kozmološke »disidente« taki primeri, danes ni koherentne in dobro razvite teorije o strukturi in razvoju vesolja, ki bi se razlikovala od standardnega LCDM. To, kar skupaj imenujemo alternativna kozmologija, je sestavljeno iz številnih trditev, ki jih upravičeno postavljajo zagovorniki splošno sprejetega koncepta, pa tudi niza obetavnih idej različnih stopenj sofisticiranosti, ki so lahko koristne v prihodnosti, če bo močan alternativni raziskovalni program pojavi.

Mnogi zagovorniki alternativnih pogledov se nagibajo k pretiranemu poudarjanju posameznih idej ali protiprimerov. Upajo, da se bo s prikazovanjem težav standardnega modela ta model lahko opustil. Toda, kot je trdil filozof znanosti Imre Lakatos, niti eksperiment niti paradoks ne moreta uničiti teorije. Samo nova, boljša teorija ubije teorijo. Za alternativno kozmologijo še ni mogoče ponuditi ničesar.

Toda od kod bodo novi resni dogodki, se pritožujejo »alternativci«, če je po vsem svetu v komisijah za dodelitev sredstev, v uredništvih znanstvenih revij in v komisijah za razdelitev časa opazovanja teleskopov večina zagovornikov standarda. kozmologija. Pravijo, da preprosto blokirajo dodeljevanje sredstev za delo, ki je zunaj kozmološkega mainstreama, saj menijo, da je to neuporabno zapravljanje sredstev. Pred nekaj leti so napetosti dosegle tolikšno višino, da je skupina kozmologov v reviji New Scientist napisala zelo ostro "Odprto pismo znanstveni skupnosti". Napovedala je ustanovitev mednarodne javne organizacije Alternative Cosmology Group (www. cosmology. info), ki od takrat občasno organizira svoje konference, a ji še ni uspelo bistveno spremeniti situacije.

Zgodovina znanosti pozna veliko primerov, ko se je močan nov raziskovalni program nepričakovano oblikoval okrog idej, ki so veljale za zelo alternativne in malo zanimive. In morda sedanja raznovrstna alternativna kozmologija nosi v sebi kalček prihodnje revolucije v sliki sveta.