Rumah / Maklumat am/ Ahli kosmologi Jerman mengemukakan hipotesis tentang ketidakluasan alam semesta. Hipotesis alam semesta memperluaskan Apakah fakta yang boleh mengesahkan model alam semesta yang berkembang

Ahli kosmologi Jerman mengemukakan hipotesis tentang ketidakluasan alam semesta. Hipotesis alam semesta mengembang Apakah fakta yang boleh mengesahkan model alam semesta yang berkembang

Hanya seratus tahun yang lalu, saintis mendapati bahawa Alam Semesta kita semakin meningkat dengan cepat.

Alexey Levin

Pada tahun 1870, ahli matematik Inggeris William Clifford mendapat idea yang sangat mendalam bahawa ruang boleh melengkung, tidak sama rata pada titik yang berbeza, dan kelengkungannya boleh berubah dari semasa ke semasa. Malah dia mengakui bahawa perubahan sedemikian entah bagaimana berkaitan dengan pergerakan jirim. Kedua-dua idea ini, bertahun-tahun kemudian, membentuk asas teori relativiti umum. Clifford sendiri tidak hidup untuk melihat ini - dia meninggal dunia akibat batuk kering pada usia 34 tahun, 11 hari sebelum kelahiran Albert Einstein.

Anjakan merah

Maklumat pertama tentang pengembangan Alam Semesta disediakan oleh astrospektrografi. Pada tahun 1886, ahli astronomi Inggeris William Huggins mendapati bahawa panjang gelombang cahaya bintang telah beralih sedikit berbanding dengan spektrum terestrial unsur-unsur yang sama. Berdasarkan formula untuk versi optik kesan Doppler, yang diperolehi pada tahun 1848 oleh ahli fizik Perancis Armand Fizeau, halaju jejarian bintang boleh dikira. Pemerhatian sedemikian membolehkan untuk mengesan pergerakan objek angkasa.

Hanya seratus tahun yang lalu, idea tentang Alam Semesta adalah berdasarkan mekanik Newton dan geometri Euclidean. Malah beberapa saintis, seperti Lobachevsky dan Gauss, yang menganggap (hanya sebagai hipotesis!) realiti fizikal geometri bukan Euclidean, menganggap angkasa lepas kekal dan tidak berubah. Oleh kerana pengembangan Alam Semesta, tidak mudah untuk menilai jarak ke galaksi yang jauh. Cahaya yang tiba 13 bilion tahun kemudian dari galaksi A1689-zD1, 3.35 bilion tahun cahaya (A), "merah" dan lemah semasa ia bergerak melalui ruang yang semakin berkembang, dan galaksi itu sendiri bergerak menjauh (B). Ia akan membawa maklumat tentang jarak dalam anjakan merah (13 bilion tahun cahaya), dalam saiz sudut (3.5 bilion tahun cahaya), dalam intensiti (263 bilion tahun cahaya), manakala jarak sebenar ialah 30 bilion tahun cahaya. tahun.

Seperempat abad kemudian, peluang ini digunakan dengan cara baru oleh Vesto Slifer, seorang pekerja balai cerap di Flagstaff, Arizona, yang, sejak 1912, telah mengkaji spektrum nebula lingkaran dengan teleskop 24 inci dengan spektrograf yang baik. Untuk mendapatkan imej berkualiti tinggi, plat fotografi yang sama didedahkan selama beberapa malam, jadi projek itu bergerak perlahan. Dari September hingga Disember 1913, Slipher mengkaji nebula Andromeda dan, menggunakan formula Doppler-Fizeau, membuat kesimpulan bahawa ia menghampiri Bumi sebanyak 300 km setiap saat.

Pada tahun 1917, beliau menerbitkan data mengenai halaju jejari 25 nebula, yang menunjukkan asimetri yang ketara dalam arahnya. Hanya empat nebula yang mendekati Matahari, selebihnya melarikan diri (dan beberapa dengan cepat).

Slifer tidak mencari kemasyhuran dan tidak mempromosikan keputusannya. Oleh itu, mereka dikenali dalam kalangan astronomi hanya apabila ahli astrofizik British terkenal Arthur Eddington menarik perhatian kepada mereka.

Pada tahun 1924, beliau menerbitkan monograf mengenai teori relativiti, yang termasuk senarai halaju jejari 41 nebula yang ditemui oleh Slipher. Empat nebula anjakan biru yang sama terdapat di sana, manakala 37 yang selebihnya mempunyai garis spektrum teralih merah. Halaju jejari mereka berbeza-beza antara 150 dan 1800 km/s dan secara purata 25 kali lebih tinggi daripada halaju bintang Bima Sakti yang diketahui pada masa itu. Ini mencadangkan bahawa nebula mengambil bahagian dalam pergerakan yang berbeza daripada peneraju "klasik".

Pulau Angkasa

Pada awal tahun 1920-an, kebanyakan ahli astronomi percaya bahawa nebula lingkaran terletak di pinggir Bima Sakti, dan di sebaliknya tidak ada apa-apa selain ruang kosong dan gelap. Benar, pada abad ke-18, beberapa saintis melihat gugusan bintang gergasi di nebula (Immanuel Kant memanggilnya alam semesta pulau). Walau bagaimanapun, hipotesis ini tidak popular, kerana adalah mustahil untuk menentukan dengan pasti jarak ke nebula.

Masalah ini telah diselesaikan oleh Edwin Hubble, bekerja pada teleskop pemantul 100 inci di Balai Cerap Mount Wilson California. Pada 1923-1924, beliau mendapati bahawa nebula Andromeda terdiri daripada banyak objek bercahaya, termasuk bintang berubah-ubah dari keluarga Cepheid. Telah diketahui pada masa itu bahawa tempoh perubahan dalam kecerahan ketara mereka berkaitan dengan kecerahan mutlak, dan oleh itu Cepheids sesuai untuk menentukur jarak kosmik. Dengan bantuan mereka, Hubble menganggarkan jarak ke Andromeda pada 285,000 parsec (mengikut data moden, ia adalah 800,000 parsecs). Diameter Bima Sakti kemudiannya dipercayai kira-kira 100,000 parsec (sebenarnya ia adalah tiga kali lebih kecil). Ia diikuti bahawa Andromeda dan Bima Sakti mesti dianggap sebagai gugusan bintang bebas. Hubble tidak lama lagi mengenal pasti dua lagi galaksi bebas, yang akhirnya mengesahkan hipotesis "alam semesta pulau".

Untuk bersikap adil, perlu diperhatikan bahawa dua tahun sebelum Hubble, jarak ke Andromeda telah dikira oleh ahli astronomi Estonia Ernst Opik, yang hasilnya - 450,000 parsec - lebih dekat dengan yang betul. Walau bagaimanapun, beliau menggunakan beberapa pertimbangan teori yang tidak meyakinkan seperti pemerhatian langsung Hubble.

Menjelang tahun 1926, Hubble telah menjalankan analisis statistik pemerhatian terhadap empat ratus "nebula ekstragalaksi" (istilah yang digunakan untuk masa yang lama, mengelak daripada memanggilnya galaksi) dan mencadangkan formula untuk mengaitkan jarak ke nebula dengan kecerahan yang ketara. Walaupun terdapat kesilapan besar kaedah ini, data baru mengesahkan bahawa nebula diedarkan lebih kurang sama rata di angkasa dan terletak jauh di luar sempadan Bima Sakti. Kini tidak ada keraguan lagi bahawa ruang tidak terhad kepada Galaxy kita dan jiran terdekatnya.

Pereka fesyen angkasa

Eddington mula berminat dengan keputusan Slipher walaupun sebelum sifat nebula lingkaran akhirnya dijelaskan. Pada masa ini, model kosmologi sudah wujud, yang dalam erti kata tertentu meramalkan kesan yang dikenal pasti oleh Slipher. Eddington banyak memikirkannya dan, secara semula jadi, tidak melepaskan peluang untuk memberikan pemerhatian ahli astronomi Arizona bunyi kosmologi.

Kosmologi teori moden bermula pada tahun 1917 dengan dua kertas revolusioner membentangkan model alam semesta berdasarkan relativiti am. Salah satunya ditulis oleh Einstein sendiri, yang satu lagi oleh ahli astronomi Belanda Willem de Sitter.

undang-undang Hubble

Edwin Hubble secara empirik menemui perkadaran anggaran anjakan merah dan jarak galaksi, yang diubahnya menjadi perkadaran antara halaju dan jarak menggunakan formula Doppler-Fizeau. Jadi kita berhadapan dengan dua corak berbeza di sini.
Hubble tidak tahu bagaimana hubungan mereka antara satu sama lain, tetapi apakah yang dikatakan sains hari ini mengenainya?
Seperti yang ditunjukkan oleh Lemaître, korelasi linear antara anjakan merah dan jarak kosmologi (disebabkan oleh pengembangan Alam Semesta) bukanlah mutlak. Dalam amalan, ia diperhatikan dengan baik hanya untuk anjakan kurang daripada 0.1. Jadi undang-undang Hubble empirikal tidak tepat, tetapi anggaran, dan formula Doppler-Fizeau hanya sah untuk anjakan kecil spektrum.
Tetapi undang-undang teori yang menghubungkan kelajuan jejarian objek jauh dengan jarak kepada mereka (dengan pekali perkadaran dalam bentuk parameter Hubble V=Hd) adalah sah untuk sebarang anjakan merah. Walau bagaimanapun, kelajuan V yang muncul di dalamnya bukanlah sama sekali kelajuan isyarat fizikal atau badan sebenar dalam ruang fizikal. Ini ialah kadar peningkatan jarak antara galaksi dan gugusan galaksi, yang disebabkan oleh pengembangan Alam Semesta. Kita akan dapat mengukurnya hanya jika kita dapat menghentikan pengembangan Alam Semesta, serta-merta meregangkan pita pengukur antara galaksi, membaca jarak antara mereka dan membahagikannya ke dalam selang masa antara ukuran. Sememangnya, undang-undang fizik tidak membenarkan ini. Oleh itu, ahli kosmologi lebih suka menggunakan parameter Hubble H dalam formula lain, yang merangkumi faktor skala Alam Semesta, yang dengan tepat menggambarkan tahap pengembangannya dalam pelbagai zaman kosmik (memandangkan parameter ini berubah dari semasa ke semasa, nilai modennya dilambangkan dengan H0 ). Alam Semesta kini berkembang pada kadar yang semakin pantas, jadi nilai parameter Hubble semakin meningkat.
Dengan mengukur anjakan merah kosmologi, kami memperoleh maklumat tentang sejauh mana pengembangan ruang. Cahaya galaksi, yang datang kepada kita dengan anjakan merah kosmologi z, meninggalkannya apabila semua jarak kosmologi adalah 1+z kali lebih kecil daripada zaman kita. Maklumat tambahan tentang galaksi ini, seperti jarak semasa atau kelajuan penyingkiran dari Bima Sakti, hanya boleh diperoleh menggunakan model kosmologi tertentu. Sebagai contoh, dalam model Einstein-de Sitter, galaksi dengan z = 5 sedang bergerak menjauhi kita pada kelajuan yang sama dengan 1.1 s (kelajuan cahaya). Tetapi jika anda membuat kesilapan biasa dan hanya menyamakan V/c dan z, maka kelajuan ini akan menjadi lima kali lebih besar daripada kelajuan cahaya. Percanggahan, seperti yang kita lihat, adalah serius.
Kebergantungan kelajuan objek jauh pada anjakan merah mengikut STR, GTR (bergantung pada model dan masa, lengkung menunjukkan masa sekarang dan model semasa). Pada anjakan kecil pergantungan adalah linear.

Einstein, dalam semangat zaman, percaya bahawa Alam Semesta secara keseluruhan adalah statik (dia cuba menjadikannya juga tidak terhingga di angkasa, tetapi tidak dapat mencari syarat sempadan yang betul untuk persamaannya). Akibatnya, dia membina model Alam Semesta tertutup, ruang yang mempunyai kelengkungan positif yang berterusan (dan oleh itu ia mempunyai jejari terhingga yang tetap). Masa di Alam Semesta ini, sebaliknya, mengalir dengan cara Newtonian, dalam satu arah dan pada kelajuan yang sama. Ruang-masa model ini melengkung disebabkan oleh komponen spatial, manakala komponen masa tidak cacat dalam apa-apa cara. Sifat statik dunia ini menyediakan "sisipan" khas ke dalam persamaan utama, yang menghalang keruntuhan graviti dan dengan itu bertindak sebagai medan anti-graviti di mana-mana. Keamatannya adalah berkadar dengan pemalar khas, yang dipanggil Einstein sejagat (kini dipanggil pemalar kosmologi).

Model kosmologi Lemaître tentang pengembangan Alam Semesta jauh mendahului zamannya. Alam semesta Lemaître bermula dengan Big Bang, selepas itu pengembangan mula-mula perlahan dan kemudian mula memecut.

Model Einstein memungkinkan untuk mengira saiz Alam Semesta, jumlah jirim, dan juga nilai pemalar kosmologi. Untuk melakukan ini, kita hanya memerlukan ketumpatan purata bahan kosmik, yang, pada dasarnya, boleh ditentukan dari pemerhatian. Bukan kebetulan bahawa Eddington mengagumi model ini dan menggunakannya dalam amalan oleh Hubble. Walau bagaimanapun, ia dimusnahkan oleh ketidakstabilan, yang Einstein tidak perasan: pada sisihan sedikit pun jejari daripada nilai keseimbangan, dunia Einstein sama ada mengembang atau mengalami keruntuhan graviti. Oleh itu, model ini tidak mempunyai kaitan dengan Alam Semesta sebenar.

dunia yang kosong

De Sitter juga membina, kerana dia sendiri percaya, dunia statik kelengkungan berterusan, tetapi tidak positif, tetapi negatif. Ia mengandungi pemalar kosmologi Einstein, tetapi tidak mempunyai jirim sepenuhnya. Apabila zarah ujian dengan jisim kecil yang sewenang-wenangnya diperkenalkan, mereka berselerak dan pergi ke infiniti. Di samping itu, masa mengalir lebih perlahan di pinggir alam semesta de Sitter daripada di tengahnya. Oleh sebab itu, gelombang cahaya dari jarak yang jauh tiba dengan anjakan merah, walaupun sumbernya tidak bergerak berbanding pemerhati. Jadi pada tahun 1920-an, Eddington dan ahli astronomi lain tertanya-tanya sama ada model de Sitter mempunyai persamaan dengan realiti yang ditunjukkan dalam pemerhatian Slipher.

Kecurigaan ini disahkan, walaupun dengan cara yang berbeza. Sifat statik alam semesta de Sitter ternyata menjadi khayalan, kerana ia dikaitkan dengan pilihan sistem koordinat yang tidak berjaya. Selepas membetulkan ralat ini, ruang de Sitter ternyata rata, Euclidean, tetapi tidak statik. Terima kasih kepada pemalar kosmologi antigravitasi, ia mengembang sambil mengekalkan kelengkungan sifar. Kerana pengembangan ini, panjang gelombang foton meningkat, yang memerlukan peralihan garis spektrum yang diramalkan oleh de Sitter. Perlu diingat bahawa ini adalah bagaimana anjakan merah kosmologi galaksi jauh dijelaskan hari ini.

Daripada statistik kepada dinamik

Sejarah teori kosmologi bukan statik secara terbuka bermula dengan dua makalah oleh ahli fizik Soviet Alexander Friedman, yang diterbitkan dalam jurnal Jerman Zeitschrift fur Physik pada tahun 1922 dan 1924. Friedman mengira model alam semesta dengan kelengkungan positif dan negatif yang berubah-ubah masa, yang menjadi dana emas kosmologi teori. Walau bagaimanapun, orang sezaman hampir tidak menyedari karya-karya ini (Einstein pada mulanya menganggap kertas pertama Friedman adalah salah secara matematik). Friedman sendiri percaya bahawa astronomi belum mempunyai senjata pemerhatian yang membolehkan seseorang memutuskan model kosmologi yang mana lebih konsisten dengan realiti, dan oleh itu menghadkan dirinya kepada matematik tulen. Mungkin dia akan bertindak secara berbeza jika dia membaca keputusan Slifer, tetapi ini tidak berlaku.

Ahli kosmologi terbesar pada separuh pertama abad ke-20, Georges Lemaitre, berfikir secara berbeza. Di rumah, di Belgium, dia mempertahankan disertasinya dalam matematik, dan kemudian pada pertengahan 1920-an dia belajar astronomi - di Cambridge di bawah arahan Eddington dan di Balai Cerap Harvard di bawah Harlow Shapley (semasa di Amerika Syarikat, di mana dia menyediakan yang kedua. disertasi di MIT, dia bertemu Slipher dan Hubble). Pada tahun 1925, Lemaître adalah orang pertama yang menunjukkan bahawa sifat statik model de Sitter adalah khayalan. Sekembalinya ke tanah airnya sebagai profesor di Universiti Louvain, Lemaitre membina model pertama alam semesta yang berkembang dengan asas astronomi yang jelas. Tanpa keterlaluan, karya ini merupakan satu kejayaan revolusioner dalam sains angkasa lepas.

Revolusi sejagat

Dalam modelnya, Lemaitre mengekalkan pemalar kosmologi dengan nilai berangka Einstein. Oleh itu, alam semestanya bermula dalam keadaan statik, tetapi dari masa ke masa, disebabkan turun naik, ia memulakan laluan pengembangan berterusan pada kadar yang semakin meningkat. Pada peringkat ini ia mengekalkan kelengkungan positif, yang berkurangan apabila jejari meningkat. Lemaitre termasuk dalam alam semestanya bukan sahaja jirim, tetapi juga sinaran elektromagnet. Baik Einstein, mahupun de Sitter, yang kerjanya diketahui oleh Lemaitre, mahupun Friedman, yang dia tidak tahu apa-apa pada masa itu, tidak melakukan ini.

Koordinat yang berkaitan

Dalam pengiraan kosmologi adalah mudah untuk menggunakan sistem koordinat yang disertakan, yang berkembang serentak dengan pengembangan Alam Semesta. Dalam model ideal, di mana galaksi dan gugusan galaksi tidak mengambil bahagian dalam sebarang gerakan yang betul, koordinat yang disertakan tidak berubah. Tetapi jarak antara dua objek pada masa tertentu adalah sama dengan jarak malar mereka dalam koordinat yang disertakan, didarab dengan nilai faktor skala untuk masa ini. Keadaan ini boleh digambarkan dengan mudah pada glob kembung: latitud dan longitud setiap titik tidak berubah, dan jarak antara mana-mana sepasang titik bertambah dengan jejari yang semakin meningkat.
Menggunakan koordinat comoving membantu kami memahami perbezaan mendalam antara kosmologi alam semesta yang berkembang, relativiti khas dan fizik Newtonian. Oleh itu, dalam mekanik Newtonian semua pergerakan adalah relatif, dan imobilitas mutlak tidak mempunyai makna fizikal. Sebaliknya, dalam kosmologi, imobilitas dalam koordinat comoving adalah mutlak dan, pada dasarnya, boleh disahkan dengan pemerhatian. Teori relativiti khas menerangkan proses dalam ruang-masa, dari mana komponen spatial dan temporal boleh diasingkan dalam beberapa cara yang tidak terhingga menggunakan transformasi Lorentz. Ruang-masa kosmologi, sebaliknya, secara semula jadi terurai menjadi ruang melengkung berkembang dan satu masa kosmik. Dalam kes ini, kelajuan pengunduran galaksi jauh boleh berkali-kali lebih tinggi daripada kelajuan cahaya.

Lemaitre, kembali di Amerika Syarikat, mencadangkan bahawa anjakan merah galaksi jauh timbul disebabkan oleh pengembangan ruang, yang "meregangkan" gelombang cahaya. Kini dia telah membuktikannya secara matematik. Dia juga menunjukkan bahawa anjakan merah yang kecil (jauh lebih kecil) adalah berkadar dengan jarak kepada sumber cahaya, dan pekali perkadaran hanya bergantung pada masa dan membawa maklumat tentang kadar pengembangan semasa Alam Semesta. Oleh kerana formula Doppler-Fizeau menyiratkan bahawa kelajuan jejari galaksi adalah berkadar dengan anjakan merahnya, Lemaître membuat kesimpulan bahawa kelajuan ini juga berkadar dengan jaraknya. Selepas menganalisis kelajuan dan jarak 42 galaksi dari senarai Hubble dan mengambil kira kelajuan intragalaksi Matahari, beliau menetapkan nilai pekali perkadaran.

Kerja tanpa tanda jasa

Lemaitre menerbitkan karyanya pada tahun 1927 dalam bahasa Perancis dalam jurnal Annals of the Brussels Scientific Society yang jarang dibaca. Adalah dipercayai bahawa ini adalah sebab utama mengapa dia pada mulanya hampir tidak disedari (walaupun oleh gurunya Eddington). Benar, pada musim gugur tahun yang sama, Lemaitre dapat membincangkan penemuannya dengan Einstein dan belajar daripadanya tentang keputusan Friedman. Pencipta Relativiti Am tidak mempunyai bantahan teknikal, tetapi dia dengan tegas tidak percaya pada realiti fizikal model Lemeter (sama seperti dia sebelum ini tidak menerima kesimpulan Friedman).

Graf Hubble

Sementara itu, pada akhir 1920-an, Hubble dan Humason menemui korelasi linear antara jarak 24 galaksi dan halaju jejarinya, dikira (kebanyakannya oleh Slipher) daripada anjakan merah. Hubble menyimpulkan daripada ini bahawa kelajuan jejari galaksi adalah berkadar terus dengan jaraknya. Pekali perkadaran ini kini dilambangkan dengan H0 dan dipanggil parameter Hubble (mengikut data terkini, ia sedikit melebihi 70 (km/s)/megaparsec).

Makalah Hubble yang merancang hubungan linear antara halaju dan jarak galaksi telah diterbitkan pada awal tahun 1929. Setahun sebelumnya, ahli matematik muda Amerika Howard Robertson, mengikuti Lemaitre, memperoleh pergantungan ini daripada model Alam Semesta yang sedang berkembang, yang mungkin diketahui oleh Hubble. Walau bagaimanapun, artikel terkenal beliau tidak menyebut model ini sama ada secara langsung atau tidak langsung. Hubble kemudiannya menyatakan keraguan bahawa halaju yang muncul dalam formulanya sebenarnya menggambarkan pergerakan galaksi di angkasa lepas, tetapi dia sentiasa mengelak daripada tafsiran khusus mereka. Dia melihat maksud penemuannya dalam menunjukkan perkadaran jarak galaksi dan anjakan merah, menyerahkan selebihnya kepada ahli teori. Oleh itu, dengan segala hormatnya kepada Hubble, tidak ada sebab untuk menganggapnya sebagai penemu pengembangan Alam Semesta.

Namun ia berkembang!

Namun begitu, Hubble membuka jalan untuk pengiktirafan pengembangan Alam Semesta dan model Lemaître. Sudah pada tahun 1930, sarjana kosmologi seperti Eddington dan de Sitter memberi penghormatan kepadanya; Tidak lama kemudian, saintis melihat dan menghargai kerja Friedman. Pada tahun 1931, atas hasutan Eddington, Lemaitre menterjemah artikelnya ke dalam bahasa Inggeris (dengan potongan kecil) untuk Berita Bulanan Persatuan Astronomi Diraja. Pada tahun yang sama, Einstein bersetuju dengan kesimpulan Lemaître, dan setahun kemudian, bersama de Sitter, dia membina model Alam Semesta yang berkembang dengan ruang rata dan masa melengkung. Model ini, kerana kesederhanaannya, telah sangat popular di kalangan ahli kosmologi untuk masa yang lama.

Pada tahun 1931 yang sama, Lemaitre menerbitkan penerangan ringkas (dan tanpa sebarang matematik) tentang model lain Alam Semesta, yang menggabungkan kosmologi dan mekanik kuantum. Dalam model ini, momen awal ialah letupan atom primer (Lemaitre juga memanggilnya kuantum), yang menimbulkan kedua-dua ruang dan masa. Memandangkan graviti memperlahankan pengembangan Alam Semesta yang baru lahir, kelajuannya berkurangan - mungkin hampir kepada sifar. Lemaitre kemudiannya memperkenalkan pemalar kosmologi ke dalam modelnya, yang memaksa Alam Semesta akhirnya memasuki rejim yang stabil untuk mempercepatkan pengembangan. Jadi dia menjangkakan kedua-dua idea Big Bang dan model kosmologi moden yang mengambil kira kehadiran tenaga gelap. Dan pada tahun 1933, beliau mengenal pasti pemalar kosmologi dengan ketumpatan tenaga vakum, yang tidak pernah difikirkan oleh sesiapa pun sebelum ini. Sungguh menakjubkan betapa mendahului zamannya saintis ini, sememangnya layak mendapat gelaran penemu pengembangan Alam Semesta, adalah!

Alam semesta tidak statik. Ini telah disahkan oleh penyelidikan ahli astronomi Edwin Hubble pada tahun 1929, iaitu hampir 90 tahun yang lalu. Idea ini dicadangkan kepadanya melalui pemerhatian pergerakan galaksi. Satu lagi penemuan ahli astrofizik pada penghujung abad kedua puluh ialah pengiraan pengembangan Alam Semesta yang semakin pantas.

Apakah yang dipanggil pengembangan Alam Semesta?

Sesetengah orang terkejut mendengar saintis merujuk kepada pengembangan Alam Semesta. Kebanyakan orang mengaitkan nama ini dengan ekonomi, dan dengan jangkaan negatif.

Inflasi ialah proses pengembangan Alam Semesta sejurus selepas penampilannya, dan dengan pecutan yang mendadak. Diterjemah dari bahasa Inggeris, "inflasi" bermaksud "pump up", "inflate".

Keraguan baru tentang kewujudan tenaga gelap sebagai faktor dalam teori inflasi Alam Semesta digunakan oleh penentang teori pengembangan.

Kemudian saintis mencadangkan peta lubang hitam. Data awal berbeza daripada yang diperoleh pada peringkat kemudian:

Enam puluh ribu lubang hitam dengan jarak antara yang paling jauh lebih daripada sebelas juta tahun cahaya - data dari empat tahun lalu.
Seratus lapan puluh ribu galaksi dengan lubang hitam pada jarak tiga belas juta tahun cahaya. Data yang diperoleh oleh saintis, termasuk ahli fizik nuklear Rusia, pada awal 2017.

Maklumat ini, kata ahli astrofizik, tidak bercanggah dengan model klasik Alam Semesta.

Kadar pengembangan Alam Semesta merupakan satu cabaran bagi ahli kosmologi

Kadar pengembangan sememangnya menjadi cabaran bagi ahli kosmologi dan ahli astronomi. Benar, ahli kosmologi tidak lagi berpendapat bahawa kadar pengembangan Alam Semesta tidak mempunyai parameter tetap; Data mengenai pengembaraan dalam spektrum galaksi supernova yang sangat jauh dari jenis pertama membuktikan bahawa pengembangan bukanlah proses yang mendadak.

Para saintis percaya bahawa Alam Semesta menguncup selama lima bilion tahun pertama.

Akibat pertama Letupan Besar mula-mula menimbulkan pengembangan yang kuat, dan kemudian pemampatan bermula. Tetapi tenaga gelap masih mempengaruhi pertumbuhan alam semesta. Dan dengan pecutan.

Para saintis Amerika telah mula mencipta peta saiz Alam Semesta untuk era yang berbeza untuk mengetahui bila pecutan bermula. Dengan memerhatikan letupan supernova, serta arah kepekatan dalam galaksi purba, ahli kosmologi melihat ciri-ciri pecutan.

Mengapa Alam Semesta "mempercepatkan"

Pada mulanya, difahamkan bahawa nilai pecutan dalam peta tidak linear, tetapi bertukar menjadi gelombang sinus. Ia dipanggil "gelombang Alam Semesta."

Gelombang Alam Semesta menunjukkan bahawa pecutan tidak berlaku pada kelajuan tetap: ia sama ada perlahan atau dipercepatkan. Dan beberapa kali. Para saintis percaya terdapat tujuh proses sedemikian dalam 13.81 bilion tahun selepas Big Bang.

Walau bagaimanapun, ahli kosmologi masih belum dapat menjawab persoalan tentang apa yang bergantung kepada pecutan-pecutan. Andaian bermuara kepada idea bahawa medan tenaga dari mana tenaga gelap berasal adalah bawahan kepada gelombang Alam Semesta. Dan, bergerak dari satu kedudukan ke kedudukan lain, Alam Semesta sama ada mengembangkan pecutannya atau memperlahankannya.

Walaupun hujah-hujah yang meyakinkan, mereka masih kekal sebagai teori. Ahli astrofizik berharap maklumat daripada teleskop mengorbit Planck akan mengesahkan kewujudan gelombang di Alam Semesta.

Bilakah tenaga gelap ditemui?

Orang ramai mula bercakap mengenainya pada tahun sembilan puluhan kerana letupan supernova. Sifat tenaga gelap tidak diketahui. Walaupun Albert Einstein mengenal pasti pemalar kosmik dalam teori relativitinya.

Pada tahun 1916, seratus tahun yang lalu, Alam Semesta masih dianggap tidak berubah. Tetapi kuasa graviti campur tangan: jisim kosmik pasti akan memukul satu sama lain jika Alam Semesta tidak bergerak. Einstein mengisytiharkan graviti kerana daya tolakan kosmik.

Georges Lemaitre akan membenarkan ini melalui fizik. Vakum mengandungi tenaga. Disebabkan oleh getarannya, yang membawa kepada kemunculan zarah dan pemusnahan selanjutnya, tenaga memperoleh daya tolakan.

Apabila Hubble membuktikan pengembangan Alam Semesta, Einstein menyebutnya karut.

Kesan tenaga gelap

Alam semesta bergerak berasingan pada kelajuan yang tetap. Pada tahun 1998, dunia telah dibentangkan dengan data daripada analisis letupan supernova jenis 1. Telah terbukti bahawa Alam Semesta berkembang lebih cepat dan lebih cepat.

Ini berlaku kerana bahan yang tidak diketahui, ia digelar "tenaga gelap". Ternyata ia menduduki hampir 70% ruang Alam Semesta. Intipati, sifat dan sifat tenaga gelap belum dikaji, tetapi saintis cuba untuk mengetahui sama ada ia wujud di galaksi lain.

Pada 2016, mereka mengira kadar pengembangan yang tepat untuk masa terdekat, tetapi percanggahan muncul: Alam Semesta berkembang pada kadar yang lebih cepat daripada astrofizik yang diandaikan sebelum ini. Pertikaian telah berkobar di kalangan saintis tentang kewujudan tenaga gelap dan pengaruhnya terhadap kadar pengembangan had alam semesta.

Pengembangan Alam Semesta berlaku tanpa tenaga gelap

Para saintis mengemukakan teori bahawa pengembangan Alam Semesta adalah bebas daripada tenaga gelap pada awal 2017. Mereka menerangkan pengembangan oleh perubahan dalam struktur Alam Semesta.

Para saintis dari Universiti Budapest dan Universiti Hawaii membuat kesimpulan bahawa percanggahan antara pengiraan dan kadar pengembangan sebenar dikaitkan dengan perubahan dalam sifat ruang. Tiada siapa yang mengambil kira apa yang berlaku kepada model Alam Semesta semasa pengembangan.

Setelah meragui kewujudan tenaga gelap, saintis menjelaskan: kepekatan jirim terbesar di Alam Semesta mempengaruhi pengembangannya. Dalam kes ini, kandungan yang tinggal diagihkan sama rata. Namun, hakikatnya masih belum diketahui.

Untuk menunjukkan kesahihan andaian mereka, saintis telah mencadangkan model Universe mini. Mereka membentangkannya dalam bentuk satu set gelembung dan mula mengira parameter pertumbuhan setiap gelembung dengan kelajuannya sendiri, bergantung pada jisimnya.

Pemodelan Alam Semesta sedemikian menunjukkan saintis bahawa ia boleh berubah tanpa mengambil kira tenaga. Tetapi jika anda "mencampurkan" tenaga gelap, model itu tidak akan berubah, kata saintis.

Secara umum, perbahasan masih berterusan. Penyokong tenaga gelap mengatakan bahawa ia memberi kesan kepada pengembangan sempadan Alam Semesta, penentang berdiri teguh, dengan alasan bahawa kepekatan jirim yang penting.

Kadar pengembangan Alam Semesta sekarang

Para saintis yakin bahawa Alam Semesta mula berkembang selepas Big Bang. Kemudian, hampir empat belas bilion tahun yang lalu, ternyata kadar pengembangan Alam Semesta lebih besar daripada kelajuan cahaya. Dan ia terus berkembang.

Dalam buku "The Shortest History of Time" oleh Stephen Hawking dan Leonard Mlodinow, diperhatikan bahawa kadar pengembangan sempadan Alam Semesta tidak boleh melebihi 10% setiap bilion tahun.

Untuk menentukan kadar pengembangan Alam Semesta, pada musim panas 2016, pemenang Hadiah Nobel Adam Riess mengira jarak kepada Cepheid yang berdenyut dalam galaksi yang berdekatan antara satu sama lain. Data ini membolehkan kami mengira kelajuan. Ternyata galaksi pada jarak sekurang-kurangnya tiga juta tahun cahaya boleh bergerak dengan kelajuan hampir 73 km/s.

Hasilnya mengejutkan: teleskop orbit, "Planck" yang sama bercakap kira-kira 69 km/s. Mengapa perbezaan sedemikian direkodkan, saintis tidak dapat menjawab: mereka tidak tahu apa-apa tentang asal usul jirim gelap, di mana teori pengembangan Alam Semesta berdasarkan.

Sinaran gelap

Satu lagi faktor dalam "pecutan" Alam Semesta ditemui oleh ahli astronomi menggunakan Hubble. Sinaran gelap dipercayai muncul pada awal pembentukan Alam Semesta. Kemudian terdapat lebih banyak tenaga di dalamnya, bukan perkara.

Sinaran gelap "membantu" tenaga gelap meluaskan sempadan Alam Semesta. Percanggahan dalam menentukan kadar pecutan adalah disebabkan oleh sifat radiasi ini yang tidak diketahui, saintis percaya.

Kerja masa depan oleh Hubble harus membuat pemerhatian lebih tepat.

Tenaga misteri boleh memusnahkan alam semesta

Para saintis telah mempertimbangkan senario ini selama beberapa dekad data dari balai cerap angkasa Planck menunjukkan bahawa ini jauh daripada sekadar spekulasi. Mereka diterbitkan pada tahun 2013.

"Planck" mengukur "gema" Big Bang, yang muncul pada usia Alam Semesta kira-kira 380 ribu tahun, suhunya ialah 2,700 darjah. Lebih-lebih lagi, suhu berubah. "Planck" juga menentukan "komposisi" Alam Semesta:

hampir 5% - bintang, habuk kosmik, gas kosmik, galaksi;
hampir 27% ialah jisim jirim gelap;
kira-kira 70% adalah tenaga gelap.

Ahli fizik Robert Caldwell mencadangkan bahawa tenaga gelap mempunyai kuasa untuk berkembang. Dan tenaga ini akan memisahkan ruang-masa. Galaksi itu akan berpindah dalam tempoh dua puluh hingga lima puluh bilion tahun akan datang, saintis percaya. Proses ini akan berlaku dengan peningkatan pengembangan sempadan Alam Semesta. Ini akan mengoyakkan Bima Sakti daripada bintang, dan ia juga akan hancur.

Angkasa lepas diukur berumur kira-kira enam puluh juta tahun. Matahari akan menjadi bintang kerdil yang hampir mati, dan planet-planet akan terpisah daripadanya. Kemudian Bumi akan meletup. Dalam masa tiga puluh minit akan datang, ruang akan mengoyakkan atom. Hasil akhir adalah kemusnahan struktur ruang-masa.

Di manakah Bima Sakti terbang?

Ahli astronomi Jerusalem yakin bahawa Bima Sakti telah mencapai kelajuan maksimumnya, yang lebih tinggi daripada kadar pengembangan Alam Semesta. Para saintis menjelaskan ini dengan keinginan Bima Sakti untuk "Penarik Hebat," yang dianggap sebagai yang terbesar Ini adalah bagaimana Bima Sakti meninggalkan padang pasir kosmik.

Para saintis menggunakan kaedah yang berbeza untuk mengukur kadar pengembangan Alam Semesta, jadi tiada keputusan tunggal untuk parameter ini.

Tugas astronomi moden bukan sahaja untuk menerangkan data cerapan astronomi, tetapi juga kajian tentang evolusi alam semesta(dari lat. evolusi -- penempatan, pembangunan). Soalan-soalan ini ditangani oleh kosmologi, bidang astronomi yang paling pesat membangun.

Kajian tentang evolusi Alam Semesta adalah berdasarkan perkara berikut:

· Undang-undang fizik sejagat dianggap terpakai di seluruh alam semesta.

· Kesimpulan daripada hasil pemerhatian astronomi diiktiraf sebagai terpakai kepada seluruh Alam Semesta.

· Hanya kesimpulan yang tidak bercanggah dengan kemungkinan kewujudan pemerhati itu sendiri, iaitu, seseorang (prinsip antropik), diiktiraf sebagai benar.

Apabila mengkaji Alam Semesta, adalah mustahil untuk menjalankan pengesahan empirikal hasil penyelidikan, oleh itu kesimpulan kosmologi dipanggil bukan undang-undang, tetapi model asal usul dan perkembangan Alam Semesta.

Model(dari lat. modulus– sampel, norma) ialah gambar rajah serpihan tertentu realiti semula jadi atau sosial (asal), versi kemungkinan penjelasannya. Dalam proses pembangunan saintifik, model lama digantikan dengan model baru.

Kosmologi moden didasarkan pada pendekatan evolusi terhadap kemunculan dan perkembangan Alam Semesta, mengikut mana ia telah dibangunkan model alam semesta yang berkembang.

Prasyarat utama untuk mencipta model Alam Semesta yang sedang berkembang adalah teori relativiti umum A. Einstein. Objek teori relativiti ialah peristiwa fizikal. Peristiwa fizikal mencirikan konsep ruang, masa, jirim, gerak, yang dipertimbangkan dalam teori relativiti dalam perpaduan. Berdasarkan kesatuan jirim, ruang dan masa, maka dengan lenyapnya jirim, kedua-dua ruang dan masa akan hilang. Oleh itu, sebelum pembentukan Alam Semesta tidak ada ruang dan masa. Einstein memperoleh persamaan asas yang menghubungkan taburan jirim dengan sifat geometri ruang dan peredaran masa, dan berdasarkan asasnya pada tahun 1917 dia membangunkan model statistik Alam Semesta.

Menurut model ini, Alam Semesta mempunyai sifat berikut:

· kehomogenan, iaitu mempunyai sifat yang sama pada semua titik;

· isotropi, iaitu, ia mempunyai sifat yang sama dalam semua arah.

Dari teori relativiti, ia mengikuti bahawa ruang melengkung tidak boleh pegun: ia mesti sama ada mengembang atau mengecut. Oleh itu, Alam Semesta mempunyai satu lagi harta - tidak pegun. Buat pertama kali kesimpulan tentang ketidakstabilan Alam Semesta dibuat oleh A.A. Friedman, ahli fizik dan matematik Rusia, pada tahun 1922

Pada tahun 1929, seorang ahli astronomi Amerika Edwin Hubble menemui apa yang dipanggil "anjakan merah".

Anjakan merah– ini adalah penurunan dalam frekuensi sinaran elektromagnet: di bahagian spektrum yang kelihatan, garisan dialihkan ke arah hujung merahnya.

Intipati fenomena ini adalah seperti berikut: apabila mana-mana sumber ayunan bergerak menjauhi kita, kekerapan ayunan yang kita anggap berkurangan, dan panjang gelombang, dengan itu, meningkat, oleh itu, semasa radiasi, "kemerahan" berlaku, iaitu, garisan spektrum beralih ke arah gelombang merah yang lebih panjang. E. Hubble meneliti spektrum galaksi jauh dan mendapati bahawa garis spektrumnya dialihkan ke arah garis merah, yang bermaksud "penyebaran" galaksi. Kajian seterusnya menunjukkan bahawa galaksi bergerak jauh pada kelajuan tinggi bukan sahaja dari pemerhati, tetapi juga dari satu sama lain. Pada masa yang sama, kelajuan "penyebaran" galaksi, dianggarkan dalam puluhan ribu kilometer sesaat, adalah berkadar terus dengan jarak antara mereka. Ini adalah bagaimana pengembangan Alam Semesta ditubuhkan.

Berdasarkan hasil penyelidikannya, E. Hubble merumuskan undang-undang penting untuk kosmologi ( undang-undang Hubble):

Ini bermakna Alam Semesta tidak pegun: ia berada dalam keadaan pengembangan yang berterusan.

Dari kedudukan bahawa Alam Semesta kini dalam keadaan pengembangan, saintis, menggunakan model matematik, telah membuat kesimpulan bahawa sekali, pada masa lalu, ia mesti berada dalam keadaan termampat. Pengiraan telah menunjukkan bahawa 13–15 bilion tahun dahulu jirim Alam Semesta kita tertumpu dalam isipadu yang luar biasa kecil, kira-kira 10 -33 cm 3, dan mempunyai ketumpatan yang sangat besar - 10 93 g/cm 3 pada suhu 10 27 K. Akibatnya, keadaan awal Alam Semesta - yang dipanggil "titik tunggal" - dicirikan oleh ketumpatan dan kelengkungan ruang yang hampir tidak terhingga, suhu ultra tinggi. Adalah dipercayai bahawa Alam Semesta yang boleh diperhatikan pada masa ini timbul disebabkan oleh letupan besar bahan kosmik awal ini - Big Bang Alam Semesta. Idea Big Bang adalah sebahagian daripada model Universe yang sedang berkembang. Konsep Ledakan Besar, sambil menjelaskan secara logik banyak aspek evolusi Alam Semesta, tidak menjawab persoalan dari mana ia datang. Masalah ini selesai teori inflasi.

teori inflasi, atau teori alam semesta inflasi, timbul bukan bertentangan dengan, tetapi sebagai tambahan kepada dan pembangunan konsep Big Bang. Menurut teori ini, Alam Semesta timbul daripada tiada apa. "Tiada apa-apa" dalam istilah saintifik dipanggil vakum. Selaras dengan konsep saintifik moden, tiada zarah fizikal, medan dan gelombang dalam vakum. Walau bagaimanapun, ia mengandungi zarah maya yang dilahirkan kerana tenaga vakum dan serta-merta hilang. Apabila vakum, atas sebab tertentu, menjadi teruja pada titik tertentu dan meninggalkan keadaan keseimbangan, zarah maya mula menangkap tenaga tanpa berundur dan bertukar menjadi zarah sebenar. Tempoh kelahiran Alam Semesta ini dipanggil fasa inflasi (atau inflasi). Semasa fasa inflasi, ruang Alam Semesta kita meningkat daripada satu bilion saiz proton kepada beberapa sentimeter. Pengembangan ini adalah 10 50 kali lebih besar daripada yang dijangkakan dalam konsep Big Bang. Menjelang akhir fasa inflasi Alam Semesta, sejumlah besar zarah sebenar telah terbentuk, bersama-sama dengan tenaga yang berkaitan dengannya.

Apabila vakum teruja dimusnahkan, tenaga sinaran gergasi dibebaskan, dan beberapa daya besar memampatkan zarah menjadi jirim superdens. Disebabkan oleh suhu yang luar biasa tinggi dan tekanan yang sangat besar, Alam Semesta terus mengembang, tetapi kini dengan pecutan. Akibatnya, bahan super tumpat dan super panas meletup. Pada saat Big Bang, tenaga haba ditukar kepada tenaga jisim mekanikal dan graviti. Ini bermakna Alam Semesta dilahirkan mengikut undang-undang pemuliharaan tenaga.

Oleh itu, idea utama teori inflasi ialah Alam Semesta pada peringkat awal asalnya mempunyai keadaan seperti vakum yang tidak stabil dengan ketumpatan tenaga yang tinggi. Tenaga ini, seperti bahan asal, timbul daripada vakum kuantum, iaitu, daripada tiada. Dengan menjelaskan asal usul Alam Semesta dari vakum yang teruja, teori inflasi cuba menyelesaikan salah satu masalah utama alam semesta - masalah kemunculan segala-galanya (Alam Semesta) daripada tiada (dari vakum).

Pada pertengahan abad kedua puluh. dirumuskan konsep alam semesta panas. Menurut konsep ini, pada peringkat awal pengembangan, sejurus selepas Letupan Besar, Alam Semesta sangat panas: sinaran menguasai bahan. Semasa pengembangan, suhu menurun, dan dari saat tertentu ruang menjadi hampir telus untuk sinaran. Sinaran dipelihara dari saat-saat awal evolusi ( sinaran latar belakang gelombang mikro kosmik), merata memenuhi seluruh Alam Semesta setakat ini. Oleh kerana pengembangan Alam Semesta, suhu sinaran ini terus menurun. Pada masa ini ia adalah 2.7 K. Penemuan sinaran latar belakang gelombang mikro kosmik pada tahun 1965. adalah bukti pemerhatian tentang konsep Alam Semesta yang panas. Satu sifat asas Alam Semesta telah didedahkan - ia panas. Oleh itu, mengikut model yang dibangunkan berdasarkan teori relativiti, Alam Semesta yang mengembang adalah homogen, isotropik, tidak pegun dan panas.

Hujah-hujah yang meyakinkan yang mengesahkan kesahihan model kosmologi Alam Semesta yang berkembang adalah fakta yang telah ditetapkan. Fakta ini termasuk yang berikut:

· pengembangan Alam Semesta mengikut undang-undang Hubble;

· kehomogenan jirim bercahaya pada jarak urutan 100 megaparsec;

· kewujudan sinaran latar belakang gelombang mikro kosmik dengan spektrum haba yang sepadan dengan suhu 2.7 K.

Umur Alam Semesta, mengikut konsep kosmologi moden tentang asal usul dan perkembangannya, dikira dari permulaan pengembangan dan dianggarkan pada 13-15 bilion tahun. Astronomi moden berkembang secara intensif: objek angkasa baru telah ditemui, fakta yang tidak diketahui sebelum ini telah ditubuhkan. Objek angkasa yang agak baru ditemui termasuk quasar, bintang neutron dan lubang hitam.

Quasar-- sumber kuat pancaran radio kosmik yang dipercayai sebagai objek angkasa yang paling terang dan paling jauh yang diketahui pada masa ini.

Bintang neutron- bintang yang diduga terdiri daripada neutron, mungkin terbentuk hasil daripada letupan supernova.

Lubang hitam(atau "bintang beku", "kubur graviti") - objek di mana bintang dipercayai bertukar pada peringkat akhir kewujudannya. Ruang lubang hitam, seolah-olah, tercabut dari ruang Metagalaxy: jirim dan sinaran jatuh ke dalamnya dan tidak boleh keluar kembali.

Setiap murid sekolah tahu bahawa Alam Semesta terbentuk akibat Big Bang. Dan setiap pelajar tahu bahawa Alam Semesta berkembang, seperti belon yang mengembang. Galaksi bergerak menjauhi satu sama lain, seperti yang dibuktikan oleh kesan fizikal yang paling mudah.

Terdapat fenomena dalam fizik yang dipanggil kesan Doppler. Setiap orang biasa pernah menemuinya: apabila ambulans melalui pemerhati dengan isyarat bunyinya dihidupkan, pada mulanya bunyi itu kelihatan lebih tinggi, dan apabila kenderaan itu bergerak, ia menjadi lebih rendah dan lebih rendah (frekuensi bunyi berubah). Terdapat penjelasan mudah untuk ini: bunyi adalah gelombang yang bergerak ke laluan tertentu ke telinga manusia. Apabila laluan semakin panjang, parameter isyarat masuk juga berubah.

Ahli astrofizik juga bergantung pada kesan Doppler apabila melihat Alam Semesta melalui teleskop. Pada tahun 1920-an, Georges Lemaître dan Edwin Hubble menyedari bahawa semua galaksi mempunyai warna kemerahan, dan semakin jauh galaksi itu, semakin ketara penurunan frekuensi sinaran masuk (yang dipanggil anjakan merah).

Cahaya juga boleh diwakili sebagai gelombang, yang bermaksud kesan Doppler terpakai padanya juga. Tanpa perincian, objek yang bergerak menjauhi pemerhati akan kelihatan kemerah-merahan (anjakan merah), dan objek yang menghampiri akan kelihatan kebiruan (anjakan biru). Beginilah lahirnya teori bahawa Alam Semesta berkembang.

Sejak itu, hipotesis saintifik lain telah dikemukakan berkali-kali, tetapi tiada satu pun daripada mereka telah menerima pengesahan yang munasabah.

Hari ini, ahli fizik teori Jerman Christof Wetterich dari Universiti Heidelberg mencadangkan untuk melihat semula warna kemerahan galaksi jauh dan melupakan kesan Doppler untuk seketika.

Atom yang membentuk semua jasad angkasa (dan bukan sahaja angkasa) memancarkan cahaya ciri, bergantung pada jisim zarah asas yang membentuk atom, dan lebih khusus lagi, elektron. Jika jisim atom bertambah, maka foton yang dipancarkan olehnya akan mempunyai tenaga yang lebih tinggi. Tenaga tinggi sepadan dengan frekuensi tinggi, dan panjang gelombang terpendek (dan frekuensi tertinggi) ditemui dalam cahaya ungu dan biru. Zarah yang mendapat jisim akan menjadi kebiruan, dan yang menurunkan berat badan akan menjadi kemerahan.

Tetapi ini tidak bermakna bahawa semua galaksi di Alam Semesta kehilangan jisim. Oleh kerana kelajuan cahaya, walaupun tidak dapat dicapai, adalah terhad (kira-kira 300 ribu kilometer sesaat dalam vakum), semakin jauh kita melihat, semakin jauh peristiwa yang kita lihat. Sebagai contoh, jika ahli astronomi mengatakan bahawa bintang adalah 20 ribu tahun cahaya dari Bumi, ini bermakna kita melihatnya seperti 20 ribu tahun dahulu.

Jika semua badan sebelum ini mempunyai jisim yang lebih sedikit daripada hari ini, dan sentiasa menjadi "lebih berat", maka semua galaksi akan kelihatan kemerah-merahan berbanding dengan rupa mereka sekarang, dan tahap peralihan merah ini akan berkadar dengan jarak galaksi dari Bumi. Sebenarnya, inilah yang kita lihat hari ini.

Jika anda melihat ruang dari sudut ini, semuanya akan kelihatan berbeza. Hipotesis Wetterich tidak sepenuhnya mengecualikan kewujudan Big Bang dan pengembangan Alam Semesta. Dalam sejarah awalnya terdapat satu tempoh yang singkat, yang digambarkan oleh model inflasi, apabila zarah asas terbentuk. Tetapi sebelum itu, menurut Wetterich, Big Bang tidak mempunyai ketunggalan - ketumpatan tak terhingga Alam Semesta. Sebaliknya, Big Bang merebak selama-lamanya ke masa lalu. Dan hari ini ruang sudah statik atau runtuh.

Hipotesis langsing ini hanya mempunyai satu kelemahan besar: ia tidak boleh disahkan secara eksperimen. Apabila kita bercakap tentang "penimbangan" berterusan semua badan di Alam Semesta, kita mesti mengambil kira bahawa jisim adalah kuantiti dimensi, yang bermaksud ia hanya boleh diukur secara relatif kepada sesuatu. Dan jika jisim bahkan kilogram standard yang disimpan di Biro Timbang dan Sukat Antarabangsa meningkat, maka dengan apakah kita akan membandingkan jisim bintang dan galaksi?

Wetterich boleh membaca tentang hipotesisnya di laman web pracetak arXiv.org. Dan walaupun ia masih memerlukan penilaian pakar, setakat ini ahli astrofizik secara amnya memberi respons positif kepada idea itu. Menurut rakan-rakan Wetterich, hipotesisnya, sekurang-kurangnya, akan membantu ahli fizik mengelakkan pemikiran berat sebelah.

"Semua kosmologi hari ini adalah berdasarkan Model Standard, teori Big Bang dan pengembangan Alam Semesta Saya percaya bahawa sebelum memanjat ke dalam rangka kerja yang selesa bagi satu teori saintifik, adalah perlu untuk mempertimbangkan semua penjelasan alternatif tentang fenomena fizikal," komen. Arjun Berera, ahli fizik, dalam kajian dan Profesor di Universiti Edinburgh.

Wetterich sendiri tidak menganggap hipotesisnya sebagai satu-satunya penjelasan yang betul tentang semua proses di Alam Semesta. Dia mengatakan bahawa dengan bantuan modelnya adalah mungkin untuk melihat beberapa fenomena secara berbeza. Sebagai contoh, ahli fizik sudah menggunakan tafsiran berbeza tentang mekanik kuantum, yang setiap satunya boleh dijelaskan secara matematik. Lagipun, ketiadaan singulariti Big Bang menjadikannya lebih mudah untuk memahami asal-usul alam semesta.

Model yang paling diterima umum dalam kosmologi ialah model Universe mengembang panas tidak pegun isotropik homogen, dibina berdasarkan teori relativiti umum dan teori graviti relativistik, yang dicipta oleh Albert Einstein pada tahun 1916. Model ini berdasarkan dua andaian: 1) sifat Alam Semesta adalah sama pada semua titik (kehomogenan) dan arah (isotropi); 2) perihalan medan graviti yang paling terkenal ialah persamaan Einstein. Daripada ini ikuti apa yang dipanggil "kelengkungan ruang" dan hubungan antara kelengkungan dan ketumpatan jisim (tenaga). Kosmologi berdasarkan postulat ini adalah relativistik.

Satu perkara penting dalam model ini ialah ketakpegunannya. Ini ditentukan oleh dua postulat teori relativiti: 1) prinsip relativiti, yang menyatakan bahawa dalam semua sistem inersia semua undang-undang dipelihara tanpa mengira kelajuan di mana, secara seragam dan rectilinear, sistem ini bergerak relatif antara satu sama lain; 2) secara eksperimen mengesahkan kestabilan kelajuan cahaya.

Daripada penerimaan teori relativiti ia diikuti sebagai akibat (yang pertama menyedari ini ialah ahli fizik dan matematik Petrograd Alexander Aleksandrovich Friedman pada tahun 1922) bahawa ruang melengkung tidak boleh pegun: ia mesti mengembang atau mengecut. Kesimpulan ini tidak diberi perhatian sehingga penemuan apa yang dipanggil "anjakan merah" oleh ahli astronomi Amerika Edwin Hubble pada tahun 1929.

Anjakan merah ialah penurunan dalam frekuensi sinaran elektromagnet: di bahagian spektrum yang kelihatan, garisan beralih ke arah hujung merahnya. Kesan Doppler yang ditemui sebelum ini menyatakan bahawa apabila mana-mana sumber ayunan bergerak menjauhi kita, frekuensi ayunan yang kita anggap berkurangan, dan panjang gelombang meningkat dengan sewajarnya. Apabila dipancarkan, "kemerahan" berlaku, iaitu, garis spektrum beralih ke arah panjang gelombang merah yang lebih panjang.

Jadi, untuk semua sumber cahaya yang jauh, anjakan merah telah direkodkan, dan semakin jauh sumbernya, semakin besar darjahnya. Peralihan merah ternyata berkadar dengan jarak ke sumber, yang mengesahkan hipotesis bahawa mereka sedang menjauh, i.e. mengenai pengembangan Metagalaxy - bahagian Alam Semesta yang boleh dilihat.

Anjakan merah dengan pasti mengesahkan kesimpulan teori bahawa rantau Alam Semesta kita dengan dimensi linear tertib beberapa bilion parsec adalah tidak pegun selama sekurang-kurangnya beberapa bilion tahun. Pada masa yang sama, kelengkungan ruang tidak boleh diukur, kekal sebagai hipotesis teori.

Satu bahagian penting dalam model Alam Semesta yang berkembang ialah idea Ledakan Besar, yang berlaku di suatu tempat sekitar 12 - 18 bilion tahun yang lalu. “Pada mulanya berlaku letupan. Bukan jenis letupan yang biasa kita alami di Bumi, yang bermula dari pusat tertentu dan kemudian merebak, menangkap lebih banyak ruang, tetapi letupan yang berlaku di mana-mana secara serentak, memenuhi semua ruang sejak awal, dengan setiap zarah jirim bergegas menjauhi setiap zarah lain" (Weinberg S. Tiga minit pertama. Pandangan moden tentang asal usul Alam Semesta. M., 1981, hlm. 30).

Keadaan awal Alam Semesta (yang dipanggil titik tunggal): ketumpatan jisim tak terhingga, kelengkungan ruang tak terhingga dan pengembangan letupan yang perlahan dari masa ke masa pada suhu tinggi di mana hanya campuran zarah asas (termasuk foton dan neutrino) boleh wujud. Kemudahbakaran keadaan awal telah disahkan oleh penemuan pada tahun 1965 sinaran latar belakang gelombang mikro kosmik foton dan neutrino yang terbentuk pada peringkat awal pengembangan Alam Semesta.

Satu persoalan yang menarik timbul: dari apa Alam Semesta terbentuk? Dari mana ia timbul. Alkitab menyatakan bahawa Tuhan menciptakan segala sesuatu daripada tiada. Mengetahui bahawa sains klasik merumuskan undang-undang pemuliharaan jirim dan tenaga, ahli falsafah agama berhujah tentang apa yang dimaksudkan oleh "tiada" alkitabiah, dan sesetengahnya, demi sains, percaya bahawa tiada apa-apa yang bermakna huru-hara bahan asal yang diperintahkan oleh Tuhan.

Yang menghairankan, sains moden mengakui (iaitu, ia mengakui, tetapi tidak menegaskan) bahawa segala-galanya boleh dicipta daripada tiada. "Tiada apa-apa" dalam istilah saintifik dipanggil vakum. Vakum, yang fizik abad ke-19 dianggap kekosongan, menurut konsep saintifik moden, adalah bentuk jirim yang unik yang mampu "melahirkan" zarah bahan dalam keadaan tertentu.

Mekanik kuantum moden membenarkan (ini tidak bercanggah dengan teori) bahawa vakum boleh masuk ke dalam "keadaan teruja", akibatnya medan boleh dibentuk di dalamnya, dan daripadanya (yang disahkan oleh eksperimen fizikal moden) bahan. .

Kelahiran Alam Semesta "daripada ketiadaan" bermakna, dari sudut pandangan saintifik moden, kemunculan spontannya dari vakum, apabila turun naik rawak berlaku tanpa ketiadaan zarah. Jika bilangan foton adalah sifar, maka kekuatan medan tidak mempunyai nilai yang pasti (mengikut "prinsip ketidakpastian" Heisenberg): medan sentiasa mengalami turun naik, walaupun nilai purata (dicerap) kekuatan adalah sifar.

Turun naik mewakili penampilan zarah maya yang dilahirkan secara berterusan dan segera dimusnahkan, tetapi turut mengambil bahagian dalam interaksi seperti zarah sebenar. Terima kasih kepada turun naik, vakum memperoleh sifat khas yang ditunjukkan dalam kesan yang diperhatikan.

Jadi, Alam Semesta boleh terbentuk daripada "tiada", i.e. daripada "vakum teruja". Hipotesis sedemikian, tentu saja, bukanlah pengesahan yang menentukan tentang kewujudan Tuhan. Lagipun, semua ini boleh berlaku mengikut undang-undang fizik secara semula jadi tanpa gangguan luar daripada mana-mana entiti yang ideal. Dan dalam kes ini, hipotesis saintifik tidak mengesahkan atau menyangkal dogma agama, yang terletak di sisi lain sains semula jadi yang disahkan dan disangkal secara empirik.

Perkara yang menakjubkan dalam fizik moden tidak berakhir di sana. Menjawab permintaan wartawan untuk meringkaskan intipati teori relativiti dalam satu ayat, Einstein berkata: “Dulunya dipercayai bahawa jika semua jirim hilang dari Alam Semesta, maka ruang dan masa akan dipelihara; Teori relativiti menyatakan bahawa bersama dengan jirim, ruang dan masa juga akan hilang." Memindahkan kesimpulan ini kepada model Alam Semesta yang berkembang, kita boleh membuat kesimpulan bahawa sebelum pembentukan Alam Semesta tidak ada ruang dan masa.

Perhatikan bahawa teori relativiti sepadan dengan dua jenis model Alam Semesta yang sedang berkembang. Dalam yang pertama, kelengkungan ruang-masa adalah negatif atau dalam lingkungan sifar; dalam pilihan ini, semua jarak bertambah tanpa had dari semasa ke semasa. Dalam versi kedua model, kelengkungan adalah positif, ruang adalah terhingga, dan dalam kes ini, pengembangan digantikan dari semasa ke semasa dengan mampatan. Dalam kedua-dua versi, teori relativiti adalah konsisten dengan pengembangan alam semesta yang disahkan secara empirik semasa.

Fikiran terbiar pasti bertanya soalan: apa yang ada ketika tidak ada apa-apa, dan apa yang melampaui pengembangan. Soalan pertama jelas bercanggah dengan sendirinya, soalan kedua melangkaui skop sains tertentu. Seorang ahli astronomi mungkin mengatakan bahawa sebagai seorang saintis dia tidak mempunyai hak untuk menjawab soalan tersebut. Tetapi kerana ia timbul, kemungkinan justifikasi untuk jawapan dirumuskan, yang tidak begitu saintifik sebagai falsafah semula jadi.

Oleh itu, perbezaan dibuat antara istilah "tidak terhingga" dan "tidak terhad." Contoh infiniti yang tidak terbatas ialah permukaan Bumi: kita boleh berjalan di atasnya selama-lamanya, tetapi ia dihadkan oleh atmosfera di atas dan kerak bumi di bawah. Alam semesta juga boleh menjadi tidak terhingga, tetapi terhad. Sebaliknya, terdapat sudut pandang yang terkenal yang menurutnya tidak mungkin ada sesuatu yang tidak terhingga dalam dunia material, kerana ia berkembang dalam bentuk sistem terhingga dengan gelung maklum balas yang mana sistem ini dicipta dalam proses transformasi. alam sekitar. Tetapi marilah kita menyerahkan pertimbangan ini kepada alam falsafah semula jadi, kerana dalam sains semula jadi, akhirnya, kriteria kebenaran bukanlah pertimbangan abstrak, tetapi ujian empirikal hipotesis.

Apa yang berlaku selepas Big Bang? Segumpal plasma terbentuk - keadaan di mana zarah asas terletak di suatu tempat di antara keadaan pepejal dan cecair, yang mula berkembang semakin banyak di bawah pengaruh gelombang letupan. Selepas 0.01 saat. selepas permulaan Letupan Besar, campuran nukleus ringan (2/3 hidrogen dan 1/3 helium) muncul di Alam Semesta. Bagaimanakah semua unsur kimia lain terbentuk?

Alam Semesta adalah sistem bahan terbesar. Asal-usulnya telah menarik minat orang sejak zaman purba. Pada mulanya, Alam Semesta adalah "tidak berbentuk dan kosong," seperti yang dikatakan oleh Bible. Pada mulanya terdapat vakum - ahli fizik moden menjelaskan. Apakah asal usul alam semesta? Bagaimana ia berkembang? Apakah strukturnya? Para saintis dari masa yang berbeza cuba menjawab soalan ini dan soalan lain. Walau bagaimanapun, walaupun pencapaian terbesar sains semula jadi abad ke-20. jangan benarkan kami memberikan jawapan yang menyeluruh. Dalam hal ini, seseorang tidak boleh tidak mengingati baris penyair terkenal M. Voloshin:

"Kami, mendirikan katedral kosmogoni, tidak mencerminkan dunia luar di dalamnya, tetapi hanya aspek kejahilan kami."

Namun begitu, secara umum diterima bahawa prinsip asas kosmologi moden - sains struktur dan evolusi Alam Semesta - mula terbentuk selepas penciptaan pada tahun 1917 oleh A. Einstein model relativistik pertama, berdasarkan teori graviti dan mendakwa menggambarkan seluruh Alam Semesta. Model ini mencirikan keadaan pegun Alam Semesta dan, seperti yang ditunjukkan oleh pemerhatian astrofizik, ternyata tidak betul. Satu langkah penting dalam menyelesaikan masalah kosmologi telah dibuat pada tahun 1922 oleh profesor Universiti Petrograd A.A. Friedman (1888 – 1925). Hasil daripada menyelesaikan persamaan kosmologi, dia membuat kesimpulan: Alam Semesta tidak boleh berada dalam keadaan pegun - ia mesti mengembang atau mengecut.

Langkah seterusnya diambil pada tahun 1924, apabila di Balai Cerap Mount Wilson di California, ahli astronomi Amerika E. Hubble (1889 - 1953) mengukur jarak ke galaksi berdekatan (pada masa itu dipanggil nebula) dan dengan itu menemui dunia galaksi. Pada tahun 1929, di balai cerap yang sama, E. Hubble secara eksperimen mengesahkan kesimpulan teori A.A menggunakan anjakan merah garis dalam spektrum pelepasan galaksi. Friedman tentang pengembangan Alam Semesta dan menubuhkan undang-undang empirikal - hukum Hubble: kelajuan penyingkiran galaksi V adalah berkadar terus dengan jarak kepadanya, iaitu:

Di mana H ialah pemalar Hubble.

Dari masa ke masa, pemalar Hubble secara beransur-ansur berkurangan - kemelesetan galaksi semakin perlahan. Tetapi penurunan sedemikian dalam tempoh masa yang diperhatikan adalah diabaikan. Timbal balik pemalar Hubble menentukan jangka hayat (umur) Alam Semesta. Daripada hasil pemerhatian, ia menunjukkan bahawa kelajuan kemelesetan galaksi meningkat kira-kira 75 km/s untuk setiap juta parsec (1 parsec bersamaan dengan 3.3 tahun cahaya; tahun cahaya ialah jarak yang dilalui oleh cahaya dalam vakum dalam 1 tahun Bumi) . Pada kadar ini, ekstrapolasi kepada masa lalu membawa kepada kesimpulan bahawa umur Alam Semesta adalah kira-kira 15 bilion tahun, yang bermaksud bahawa seluruh Alam Semesta 15 bilion tahun dahulu tertumpu di rantau yang sangat kecil. Diandaikan bahawa pada masa itu ketumpatan jirim Alam Semesta tidak kurang daripada ketumpatan nukleus atom, dan seluruh Alam Semesta adalah kejatuhan nuklear yang besar. Atas sebab tertentu, titisan nuklear menjadi tidak stabil dan meletup. Andaian ini mendasari konsep big bang.

Sementara itu, pengembangan keseluruhan berterusan. Foton kekal diedarkan secara seragam di angkasa sehingga hari ini. Mereka membentuk pelepasan radio latar belakang kosmik yang telah disebutkan di atas - sinaran latar belakang gelombang mikro kosmik. Atom, bersama-sama dengan pengembangan umum, membentuk "kondensasi" tempatan - bintang, quasar, galaksi, gugusan galaksi. Unsur berat dilahirkan kemudian - dalam proses pembakaran nuklear dalam bintang.