Supančio pasaulio didybė ir įvairovė gali nustebinti bet kokią vaizduotę. Visi daiktai ir objektai, supantys žmogų, kitus žmones, įvairių rūšių augalai ir gyvūnai, dalelės, kurias galima pamatyti tik pro mikroskopą, taip pat nesuprantamos žvaigždžių spiečiai: juos visus vienija „Visatos“sąvoka.
Visatos atsiradimo teorijas žmogus kūrė ilgą laiką. Nepaisant to, kad nebuvo net pradinės religijos ar mokslo sampratos, smalsiuose senovės žmonių protuose kilo klausimų apie pasaulio tvarkos principus ir apie žmogaus padėtį jį supančioje erdvėje. Sunku suskaičiuoti, kiek Visatos atsiradimo teorijų egzistuoja šiandien, kai kurias iš jų tiria žymūs pasaulio mokslininkai, o kitos – atvirai pasakius, fantastiškos.
Kosmologija ir jos dalykas
Modernakosmologija – mokslas apie visatos sandarą ir vystymąsi – jos kilmės klausimą laiko viena įdomiausių ir vis dar nepakankamai ištirtų paslapčių. Procesų, prisidėjusių prie žvaigždžių, galaktikų, saulės sistemų ir planetų atsiradimo, pobūdis, Visatos atsiradimo š altinis, taip pat jos dydis ir ribos: visa tai tik trumpas nagrinėtų klausimų sąrašas. šiuolaikinių mokslininkų.
Ieškant atsakymų į esminę mįslę apie pasaulio formavimąsi, šiandien yra įvairių teorijų apie Visatos atsiradimą, egzistavimą, raidą. Specialistų, ieškančių atsakymų, statančių ir tikrinančių hipotezes, jaudulys pasiteisina, nes patikima Visatos gimimo teorija visai žmonijai atskleis gyvybės egzistavimo kitose sistemose ir planetose tikimybę.
Visatos atsiradimo teorijos yra mokslinių koncepcijų, individualių hipotezių, religinių mokymų, filosofinių idėjų ir mitų pobūdžio. Jie visi sąlyginai suskirstyti į dvi pagrindines kategorijas:
- Teorijos, pagal kurias Visatą sukūrė kūrėjas. Kitaip tariant, jų esmė ta, kad Visatos kūrimo procesas buvo sąmoningas ir sudvasintas veiksmas, aukštesniojo proto valios pasireiškimas.
- Visatos atsiradimo teorijos, sukurtos remiantis moksliniais veiksniais. Jų postulatai kategoriškai atmeta ir kūrėjo egzistavimą, ir sąmoningo pasaulio kūrimo galimybę. Tokios hipotezės dažnai grindžiamos tuo, kas vadinama vidutinybės principu. Jie prisiima galimybęgyvybė ne tik mūsų planetoje, bet ir kitose.
Kreacionizmas – Kūrėjo sukurto pasaulio teorija
Kaip rodo pavadinimas, kreacionizmas yra religinė visatos atsiradimo teorija. Ši pasaulėžiūra remiasi samprata, kad Dievas arba Kūrėjas sukūrė Visatą, planetą ir žmogų.
Idėja vyravo ilgą laiką, iki XIX amžiaus pabaigos, kai įsibėgėjo įvairių mokslo sričių (biologijos, astronomijos, fizikos) žinių kaupimo procesas, paplito evoliucijos teorija. Kreacionizmas tapo savotiška krikščionių, kurie laikosi konservatyvių požiūrių į daromus atradimus, reakcija. Tuo metu vyraujanti evoliucinio vystymosi idėja tik sustiprino prieštaravimus tarp religinių ir kitų teorijų.
Kuo skiriasi mokslinės ir religinės teorijos
Pagrindiniai įvairių kategorijų teorijų skirtumai pirmiausia slypi terminuose, kuriuos vartoja jų šalininkai. Taigi mokslinėse hipotezėse vietoj kūrėjo – gamta, o vietoj kūrinijos – kilmė. Be to, yra problemų, kurios panašiai aptariamos skirtingose teorijose arba netgi visiškai pasikartojančios.
Visatos atsiradimo teorijos, priklausančios priešingoms kategorijoms, datuoja jos atsiradimą įvairiais būdais. Pavyzdžiui, pagal labiausiai paplitusią hipotezę (didžiojo sprogimo teoriją), Visata susidarė maždaug prieš 13 milijardų metų.
Priešingai, religinė visatos atsiradimo teorija pateikia visiškai skirtingus skaičius:
- Pasak Kristianoš altiniuose, Dievo sukurtos visatos amžius Jėzaus Kristaus gimimo metu buvo 3483–6984 metai.
- Induizmas rodo, kad mūsų pasauliui yra maždaug 155 trilijonai metų.
Kantas ir jo kosmologinis modelis
Iki XX amžiaus dauguma mokslininkų laikėsi nuomonės, kad visata yra begalinė. Šia savybe jie apibūdino laiką ir erdvę. Be to, jų nuomone, Visata buvo statiška ir vienoda.
Idėją apie Visatos begalybę erdvėje iškėlė Isaacas Newtonas. Šios prielaidos plėtrą atliko Emmanuelis Kantas, sukūręs teoriją, kad laiko apribojimų taip pat nėra. Judėdamas toliau, remdamasis teorinėmis prielaidomis, Kantas išplėtė visatos begalybę iki galimų biologinių produktų skaičiaus. Šis postulatas reiškė, kad senovės ir didžiulio pasaulio sąlygomis, be pabaigos ir pradžios, gali būti nesuskaičiuojama daugybė galimų variantų, dėl kurių bet kurios biologinės rūšies atsiradimas yra tikras.
Remiantis šia galimos gyvybės formų kilmės teorija, vėliau buvo sukurta Darvino teorija. Žvaigždėto dangaus stebėjimai ir astronomų skaičiavimų rezultatai patvirtino Kanto kosmologinį modelį.
Einšteino mintys
XX amžiaus pradžioje Albertas Einšteinas paskelbė savo visatos modelį. Pagal jo reliatyvumo teoriją, Visatoje vienu metu vyksta du priešingi procesai: plėtimasis ir susitraukimas. Tačiau jissutiko su daugumos mokslininkų nuomone apie Visatos stacionarumą, todėl pristatė kosminės atstumiančios jėgos sampratą. Jo smūgis skirtas subalansuoti žvaigždžių trauką ir sustabdyti visų dangaus kūnų judėjimo procesą, kad būtų išlaikytas statinis Visatos pobūdis.
Visatos modelis – anot Einšteino – turi tam tikrą dydį, tačiau ribų nėra. Toks derinys įmanomas tik tada, kai erdvė yra išlenkta taip pat, kaip ir sferoje.
Tokio modelio erdvės charakteristikos yra šios:
- Trimatis.
- Užsidaro pats.
- Homogeniškumas (trūksta centro ir krašto), kai galaktikos pasiskirsto tolygiai.
A. A. Friedmanas: Visata plečiasi
Revoliuciškai besiplečiančio Visatos modelio kūrėjas A. A. Fridmanas (SSRS) sukūrė savo teoriją, remdamasis lygtimis, apibūdinančiomis bendrąją reliatyvumo teoriją. Tiesa, to meto mokslo pasaulyje visuotinai priimta nuomonė buvo mūsų pasaulio statiškumas, todėl jo darbui nebuvo skiriamas deramas dėmesys.
Po kelerių metų astronomas Edvinas Hablas padarė atradimą, patvirtinantį Friedmano idėjas. Buvo atrastas galaktikų pašalinimas iš netoliese esančio Paukščių Tako. Tuo pačiu metu faktas, kad jų judėjimo greitis yra proporcingas atstumui tarp jų ir mūsų galaktikos, tapo nepaneigiamas.
Šis atradimas paaiškina nuolatinį žvaigždžių ir galaktikų „atsitraukimą“viena kitos atžvilgiu, o tai leidžia daryti išvadą apievisatos plėtimasis.
Galiausiai Friedmano išvadas pripažino Einšteinas, vėliau jis paminėjo sovietų mokslininko, kaip Visatos plėtimosi hipotezės steigėjo, nuopelnus.
Nr. Pagal analogiją su sprogimu, idėja buvo pavadinta „Didžiuoju sprogimu“.
Stephenas Hawkingas ir antropinis principas
Stepheno Hawkingo skaičiavimų ir atradimų rezultatas buvo antropocentrinė Visatos atsiradimo teorija. Jos kūrėjas tvirtina, kad planeta, taip gerai paruošta žmonių gyvenimui, negali būti atsitiktinė.
Stepheno Hawkingo visatos atsiradimo teorija taip pat numato laipsnišką juodųjų skylių išgaravimą, jų energijos praradimą ir Hokingo spinduliuotės išskyrimą.
Ieškant įrodymų buvo nustatyta ir patikrinta daugiau nei 40 savybių, kurių laikymasis būtinas civilizacijos raidai. Amerikiečių astrofizikas Hugh Ross įvertino tokio netyčinio sutapimo tikimybę. Rezultatas buvo skaičius 10-53.
Mūsų visatoje yra trilijonas galaktikų, kiekvienoje po 100 milijardų žvaigždžių. Remiantis mokslininkų skaičiavimais, bendras planetų skaičius turėtų būti 1020. Šis skaičius yra 33 eilėmis mažesnis nei anksčiau apskaičiuotas. Todėl nė viena iš visų galaktikų planetų negali derinti sąlygų, kurios būtų tinkamos spontaniškam formavimuisi.gyvenimas.
Didžiojo sprogimo teorija: Visatos atsiradimas iš nereikšmingos dalelės
Mokslininkai, palaikantys Didžiojo sprogimo teoriją, laikosi hipotezės, kad visata yra Didžiojo sprogimo rezultatas. Pagrindinis teorijos postulatas yra teiginys, kad prieš šį įvykį visi dabartinės Visatos elementai buvo uždaryti į dalelę, kuri turėjo mikroskopinius matmenis. Būdami jo viduje, elementai pasižymėjo išskirtine būsena, kai nebuvo galima išmatuoti tokių rodiklių kaip temperatūra, tankis ir slėgis. Jų yra begalė. Šios būsenos medžiagai ir energijai fizikos dėsniai įtakos neturi.
Sprogimo, įvykusio prieš 15 milijardų metų, priežastis vadinama dalelės viduje atsiradusiu nestabilumu. Išsklaidyti smulkūs elementai pažymėjo pasaulio, kurį žinome šiandien, pradžią.
Pradžioje Visata buvo ūkas, sudarytas iš mažų dalelių (mažesnių už atomą). Tada, kai jie susijungė, jie sudarė atomus, kurie buvo žvaigždžių galaktikų pagrindas. Svarbiausios šios Visatos atsiradimo teorijos užduotys yra atsakyti į klausimus apie tai, kas įvyko prieš sprogimą ir kas jį sukėlė.
Lentelėje schematiškai pavaizduoti visatos formavimosi etapai po Didžiojo sprogimo.
| Visatos būsena | Laiko skalė | Numatoma temperatūra |
| Plėtra (infliacija) | Nuo 10-45 iki 10-37 sekundės | Daugiau1026K |
| Atsiranda kvarkų ir elektronų | 10-6 c | Daugiau nei 1013 K |
| Susidaro protonai ir neutronai | 10-5 c | 1012K |
| Susidaro helio, deuterio ir ličio branduoliai | Nuo 10-4 nuo iki 3 min | Nuo 1011 iki 109 K |
| Susiformavo atomai | 400 tūkstančių metų | 4000 K |
| Dujų debesis toliau plečiasi | 15 milijonų metų | 300 K |
| Gimsta pirmosios žvaigždės ir galaktikos | 1 milijardas metų | 20 K |
| Žvaigždžių sprogimai išprovokuoja sunkiųjų branduolių susidarymą | 3 milijardai metų | 10 K |
| Žvaigždžių gimimo procesas sustoja | 10–15 milijardų metų | 3 K |
| Visų žvaigždžių energija išeikvota | 1014 metų | 10-2 K |
| Juodosios skylės išsenka ir gimsta elementarios dalelės | 1040 metų | -20 K |
| Visų juodųjų skylių išgaravimas baigiasi | 10100 metų | Nuo 10-60 iki 10-40 K |
Kaip matyti iš aukščiau pateiktų duomenų, Visata toliau plečiasi ir vėsta.
Nuolatinis atstumo tarp galaktikų didėjimas yra pagrindinis postulatas: kuo išsiskiria Didžiojo sprogimo teorija. Visatos atsiradimą tokiu būdu gali patvirtinti rasti įrodymai. Taip pat yra pagrindoneigimai.
Teorijos problemos
Atsižvelgiant į tai, kad Didžiojo sprogimo teorija praktiškai neįrodyta, nenuostabu, kad yra keletas klausimų, į kuriuos ji negali atsakyti:
-
Singuliarumas. Šis žodis reiškia visatos būseną, suspaustą į vieną tašką. Didžiojo sprogimo teorijos problema yra tai, kad neįmanoma aprašyti procesų, vykstančių materijoje ir erdvėje tokioje būsenoje. Bendrasis reliatyvumo dėsnis čia negalioja, todėl neįmanoma pateikti matematinio aprašymo ir modeliavimo lygčių.
Esminis negalėjimas gauti atsakymo į klausimą apie pradinę Visatos būseną diskredituoja teoriją. pati pradžia. Jos negrožinės literatūros ekspozicijose šis sudėtingumas paprastai nutyli arba užsimenama tik prabėgomis. Tačiau mokslininkams, siekiantiems suteikti matematinį pagrindą Didžiojo sprogimo teorijai, šis sunkumas pripažįstamas pagrindine kliūtimi.
- Astronomija. Šioje srityje Didžiojo sprogimo teorija susiduria su tuo, kad ji negali apibūdinti galaktikų atsiradimo proceso. Remiantis šiuolaikinėmis teorijų versijomis, galima numatyti, kaip atsiranda vienalytis dujų debesis. Tuo pačiu metu jo tankis turėtų būti maždaug vienas atomas kubiniame metre. Norint gauti ką nors daugiau, negalima pakoreguoti pradinės Visatos būsenos. Informacijos ir praktinės patirties trūkumas šioje srityje tampa rimtomis kliūtimis tolesniam modeliavimui.
Taip pat yra neatitikimų skaičiavimo požiūriumūsų galaktikos masės ir duomenų, gautų tiriant jos traukos į Andromedos galaktiką greitį. Matyt, mūsų galaktikos svoris yra dešimt kartų didesnis, nei manyta anksčiau.
Kosmologija ir kvantinė fizika
Šiandien nėra kosmologinių teorijų, kurios nebūtų pagrįstos kvantine mechanika. Juk jame aprašomas atominių ir subatominių dalelių elgesys. Skirtumas tarp kvantinės fizikos ir klasikinės fizikos (aiškino Niutonas) yra tas, kad pastaroji stebi ir aprašo materialius objektus, o pirmoji prisiima išimtinai matematinį paties stebėjimo ir matavimo aprašymą. Kvantinės fizikos požiūriu materialinės vertybės nėra tyrimo objektas, čia pats stebėtojas yra tiriamos situacijos dalis.
Remiantis šiomis savybėmis, kvantinei mechanikai sunku apibūdinti Visatą, nes stebėtojas yra Visatos dalis. Tačiau kalbant apie visatos atsiradimą, neįmanoma įsivaizduoti pašalinių žmonių. Bandymus sukurti modelį nedalyvaujant išoriniam stebėtojui apvainikavo J. Wheelerio kvantinė Visatos atsiradimo teorija.
Jo esmė ta, kad kiekvienu laiko momentu Visata skyla ir susidaro begalinis skaičius kopijų. Dėl to galima stebėti kiekvieną paralelinę Visatą, o stebėtojai gali matyti visas kvantines alternatyvas. Tuo pačiu metu originalus ir naujas pasauliai yra tikri.
Infliacijos modelis
Pagrindine užduotimi, kuriai išspręsti skirta infliacijos teorija, tampaieškoti atsakymų į klausimus, kurie liko neištirti Didžiojo sprogimo teorijos ir plėtimosi teorijos. Būtent:
- Kodėl visata plečiasi?
- Kas yra didysis sprogimas?
Šiuo tikslu infliacinė Visatos atsiradimo teorija numato plėtimosi ekstrapoliaciją iki nulinio laiko taško, visos Visatos masės išvadą viename taške ir kosmologinio singuliarumas, kuris dažnai vadinamas Didžiuoju sprogimu.
Akivaizdu, kad bendroji reliatyvumo teorija, kuri šiuo metu negali būti taikoma, yra nereikšminga. Dėl to tik teoriniai metodai, skaičiavimai ir išskaičiavimai gali būti taikomi kuriant bendresnę teoriją (arba "naują fiziką") ir sprendžiant kosmologinio singuliarumo problemą.
Naujos alternatyvios teorijos
Nepaisant kosminės infliacijos modelio sėkmės, yra mokslininkų, kurie jam prieštarauja ir vadina jį nepagrįstu. Pagrindinis jų argumentas – teorijos siūlomų sprendimų kritika. Oponentai teigia, kad gautuose sprendimuose trūksta kai kurių detalių, kitaip tariant, užuot išsprendusi pradinių reikšmių problemą, teorija tik sumaniai jas apibrėžia.
Alternatyva yra keletas egzotiškų teorijų, kurių idėja paremta pradinių vertybių formavimu prieš Didįjį sprogimą. Naujas visatos atsiradimo teorijas galima trumpai apibūdinti taip:
- Stygų teorija. Jos šalininkai, be įprastų keturių erdvės ir laiko matmenų, siūlo įvesti papildomus matmenis. Jie galėtų atlikti tam tikrą vaidmenįankstyvosios Visatos stadijos ir šiuo metu būti sutankintos būsenos. Atsakydami į klausimą apie jų sutankinimo priežastį, mokslininkai siūlo atsakymą sakydami, kad superstygų savybė yra T-dualumas. Todėl stygos yra „suvyniotos“pagal papildomus matmenis ir jų dydis yra ribotas.
- Sėlenų teorija. Ji taip pat vadinama M teorija. Pagal jos postulatus, Visatos formavimosi pradžioje egzistuoja š altas statinis penkiamatis erdvėlaikis. Keturios iš jų (erdvinės) turi apribojimus, arba sienos – trijų branų. Mūsų erdvė yra viena iš sienų, o antroji yra paslėpta. Trečiasis trišakis yra keturmatėje erdvėje, jį riboja dvi ribinės branos. Teorija mano, kad trečioji brana susiduria su mūsų ir išskiria daug energijos. Būtent šios sąlygos tampa palankios didžiajam sprogimui atsirasti.
Ciklinės teorijos neigia Didžiojo sprogimo unikalumą, teigdamos, kad Visata pereina iš vienos būsenos į kitą. Tokių teorijų problema yra entropijos padidėjimas pagal antrąjį termodinamikos dėsnį. Vadinasi, ankstesnių ciklų trukmė buvo trumpesnė, o medžiagos temperatūra – žymiai aukštesnė nei Didžiojo sprogimo metu. Tikimybė, kad taip nutiks, yra labai maža
Nesvarbu, kiek yra teorijų apie visatos kilmę, tik dvi iš jų atlaikė laiko išbandymą ir įveikė nuolat didėjančios entropijos problemą. Juos sukūrė mokslininkai Steinhardt-Turok ir Baum-Frampton.
Šios palyginti naujos visatos atsiradimo teorijos buvo pateiktos praėjusio amžiaus devintajame dešimtmetyje. Jie turi daug pasekėjų, kurie kuria modelius pagal jį, ieško pagrįstumo įrodymų ir stengiasi išspręsti neatitikimus.
Stygų teorija
Viena populiariausių tarp visatos atsiradimo teorijų yra stygų teorija. Prieš pradedant aprašyti jos idėją, būtina suprasti vieno artimiausių konkurentų – standartinio modelio – koncepcijas. Daroma prielaida, kad materiją ir sąveiką galima apibūdinti kaip tam tikrą dalelių rinkinį, suskirstytą į kelias grupes:
- Kvarkai.
- Leptons.
- Bosonai.
Šios dalelės iš tikrųjų yra visatos statybinės medžiagos, nes jos yra tokios mažos, kad negali būti suskirstytos į komponentus.
Išskirtinis stygų teorijos bruožas yra tvirtinimas, kad tokios plytos yra ne dalelės, o ultramikroskopinės stygos, kurios vibruoja. Tuo pačiu metu, svyruodamos skirtingais dažniais, stygos tampa įvairių dalelių, aprašytų standartiniame modelyje, analogais.
Norint suprasti teoriją, reikia suprasti, kad stygos nėra bet kokia materija, jos yra energija. Todėl stygų teorija daro išvadą, kad visi visatos elementai yra pagaminti iš energijos.
Ugnis yra gera analogija. Žvelgiant į jį susidaro įspūdis apie jo medžiagiškumą, bet jo negalima liesti.
Kosmologija moksleiviams
Visatos atsiradimo teorijos trumpai nagrinėjamos mokyklose per astronomijos pamokas. Studentamsapibūdinkite pagrindines teorijas apie tai, kaip susiformavo mūsų pasaulis, kas su juo vyksta dabar ir kaip jis vystysis ateityje.
Pamokėlių tikslas – supažindinti vaikus su elementariųjų dalelių, cheminių elementų ir dangaus kūnų susidarymo prigimtimi. Vaikams skirtos visatos atsiradimo teorijos sumažinamos iki Didžiojo sprogimo teorijos pristatymo. Mokytojai naudoja vaizdinę medžiagą: skaidres, lenteles, plakatus, iliustracijas. Pagrindinė jų užduotis – pažadinti vaikų susidomėjimą juos supančiu pasauliu.
