Ympäröivän maailman suuruus ja monimuotoisuus voivat hämmästyttää minkä tahansa mielikuvituksen. Kaikki esineet ja esineet, jotka ympäröivät ihmistä, muita ihmisiä, erilaisia kasveja ja eläimiä, hiukkasia, jotka voidaan nähdä vain mikroskoopilla, sekä käsittämättömät tähtijoukot: niitä kaikkia yhdistää käsite "universumi".
Ihminen on kehittänyt teorioita maailmankaikkeuden alkuperästä pitkään. Huolimatta alkuperäisen uskonnon tai tieteen käsitteen puuttumisesta, muinaisten ihmisten utelias mielissä heräsi kysymyksiä maailmanjärjestyksen periaatteista ja ihmisen asemasta häntä ympäröivässä tilassa. On vaikea laskea, kuinka monta teoriaa maailmankaikkeuden alkuperästä on nykyään olemassa, joista osa on maailmankuulujen tiedemiesten tutkittavana, toiset ovat suoraan sanottuna fantastisia.
Kosmologia ja sen aihe
Modernikosmologia - tiede maailmankaikkeuden rakenteesta ja kehityksestä - pitää kysymystä sen alkuperästä yhtenä mielenkiintoisimmista ja vielä riittämättömästi tutkituista mysteereistä. Tähtien, galaksien, aurinkokuntien ja planeettojen syntymiseen vaikuttaneiden prosessien luonne, niiden kehitys, universumin syntymisen lähde sekä sen koko ja rajat: kaikki tämä on vain lyhyt luettelo tutkituista asioista nykyajan tiedemiehet.
Vastausten etsiminen maailman muodostumista koskevaan perustavanlaatuiseen arvoitukseen on johtanut siihen, että nykyään on olemassa erilaisia teorioita maailmankaikkeuden alkuperästä, olemassaolosta ja kehityksestä. Vastauksia etsivien, hypoteeseja rakentavien ja testaavien asiantuntijoiden innostus on perusteltua, sillä luotettava teoria universumin syntymisestä paljastaa koko ihmiskunnalle elämän olemassaolon todennäköisyyden muissa järjestelmissä ja planeetoilla.
Universumin alkuperän teoriat ovat luonteeltaan tieteellisiä käsitteitä, yksittäisiä hypoteeseja, uskonnollisia opetuksia, filosofisia ideoita ja myyttejä. Ne kaikki on ehdollisesti jaettu kahteen pääluokkaan:
- Teoriat, joiden mukaan luoja loi universumin. Toisin sanoen niiden olemus on, että universumin luomisprosessi oli tietoinen ja henkistynyt toiminta, korkeamman mielen tahdon ilmentymä.
- Teoriat maailmankaikkeuden alkuperästä, rakennettu tieteellisten tekijöiden perusteella. Heidän postulaatit hylkäävät kategorisesti sekä luojan olemassaolon että mahdollisuuden tietoiseen maailmanluomiseen. Tällaiset hypoteesit perustuvat usein niin kutsuttuun keskinkertaisuuden periaatteeseen. He olettavat mahdollisuudenelämää ei vain planeetallamme, vaan myös muilla.
Kreationismi - teoria maailman luomisesta Luojan toimesta
Kuten nimestä voi päätellä, kreationismi on uskonnollinen teoria maailmankaikkeuden alkuperästä. Tämä maailmankuva perustuu käsitykseen maailmankaikkeuden, planeetan ja ihmisen luomisesta Jumalan tai Luojan toimesta.
Ajatus oli hallitseva pitkään, 1800-luvun loppuun asti, jolloin tiedon kertyminen eri tieteenaloilla (biologia, tähtitiede, fysiikka) kiihtyi ja evoluutioteoria yleistyi. Kreationismista on tullut eräänlainen reaktio kristityille, jotka pitävät kiinni tehdyistä löydöistä konservatiivisia näkemyksiä. Tuolloin hallitseva ajatus evoluution kehityksestä vain pahensi ristiriitoja uskonnollisten ja muiden teorioiden välillä.
Mitä eroa on tieteellisillä ja uskonnollisilla teorioilla
Tärkeimmät erot eri kategorioiden teorioiden välillä ovat ensisijaisesti niiden kannattajien käyttämissä termeissä. Joten tieteellisissä hypoteeseissa luojan sijasta luonto ja luomisen sijaan alkuperä. Tämän lisäksi on ongelmia, jotka ovat samalla tavalla eri teorioiden kattamia tai jopa täysin päällekkäisiä.
Kaikkeuden syntyteoriat, jotka kuuluvat vastakkaisiin luokkiin, ajoittavat sen ilmestymisen eri tavoin. Esimerkiksi yleisimmän hypoteesin (alkuräjähdysteorian) mukaan maailmankaikkeus syntyi noin 13 miljardia vuotta sitten.
Päinvastoin, uskonnollinen teoria maailmankaikkeuden alkuperästä antaa täysin erilaiset luvut:
- Christianin mukaanlähteiden mukaan Jumalan luoman maailmankaikkeuden ikä Jeesuksen Kristuksen syntymän aikaan oli 3483-6984 vuotta.
- Hinduismi viittaa siihen, että maailmamme on noin 155 biljoonaa vuotta vanha.
Kant ja hänen kosmologinen mallinsa
1900-luvulle asti useimmat tiedemiehet olivat sitä mieltä, että maailmankaikkeus oli ääretön. Tämä laatu he kuvasivat aikaa ja tilaa. Lisäksi heidän mielestään universumi oli staattinen ja yhtenäinen.
Ajatuksen maailmankaikkeuden äärettömyydestä avaruudessa esitti Isaac Newton. Tämän oletuksen kehitteli Emmanuel Kant, joka kehitti teorian, jonka mukaan aikarajoja ei myöskään ole. Teoreettisissa oletuksissa Kant laajensi universumin ääretöntä mahdollisten biologisten tuotteiden määrään. Tämä postulaatti tarkoitti, että muinaisen ja v altavan maailman olosuhteissa, ilman loppua ja alkua, voi olla lukematon määrä mahdollisia vaihtoehtoja, joiden seurauksena minkä tahansa biologisen lajin esiintyminen on totta.
Tämän elämänmuotojen mahdollista alkuperää koskevan teorian perusteella kehitettiin myöhemmin Darwinin teoria. Tähtitaivaan havainnot ja tähtitieteilijöiden laskelmien tulokset vahvistivat Kantin kosmologisen mallin.
Einsteinin ajatukset
1900-luvun alussa Albert Einstein julkaisi oman mallinsa maailmankaikkeudesta. Hänen suhteellisuusteoriansa mukaan universumissa tapahtuu samanaikaisesti kaksi vastakkaista prosessia: laajeneminen ja supistuminen. Kuitenkin hänyhtyi useimpien tiedemiesten näkemykseen maailmankaikkeuden stationaarisuudesta, joten hän esitteli käsitteen kosmisesta hylkimisvoimasta. Sen vaikutus on suunniteltu tasapainottamaan tähtien vetovoimaa ja pysäyttämään kaikkien taivaankappaleiden liikkeet universumin staattisen luonteen säilyttämiseksi.
Universumin mallilla - Einsteinin mukaan - on tietty koko, mutta rajoja ei ole. Tällainen yhdistelmä on mahdollinen vain, kun avaruus on kaareva samalla tavalla kuin se tapahtuu pallossa.
Tällaisen mallin tilan ominaisuudet ovat:
- Kolmiulotteinen.
- Sulkeutuu itsestään.
- Homogeenisuus (keskipisteen ja reunan puute), jossa galaksit ovat jakautuneet tasaisesti.
A. A. Friedman: Universumi laajenee
Universumin vallankumouksellisen laajenevan mallin luoja A. A. Fridman (Neuvostoliitto) rakensi teoriansa yleistä suhteellisuusteoriaa kuvaavien yhtälöiden pohj alta. Totta, tuolloin tieteellisessä maailmassa yleisesti hyväksytty mielipide oli maailmamme staattinen luonne, joten hänen työhönsä ei kiinnitetty asianmukaista huomiota.
Muutamaa vuotta myöhemmin tähtitieteilijä Edwin Hubble teki löydön, joka vahvisti Friedmanin ajatukset. Galaksien poistuminen läheiseltä Linnunrad alta on havaittu. Samaan aikaan siitä, että heidän liikkeensä nopeus on verrannollinen heidän ja galaksimme väliseen etäisyyteen, on tullut kiistaton.
Tämä löytö selittää tähtien ja galaksien jatkuvan "perääntymisen" suhteessa toisiinsa, mikä johtaa johtopäätökseenuniversumin laajeneminen.
Lopuksi Einstein tunnusti Friedmanin johtopäätökset, myöhemmin hän mainitsi Neuvostoliiton tiedemiehen ansiot universumin laajenemista koskevan hypoteesin perustajana.
Ei voida sanoa, että tämän teorian ja yleisen suhteellisuusteorian välillä olisi ristiriitaisuuksia, mutta maailmankaikkeuden laajentuessa on täytynyt olla alkuimpulssi, joka aiheutti tähtien hajoamisen. Analogisesti räjähdyksen kanssa ideaa kutsuttiin "Big Bang".
Stephen Hawking ja antrooppinen periaate
Stephen Hawkingin laskelmien ja löytöjen tulos oli antroposentrinen teoria maailmankaikkeuden alkuperästä. Sen luoja väittää, että ihmiselämää varten niin hyvin valmistautuneen planeetan olemassaolo ei voi olla sattumaa.
Stephen Hawkingin teoria maailmankaikkeuden synnystä mahdollistaa myös mustien aukkojen asteittaisen haihtumisen, niiden energiahäviön ja Hawkingin säteilyn.
Todisteiden etsimisen tuloksena tunnistettiin ja todettiin yli 40 ominaisuutta, joiden noudattaminen on välttämätöntä sivilisaation kehittymiselle. Amerikkalainen astrofyysikko Hugh Ross arvioi tällaisen tahattoman yhteensattuman todennäköisyyden. Tuloksena oli numero 10-53.
Universumiimme kuuluu biljoona galaksia, jokaisessa 100 miljardia tähteä. Tiedemiesten laskelmien mukaan planeettojen kokonaismäärän pitäisi olla 1020. Tämä luku on 33 suuruusluokkaa pienempi kuin aiemmin laskettu luku. Siksi mikään kaikkien galaksien planeetoista ei voi yhdistää olosuhteita, jotka olisivat sopivia spontaanille muodostumiselle.elämä.
Alkuräjähdyksen teoria: Universumin syntyminen merkityksettömästä hiukkasesta
Alkuräjähdysteoriaa kannattavat tiedemiehet jakavat hypoteesin, että maailmankaikkeus on seurausta suurräjähdyksestä. Teorian pääpostulaatti on väite, että ennen tätä tapahtumaa kaikki nykyisen universumin elementit suljettiin hiukkaseen, jolla oli mikroskooppiset mitat. Sen sisällä elementeille oli ominaista yksittäinen tila, jossa indikaattoreita, kuten lämpötilaa, tiheyttä ja painetta, ei voitu mitata. Ne ovat loputtomia. Fysiikan lait eivät vaikuta tässä tilassa olevaan aineeseen ja energiaan.
15 miljardia vuotta sitten tapahtuneen räjähdyksen syytä kutsutaan epävakaudeksi, joka syntyi hiukkasen sisällä. Hajallaan olevat pienet elementit merkitsivät nykyisen maailman alkua.
Alussa maailmankaikkeus oli sumu, joka muodostui pienistä (atomia pienempiä) hiukkasista. Sitten, kun ne yhdistettiin, ne muodostivat atomeja, jotka toimivat tähtien galaksien perustana. Tämän maailmankaikkeuden syntyteorian tärkeimpiä tehtäviä on vastata kysymyksiin siitä, mitä tapahtui ennen räjähdystä ja mikä sen aiheutti.
Taulukko esittää kaavamaisesti maailmankaikkeuden muodostumisen vaiheet alkuräjähdyksen jälkeen.
| Universumin tila | Aikajana | Odotettu lämpötila |
| Laajentuminen (inflaatio) | 10-45-10-37 sekuntia | Lisää1026K |
| Kvarkeja ja elektroneja ilmestyy | 10-6 c | Yli 1013 K |
| Protonit ja neutronit muodostuvat | 10-5 c | 1012K |
| Helium-, deuterium- ja litiumytimiä muodostuu | 10-4 alkaen 3 minuuttiin | 1011 - 109 K |
| Atomit muodostuivat | 400 tuhatta vuotta | 4000 K |
| Kaasupilvi jatkaa laajentumistaan | 15 miljoonaa vuotta | 300 K |
| Ensimmäiset tähdet ja galaksit syntyvät | 1 miljardi vuotta | 20 K |
| Tähtien räjähdykset aiheuttavat raskaiden ytimien muodostumista | 3 miljardia vuotta | 10 K |
| Tähtien syntyprosessi pysähtyy | 10-15 miljardia vuotta | 3 K |
| Kaikkien tähtien energia on lopussa | 1014 vuotta | 10-2 K |
| Mustat aukot tyhjenevät ja alkuainehiukkasia syntyy | 1040 vuotta | -20 K |
| Kaikkien mustien aukkojen haihtuminen päättyy | 10100 vuotta | 10-60 - 10-40 K |
Kuten yllä olevista tiedoista seuraa, maailmankaikkeus jatkaa laajentumistaan ja jäähtymistä.
Galaksien välisen etäisyyden jatkuva kasvu on pääpostulaatti: mikä erottaa alkuräjähdysteorian. Universumin syntyminen tällä tavalla voidaan vahvistaa löydetyillä todisteilla. On myös perusteitakieltäytymiset.
Teorian ongelmat
Koska alkuräjähdyksen teoriaa ei ole todistettu käytännössä, ei ole yllättävää, että on olemassa useita kysymyksiä, joihin se ei pysty vastaamaan:
-
Singulariteetti. Tämä sana tarkoittaa maailmankaikkeuden tilaa yhteen pisteeseen puristettuna. Big Bang -teorian ongelmana on mahdottomuus kuvata aineessa ja avaruudessa sellaisessa tilassa tapahtuvia prosesseja. Yleinen suhteellisuuslaki ei päde tässä, joten on mahdotonta tehdä matemaattista kuvausta ja yhtälöitä mallintamista varten.
Perimmäinen mahdottomuus saada vastaus kysymykseen maailmankaikkeuden alkutilasta tekee teorian huonoksi. aivan alku. Hänen tietokirjallisissa näyttelyissään on tapana peittää tämä monimutkaisuus tai mainita vain ohimennen. Kuitenkin tutkijoille, jotka pyrkivät tarjoamaan matemaattisen perustan alkuräjähdyksen teorialle, tämä vaikeus on tunnustettu suureksi esteeksi.
- Astronomia. Tällä alueella alkuräjähdysteoria kohtaa sen tosiasian, ettei se voi kuvata galaksien syntyprosessia. Nykyaikaisten teorioiden versioiden perusteella on mahdollista ennustaa, miten homogeeninen kaasupilvi syntyy. Samaan aikaan sen tiheyden pitäisi olla tähän mennessä noin yksi atomi kuutiometriä kohden. Jotain enemmän saadakseen ei voi tehdä ilman universumin alkutilan säätämistä. Tiedon ja käytännön kokemuksen puute tällä alalla muodostaa vakavia esteitä mallintamisen jatkamiselle.
Laskennassa on myös erojagalaksimme massa ja tiedot, jotka on saatu tutkimalla sen vetovoimaa Andromedan galaksiin. Ilmeisesti galaksimme paino on kymmenen kertaa suurempi kuin aiemmin luultiin.
Kosmologia ja kvanttifysiikka
Nykyään ei ole olemassa kosmologisia teorioita, jotka eivät perustuisi kvanttimekaniikkaan. Loppujen lopuksi se käsittelee atomien ja subatomisten hiukkasten käyttäytymisen kuvausta. Ero kvanttifysiikan ja klassisen fysiikan (Newtonin selittämän) välillä on se, että jälkimmäinen tarkkailee ja kuvaa aineellisia esineitä, kun taas ensimmäinen olettaa yksinomaan matemaattisen kuvauksen itse havainnosta ja mittauksesta. Kvanttifysiikassa aineelliset arvot eivät ole tutkimuksen kohteena, tässä tarkkailija itse on osa tutkittavaa tilannetta.
Näiden ominaisuuksien perusteella kvanttimekaniikalla on vaikeuksia kuvata universumia, koska havainnoija on osa maailmankaikkeutta. Universumin syntymisestä puhuttaessa on kuitenkin mahdotonta kuvitella ulkopuolisia. Yritykset kehittää malli ilman ulkopuolisen tarkkailijan osallistumista kruunattiin J. Wheelerin kvanttiteorialla maailmankaikkeuden alkuperästä.
Sen ydin on, että jokaisella ajanhetkellä universumi halkeaa ja syntyy ääretön määrä kopioita. Tämän seurauksena jokainen rinnakkaisuniversumi voidaan havaita ja tarkkailijat voivat nähdä kaikki kvanttivaihtoehdot. Samaan aikaan alkuperäinen ja uusi maailma ovat todellisia.
Inflaatiomalli
Päätehtävä, jonka inflaatioteoria on suunniteltu ratkaisemaan, on tulossaEtsi vastauksia kysymyksiin, joita Big Bang -teoria ja laajenemisteoria ovat jättäneet tutkimatta. Nimittäin:
- Miksi universumi laajenee?
- Mikä on alkuräjähdys?
Tätä tarkoitusta varten inflaatioteoria maailmankaikkeuden alkuperästä mahdollistaa laajenemisen ekstrapoloinnin nollapisteeseen, universumin koko massan päättelemisen yhdessä pisteessä ja kosmologisen singulariteetti, jota usein kutsutaan alkuräjähdyksenä.
Ilmeistä on yleisen suhteellisuusteorian epäolennaisuus, jota ei voida soveltaa tällä hetkellä. Tämän seurauksena vain teoreettisia menetelmiä, laskelmia ja päätelmiä voidaan soveltaa yleisemmän teorian (tai "uuden fysiikan") kehittämiseen ja kosmologisen singulaarisuuden ongelman ratkaisemiseen.
Uusia vaihtoehtoisia teorioita
Kosmisen inflaatiomallin menestyksestä huolimatta on tiedemiehiä, jotka vastustavat sitä ja kutsuvat sitä kestämättömäksi. Heidän pääargumenttinsa on kritiikki teorian ehdottamia ratkaisuja kohtaan. Vastustajat väittävät, että tuloksena olevista ratkaisuista puuttuu joitain yksityiskohtia, toisin sanoen alkuarvojen ongelman ratkaisemisen sijaan teoria vain peittää ne taitavasti.
Vaihtoehtoisia on useita eksoottisia teorioita, joiden idea perustuu alkuarvojen muodostumiseen ennen alkuräjähdystä. Uusia teorioita maailmankaikkeuden alkuperästä voidaan kuvata lyhyesti seuraavasti:
- Josoteoria. Sen kannattajat ehdottavat tavanomaisten neljän tilan ja ajan ulottuvuuden lisäksi lisäulottuvuuksien käyttöönottoa. Heillä voisi olla rooliuniversumin alkuvaiheessa ja olla tällä hetkellä tiivistyneessä tilassa. Vastatessaan kysymykseen niiden tiivistymisen syystä, tutkijat tarjoavat vastauksen sanomalla, että supermerkkijonojen ominaisuus on T-kaksoisisuus. Siksi jouset "kierretään" lisämitoilla ja niiden koko on rajoitettu.
- Leseteoria. Sitä kutsutaan myös M-teoriaksi. Sen postulaattien mukaan universumin muodostumisen alussa on kylmä staattinen viisiulotteinen aika-avaruus. Niistä neljällä (tilallisella) on rajoituksia tai seinät - kolme branea. Tilamme on yksi seinistä ja toinen on piilossa. Kolmas kolmibraani sijaitsee neliulotteisessa avaruudessa, sitä rajoittaa kaksi rajabraania. Teorian mukaan kolmas braani törmää meidän kanssamme ja vapauttaa suuren määrän energiaa. Nämä olosuhteet ovat suotuisat alkuräjähdyksen syntymiselle.
Sykliset teoriat kiistävät alkuräjähdyksen ainutlaatuisuuden väittäen, että universumi siirtyy tilasta toiseen. Tällaisten teorioiden ongelmana on entropian kasvu termodynamiikan toisen lain mukaan. Tästä johtuen aikaisempien syklien kesto oli lyhyempi ja aineen lämpötila huomattavasti korkeampi kuin alkuräjähdyksen aikana. Tämän todennäköisyys on erittäin pieni
Riippumatta siitä, kuinka monta teoriaa maailmankaikkeuden alkuperästä on olemassa, vain kaksi niistä on kestänyt ajan kokeen ja voittanut jatkuvasti kasvavan entropian ongelman. Ne ovat kehittäneet tiedemiehet Steinhardt-Turok ja Baum-Frampton.
Nämä suhteellisen uudet teoriat maailmankaikkeuden alkuperästä esitettiin viime vuosisadan 80-luvulla. Heillä on monia seuraajia, jotka kehittävät sen pohj alta malleja, etsivät todisteita pätevyydestä ja pyrkivät ratkaisemaan epäjohdonmukaisuuksia.
Jieteloteoria
Yksi suosituimmista maailmankaikkeuden syntyteorian joukossa on merkkijonoteoria. Ennen kuin siirryt hänen ideansa kuvaukseen, on tarpeen ymmärtää yhden lähimmän kilpailijan, vakiomallin, käsitteet. Siinä oletetaan, että ainetta ja vuorovaikutuksia voidaan kuvata tiettynä joukkona hiukkasia, jotka on jaettu useisiin ryhmiin:
- Kvarkit.
- Leptons.
- Bosons.
Nämä hiukkaset ovat itse asiassa maailmankaikkeuden rakennuspalikoita, koska ne ovat niin pieniä, ettei niitä voida jakaa komponenteiksi.
Säiteteorian erottuva piirre on väite, että tällaiset tiilet eivät ole hiukkasia, vaan ultramikroskooppisia kieliä, jotka värähtelevät. Samanaikaisesti eri taajuuksilla värähtelevistä kielistä tulee standardimallissa kuvattujen eri hiukkasten analogeja.
Teorian ymmärtämiseksi on ymmärrettävä, että kielet eivät ole mitään asiaa, ne ovat energiaa. Siksi merkkijonoteoria päättelee, että kaikki maailmankaikkeuden elementit koostuvat energiasta.
Tuli on hyvä analogia. Sen katsominen antaa vaikutelman sen aineellisuudesta, mutta siihen ei voi koskea.
Kosmologia koululaisille
Universumin syntyteorioita tutkitaan lyhyesti kouluissa tähtitieteen tunneilla. Opiskelijoillekuvaile tärkeimmät teoriat siitä, kuinka maailmamme muodostui, mitä sille tapahtuu nyt ja miten se kehittyy tulevaisuudessa.
Oppituntien tarkoituksena on perehdyttää lapset alkuainehiukkasten, kemiallisten alkuaineiden ja taivaankappaleiden muodostumisen luonteeseen. Lapsille tarkoitetut teoriat maailmankaikkeuden alkuperästä pelkistetään alkuräjähdysteorian esittelyyn. Opettajat käyttävät visuaalista materiaalia: dioja, tauluja, julisteita, kuvituksia. Heidän päätehtävänsä on herättää lasten kiinnostus heitä ympäröivää maailmaa kohtaan.
