Paano nabuo ang Uniberso. Mga teorya ng pagbuo ng Uniberso. Paano at kailan nabuo ang sansinukob Saan nagsimula ang pinagmulan ng sansinukob?

Paano ito naging isang tila walang katapusang espasyo? At ano ang mangyayari pagkatapos ng maraming milyon at bilyun-bilyong taon? Ang mga tanong na ito ay nagpahirap (at patuloy na nagpapahirap) sa mga isipan ng mga pilosopo at siyentipiko, tila, mula pa sa simula ng panahon, na nagbubunga ng maraming kawili-wili at kung minsan kahit na mga nakatutuwang teorya.

Sa ngayon, karamihan sa mga astronomo at cosmologist ay nagkasundo na ang uniberso gaya ng alam natin ay resulta ng isang napakalaking pagsabog na hindi lamang lumikha ng bulto ng materya, ngunit ang pinagmulan ng mga pangunahing pisikal na batas ayon sa kung saan ang kosmos ay nakapaligid sa atin ay umiiral. Ang lahat ng ito ay tinatawag na big bang theory.

Ang mga pangunahing kaalaman ng big bang theory ay medyo simple. Kaya, sa madaling salita, ayon dito, ang lahat ng bagay na umiiral at ngayon ay umiiral sa uniberso ay lumitaw nang sabay-sabay - mga 13.8 bilyong taon na ang nakalilipas. Sa sandaling iyon, umiral ang lahat ng bagay sa anyo ng isang napaka-compact na abstract na bola (o punto) na may walang katapusang density at temperatura. Ang estado na ito ay tinawag na singularity. Biglang nagsimulang lumawak ang singularidad at nagsilang sa uniberso na alam natin.

Kapansin-pansin na ang big bang theory ay isa lamang sa maraming iminungkahing hypotheses para sa pinagmulan ng uniberso (halimbawa, mayroon ding teorya ng isang nakatigil na uniberso), ngunit nakatanggap ito ng pinakamalawak na pagkilala at katanyagan. Hindi lamang nito ipinaliliwanag ang pinagmulan ng lahat ng kilalang bagay, ang mga batas ng pisika, at ang mas malaking istruktura ng sansinukob, inilalarawan din nito ang mga dahilan ng paglawak ng sansinukob at marami pang ibang aspeto at phenomena.

Kronolohiya ng mga pangyayari sa teorya ng big bang.

Batay sa kaalaman sa kasalukuyang kalagayan ng sansinukob, ang mga siyentipiko ay nagteorya na ang lahat ay dapat na nagsimula sa isang punto na may walang katapusang density at may hangganan na oras, na nagsimulang lumawak. Matapos ang paunang pagpapalawak, ang teorya ay napupunta, ang uniberso ay dumaan sa isang yugto ng paglamig na nagpapahintulot sa paglitaw ng mga subatomic na particle at kalaunan ay mga simpleng atomo. Ang mga higanteng ulap ng mga sinaunang elementong ito nang maglaon, salamat sa grabidad, ay nagsimulang bumuo ng mga bituin at kalawakan.

Ang lahat ng ito, ayon sa mga siyentipiko, ay nagsimula mga 13.8 bilyong taon na ang nakalilipas, at samakatuwid ang panimulang puntong ito ay itinuturing na edad ng uniberso. Sa pamamagitan ng paggalugad sa iba't ibang teoretikal na prinsipyo, pagsasagawa ng mga eksperimento na kinasasangkutan ng mga particle accelerator at high-energy states, at pagsasagawa ng mga astronomical na pag-aaral sa malalayong bahagi ng uniberso, ang mga siyentipiko ay naghinuha at nagmungkahi ng isang kronolohiya ng mga kaganapan na nagsimula sa big bang at humantong sa uniberso sa huli. na estado ng cosmic evolution na nagaganap ngayon.

Naniniwala ang mga siyentipiko na ang pinakamaagang panahon ng pinagmulan ng uniberso - na tumatagal mula 10-43 hanggang 10-11 segundo pagkatapos ng big bang - ay isa pa ring debate at debate. Pansin! Kung isasaalang-alang lamang natin na ang mga batas ng pisika na alam natin ngayon ay hindi maaaring umiiral sa oras na iyon, kung gayon napakahirap maunawaan kung paano kinokontrol ang mga proseso sa unang bahagi ng uniberso. Bilang karagdagan, ang mga eksperimento gamit ang mga posibleng uri ng enerhiya na maaaring naroroon sa oras na iyon ay hindi pa naisasagawa. Magkagayunman, maraming mga teorya tungkol sa pinagmulan ng sansinukob sa huli ay sumasang-ayon na sa ilang mga punto sa oras ay mayroong isang panimulang punto kung saan nagsimula ang lahat.

Ang panahon ng singularidad.

Kilala rin bilang ang panahon ng Planck (o panahon ng Planck), ito ay itinuturing na pinakaunang kilalang panahon sa ebolusyon ng uniberso. Sa oras na ito, ang lahat ng bagay ay nakapaloob sa isang punto ng walang katapusang density at temperatura. Sa panahong ito, naniniwala ang mga siyentipiko, ang quantum effect ng gravitational interactions ay nangingibabaw sa mga pisikal, at walang pisikal na puwersa ang katumbas ng lakas sa gravity.

Ang panahon ng Planck ay umano'y tumagal mula 0 hanggang 10-43 segundo at pinangalanan ito dahil ang tagal nito ay masusukat lamang ng oras ng Planck. Dahil sa matinding temperatura at walang katapusang density ng bagay, ang estado ng uniberso sa panahong ito ay lubhang hindi matatag. Sinundan ito ng mga panahon ng pagpapalawak at paglamig na nagbunga ng mga pangunahing puwersa ng pisika.

Humigit-kumulang sa panahon mula 10-43 hanggang 10-36 segundo, isang proseso ng banggaan ng mga estado ng temperatura ng paglipat ang naganap sa uniberso. Ito ay pinaniniwalaan na sa puntong ito na ang mga pangunahing puwersa na namamahala sa kasalukuyang uniberso ay nagsimulang maghiwalay sa isa't isa. Ang unang hakbang ng paghihiwalay na ito ay ang paglitaw ng mga puwersa ng gravitational, malakas at mahina na pakikipag-ugnayang nuklear at electromagnetism.

Sa panahon mula sa mga 10-36 hanggang 10-32 segundo pagkatapos ng big bang, ang temperatura ng uniberso ay naging sapat na mababa (1028 K), na humantong sa paghihiwalay ng mga electromagnetic na puwersa (ang malakas na puwersa) at ang mahinang puwersang nuklear ( ang mahinang puwersa).

Ang panahon ng inflation.

Sa pagdating ng unang pangunahing pwersa sa uniberso, nagsimula ang panahon ng inflation, na tumagal mula 10-32 segundo sa oras ng Planck hanggang sa hindi kilalang punto ng oras. Karamihan sa mga modelong kosmolohikal ay nagmumungkahi na ang uniberso sa panahong ito ay pantay na napuno ng mataas na densidad na enerhiya, at hindi kapani-paniwalang mataas na temperatura at presyon ang naging dahilan upang mabilis itong lumawak at lumamig.

Nagsimula ito sa 10-37 segundo, nang ang yugto ng paglipat na naging sanhi ng paghihiwalay ng mga puwersa ay sinundan ng pagpapalawak ng uniberso sa geometric na pag-unlad. Sa parehong yugto ng panahon, ang uniberso ay nasa isang estado ng baryogenesis, kapag ang temperatura ay napakataas na ang random na paggalaw ng mga particle sa kalawakan ay naganap sa halos liwanag na bilis.

Sa oras na ito, ang mga pares ng mga particle - mga antiparticle ay nabuo at agad na nagbabanggaan at nawasak, na pinaniniwalaan na humantong sa pangingibabaw ng bagay sa antimatter sa modernong uniberso. Matapos tumigil ang inflation, ang uniberso ay binubuo ng quark-gluon plasma at iba pang elementarya na mga particle. Mula sa sandaling iyon, nagsimulang lumamig ang uniberso, nagsimulang mabuo at magsama-sama ang bagay.

Ang panahon ng paglamig.

Habang bumababa ang density at temperatura sa loob ng uniberso, nagsimulang bumaba ang enerhiya sa bawat particle. Ang transisyonal na estadong ito ay tumagal hanggang ang mga pangunahing pwersa at elementarya ay dumating sa kanilang kasalukuyang anyo. Dahil ang enerhiya ng mga particle ay bumaba sa mga halaga na maaaring makamit ngayon sa mga eksperimento, ang aktwal na posibleng pag-iral ng panahong ito ay hindi gaanong kontrobersyal sa mga siyentipiko.

Halimbawa, naniniwala ang mga siyentipiko na sa 10-11 segundo pagkatapos ng big bang, ang enerhiya ng mga particle ay bumaba nang malaki. Sa humigit-kumulang 10-6 segundo, ang mga quark at gluon ay nagsimulang bumuo ng mga baryon - mga proton at neutron. Nagsimulang mangibabaw ang mga quark sa mga antiquark, na naging dahilan naman ng pamamayani ng mga baryon sa mga antibaryon.

Dahil ang temperatura ay hindi na sapat na mataas upang lumikha ng mga bagong pares ng proton-antiproton (o mga pares ng neutron-antineutron), sumunod ang malawakang pagkasira ng mga particle na ito, na nagresulta sa natitira lamang na 1/1010 ng bilang ng mga orihinal na proton at neutron at ang kumpletong pagkawala ng kanilang mga antiparticle. Ang isang katulad na proseso ay naganap mga 1 segundo pagkatapos ng big bang. Tanging ang "Mga Biktima" sa pagkakataong ito ay mga electron at positron. Matapos ang mass destruction, ang natitirang mga proton, neutron at electron ay tumigil sa kanilang random na paggalaw, at ang density ng enerhiya ng uniberso ay napuno ng mga photon at, sa isang mas mababang lawak, mga neutrino.

Sa mga unang minuto ng pagpapalawak ng sansinukob, nagsimula ang isang panahon ng nucleosynthesis (ang synthesis ng mga elemento ng kemikal) na bumababa sa 1 bilyong kelvin at ang density ng enerhiya ay bumaba sa mga halaga na humigit-kumulang na katumbas ng hangin, neutron at. ang mga proton ay nagsimulang maghalo at bumuo ng unang matatag na isotope ng hydrogen (deuterium), at helium atoms, gayunpaman, karamihan sa mga proton sa uniberso ay nanatili bilang ang nakadiskonektang nuclei ng mga atomo ng hydrogen.

Pagkaraan ng humigit-kumulang 379,000 taon, ang mga electron ay pinagsama sa mga hydrogen nuclei na ito upang bumuo ng mga atomo (muling nakararami ang hydrogen), habang ang radiation ay humiwalay sa materya at patuloy na lumalawak na halos walang harang sa kalawakan. Ang radiation na ito ay tinatawag na cosmic microwave background radiation, at ito ang pinakalumang pinagmumulan ng liwanag sa uniberso.

Sa pagpapalawak, ang background ng cosmic microwave ay unti-unting nawala ang density at enerhiya nito, at sa ngayon ang temperatura nito ay 2.7260 0.0013 K (- 270.424 C), at ang density ng enerhiya ay 0.25 eV (o 4.005x10-14 J/m? ; 400- 500 Photons/cm Ang CMB ay umaabot sa lahat ng direksyon at sa layo na humigit-kumulang 13.8 bilyong light years, ngunit ang mga pagtatantya ng aktwal na pamamahagi nito ay nagpapahiwatig ng humigit-kumulang 46 bilyong light years mula sa gitna ng uniberso.

Ang panahon ng istraktura (hierarchical era).

Sa susunod na ilang bilyong taon, ang mas siksik na mga rehiyon ng bagay na halos pantay-pantay na ipinamahagi sa buong uniberso ay nagsimulang mag-akit sa isa't isa. Dahil dito, naging mas siksik pa ang mga ito at nagsimulang bumuo ng mga ulap ng gas, mga bituin, mga kalawakan at iba pang mga istrukturang pang-astronomiya na maaari nating obserbahan ngayon. Ang panahong ito ay tinatawag na hierarchical era. Sa panahong ito, nagsimulang magkaroon ng anyo ang uniberso na nakikita natin ngayon. Ang bagay ay nagsimulang magkaisa sa mga istruktura na may iba't ibang laki - mga bituin, planeta, kalawakan, mga kumpol ng kalawakan, pati na rin ang mga supercluster ng galactic, na pinaghihiwalay ng mga intergalactic na tulay na naglalaman lamang ng ilang mga kalawakan.

Ang mga detalye ng prosesong ito ay maaaring ilarawan ayon sa ideya ng dami at uri ng bagay na ipinamamahagi sa uniberso, na kinakatawan bilang malamig, mainit, mainit na madilim na bagay at baryonic na bagay. Gayunpaman, ang kasalukuyang karaniwang modelo ng kosmolohiya ng big bang ay ang lambda-CDM na modelo, ayon sa kung saan ang mga particle ng dark matter ay gumagalaw nang mas mabagal kaysa sa bilis ng liwanag. Napili ito dahil nilulutas nito ang lahat ng mga kontradiksyon na lumitaw sa iba pang mga modelo ng kosmolohiya.

Ayon sa modelong ito, ang malamig na madilim na bagay ay bumubuo ng halos 23 porsiyento ng lahat ng bagay/enerhiya sa uniberso. Ang proporsyon ng baryonic matter ay humigit-kumulang 4.6 porsyento. Lambda - Ang CDM ay tumutukoy sa tinatawag na cosmological constant: isang teorya na iminungkahi ni Albert Einstein na nagpapakilala sa mga katangian ng vacuum at nagpapakita ng balanseng relasyon sa pagitan ng masa at enerhiya bilang isang pare-parehong static na dami. Sa kasong ito, nauugnay ito sa madilim na enerhiya, na nagsisilbing isang accelerator ng pagpapalawak ng uniberso at pinapanatili ang mga higanteng istrukturang kosmolohiya na higit sa lahat ay homogenous.

Pangmatagalang hula tungkol sa hinaharap ng uniberso.

Ang mga hypotheses na ang ebolusyon ng uniberso ay may panimulang punto ay natural na humahantong sa mga siyentipiko sa mga tanong tungkol sa posibleng wakas ng prosesong ito. Kung sinimulan lamang ng uniberso ang kasaysayan nito mula sa isang maliit na punto na may walang katapusang density, na biglang nagsimulang lumawak, hindi ba ito nangangahulugan na ito ay lalawak din nang walang katapusan, o isang araw ay mauubusan ito ng malawak na puwersa at magsisimula ang baligtad na proseso ng compression. , ang huling resulta kung saan ito ay magiging parehong walang katapusang siksik na punto?

Ang pagsagot sa mga tanong na ito ay naging pangunahing layunin ng mga cosmologist mula pa sa simula ng debate tungkol sa kung aling modelo ng kosmolohiya ng uniberso ang tama. Sa pagtanggap ng big bang theory, ngunit higit sa lahat salamat sa pagmamasid sa dark energy noong 1990s, napagkasunduan ng mga siyentipiko ang dalawang pinaka-malamang na senaryo para sa ebolusyon ng uniberso.

Ayon sa una, na tinatawag na Big Crunch, maaabot ng uniberso ang pinakamataas na sukat nito at magsisimulang gumuho. Ang sitwasyong ito ay magiging posible lamang kung ang mass density ng uniberso ay magiging mas malaki kaysa sa critical density mismo. Sa madaling salita, kung ang density ng matter ay umabot o tumaas sa isang tiyak na halaga (1-3x10-26 kg ng matter per m), ang uniberso ay magsisimulang magkontrata.

Ang isang alternatibo ay isa pang senaryo, na nagsasaad na kung ang density sa uniberso ay katumbas o mas mababa sa kritikal na halaga ng density, kung gayon ang paglawak nito ay bumagal, ngunit hindi kailanman ganap na titigil. Ayon sa hypothesis na ito, na tinatawag na "Heat Death of the Universe", magpapatuloy ang pagpapalawak hanggang sa huminto ang pagbuo ng bituin sa pagkonsumo ng interstellar gas sa loob ng bawat nakapaligid na kalawakan. Iyon ay, ang paglipat ng enerhiya at bagay mula sa isang bagay patungo sa isa pa ay ganap na titigil. Ang lahat ng umiiral na mga bituin sa kasong ito ay masusunog at magiging mga puting dwarf, neutron na bituin at itim na butas.

Unti-unti, ang mga itim na butas ay sasalungat sa iba pang mga itim na butas, na humahantong sa pagbuo ng mas malaki at mas malaki. Ang average na temperatura ng uniberso ay lalapit sa absolute zero. Ang mga black hole ay tuluyang "Mag-evaporate", na maglalabas ng kanilang huling hawking radiation. Sa kalaunan, ang thermodynamic entropy sa uniberso ay maaabot ang pinakamataas nito. Ang kamatayan sa init ay magaganap.

Ang mga modernong obserbasyon na isinasaalang-alang ang pagkakaroon ng madilim na enerhiya at ang impluwensya nito sa pagpapalawak ng kalawakan ay humantong sa mga siyentipiko na maghinuha na sa paglipas ng panahon, higit pa at higit pa sa uniberso ang lalampas sa abot-tanaw ng ating kaganapan at magiging hindi natin nakikita. Ang pangwakas at lohikal na resulta nito ay hindi pa alam ng mga siyentipiko, ngunit ang "Heat Death" ay maaaring ang wakas ng mga naturang kaganapan.

Mayroong iba pang mga hypotheses tungkol sa pamamahagi ng dark energy, o mas tiyak, ang mga posibleng uri nito (halimbawa, phantom energy. Ayon sa kanila, ang mga galactic cluster, bituin, planeta, atom, atomic nuclei at matter mismo ay mapupunit bilang resulta. ng walang katapusang pagpapalawak nito ay tinatawag na "Big Rip" ang sanhi ng pagkamatay ng sansinukob ayon sa senaryo na ito.

Kasaysayan ng Big Bang Theory.

Ang pinakamaagang pagbanggit ng big bang ay nagsimula noong unang bahagi ng ika-20 siglo at nauugnay sa mga obserbasyon sa kalawakan. Noong 1912, ang American astronomer na si Vesto Slifer ay gumawa ng isang serye ng mga obserbasyon ng spiral galaxies (na orihinal na inakala na nebulae) at sinukat ang kanilang Doppler redshift. Sa halos lahat ng kaso, ipinakita ng mga obserbasyon na ang mga spiral galaxy ay lumalayo sa ating Milky Way.

Noong 1922, nakuha ng namumukod-tanging Russian mathematician at cosmologist na si Alexander Friedman ang tinatawag na Friedmann equation mula sa mga equation ni Einstein para sa pangkalahatang relativity. Sa kabila ng pagtataguyod ni Einstein ng isang teorya na pabor sa isang cosmological constant, ipinakita ng gawa ni Friedman na ang uniberso ay nasa isang estado ng pagpapalawak.

Noong 1924, ang mga sukat ni Edwin Hubble sa distansya sa isang kalapit na spiral nebula ay nagpakita na ang mga sistemang ito sa katunayan ay tunay na magkakaibang mga kalawakan. Kasabay nito, nagsimula ang Hubble na bumuo ng isang serye ng mga sukatan ng pagbabawas ng distansya gamit ang 2.5-meter Hooker Telescope sa Mount Wilson Observatory. Noong 1929, natuklasan ni Hubble ang isang relasyon sa pagitan ng distansya at ang bilis ng pag-urong ng mga kalawakan, na kalaunan ay naging batas ni Hubble.

Noong 1927, ang Belgian mathematician, physicist at Catholic priest na si Georges Lemaître ay nakapag-iisa na nakarating sa parehong mga resulta gaya ng mga equation ni Friedmann, at siya ang unang bumalangkas ng ugnayan sa pagitan ng distansya at bilis ng mga kalawakan, na nag-aalok ng unang pagtatantya ng koepisyent ng relasyong ito. Naniniwala si Lemaitre na sa isang punto sa nakaraan ang buong masa ng uniberso ay puro sa isang punto (atom.

Ang mga pagtuklas at pagpapalagay na ito ay nagdulot ng maraming debate sa mga physicist noong 20s at 30s, karamihan sa kanila ay naniniwala na ang uniberso ay nasa isang nakatigil na estado. Ayon sa modelo na itinatag noong panahong iyon, ang bagong bagay ay nilikha kasama ng walang katapusang pagpapalawak ng sansinukob, na ibinahagi nang pantay-pantay at pantay sa density sa buong lawak nito. Sa mga siyentipikong sumuporta dito, ang ideyang big bang ay tila mas teolohiko kaysa siyentipiko. Ang Lemaitre ay binatikos dahil sa pagiging bias batay sa mga relihiyosong pagtatangi.

Dapat pansinin na ang iba pang mga teorya ay umiral nang sabay. Halimbawa, ang Milne na modelo ng uniberso at ang cyclic na modelo. Ang dalawa ay batay sa mga postulate ng pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein at pagkatapos ay nakatanggap ng suporta ng siyentipiko mismo. Ayon sa mga modelong ito, ang uniberso ay umiiral sa isang walang katapusang daloy ng paulit-ulit na mga siklo ng paglawak at pagbagsak.

1. Ang panahon ng singularidad (Planckian). Ito ay itinuturing na pangunahin, bilang unang yugto ng ebolusyon ng Uniberso. Ang bagay ay puro sa isang punto, na may sariling temperatura at walang katapusang density. Nagtatalo ang mga siyentipiko na ang panahong ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pangingibabaw ng mga quantum effect na kabilang sa gravitational interaction sa mga pisikal, at walang isang pisikal na puwersa na umiral sa mga panahong iyon ay magkapareho sa lakas sa gravity, iyon ay, hindi ito katumbas nito. Ang tagal ng panahon ng Planck ay puro sa hanay mula 0 hanggang 10-43 segundo. Natanggap nito ang pangalang ito dahil ang oras ng Planck lamang ang ganap na masusukat ang lawak nito. Ang agwat ng oras na ito ay itinuturing na napaka-unstable, na kung saan ay malapit na nauugnay sa matinding temperatura at walang limitasyong density ng bagay. Kasunod ng panahon ng singularity, isang panahon ng pagpapalawak ang naganap, at kasama nito ang paglamig, na humantong sa pagbuo ng mga pangunahing pisikal na puwersa.

Paano ipinanganak ang Uniberso. Malamig na panganganak

Ano ang nangyari bago ang Uniberso? Modelo ng "Natutulog" na Uniberso

"Marahil bago ang Big Bang ang Uniberso ay isang napaka-compact, dahan-dahang umuusbong na static na espasyo," ang teorya ng mga physicist tulad nina Kurt Hinterbichler, Austin Joyce at Justin Khoury.

Ang "pre-explosion" na Universe na ito ay kailangang magkaroon ng isang metastable na estado, iyon ay, maging matatag hanggang lumitaw ang isang mas matatag na estado. Sa pamamagitan ng pagkakatulad, isipin ang isang talampas, sa gilid kung saan mayroong isang malaking bato sa isang estado ng panginginig ng boses. Anumang pagkakadikit sa malaking bato ay hahantong sa pagbagsak nito sa kailaliman o - na mas malapit sa ating kaso - isang Big Bang ang magaganap. Ayon sa ilang mga teorya, ang "pre-explosion" na Uniberso ay maaaring umiral sa ibang anyo, halimbawa, sa anyo ng isang oblate at napakasiksik na espasyo. Bilang resulta, natapos ang metatable na panahon na ito: lumawak ito nang husto at nakuha ang hugis at estado ng nakikita natin ngayon.

"Ang sleeping universe model, gayunpaman, ay mayroon ding mga problema," sabi ni Carroll.

"Ipinapalagay din nito na ang ating Uniberso ay may mababang antas ng entropy, ngunit hindi ipinapaliwanag kung bakit ganito."

Gayunpaman, hindi nakikita ni Hinterbichler, isang theoretical physicist sa Case Western Reserve University, ang hitsura ng mababang entropy bilang isang problema.

"Naghahanap lang kami ng paliwanag sa mga dinamikong naganap bago ang Big Bang na nagpapaliwanag kung bakit nakikita natin ang nakikita natin ngayon. Sa ngayon, ito na lang ang natitira sa amin,” sabi ni Hinterbichler.

Gayunpaman, naniniwala si Carroll na may isa pang teorya ng isang "pre-explosion" na Uniberso na maaaring ipaliwanag ang mababang antas ng entropy na naroroon sa ating Uniberso.

Paano lumitaw ang Uniberso mula sa wala. Paano gumagana ang Uniberso

Pag-usapan natin kung paano gumagana ang pisika, ayon sa ating mga konsepto. Mula noong panahon ni Newton, ang paradigma ng pangunahing pisika ay hindi nagbago; kabilang dito ang tatlong bahagi. Ang una ay "espasyo ng estado": mahalagang isang listahan ng lahat ng posibleng mga pagsasaayos kung saan maaaring umiral ang Uniberso. Ang pangalawa ay isang tiyak na estado na kumakatawan sa Uniberso sa isang punto ng panahon, kadalasan ang kasalukuyang. Ang ikatlo ay isang tiyak na tuntunin ayon sa kung saan ang Uniberso ay bubuo sa oras. Ibigay mo sa akin ang Uniberso ngayon, at sasabihin sa iyo ng mga batas ng pisika kung ano ang mangyayari dito sa hinaharap. Ang ganitong paraan ng pag-iisip ay hindi gaanong totoo para sa quantum mechanics o general relativity o quantum field theory kaysa sa Newtonian mechanics o Maxwellian electrodynamics.

Ang quantum mechanics, sa partikular, ay isang espesyal, ngunit napakaraming gamit na pagpapatupad ng scheme na ito. (Ang quantum field theory ay isang partikular na halimbawa lamang ng quantum mechanics, hindi isang bagong paraan ng pag-iisip). Ang mga estado ay "mga function ng alon", at ang hanay ng lahat ng posibleng mga function ng wave ng isang partikular na sistema ay tinatawag na "Hilbert space". Ang kalamangan nito ay lubos nitong nililimitahan ang hanay ng mga posibilidad (dahil ito ay isang vector space: isang tala para sa mga eksperto). Kapag sinabi mo sa akin ang laki nito (bilang ng mga dimensyon), ganap mong tutukuyin ang iyong Hilbert space. Ito ay lubos na naiiba sa mga klasikal na mekanika, kung saan ang espasyo ng estado ay maaaring maging lubhang kumplikado. At mayroon ding isang makina - ang "Hamiltonian" - na eksaktong nagpapahiwatig kung paano umunlad mula sa isang estado patungo sa isa pa sa paglipas ng panahon. Inuulit ko na walang maraming uri ng Hamiltonians; sapat na upang isulat ang isang tiyak na listahan ng mga dami (eigenvalues ​​​​ng enerhiya - paglilinaw para sa iyo, nakakainis na mga eksperto).

Paano lumitaw ang buhay sa Earth. Buhay sa Lupa

Ang buhay gamit ang chemistry na naiiba sa atin ay maaaring lumitaw sa Earth nang higit sa isang beses. Siguro. At kung makakita tayo ng katibayan ng naturang proseso, nangangahulugan ito na may mataas na posibilidad na ang buhay ay lilitaw sa maraming lugar sa Uniberso nang independyente sa isa't isa, tulad ng buhay na lumitaw sa Earth. Ngunit sa kabilang banda, isipin kung ano ang mararamdaman natin kung sa kalaunan ay natuklasan natin ang buhay sa ibang planeta, marahil ay umiikot sa isang malayong bituin, at ito ay naging magkaparehong kimika at marahil ay magkaparehong istruktura ng DNA sa atin.

Ang mga pagkakataon na ang buhay sa Earth ay kusang bumangon at sa pamamagitan ng pagkakataon ay tila napakaliit. Ang mga pagkakataon ng eksaktong parehong buhay na lumitaw sa ibang lugar ay hindi kapani-paniwalang maliit, at halos katumbas ng zero. Ngunit may mga posibleng sagot sa mga tanong na ito, na binalangkas ng mga astronomong Ingles na sina Fred Hoyle at Chandra Wickramasinghe sa kanilang hindi pangkaraniwang aklat, na isinulat noong 1979, Life cloud.

Dahil sa hindi malamang na pagkakataon na ang buhay sa Earth ay lumitaw sa sarili nitong, ang mga may-akda ay nagmumungkahi ng isa pang paliwanag. Ito ay nakasalalay sa katotohanan na ang paglitaw ng buhay ay naganap sa isang lugar sa kalawakan, at pagkatapos ay kumalat sa buong Uniberso sa pamamagitan ng panspermia. Ang mikroskopikong buhay na nakulong sa mga debris mula sa cosmic collisions ay maaaring maglakbay habang natutulog sa napakatagal na panahon. Pagkatapos nito, kapag ito ay dumating sa kanyang destinasyon, kung saan ito ay magsisimulang umunlad muli. Kaya, ang lahat ng buhay sa Uniberso, kabilang ang buhay sa Earth, ay sa katunayan ang parehong buhay.

Video Paano lumitaw ang Uniberso

Paano lumitaw ang Uniberso mula sa wala. Malamig na panganganak

Gayunpaman, ang landas sa gayong pag-iisa ay maaaring isipin sa isang antas ng husay, at ang mga napaka-kagiliw-giliw na mga prospect ay lumitaw dito. Ang isa sa kanila ay isinasaalang-alang ng sikat na cosmologist, propesor sa Unibersidad ng Arizona na si Lawrence Krauss sa kanyang kamakailang nai-publish na aklat na "A Universe From Nothing". Ang kanyang hypothesis ay mukhang hindi kapani-paniwala, ngunit hindi sumasalungat sa itinatag na mga batas ng pisika.

Ito ay pinaniniwalaan na ang ating Uniberso ay bumangon mula sa isang napakainit na paunang estado na may temperatura na humigit-kumulang 1032 Kelvin. Gayunpaman, posible ring isipin ang malamig na kapanganakan ng mga uniberso mula sa purong vacuum - mas tiyak, mula sa mga pagbabago sa dami nito. Kilalang-kilala na ang gayong mga pagbabagu-bago ay nagbubunga ng napakaraming mga virtual na particle na literal na bumangon mula sa kawalan at pagkatapos ay nawala nang walang bakas. Ayon kay Krauss, ang mga pagbabagu-bago ng vacuum ay, sa prinsipyo, ay may kakayahang magbunga ng pantay na ephemeral protouniverses, na, sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ay pumasa mula sa isang virtual na estado tungo sa isang tunay.

Ang tanong kung paano nabuo ang Uniberso ay palaging nag-aalala sa mga tao. Hindi ito nakakagulat, dahil lahat ay gustong malaman ang kanilang pinagmulan. Ang mga siyentipiko, pari at manunulat ay nahihirapan sa tanong na ito sa loob ng ilang libong taon. Ang tanong na ito ay nakakaganyak sa isip ng hindi lamang mga espesyalista, kundi pati na rin ng bawat ordinaryong tao. Gayunpaman, nararapat na sabihin kaagad na walang 100% na sagot sa tanong kung paano nabuo ang Uniberso. Mayroon lamang teorya na sinusuportahan ng karamihan sa mga siyentipiko.

• Dito natin ito susuriin.

Dahil ang lahat ng bagay na nakapaligid sa tao ay may sariling simula, hindi kataka-taka na mula pa noong sinaunang panahon ay sinisikap ng tao na hanapin ang simula ng Uniberso. Para sa isang tao ng Middle Ages, ang sagot sa tanong na ito ay medyo simple - nilikha ng Diyos ang Uniberso. Gayunpaman, sa pag-unlad ng agham, ang mga siyentipiko ay nagsimulang tanungin hindi lamang ang tanong ng Diyos, kundi pati na rin ang ideya na ang Uniberso ay may simula.

Noong 1929, salamat sa American astronomer na si Hubble, bumalik ang mga siyentipiko sa tanong ng mga ugat ng Uniberso. Ang katotohanan ay pinatunayan ng Hubble na ang mga kalawakan na bumubuo sa Uniberso ay patuloy na gumagalaw. Bilang karagdagan sa paggalaw, maaari rin silang tumaas, na nangangahulugang tumataas ang Uniberso. At kung ito ay lumalaki, lumalabas na minsan ay may yugto kung saan nagsimula ang paglago na ito. Nangangahulugan ito na ang Uniberso ay may simula.

Maya-maya, ang British astronomer na si Hoyle ay naglagay ng isang kahindik-hindik na hypothesis: ang Uniberso ay bumangon sa sandali ng Big Bang. Ang kanyang teorya ay bumaba sa kasaysayan sa ilalim ng pangalang iyon. Ang kakanyahan ng ideya ni Hoyle ay simple at kumplikado sa parehong oras. Naniniwala siya na minsan ay may isang yugto na tinatawag na estado ng cosmic singularity, iyon ay, ang oras ay nakatayo sa zero, at ang density at temperatura ay katumbas ng infinity. At sa isang sandali ay nagkaroon ng pagsabog, bilang isang resulta kung saan ang singularity ay nasira, at samakatuwid ang density at temperatura ay nagbago, nagsimula ang paglaki ng bagay, na nangangahulugang ang oras ay nagsimulang mabilang. Nang maglaon, tinawag mismo ni Hoyle ang kanyang teorya na hindi nakakumbinsi, ngunit hindi nito napigilan ang pagiging pinakatanyag na hypothesis ng pinagmulan ng Uniberso.

Kailan nangyari ang tinatawag ni Hoyle na Big Bang? Ang mga siyentipiko ay nagsagawa ng maraming mga kalkulasyon, bilang isang resulta, karamihan ay sumang-ayon sa figure na 13.5 bilyong taon. Noon nagsimulang lumitaw ang Uniberso sa loob lamang ng isang segundo, ang Uniberso ay nakakuha ng sukat na mas maliit kaysa sa isang atom, at ang proseso ng pagpapalawak ay inilunsad. Ang gravity ay may mahalagang papel. Ang pinaka-kagiliw-giliw na bagay ay na kung ito ay naging isang maliit na mas malakas, pagkatapos ay walang lumitaw, sa karamihan ng isang black hole. At kung ang gravity ay medyo mahina, kung gayon walang lalabas sa lahat.
Ilang segundo pagkatapos ng Pagsabog, bahagyang bumaba ang temperatura sa Uniberso, na nagbigay ng impetus sa paglikha ng matter at antimatter. Bilang resulta, nagsimulang lumitaw ang mga atomo. Kaya't ang Uniberso ay tumigil sa pagiging monochromatic. Sa isang lugar mayroong mas maraming mga atomo, sa isang lugar na mas kaunti. Sa ilang bahagi ito ay mas mainit, sa iba ay mas mababa ang temperatura. Nagsimulang magbanggaan ang mga atomo, na bumubuo ng mga compound, pagkatapos ay mga bagong sangkap, at kalaunan ay mga katawan. Ang ilang mga bagay ay may malaking panloob na enerhiya. Ito ang mga bituin. Nagsimula silang magtipon sa kanilang sarili (salamat sa puwersa ng grabidad) iba pang mga katawan na tinatawag nating mga planeta. Ganito umusbong ang mga sistema, isa na rito ang ating Solar system.

Big Bang. Mga problema sa modelo at ang kanilang paglutas

1. Ang problema ng malaking sukat at isotropy ng Uniberso ay maaaring malutas dahil sa ang katunayan na sa yugto ng inflation ang pagpapalawak ay naganap sa isang hindi karaniwang mataas na rate. Ito ay sumusunod mula dito na ang buong espasyo ng nakikitang Uniberso ay resulta ng isang kaugnay na rehiyon ng kapanahunan bago ang inflationary.
2. Paglutas ng problema ng isang patag na Uniberso. Posible ito dahil sa yugto ng inflation ang radius ng curvature ng space ay tumataas. Ang halagang ito ay tulad na pinapayagan nito ang mga modernong parameter ng density na magkaroon ng isang halaga na malapit sa kritikal.
3. Ang pagpapalawak ng inflationary ay humahantong sa paglitaw ng mga pagbabago sa density na may isang tiyak na amplitude at spectrum na hugis. Ginagawa nitong posible para sa mga oscillations (pagbabago) na ito na umunlad sa kasalukuyang istraktura ng Uniberso, habang pinapanatili ang malakihang homogeneity at isotropy. Ito ay isang solusyon sa problema ng malakihang istruktura ng Uniberso.

Ang pangunahing kawalan ng modelo ng inflation ay maaaring ituring na umaasa sa mga teorya na hindi pa napatunayan at hindi pa ganap na binuo.

Halimbawa, ang modelo ay batay sa pinag-isang teorya ng larangan, na isa pa ring hypothesis. Hindi ito maaaring masuri sa eksperimento sa mga kondisyon ng laboratoryo. Ang isa pang disbentaha ng modelo ay ang hindi maintindihan kung saan nagmula ang sobrang init at lumalawak na bagay. Tatlong posibilidad ang isinasaalang-alang dito:

1. Ang karaniwang teorya ng Big Bang ay nagmumungkahi ng pagsisimula ng inflation sa isang napakaagang yugto sa ebolusyon ng Uniberso. Ngunit pagkatapos ay ang problema ng singularity ay hindi nalutas.
2. Ang pangalawang posibilidad ay ang paglitaw ng Uniberso mula sa kaguluhan. Ang iba't ibang bahagi nito ay may iba't ibang temperatura, kaya naganap ang compression sa ilang lugar, at naganap ang pagpapalawak sa iba. Naganap sana ang inflation sa isang rehiyon ng Uniberso na sobrang init at lumalawak. Ngunit hindi malinaw kung saan nagmula ang pangunahing kaguluhan.
3. Ang ikatlong opsyon ay ang quantum mechanical path, kung saan lumitaw ang isang kumpol ng sobrang init at lumalawak na bagay. Sa katunayan, ang Uniberso ay nabuo mula sa wala.

Nakumpleto ng pangkat ng mag-aaral PI-05-1: Tsaaeva D.B.

Grozny State Oil Institute
ipinangalan sa Academician M.D. Millionshchikova

Ang gawaing ito ay nagbibigay ng isang paglalarawan kung ano ang siyentipikong larawan ng mundo, at nagbibigay din ng isang maikling paglalarawan ng ideya ng Uniberso (Ang aming ideya ng Uniberso, ang Kapanganakan ng Uniberso, atbp.).

Kasama sa gawaing ito ang 10 pahina.

Ang pang-agham na larawan ng mundo ay isang holistic na sistema ng mga ideya tungkol sa mga pangkalahatang katangian at pattern ng realidad, na binuo bilang resulta ng generalization at synthesis ng mga pangunahing siyentipikong konsepto at prinsipyo.

Ang pang-agham na larawan ng mundo ay makabuluhang naiiba sa mga ideya sa relihiyon tungkol sa mundo, na hindi nakabatay sa mga napatunayang katotohanan, ngunit sa awtoridad ng mga propeta at tradisyon ng relihiyon. Ang mga relihiyosong interpretasyon ng konsepto ng sansinukob ay patuloy na nagbabago upang mailapit sila sa mga modernong interpretasyong siyentipiko. Kaya naman, ilang daang taon lamang ang nakalipas, ang mga Kristiyano, na literal na nagpapakahulugan sa Bibliya, ay naniniwala na ang langit ay matibay (“kalawakan”), at ang mga Muslim, ayon sa Koran, ay naniniwala na ang Araw ay lumubog sa isang “maputik na balon.” Ang mga dogma ng iba't ibang relihiyon, bilang isang patakaran, ay sumasalungat sa isa't isa, at ang mga kontradiksyong ito ay napakahirap na pagtagumpayan (hindi katulad ng mga kontradiksyon sa siyensiya, na nagtagumpay sa eksperimentong paraan).

Minsan ang isang sikat na siyentipiko (sinasabi nila na ito ay si Bertrand Russell) ay nagbigay ng pampublikong panayam sa astronomiya. Sinabi niya kung paano umiikot ang Earth sa Araw, at ang Araw naman ay umiikot sa gitna ng malaking kumpol ng mga bituin na tinatawag na ating Galaxy. Nang matapos ang lektura, isang maliit na matandang babae ang tumayo mula sa likurang hanay ng bulwagan at nagsabi: “Lahat ng sinabi mo sa amin ay walang kabuluhan, ang aming mundo ay isang patag na plato na nakatayo sa likod ng isang higanteng pagong .” Nakangiting nakakumbinsi, nagtanong ang siyentipiko: "Ano ang sinusuportahan ng pagong?" "Napakatalino mo, binata," sagot ng matandang babae, "Ang isang pagong ay nasa isa pang pagong, ang isa ay nasa isang pagong, at iba pa sa ibaba at pababa."

Ang ideyang ito ng Uniberso bilang isang walang katapusang tore ng mga pagong ay mukhang nakakatawa sa karamihan sa atin, ngunit bakit sa palagay natin tayo mismo ang nakakaalam? Ano ang alam natin tungkol sa Uniberso, at paano natin ito nalaman? Saan nagmula ang Uniberso, at ano ang mangyayari dito? May simula ba ang Uniberso, at kung gayon, ano ang nangyari bago ang simula? Ano ang kakanyahan ng oras? Magtatapos pa ba ito? Ang mga tagumpay ng physics sa mga nakaraang taon, na bahagyang utang natin sa kamangha-manghang bagong teknolohiya, ay ginagawang posible na sa wakas ay makakuha ng mga sagot sa kahit ilan sa mga matagal nang tanong na ito. Sa paglipas ng panahon, ang mga sagot na ito ay maaaring maging kasing halata ng katotohanan na ang Earth ay umiikot sa Araw, at marahil bilang katawa-tawa bilang isang tore ng mga pagong. Ang oras lamang (kung ano man iyon) ang magpapasya.

Ayon sa cosmological data, ang Uniberso ay lumitaw bilang isang resulta ng isang sumasabog na proseso na tinatawag na Big Bang, na naganap mga 14 bilyong taon na ang nakalilipas. Ang teorya ng Big Bang ay angkop na angkop sa mga naobserbahang katotohanan (halimbawa, ang pagpapalawak ng Uniberso at ang pangingibabaw ng hydrogen) at pinahintulutan kaming gumawa ng mga tamang hula, lalo na, tungkol sa pagkakaroon at mga parameter ng cosmic microwave background radiation.

Sa sandali ng Big Bang, sinakop ng Uniberso ang mga microscopic, quantum na sukat.

Ayon sa inflationary model, sa unang yugto ng ebolusyon nito ang Uniberso ay nakaranas ng panahon ng pinabilis na paglawak (inflation). Ipinapalagay na sa sandaling ito ang Uniberso ay "walang laman at malamig" (isang mataas na enerhiyang scalar field lamang ang umiiral) at pagkatapos ay napuno ng mainit na bagay na patuloy na lumalawak.

Ang paglipat ng enerhiya sa masa ay hindi sumasalungat sa mga pisikal na batas, halimbawa, ang pagsilang ng isang pares ng particle-antiparticle mula sa isang vacuum ay maaari pa ring maobserbahan sa ilang mga siyentipikong eksperimento.

Ang isa sa pinakamahalagang katangian ng Uniberso ay ang pagpapalawak nito, at sa isang pinabilis na bilis. Kung mas malayo ang isang bagay mula sa ating kalawakan, mas mabilis itong lumayo sa atin (ngunit hindi ito nangangahulugan na tayo ay nasa gitna ng mundo: ito ay totoo para sa anumang punto sa kalawakan).

Ang nakikitang bagay sa Uniberso ay nakaayos sa mga kumpol ng bituin - mga kalawakan. Ang mga kalawakan ay bumubuo ng mga pangkat, na kung saan, ay kasama sa mga supercluster ng mga kalawakan. Ang mga supercluster ay puro sa loob ng mga flat layer, kung saan mayroong espasyo na halos walang mga galaxy. Kaya, sa napakalaking sukat, ang Uniberso ay may cellular na istraktura, na nakapagpapaalaala sa spongy na istraktura ng tinapay. Gayunpaman, sa mas malalayong distansya (mahigit sa 1 bilyong light years), ang bagay sa Uniberso ay pantay na ipinamamahagi.

Kung titingnan mo ang kalangitan sa isang malinaw at walang buwang gabi, ang pinakamaliwanag na bagay na makikita mo ay malamang na ang mga planetang Venus, Mars, Jupiter at Saturn. Bilang karagdagan, makikita mo ang isang malaking bilang ng mga bituin na katulad ng ating Araw, ngunit matatagpuan sa malayo mula sa amin. Habang umiikot ang Earth sa Araw, ang ilan sa mga "fixed" na bituin na ito ay bahagyang nagbabago ng kanilang posisyon sa isa't isa, ibig sabihin, hindi talaga sila nakatigil!

Ang katotohanan ay medyo mas malapit sila sa atin kaysa sa iba. Dahil ang Earth ay umiikot sa Araw, ang mga kalapit na bituin ay nakikita sa lahat ng oras sa iba't ibang mga punto sa background ng mas malalayong mga bituin. Dahil dito, posibleng direktang sukatin ang distansya mula sa amin sa mga bituin na ito: kung mas malapit sila, mas kapansin-pansin ang kanilang paggalaw.

Ito ay kagiliw-giliw na kung ano ang pangkalahatang estado ng pag-iisip na pang-agham bago ang simula ng ika-20 siglo: hindi kailanman nangyari sa sinuman na ang Uniberso ay maaaring lumawak o makontrata. Ang bawat tao'y naniniwala na ang Uniberso ay maaaring palaging umiral sa isang hindi nagbabagong estado, o nilikha sa isang punto ng panahon sa nakalipas na humigit-kumulang tulad ng ngayon. Ito ay maaaring bahagyang ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagkahilig ng mga tao na maniwala sa mga walang hanggang katotohanan, at gayundin ng espesyal na atraksyon ng ideya na, kahit na sila mismo ay tumanda at mamatay, ang Uniberso ay mananatiling walang hanggan at hindi nagbabago.

Gorelov A.A. Mga konsepto ng modernong natural na agham. – M.: Center, 2002. – 208 p.

Kanke V.A. Mga konsepto ng modernong natural na agham. Textbook para sa mga unibersidad. Ed. Ika-2, rev. – M.: Logos, 2003. – 368 p.

Karpenkov S.Kh. Mga konsepto ng modernong natural na agham. State Unitary Enterprise "Publishing House", "Higher School", 2001.

Pagkatapos ng mahiwagang kosmolohikal na singularidad ay darating ang hindi gaanong mahiwagang panahon ng Planck (0 -10 -43 s). Mahirap sabihin kung anong mga proseso ang naganap sa maikling sandali na ito ng bagong silang na Uniberso. Ngunit tiyak na alam na sa pagtatapos ng sandali ng Planck, ang impluwensya ng gravitational ay nahiwalay mula sa tatlong pangunahing pwersa, na pinagsama sa isang solong grupo ng Great Unification.

Upang mailarawan ang naunang sandali, kailangan ang isang bagong teorya, na bahagi nito ay maaaring ang modelo ng loop quantum gravity at string theory. Lumalabas na ang panahon ng Planck, tulad ng cosmological singularity, ay bumubuo ng isang napakaikling agwat sa tagal, ngunit makabuluhan sa pang-agham na timbang, sa magagamit na kaalaman sa unang bahagi ng Uniberso. Sa loob din ng panahon ng Planck ay may mga kakaibang pagbabagu-bago ng espasyo at oras. Upang ilarawan ang quantum chaos na ito, maaari nating gamitin ang imahe ng mga foaming quantum cell ng space-time.

Kung ikukumpara sa panahon ng Planck, ang mga karagdagang kaganapan ay lilitaw sa ating harapan sa maliwanag at maliwanag na liwanag. Sa panahon mula 10 -43 s hanggang 10 -35 s, ang mga puwersa ng grabidad at ang Great Unification ay kumikilos na sa batang Uniberso. Sa panahong ito, ang malakas, mahina at electromagnetic na mga impluwensya ay isa at nabuo ang puwersang larangan ng Great Unification.

Nang lumipas ang 10 -35 s mula noong Big Bang, ang Uniberso ay umabot sa temperatura na 10 29 K. Sa sandaling ito, humiwalay ang malakas na interaksyon mula sa electroweak na interaksyon. Ito ay humantong sa pagkasira ng simetrya, na naganap sa iba't ibang bahagi ng Uniberso. May posibilidad na ang Uniberso ay nahahati sa mga bahagi na nabakuran sa isa't isa ng mga depekto sa espasyo-oras. Ang iba pang mga depekto ay maaari ding umiral doon - mga cosmic string o magnetic monopole. Gayunpaman, ngayon hindi natin ito makikita dahil sa isa pang dibisyon ng kapangyarihan ng Grand Unification - cosmological inflation.

Sa oras na iyon, ang Uniberso ay napuno ng isang gas ng mga graviton - hypothetical quanta ng gravitational field at boson ng Grand Unified force. Kasabay nito, halos walang pagkakaiba sa pagitan ng mga lepton at quark.

Nang magkaroon ng paghihiwalay ng mga puwersa sa ilang bahagi ng Uniberso, isang huwad na vacuum ang nalikha. Ang enerhiya ay natigil sa isang mataas na antas, na pinipilit ang puwang na doble bawat 10 -34 s. Kaya, lumipat ang Uniberso mula sa quantum scales (isang bilyong trilyon ng isang trilyon ng isang sentimetro) hanggang sa sukat ng bola na may diameter na humigit-kumulang 10 cm Bilang resulta ng panahon ng Great Unification, isang phase transition ng naganap ang pangunahing bagay, na sinamahan ng isang paglabag sa pagkakapareho ng density nito. Ang panahon ng Great Unification ay natapos humigit-kumulang 10?34 segundo mula sa sandali ng Big Bang, kung kailan ang density ng matter ay 10 74 g/cm³ at ang temperatura ay 10 27 K. Sa puntong ito ng oras, ang malakas na interaksyon ng nuklear ay hiwalay sa pangunahing pakikipag-ugnayan, na nagsisimulang gumanap ng mahalagang papel sa mga nilikhang kundisyon. Ang paghihiwalay na ito ay humantong sa susunod na yugto ng paglipat at malakihang pagpapalawak ng Uniberso, na humantong sa isang pagbabago sa density ng bagay at ang pamamahagi nito sa buong Uniberso.

Ang isa sa mga dahilan kung bakit kakaunti ang alam natin tungkol sa estado ng Uniberso bago ang inflation ay ang mga kasunod na kaganapan ay nagbago nang malaki, na nakakalat ng mga pre-inflationary particle hanggang sa pinakamalayong sulok ng Uniberso. Samakatuwid, kahit na ang mga particle na ito ay napanatili, ang pagtuklas ng mga ito sa modernong bagay ay medyo mahirap.

Sa mabilis na pag-unlad ng Uniberso, ang mga malalaking pagbabago ay nagaganap, at kasunod ng panahon ng Great Unification ay dumating ang panahon ng inflation (10 -35 - 10 -32). Ang panahong ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng napakabilis na pagpapalawak ng batang Uniberso, iyon ay, inflation. Sa maikling sandaling iyon, ang Uniberso ay isang karagatan ng maling vacuum na may mataas na density ng enerhiya, salamat sa kung saan naging posible ang pagpapalawak. Kasabay nito, ang mga parameter ng vacuum ay patuloy na nagbabago dahil sa mga pagsabog ng quantum - pagbabagu-bago (space-time foaming).

Ipinapaliwanag ng inflation ang likas na katangian ng pagsabog sa panahon ng Big Bang, iyon ay, kung bakit naganap ang mabilis na paglawak ng Uniberso. Ang batayan para sa paglalarawan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ang pangkalahatang teorya ng relativity at quantum field theory ni Einstein. Upang ilarawan ang hindi pangkaraniwang bagay na ito, nagtayo ang mga physicist ng hypothetical inflator field na pumupuno sa lahat ng espasyo. Salamat sa mga random na pagbabagu-bago, kinuha ito sa iba't ibang mga halaga sa mga arbitrary na spatial na rehiyon at sa iba't ibang oras. Pagkatapos ang isang homogenous na pagsasaayos ng isang kritikal na sukat ay nabuo sa patlang ng inflator, pagkatapos kung saan ang spatial na rehiyon na inookupahan ng pagbabagu-bago ay nagsimulang mabilis na tumaas sa laki. Dahil sa pagnanais ng inflator field na sakupin ang isang posisyon kung saan ang enerhiya nito ay minimal, ang proseso ng pagpapalawak ay nakakuha ng isang pagtaas ng karakter, bilang isang resulta kung saan ang Uniberso ay nagsimulang tumaas sa laki. Sa sandali ng pagpapalawak (10 -34), ang maling vacuum ay nagsimulang maghiwa-hiwalay, bilang isang resulta kung saan ang mga particle at antiparticle ng mataas na enerhiya ay nagsimulang mabuo.

Ang panahon ng hadron ay nagsisimula sa kasaysayan ng Uniberso, isang mahalagang katangian kung saan ay ang pagkakaroon ng mga particle at antiparticle. Ayon sa mga modernong konsepto, sa mga unang microsecond pagkatapos ng Big Bang, ang Uniberso ay nasa estado ng quark-gluon plasma. Ang mga quark ay mga bahagi ng lahat ng mga hadron (proton at neutron), at ang mga neutral na particle, mga gluon, ay mga tagadala ng malakas na interaksyon, na nagsisiguro sa pagdikit ng mga quark sa mga hadron. Sa mga unang sandali ng Uniberso, ang mga particle na ito ay nabuo pa lamang at nasa isang malaya, gas na estado.

Ang chromoplasm ng mga quark at gluon ay karaniwang inihahambing sa likidong estado ng nakikipag-ugnayan na bagay. Sa yugtong ito, ang mga quark at gluon ay napalaya mula sa hadronic matter at maaaring malayang gumagalaw sa buong espasyo ng plasma, na nagreresulta sa pagbuo ng color conductivity.

Sa kabila ng napakataas na temperatura, ang mga quark ay lubos na nakagapos, at ang kanilang paggalaw ay kahawig ng paggalaw ng mga atomo sa isang likido kaysa sa isang gas. Gayundin, sa ilalim ng gayong mga kondisyon, ang isa pang phase transition ay nagaganap, kung saan ang mga light quark na bumubuo sa bagay ay nagiging massless.

Ang mga obserbasyon ng CMB ay nagpakita na ang paunang kasaganaan ng mga particle kumpara sa bilang ng mga antiparticle ay isang bale-wala na bahagi ng kabuuan. At ang mga sobrang proton na ito ay sapat na upang lumikha ng bagay ng Uniberso.

Ang ilang mga siyentipiko ay naniniwala na mayroon ding pagtatago ng bagay sa panahon ng hadron. Ang carrier ng nakatagong masa ay hindi kilala, ngunit ang mga elementarya na particle tulad ng mga axion ay itinuturing na pinaka-malamang.

Habang umuunlad ang pagsabog, bumaba ang temperatura at pagkatapos ng isang ikasampu ng isang segundo ay umabot sa 3*10 10 degrees Celsius. Sa isang segundo - sampung libong milyong degree, at sa labintatlong segundo - tatlong libong milyon. Ito ay sapat na para sa mga electron at positron upang magsimulang mapuksa nang mas mabilis. Ang enerhiya na inilabas sa panahon ng paglipol ay unti-unting nagpabagal sa bilis ng paglamig ng Uniberso, ngunit ang temperatura ay patuloy na bumababa.

Ang panahon mula 10-4 - 10 s ay karaniwang tinatawag na panahon ng mga lepton. Kapag ang enerhiya ng mga particle at photon ay bumaba ng isang daang beses, ang bagay ay napuno ng mga lepton-electron at positron. Ang panahon ng lepton ay nagsisimula sa pagkabulok ng mga huling hadron sa mga muon at muon neutrino, at nagtatapos pagkaraan ng ilang segundo, nang ang enerhiya ng photon ay biglang nabawasan at ang pagbuo ng mga pares ng electron-positron ay tumigil.

Humigit-kumulang isang daan ng isang segundo pagkatapos ng Big Bang, ang temperatura ng Uniberso ay 10 11 degrees Celsius. Ito ay mas mainit kaysa sa gitna ng anumang bituin na alam natin. Napakataas ng temperaturang ito na wala sa mga bahagi ng ordinaryong bagay, mga atomo at molekula, ang maaaring umiral. Sa halip, ang batang Uniberso ay binubuo ng elementarya na mga particle. Ang isa sa mga particle na ito ay mga electron, mga particle na may negatibong charge na bumubuo sa mga panlabas na bahagi ng lahat ng mga atomo. Ang iba pang mga particle ay mga positron, mga particle na may positibong charge na may mass na eksaktong katumbas ng mass ng isang electron. Bilang karagdagan, mayroong mga neutrino ng iba't ibang uri - mga makamulto na particle na walang mass o electrical charge. Ngunit ang mga neutrino at antineutrino ay hindi naglipol sa isa't isa, dahil ang mga particle na ito ay nakikipag-ugnayan nang mahina sa isa't isa at sa iba pang mga particle. Samakatuwid, dapat pa rin silang matagpuan sa paligid natin, at maaari silang maging isang mahusay na paraan upang subukan ang isang modelo ng isang mainit na maagang Uniberso. Gayunpaman, ang mga enerhiya ng mga particle na ito ay masyadong mababa ngayon upang obserbahan ang mga ito.

Sa panahon ng mga lepton, mayroong mga particle tulad ng mga proton at neutron. At sa wakas, nagkaroon ng liwanag sa Uniberso, na, ayon sa quantum theory, ay binubuo ng mga photon. Sa proporsyonal, mayroong isang libong milyong mga electron bawat neutron at proton. Ang lahat ng mga particle na ito ay patuloy na ipinanganak mula sa purong enerhiya, at pagkatapos ay nilipol, na bumubuo ng iba pang mga uri ng mga particle. Ang densidad sa unang bahagi ng Uniberso sa gayong mataas na temperatura ay apat na libong milyong beses na mas malaki kaysa sa tubig.

Gaya ng nabanggit kanina, sa panahong ito nangyayari ang masinsinang produksyon ng iba't ibang uri ng ghost neutrino, na tinatawag na relict neutrino, sa mga nuclear reaction.

Nagsisimula ang panahon ng radiation, sa simula kung saan ang Uniberso ay pumasok sa panahon ng radiation. Sa simula ng panahon (10 s), ang radiation ay masinsinang nakipag-ugnayan sa mga sisingilin na particle ng mga proton at electron. Dahil sa pagbaba ng temperatura, lumamig ang mga photon, at bilang resulta ng maraming pagkalat sa mga umuurong na particle, bahagi ng kanilang enerhiya ang natangay.

Mga isang daang segundo pagkatapos ng Big Bang, bumaba ang temperatura sa isang libong milyong digri, na siyang temperatura ng pinakamainit na bituin. Sa ilalim ng gayong mga kondisyon, ang enerhiya ng mga proton at neutron ay hindi na sapat upang labanan ang malakas na atraksyon ng nukleyar, at nagsisimula silang pagsamahin sa isa't isa, na bumubuo ng nuclei ng deuterium - mabigat na hydrogen. Pagkatapos, ang Deuterium nuclei ay nakakabit ng iba pang mga neutron at proton at nagiging helium nuclei. Pagkatapos, nabuo ang mas mabibigat na elemento - lithium at beryllium. Ang pangunahing pagbuo ng atomic nuclei ng nascent substance ay hindi nagtagal. Pagkaraan ng tatlong minuto, nagkalat ang mga particle nang napakalayo kaya naging bihira na ang mga banggaan. Ayon sa mainit na modelo ng Big Bang, humigit-kumulang isang-kapat ng mga proton at neutron ay naging mga atom ng helium, hydrogen at iba pang mga elemento. Ang natitirang elementarya na mga particle ay nabulok sa mga proton, na kumakatawan sa nuclei ng ordinaryong hydrogen.

Ilang oras pagkatapos ng Big Bang, huminto ang pagbuo ng helium at iba pang elemento. Sa loob ng isang milyong taon, patuloy na lumawak ang Uniberso at halos wala nang nangyari. Ang bagay na umiiral sa oras na iyon ay nagsimulang lumawak at lumamig. Makalipas ang ilang sandali, pagkatapos ng daan-daang libong taon, bumaba ang temperatura sa ilang libong digri, at ang enerhiya ng mga electron at nuclei ay naging hindi sapat upang madaig ang electromagnetic attraction na kumikilos sa pagitan nila. Nagsimula silang magbanggaan sa isa't isa, na bumubuo ng mga unang atomo ng hydrogen at helium (Larawan 2).

Ang mga kosmologist ay patuloy na sumusulong patungo sa isang pangwakas na pag-unawa sa mga prosesong lumikha at humubog sa Uniberso.

Ang sansinukob ay napakalawak sa espasyo at oras na para sa karamihan ng kasaysayan ng tao ay nanatiling hindi naa-access ng ating mga instrumento at ng ating isipan. Ngunit nagbago ang lahat noong ika-20 siglo, nang lumitaw ang mga bagong ideya - mula sa pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein hanggang sa mga modernong teorya ng elementarya. Nakamit din ang tagumpay salamat sa makapangyarihang mga instrumento - mula sa 100- at 200-pulgadang mga reflector na nilikha ni George Ellery Hale, na nagbukas sa atin sa mga kalawakan sa kabila ng Milky Way, hanggang sa Hubble Space Telescope, na nagdala sa atin sa panahon ng kapanganakan ng mga kalawakan. Ang pag-unlad ay bumilis sa nakalipas na 20 taon. Ito ay naging malinaw na ang madilim na bagay ay hindi binubuo ng mga ordinaryong atomo, na ang madilim na enerhiya ay umiiral. Ang mga matatapang na ideya tungkol sa cosmic inflation at ang multiplicity ng universes ay ipinanganak.

Isang daang taon na ang nakalilipas, ang Uniberso ay mas simple: walang hanggan at hindi nagbabago, na binubuo ng isang kalawakan na naglalaman ng ilang milyong nakikitang mga bituin. Ang modernong larawan ay mas kumplikado at mas mayaman. Ang kosmos ay bumangon 13.7 bilyong taon na ang nakalilipas bilang resulta ng Big Bang. Isang segundo pagkatapos ng simula, ang Uniberso ay isang mainit, walang anyo na pinaghalong elementarya na mga particle - mga quark at lepton. Habang lumalawak at lumalamig ito, sunud-sunod na umusbong ang mga istruktura: mga neutron at proton, atomic nuclei, atoms, bituin, galaxy, mga kumpol ng kalawakan at, sa wakas, mga supercluster. Ang nakikitang Uniberso ay naglalaman na ngayon ng 100 bilyong kalawakan, bawat isa ay naglalaman ng humigit-kumulang 100 bilyong bituin at marahil ay kasing dami ng mga planeta. Ang mga kalawakan mismo ay pinipigilan mula sa pagpapalawak ng gravity ng mahiwagang madilim na bagay. At ang Uniberso ay patuloy na lumalawak at kahit na ginagawa ito nang may pagbilis sa ilalim ng impluwensya ng madilim na enerhiya - isang mas mahiwagang anyo ng enerhiya, na ang puwersa ng gravitational ay hindi umaakit, ngunit nagtataboy.

Ang pangunahing tema ng ating kwento tungkol sa Uniberso ay ang ebolusyon mula sa primitive na "sopas" ng quark hanggang sa dumaraming kumplikado ng mga kalawakan, bituin, planeta at buhay na sinusunod ngayon. Ang mga istrukturang ito ay lumitaw nang paisa-isa sa paglipas ng bilyun-bilyong taon, na sumusunod sa mga pangunahing batas ng pisika. Sa paglalakbay pabalik sa panahon sa panahon ng pinagmulan, ang mga cosmologist ay unang lumipat sa detalyadong kasaysayan ng Uniberso pabalik sa unang microsecond, pagkatapos ay sa $10^(-34)$ mula sa simula (may mga malinaw na ideya tungkol sa oras na ito, ngunit hindi pa malinaw na nakumpirma) at , sa wakas, sa mismong sandali ng kapanganakan (tungkol sa kung saan mayroon pa ring mga hula). Bagama't hindi pa natin lubos na nauunawaan kung paano ipinanganak ang Uniberso, mayroon na tayong mga kahanga-hangang hypotheses, tulad ng konsepto ng maraming uniberso, kabilang ang walang katapusang bilang ng mga hindi nauugnay na subuniverse.

BATAYANG PUNTO

• Nagsimula ang ating Uniberso sa isang mainit na Big Bang 13.7 bilyong taon na ang nakakaraan at lumalawak at lumalamig mula noon. Nag-evolve ito mula sa isang walang anyo na pinaghalong elementarya tungo sa modernong lubos na nakabalangkas na kosmos.
• Ang unang microsecond ay ang panahon ng pagtukoy kung kailan nagsimulang mangibabaw ang matter sa antimatter, ipinanganak ang istruktura ng hinaharap na mga kalawakan at ang kanilang mga kumpol, at lumitaw ang dark matter - ang hindi kilalang substance na humahawak sa istrukturang ito.
• Ang kinabukasan ng Uniberso ay tinutukoy ng madilim na enerhiya - isang hindi kilalang anyo ng enerhiya na nagdudulot ng pagbilis ng pagpapalawak ng kosmolohiya na nagsimula ilang bilyong taon na ang nakalilipas.

Pagpapalawak ng Uniberso

Noong 1924, gamit ang 100-pulgadang Hooker telescope ng Mount Wilson Observatory, natuklasan ni Edwin Hubble na ang malabong nebulae, na nanatiling misteryoso sa loob ng ilang siglo, ay mga kalawakan na tulad ng sa atin. Kaya, pinalaki ng Hubble ang ating pang-unawa sa Uniberso ng 100 bilyong beses! At pagkaraan ng ilang taon, pinatunayan niya na ang mga kalawakan ay lumalayo sa isa't isa, na sumusunod sa isang mathematical pattern na kilala ngayon bilang batas ng Hubble: kung mas malayo ang isang kalawakan, mas mabilis itong gumagalaw. Ito ay mula sa batas na ito na sumusunod na ang Big Bang ay naganap 13.7 bilyong taon na ang nakalilipas.

PAGLAWAK NG ESPASYON
Ang ebolusyon ng Uniberso ay nangyayari bilang resulta ng pagpapalawak ng espasyo. Habang ang kalawakan ay umaabot tulad ng shell ng isang lobo, ang mga kalawakan ay lumalayo sa isa't isa at ang mga magagaan na alon ay humahaba (namumula).

Sa loob ng balangkas ng pangkalahatang teorya ng relativity, ang batas ni Hubble ay binibigyang-kahulugan bilang mga sumusunod: ang espasyo mismo ay lumalawak, at ang mga kalawakan ay gumagalaw kasama nito (Fig. sa itaas). Ang liwanag ay umaabot din, nakakaranas ng pulang paglilipat, na nangangahulugan ng pagkawala ng enerhiya, kaya ang Uniberso ay lumalamig habang ito ay lumalawak. Ang pagpapalawak ng kosmiko ay nakakatulong upang maunawaan kung paano nabuo ang modernong Uniberso. Kung ikaw ay nagmamadali sa nakaraan, ang Uniberso ay magiging mas siksik, mas mainit, mas hindi pangkaraniwan at mas simple. Papalapit na sa pinakasimula, nakikipag-ugnayan tayo sa pinakamalalim na mekanismo ng kalikasan, gamit ang isang accelerator na mas malakas kaysa sa anumang itinayo sa Earth - ang Big Bang mismo.

Pagsilip sa kalawakan sa pamamagitan ng isang teleskopyo, literal na natagpuan ng mga astronomo ang kanilang sarili sa nakaraan - at kung mas malaki ang teleskopyo, mas malalim ang kanilang titig. Ang liwanag na nagmumula sa malalayong mga kalawakan ay nagpapakita sa atin ng sinaunang panahon, at ang redshift nito ay nagpapakita kung gaano lumalawak ang Uniberso sa paglipas ng panahon. Ang kasalukuyang record redshift na naobserbahan ay humigit-kumulang walo, na nangangahulugan na ang liwanag na ito ay ibinubuga noong ang laki ng Uniberso ay siyam na beses na mas maliit kaysa ngayon, at ang edad nito ay ilang daang milyong taon lamang. Ang mga instrumento tulad ng Hubble Space Telescope at ang 10-meter Keck Telescope sa Mauna Kea ay madaling magbabalik sa atin sa pagbuo ng mga kalawakan tulad ng sa atin, ilang bilyong taon pagkatapos ng Big Bang. Ang liwanag mula sa mga naunang panahon ay sobrang red-shift kaya napilitan ang mga astronomo na makita ito sa infrared at radio wavelength. Ang mga teleskopyo na ginagawa, gaya ng 6.5 m infrared na James Webb Space Telescope at ang Atacama Large Millimeter Array (ALMA), isang network ng 64 na teleskopyo sa radyo sa hilagang Chile, ay magdadala sa atin pabalik sa panahon sa pagsilang ng mga unang bituin at kalawakan.

Ipinapakita ng computer modeling na ang mga bituin at galaxy na ito ay lumitaw noong ang edad ng Uniberso ay humigit-kumulang 100 milyong taon. Bago ito, ang uniberso ay dumaan sa isang panahon na tinatawag na madilim na panahon, kung kailan ito ay itim. Ang espasyo ay napuno ng isang walang anyo na masa ng limang bahagi ng dark matter at isang bahagi ng hydrogen at helium, na naging rarefied habang lumalawak ang Uniberso. Ang bagay ay bahagyang hindi magkakatulad sa density, at ang gravity ay kumilos bilang isang amplifier para sa mga inhomogeneities na ito: mas mabagal na lumawak ang mas siksik na mga rehiyon kaysa sa mga hindi gaanong siksik. Sa oras ng 100 milyong taon, ang mga pinakasiksik na rehiyon ay hindi lamang nagpabagal sa kanilang paglawak, ngunit nagsimulang lumiit. Ang bawat isa sa mga zone na ito ay naglalaman ng humigit-kumulang 1 milyong solar masa ng bagay; Sila ang naging unang gravitationally bound na mga bagay sa kalawakan.

Ang bulto ng kanilang masa ay madilim na bagay, na, gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan nito, ay walang kakayahang maglabas o sumisipsip ng liwanag. Samakatuwid, nabuo ito ng napakahabang ulap. Sa kabilang banda, ang hydrogen at helium, na naglalabas ng liwanag, ay nawalan ng enerhiya at nagkontrata patungo sa gitna ng bawat ulap. Sa kalaunan ay lumiit sila nang husto na naging mga bituin. Ang mga unang bagay na ito ay mas malaki kaysa sa mga modernong bagay - daan-daang solar mass. Ang pagkakaroon ng isang napakaikling buhay, sila ay sumabog, na itinapon ang mga unang mabibigat na elemento sa kalawakan. Pagkaraan ng ilang bilyong taon, ang mga ulap na ito na may masa ng milyun-milyong masa ng solar ay pinagsama-sama sa ilalim ng impluwensya ng grabidad sa mga unang kalawakan.

Ang radiation mula sa pinakaunang mga ulap ng hydrogen, na lubos na na-redshift dahil sa pagpapalawak, ay maaaring makita ng malalaking hanay ng mga radio antenna na may kabuuang lugar ng pagtanggap na halos isang kilometro kuwadrado. Kapag ginawa ang mga radio teleskopyo na ito, malalaman kung paano ang unang henerasyon ng mga bituin at kalawakan ay nag-ionize ng hydrogen at sa gayon ay natapos ang madilim na panahon. (tingnan ang: Loeb A. Dark Ages of the Universe // VMN, No. 3, 2007).

Malabong liwanag ng isang mainit na simula

Sa likod ng madilim na panahon, ang pagmuni-muni ng mainit na Big Bang sa redshift 1100 ay kapansin-pansin ang unang nakikitang (pula-orange) na radiation, dahil sa redshift, ay naging hindi kahit na infrared, ngunit mga microwave. Sa pagbabalik-tanaw sa panahong iyon, ang nakikita lang natin ay isang pader ng microwave radiation na pumupuno sa buong kalangitan—ang cosmic microwave background radiation, na natuklasan noong 1964 nina Arno Penzias at Robert Wilson. Ito ay isang malabong pagmuni-muni ng Uniberso, na nasa pagkabata nito sa loob ng 380 libong taon, sa panahon ng pagbuo ng mga atomo. Bago iyon, ito ay halos homogenous na pinaghalong atomic nuclei, electron at photon. Nang ang Uniberso ay lumamig sa temperatura na humigit-kumulang 3000 K, nagsimulang magsama-sama ang nuclei at mga electron sa mga atomo. Ang mga photon ay tumigil sa pagkalat ng mga electron at nagsimulang gumalaw nang malaya sa kalawakan, na nagpapakita kung ano ang Uniberso bago pa ang pagsilang ng mga bituin at mga kalawakan.

Noong 1992, natuklasan ng satellite ng Cosmic Background Explorer (COBE) ng NASA na bahagyang nag-iba ang intensity ng radiation na ito - ng humigit-kumulang 0.001%, na nagpapahiwatig ng bahagyang heterogeneity sa pamamahagi ng bagay. Ang antas ng pangunahing heterogeneity ay naging sapat para sa maliliit na densidad upang maging isang "binhi" para sa hinaharap na mga kalawakan at ang kanilang mga kumpol, na kalaunan ay lumago sa ilalim ng impluwensya ng grabidad. Ang distribusyon ng background radiation inhomogeneities sa buong kalangitan ay nagpapahiwatig ng mahahalagang katangian ng Uniberso: ang average na density at komposisyon nito, at ang pinakamaagang yugto ng ebolusyon nito. Ang maingat na pag-aaral ng mga iregularidad na ito ay nagturo ng marami tungkol sa Uniberso.

Ang COSMIC MICROWAVE BACKGROUND RADIATION ay isang imahe ng Uniberso sa kanyang kamusmusan ng 380 libong taon. Ang mga banayad na pagkakaiba-iba sa intensity ng radiation na ito (color-coded) ay nagsisilbing cosmic Rosetta Stone, na nagbibigay ng mga pahiwatig sa mga misteryo ng Uniberso - ang edad, density, komposisyon at geometry nito..

Ang ULTRA-DEEP FIELD ng HUBBLE, ang pinakasensitibong imahe ng kalawakan na nakuhanan, ay kumukuha ng higit sa 1,000 kalawakan sa mga unang yugto ng kanilang pagbuo.

Ang paglipat mula sa puntong ito pabalik sa simula ng ebolusyon ng Uniberso, makikita natin kung paano nagiging mas mainit at mas siksik ang primordial plasma. Hanggang sa edad na mga 100 libong taon, ang density ng enerhiya ng radiation ay mas mataas kaysa sa sangkap, na nag-iingat sa sangkap mula sa pagkapira-piraso. At sa sandaling iyon, nagsimula ang gravitational crowding ng lahat ng mga istrukturang naobserbahan ngayon sa Uniberso. Kahit na mas malapit sa simula, kapag ang edad ng Uniberso ay mas mababa sa isang segundo, walang atomic nuclei, ngunit ang kanilang mga bahagi lamang - mga proton at neutron. Ang Nuclei ay bumangon nang ang Uniberso ay ilang segundo na at ang temperatura at density ay naging angkop para sa mga reaksyong nuklear. Sa Big Bang nucleosynthesis na ito, ang mga magaan na elementong kemikal lamang ang ipinanganak: maraming helium (mga 25% ng masa ng lahat ng atom sa Uniberso) at ilang lithium, deuterium at helium-3. Ang natitirang bahagi ng plasma (mga 75%) ay nanatili sa anyo ng mga proton, na kalaunan ay naging mga atomo ng hydrogen. Ang lahat ng iba pang elemento ng Periodic Table ay ipinanganak bilyun-bilyong taon na ang lumipas sa kalaliman ng mga bituin at sa panahon ng kanilang mga pagsabog.

ANG Uniberso ay pangunahing binubuo ng dark energy at dark matter; hindi alam ang kalikasan ng dalawa. Ang ordinaryong bagay kung saan nabuo ang mga bituin, planeta at interstellar gas ay bumubuo lamang ng isang maliit na bahagi.

Ang teorya ng nucleosynthesis ay tumpak na hinuhulaan ang kasaganaan ng mga elemento at isotopes na sinusukat sa mga pinakalumang bagay sa Uniberso—ang pinakamatandang bituin at high-redshift na mga ulap ng gas. Ang kasaganaan ng Deuterium, na napakasensitibo sa average na atomic density sa Uniberso, ay gumaganap ng isang espesyal na papel: ang sinusukat na halaga nito ay nagpapakita na ang ordinaryong bagay ay bumubuo ng (4.5 ± 0.1)% ng kabuuang density ng enerhiya. Ang natitira ay dark matter at dark energy. Ito ay eksaktong sumasang-ayon sa data ng komposisyon na nakuha mula sa pagsusuri ng radiation sa background. Ang pagkakapare-pareho na ito ay isang malaking tagumpay. Pagkatapos ng lahat, ito ay dalawang ganap na magkakaibang mga sukat: ang una ay batay sa nuclear physics at tumutukoy sa Uniberso sa edad na 1 s, at ang pangalawa ay batay sa atomic physics at mga katangian ng Uniberso sa edad na 380 libong taon. . Ang kanilang pagkakapare-pareho ay isang mahalagang pagsubok hindi lamang para sa aming mga modelo ng cosmic evolution, ngunit para sa lahat ng modernong pisika.

Mga sagot sa quark soup

Bago ang edad na isang microsecond ay wala kahit proton at neutron; Ang uniberso ay parang sopas ng mga pangunahing elemento ng kalikasan: quark, lepton at force carriers (photon, W- at Z-bosons at gluons). Kami ay tiwala na ang "quark soup" na ito ay talagang umiral, dahil ang mga pisikal na kondisyon ng panahong iyon ay ginagawa na ngayon sa mga eksperimento sa mga particle accelerators (tingnan ang: Riorden M., Seits U. Unang microseconds // VMN, No. 8, 2006).

Inaasahan ng mga cosmologist na pag-aralan ang panahong iyon hindi sa tulong ng malalaki at matutulis na teleskopyo, ngunit sa pamamagitan ng pag-asa sa malalalim na ideya mula sa pisika ng particle. Ang paglikha ng Standard Model of particle physics 30 taon na ang nakakaraan ay humantong sa mga matapang na hypotheses, kabilang ang string theory, na nagtatangkang pag-isahin ang tila hindi nauugnay na mga particle at pwersa. Sa turn, ang mga bagong ideyang ito ay natagpuan ang aplikasyon sa kosmolohiya, na naging kasinghalaga ng orihinal na ideya ng mainit na Big Bang. Itinuro nila ang isang malalim at hindi inaasahang koneksyon sa pagitan ng microcosm at ng mas malaking Uniberso. Malapit na tayong magkaroon ng mga sagot sa tatlong pangunahing tanong: ano ang katangian ng dark matter, ano ang sanhi ng asymmetry sa pagitan ng matter at antimatter, at kung paano nabuo ang bukol na sopas na quark.

Tila, ang madilim na bagay ay ipinanganak sa panahon ng primordial quark soup. Ang kalikasan ng madilim na bagay ay hindi pa malinaw, ngunit ang pagkakaroon nito ay walang pag-aalinlangan. Ang ating Galaxy at lahat ng iba pang mga kalawakan, pati na ang kanilang mga kumpol, ay pinagsasama-sama ng gravity ng hindi nakikitang madilim na bagay. Anuman ito, dapat itong makipag-ugnayan nang mahina sa ordinaryong bagay, kung hindi, ito ay magpapakita ng sarili maliban sa grabidad. Ang mga pagtatangka na ilarawan sa isang teorya ang lahat ng pwersa at particle na naobserbahan sa kalikasan ay humahantong sa paghula ng matatag o mahabang buhay na mga particle na maaaring binubuo ng dark matter. Ang mga particle na ito ay maaaring isang relic ng panahon ng quark soup at napakahinang nakikipag-ugnayan sa mga atomo. Ang isang kandidato ay ang neutralino, ang pinakamagaan sa isang kamakailang hinulaang klase ng mga particle na napakalaking replika ng mga kilalang particle. Ang neutralino ay dapat magkaroon ng mass mula 100 hanggang 1000 beses ang mass ng isang proton, i.e. dapat itong ipanganak sa mga eksperimento sa Large Hadron Collider sa CERN malapit sa Geneva. Bilang karagdagan, sinusubukang hulihin ang mga particle na ito mula sa kalawakan (o ang mga produkto ng kanilang pakikipag-ugnayan), ang mga physicist ay lumikha ng mga ultra-sensitive na detector sa ilalim ng lupa, at inilunsad din ang mga ito sa mga lobo at satellite.

Ang pangalawang kandidato ay ang axion, isang ultra-light particle na may mass na halos isang trilyong beses na mas mababa kaysa sa isang electron. Ang pagkakaroon nito ay ipinahiwatig ng mga banayad na pagkakaiba na hinulaang ng Standard Model sa pag-uugali ng mga quark. Ang mga pagtatangka upang makita ang isang axion ay umaasa sa katotohanan na sa isang napakalakas na magnetic field maaari itong maging isang photon. Parehong may mahalagang katangian ang neutralino at ang axion: tinatawag ng mga physicist ang mga particle na ito na "malamig." Sa kabila ng katotohanan na sila ay ipinanganak sa napakataas na temperatura, sila ay gumagalaw nang mabagal at samakatuwid ay madaling mapangkat sa mga kalawakan.

Marahil ang isa pang lihim ay namamalagi sa panahon ng primordial quark soup: kung bakit ang Uniberso ngayon ay naglalaman lamang ng bagay at halos walang antimatter. Naniniwala ang mga physicist na sa una ang Uniberso ay may pantay na dami ng mga ito, ngunit sa isang punto ay lumitaw ang isang maliit na labis na bagay - humigit-kumulang isang dagdag na quark para sa bawat bilyong antiquark. Salamat sa kawalan ng timbang na ito, sapat na mga quark ang napanatili sa panahon ng paglipol ng mga quark na may mga antiquark sa panahon ng pagpapalawak at paglamig ng Uniberso. Mahigit 40 taon na ang nakalilipas, ang mga eksperimento sa mga accelerator ay nagpakita na ang mga batas ng pisika ay bahagyang pabor sa bagay; Ito ay tiyak na ang maliit na kagustuhan sa proseso ng pakikipag-ugnayan ng butil sa isang napakaagang yugto na humantong sa pagsilang ng isang labis na quark.

Ang quark soup mismo ay malamang na lumitaw nang maaga - humigit-kumulang $10^(-34)$ s pagkatapos ng Big Bang, sa isang pagsabog ng cosmic expansion na kilala bilang inflation. Ang dahilan para sa pagsabog na ito ay ang enerhiya ng isang bagong field, nakapagpapaalaala sa isang electromagnetic field at tinatawag na inflaton. Ito ay inflation na dapat ipaliwanag ang mga pangunahing katangian ng espasyo bilang pangkalahatang homogeneity at maliit na pagbabagu-bago ng density na nagbunga ng mga galaxy at iba pang istruktura sa Uniberso. Nang mabulok ang inflaton, inilipat nito ang enerhiya nito sa mga quark at iba pang mga particle, kaya lumilikha ng init ng Big Bang at ang quark soup mismo.

Ang teorya ng inflation ay nagpapakita ng malalim na koneksyon sa pagitan ng mga quark at ng kosmos: ang mga pagbabago sa dami ng inflaton, na umiral sa antas na subatomic, ay lumago sa mga proporsyon ng astropisiko sa pamamagitan ng mabilis na paglawak at naging mga buto para sa lahat ng mga istrukturang naobserbahan ngayon. Sa madaling salita, ang pattern ng microwave background radiation sa kalangitan ay isang higanteng imahe ng subatomic na mundo. Ang mga naobserbahang katangian ng radiation na ito ay pare-pareho sa teoretikal na hula, na nagpapatunay na ang inflation, o isang bagay na katulad nito, ay talagang naganap nang maaga sa kasaysayan ng Uniberso.

Kapanganakan ng Uniberso

Habang sinusubukan ng mga kosmologist na itulak pa at maunawaan ang pinakasimula ng sansinukob, nagiging hindi gaanong kumpiyansa ang kanilang paghatol. Sa loob ng isang siglo, ang pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein ang naging batayan para sa pag-aaral ng ebolusyon ng uniberso. Ngunit hindi ito sumasang-ayon sa isa pang haligi ng modernong pisika - teorya ng quantum, kaya ang pinakamahalagang gawain ay ang pagkakasundo sa kanila sa isa't isa. Tanging sa gayong pinag-isang teorya lamang tayo makakasulong sa pinakamaagang sandali ng ebolusyon ng Uniberso, sa tinatawag na panahon ng Planck na may edad na $10^(–43)$ s, kung kailan nabuo ang space-time mismo. .

Ang mga pagsubok na bersyon ng isang pinag-isang teorya ay nag-aalok sa amin ng mga kamangha-manghang larawan ng mga unang sandali. Halimbawa, hinuhulaan ng teorya ng string ang pagkakaroon ng mga karagdagang dimensyon ng espasyo at marahil ang pagkakaroon ng iba pang mga uniberso sa superspace na ito. Ang tinatawag nating Big Bang ay maaaring ang banggaan ng ating Uniberso sa isa pa (tingnan: Veneziano G. Ang Mito ng Simula ng Panahon // VMN, No. 8, 2004). Ang pagsasama-sama ng teorya ng string at teorya ng inflation ay humahantong sa marahil ang pinakadakilang ideya pa - ang ideya ng isang multiverse, na binubuo ng isang walang katapusang bilang ng mga naka-disconnect na bahagi, bawat isa ay may sariling pisikal na batas. (tingnan ang: Busso R., Polchinski J. Landscape ng string theory // VMN, No. 12, 2004).

Ang ideya ng maraming uniberso ay umuunlad pa rin at tinutugunan ang dalawang pangunahing teoretikal na problema. Una, mula sa mga equation na naglalarawan ng inflation, sumusunod ito na kung nangyari ito nang isang beses, ang proseso ay magaganap nang paulit-ulit, na bumubuo ng isang walang katapusang bilang ng mga "napalaki" na mga lugar. Ang mga ito ay napakalaki na hindi sila maaaring makipag-usap sa isa't isa at samakatuwid ay hindi nakakaimpluwensya sa isa't isa. Pangalawa, ang teorya ng string ay nagpapahiwatig na ang mga rehiyong ito ay may iba't ibang mga pisikal na parameter, tulad ng bilang ng mga spatial na dimensyon at mga pamilya ng mga stable na particle.

Ang konsepto ng maramihang uniberso ay nagbibigay-daan sa amin na tingnan ang dalawa sa pinakamasalimuot na mga problemang pang-agham: ano ang nangyari bago ang Big Bang at bakit ang mga batas ng pisika ay kung ano sila? (Ang tanong ni Einstein, "May pagpipilian ba ang Diyos?" ay inilapat sa gayong mga batas.) Ang maraming uniberso ay ginagawang walang kabuluhan ang tanong kung ano ang dumating bago ang Big Bang, dahil mayroong walang katapusang bilang ng mga big bang, bawat isa ay may sariling pagsabog ng inflation . Walang saysay din ang tanong ni Einstein: sa isang walang katapusang bilang ng mga uniberso, lahat ng posibleng bersyon ng mga batas ng pisika ay natanto, kaya ang mga batas na namamahala sa ating Uniberso ay hindi isang espesyal na bagay.

Ang mga kosmologist ay may magkahalong damdamin tungkol sa ideya ng maraming uniberso. Kung talagang walang koneksyon sa pagitan ng mga indibidwal na subuniverse, hindi natin mabe-verify ang kanilang pag-iral; sa katunayan, sila ay lampas sa siyentipikong kaalaman. May bahagi sa akin na gustong sumigaw, "Pakiusap, hindi hihigit sa isang uniberso!" Ngunit sa kabilang banda, ang ideya ng isang maramihang Uniberso ay nalulutas ang isang bilang ng mga pangunahing problema. Kung ito ay tama, kung gayon ang pagpapalawak ng Hubble ng Uniberso ay 100 bilyong beses lamang at ang pagpapatalsik ng Copernican ng Earth mula sa gitna ng Uniberso noong ika-16 na siglo. ay tila isang maliit na karagdagan lamang sa ating kamalayan sa ating lugar sa kosmos.

SA DILIM

Ang pinakamahalagang elemento ng modernong pag-unawa sa Uniberso at ang pinakadakilang misteryo nito ay ang madilim na enerhiya, isang kamakailang natuklasan at malalim na misteryosong anyo ng enerhiya na nagdudulot ng pagbilis ng cosmic expansion. Kinokontrol ng madilim na enerhiya ang bagay ilang bilyong taon na ang nakalilipas. Bago ito, ang pagpapalawak ay pinabagal ng gravitational pull ng matter, at ang gravity ay may kakayahang lumikha ng mga istruktura - mula sa mga kalawakan hanggang sa mga supercluster. Sa ngayon, dahil sa impluwensya ng madilim na enerhiya, hindi mabubuo ang mga istrukturang mas malaki kaysa sa mga supercluster. At kung ang madilim na enerhiya ay nanalo kahit na mas maaga - sabihin, kapag ang edad ng Uniberso ay 100 milyong taon lamang - kung gayon ang pagbuo ng mga istruktura ay tumigil na bago lumitaw ang mga kalawakan, at wala tayo dito.

Ang mga cosmologist ay mayroon pa ring napakalabing ideya kung ano ang madilim na enerhiya na ito. Para mapabilis ang pagpapalawak, kailangan ang isang saway na puwersa. Ang pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein ay nagpapahiwatig na ang gravity ng isang lubhang nababanat na anyo ng enerhiya ay maaaring maging sanhi ng pagtanggi. Ginagawa iyon ng quantum energy na pumupuno sa walang laman na espasyo. Ngunit ang problema ay ang teoretikal na mga pagtatantya ng quantum energy density ay hindi sumasang-ayon sa mga kinakailangan sa pagmamasid; sa katunayan, nilalampasan nila ang mga ito ng maraming mga order ng magnitude. Ang isa pang posibilidad: ang cosmic acceleration ay maaaring hinimok hindi ng isang bagong anyo ng enerhiya, ngunit sa pamamagitan ng isang bagay na ginagaya ang enerhiya na iyon, halimbawa, ang kamalian ng pangkalahatang relativity o ang impluwensya ng hindi nakikitang spatial na sukat. (tingnan ang: Cross L., Turner M. Space mystery // VMN, No. 12, 2004).

Kung ang Uniberso ay patuloy na bumilis sa kasalukuyang bilis nito, pagkatapos ay sa 30 bilyong taon ang lahat ng mga palatandaan ng Big Bang ay mawawala. (tingnan ang: Cross L., Scherrer R. Darating kaya ang katapusan ng cosmology? // VMN, No. 6, 2008). Lahat maliban sa ilang kalapit na kalawakan ay makakaranas ng napakalaking redshift na sila ay magiging invisible. Ang temperatura ng cosmic background radiation ay bababa sa ibaba ng sensitivity ng mga instrumento. Gagawin nitong kamukha ng Uniberso ang naisip ng mga astronomo 100 taon na ang nakalilipas, bago naging sapat ang lakas ng kanilang mga instrumento upang makita ang Uniberso na kilala natin ngayon.

Ang modernong kosmolohiya ay mahalagang nagpapababa sa atin. Binubuo tayo ng mga proton, neutron at mga electron, na magkakasamang bumubuo lamang ng 4.5% ng Uniberso; tayo ay umiiral lamang salamat sa mga pinakamaliit na koneksyon sa pagitan ng pinakamaliit at pinakamalaki. Tiniyak ng mga batas ng microphysics ang pangingibabaw ng matter sa antimatter, ang paglitaw ng mga pagbabagu-bago na nagbunga ng mga kalawakan, at ang pagpuno sa espasyo ng mga dark matter particle na nagbigay ng gravitational infrastructure na nagpapahintulot sa mga kalawakan na mabuo bago pumalit ang dark energy at ang paglawak ay nagsimulang bumilis ( inset sa itaas). Kasabay nito, ang kosmolohiya ay mayabang sa kalikasan. Ang ideya na maiintindihan natin ang anumang bagay sa napakalawak na karagatan ng espasyo at oras gaya ng ating Uniberso ay tila walang katotohanan sa unang tingin. Ang kakaibang pinaghalong kahinhinan at tiwala sa sarili ay nagbigay-daan sa amin na gumawa ng napakahusay na pag-unlad sa nakalipas na siglo sa pag-unawa sa istruktura ng modernong Uniberso at sa ebolusyon nito. Ako ay optimistiko tungkol sa karagdagang pag-unlad sa mga darating na taon at ako ay lubos na tiwala na tayo ay nabubuhay sa isang ginintuang edad ng kosmolohiya.

Kung mayroong higit pang madilim na enerhiya sa Uniberso, ito ay mananatiling halos walang anyo (kaliwa), kung wala ang malalaking istruktura na nakikita natin (kanan).

Pagsasalin: V.G. Surdin

KARAGDAGANG LITERATURA

• Ang Unang Uniberso. Edward W. Kolb at Michael S. Turner. Westview Press, 1994.
• Ang Inflationary Universe. Alan Guth. Basic, 1998.
• Quark at ang Cosmos. Michael S. Turner sa Science, Vol. 315, mga pahina 59–61; Enero 5, 2007.
• Madilim na Enerhiya at ang Bumibilis na Uniberso. Joshua Frieman, Michael S. Turner at Dragan Huterer sa Taunang Pagsusuri ng Astronomy at Astrophysics, Vol. 46, mga pahina 385–432; 2008. Makukuha online: arxiv.org.
• Cherepashchuk A.M., Chernin A.D. Horizons ng Uniberso. Novosibirsk: Publishing House SB RAS, 2005.

Pinangunahan ni Michael S. Turner ang pagsasama-sama ng particle physics, astrophysics, at cosmology at pinangunahan ang mga pagsisikap ng National Academy sa bagong larangan ng pananaliksik na ito sa unang bahagi ng dekada. Siya ay isang propesor sa Kavli Foundation Institute para sa Cosmological Physics sa Unibersidad ng Chicago. Mula 2003 hanggang 2006, nagsilbi siya bilang direktor ng National Science Foundation's Division of Physical and Mathematical Sciences. Kasama sa kanyang mga parangal ang Warner Prize ng American Astronomical Society, ang Lilienfeld Prize ng American Physical Society, at ang Klopsteg Prize ng American Association of Physics Teachers.

Batay sa kaalaman sa kasalukuyang kalagayan ng Uniberso, ang mga siyentipiko ay nagteorismo na ang lahat ay dapat na nagsimula sa isang punto na may walang katapusang density at may hangganan na oras, na nagsimulang lumawak. Matapos ang paunang pagpapalawak, ang teorya ay napupunta, ang uniberso ay dumaan sa isang yugto ng paglamig na nagpapahintulot sa paglitaw ng mga subatomic na particle at kalaunan ay mga simpleng atomo. Ang mga higanteng ulap ng mga sinaunang elementong ito nang maglaon, salamat sa grabidad, ay nagsimulang bumuo ng mga bituin at kalawakan.

Ang lahat ng ito, ayon sa mga siyentipiko, ay nagsimula mga 13.8 bilyong taon na ang nakalilipas, at samakatuwid ang panimulang puntong ito ay itinuturing na edad ng Uniberso. Sa pamamagitan ng paggalugad sa iba't ibang teoretikal na mga prinsipyo, pagsasagawa ng mga eksperimento na kinasasangkutan ng mga particle accelerator at high-energy states, at pagsasagawa ng astronomical na pag-aaral sa malalayong bahagi ng Uniberso, ang mga siyentipiko ay naghinuha at nagmungkahi ng isang kronolohiya ng mga kaganapan na nagsimula sa Big Bang at humantong sa Uniberso sa huli. ang estado ng cosmic evolution na nagaganap ngayon.

Naniniwala ang mga siyentipiko na ang pinakamaagang panahon ng pinagmulan ng Uniberso - na tumatagal mula 10 -43 hanggang 10 -11 segundo pagkatapos ng Big Bang - ay paksa pa rin ng kontrobersya at talakayan. Kung isasaalang-alang natin na ang mga batas ng pisika na alam natin ngayon ay hindi maaaring umiiral sa oras na iyon, kung gayon napakahirap maunawaan kung paano kinokontrol ang mga proseso sa unang bahagi ng Uniberso. Bilang karagdagan, ang mga eksperimento gamit ang mga posibleng uri ng enerhiya na maaaring naroroon sa oras na iyon ay hindi pa naisasagawa. Magkagayunman, maraming mga teorya tungkol sa pinagmulan ng sansinukob sa huli ay sumasang-ayon na sa ilang mga punto sa oras ay mayroong isang panimulang punto kung saan nagsimula ang lahat.

Edad ng Singularidad

Kilala rin bilang ang panahon ng Planck (o panahon ng Planck), ito ay itinuturing na pinakaunang kilalang panahon sa ebolusyon ng Uniberso. Sa oras na ito, ang lahat ng bagay ay nakapaloob sa isang punto ng walang katapusang density at temperatura. Sa panahong ito, naniniwala ang mga siyentipiko, ang quantum effect ng gravitational interactions ay nangingibabaw sa mga pisikal, at walang pisikal na puwersa ang katumbas ng lakas sa gravity.

Ang panahon ng Planck ay umano'y tumagal mula 0 hanggang 10 -43 segundo at pinangalanan ito dahil ang tagal nito ay masusukat lamang ng oras ng Planck. Dahil sa matinding temperatura at walang katapusang densidad ng bagay, ang estado ng Uniberso sa panahong ito ay lubhang hindi matatag. Sinundan ito ng mga panahon ng pagpapalawak at paglamig na nagbunga ng mga pangunahing puwersa ng pisika.

Humigit-kumulang sa panahon mula 10 -43 hanggang 10 -36 segundo, isang proseso ng banggaan ng mga estado ng temperatura ng paglipat ang naganap sa Uniberso. Ito ay pinaniniwalaan na sa puntong ito na ang mga pangunahing puwersa na namamahala sa kasalukuyang Uniberso ay nagsimulang maghiwalay sa isa't isa. Ang unang hakbang ng paghihiwalay na ito ay ang paglitaw ng mga puwersa ng gravitational, malakas at mahina na pakikipag-ugnayang nuklear at electromagnetism.

Sa panahon mula sa mga 10 -36 hanggang 10 -32 segundo pagkatapos ng Big Bang, ang temperatura ng Uniberso ay naging sapat na mababa (1028 K) na humantong sa paghihiwalay ng mga electromagnetic na pwersa (ang malakas na puwersa) at ang mahinang puwersang nuklear ( ang mahinang puwersa).

Ang Panahon ng Inflation

Sa pagdating ng unang pangunahing pwersa sa Uniberso, nagsimula ang panahon ng inflation, na tumagal mula 10 -32 segundo sa oras ng Planck hanggang sa hindi kilalang punto ng oras. Karamihan sa mga modelong kosmolohikal ay nagmumungkahi na ang Uniberso sa panahong ito ay pantay na napuno ng mataas na densidad na enerhiya, at ang hindi kapani-paniwalang mataas na temperatura at presyon ay humantong sa mabilis na paglawak at paglamig nito.

Nagsimula ito sa 10 -37 segundo, nang ang yugto ng paglipat na naging sanhi ng paghihiwalay ng mga puwersa ay sinundan ng pagpapalawak ng Uniberso sa geometric na pag-unlad. Sa parehong yugto ng panahon, ang Uniberso ay nasa isang estado ng baryogenesis, kapag ang temperatura ay napakataas na ang random na paggalaw ng mga particle sa kalawakan ay naganap sa halos liwanag na bilis.

Sa oras na ito, ang mga pares ng mga particle - mga antiparticle ay nabuo at agad na nagbabanggaan at nawasak, na pinaniniwalaan na humantong sa pangingibabaw ng bagay sa antimatter sa modernong Uniberso. Matapos tumigil ang inflation, ang Uniberso ay binubuo ng quark-gluon plasma at iba pang elementarya na mga particle. Mula sa sandaling iyon, nagsimulang lumamig ang Uniberso, nagsimulang mabuo at magsama-sama ang bagay.

Panahon ng paglamig

Habang bumababa ang density at temperatura sa loob ng Uniberso, nagsimulang bumaba ang enerhiya sa bawat particle. Ang transisyonal na estadong ito ay tumagal hanggang ang mga pangunahing pwersa at elementarya ay dumating sa kanilang kasalukuyang anyo. Dahil ang enerhiya ng mga particle ay bumaba sa mga halaga na maaaring makamit ngayon sa mga eksperimento, ang aktwal na posibleng pag-iral ng panahong ito ay hindi gaanong kontrobersyal sa mga siyentipiko.

Halimbawa, naniniwala ang mga siyentipiko na sa 10 -11 segundo pagkatapos ng Big Bang, ang enerhiya ng particle ay bumaba nang malaki. Sa humigit-kumulang 10 -6 segundo, ang mga quark at gluon ay nagsimulang bumuo ng mga baryon - mga proton at neutron. Nagsimulang mangibabaw ang mga quark sa mga antiquark, na naging dahilan naman ng pamamayani ng mga baryon sa mga antibaryon.

Dahil ang temperatura ay hindi na sapat na mataas upang lumikha ng mga bagong pares ng proton-antiproton (o mga pares ng neutron-antineutron), nangyari ang malawakang pagkasira ng mga particle na ito, na nagresulta sa 1/1010 na lamang ng orihinal na mga proton at neutron na natitira at ang kanilang mga antiparticle ay ganap na nawala. Ang isang katulad na proseso ay naganap mga 1 segundo pagkatapos ng Big Bang. Ang mga electron at positron lamang ang naging "biktima" sa pagkakataong ito. Matapos ang mass destruction, ang natitirang mga proton, neutron at electron ay tumigil sa kanilang random na paggalaw, at ang density ng enerhiya ng Uniberso ay napuno ng mga photon at, sa isang mas mababang lawak, mga neutrino.

Sa mga unang minuto ng pagpapalawak ng Uniberso, nagsimula ang isang panahon ng nucleosynthesis (synthesis ng mga elemento ng kemikal). Sa pagbaba ng temperatura sa 1 bilyong kelvin at ang density ng enerhiya ay bumaba sa mga halaga na halos katumbas ng hangin, ang mga neutron at proton ay nagsimulang maghalo at bumuo ng unang matatag na isotope ng hydrogen (deuterium), pati na rin ang mga helium atoms. Gayunpaman, karamihan sa mga proton sa Uniberso ay nanatili bilang ang nakadiskonektang nuclei ng mga atomo ng hydrogen.

Pagkaraan ng humigit-kumulang 379,000 taon, ang mga electron ay pinagsama sa mga hydrogen nuclei na ito upang bumuo ng mga atomo (muling nakararami ang hydrogen), habang ang radiation ay humiwalay sa materya at patuloy na lumalawak na halos walang harang sa kalawakan. Ang radiation na ito ay tinatawag na cosmic microwave background radiation, at ito ang pinakalumang pinagmumulan ng liwanag sa Uniberso.

Sa pagpapalawak, unti-unting nawala ang densidad at enerhiya ng CMB, at sa ngayon ang temperatura nito ay 2.7260 ± 0.0013 K (-270.424 °C), at ang density ng enerhiya ay 0.25 eV (o 4.005 × 10 -14 J/m³; 400– 500 photon/cm³). Ang CMB ay umaabot sa lahat ng direksyon at sa layong humigit-kumulang 13.8 bilyong light-years, ngunit ang pagtatantya ng aktwal na pagkalat nito ay humigit-kumulang 46 bilyong light-years mula sa gitna ng Uniberso.

The Age of Structure (Hierarchical Age)

Sa susunod na ilang bilyong taon, ang mas siksik na mga rehiyon ng bagay, halos pantay na ipinamamahagi sa Uniberso, ay nagsimulang mag-akit sa isa't isa. Dahil dito, naging mas siksik pa ang mga ito at nagsimulang bumuo ng mga ulap ng gas, mga bituin, mga kalawakan at iba pang mga istrukturang pang-astronomiya na maaari nating obserbahan ngayon. Ang panahong ito ay tinatawag na hierarchical era. Sa oras na ito, nagsimulang magkaroon ng anyo ang Uniberso na nakikita natin ngayon. Ang bagay ay nagsimulang magkaisa sa mga istruktura na may iba't ibang laki - mga bituin, planeta, kalawakan, mga kumpol ng kalawakan, pati na rin ang mga supercluster ng galactic, na pinaghihiwalay ng mga intergalactic na tulay na naglalaman lamang ng ilang mga kalawakan.

Ang mga detalye ng prosesong ito ay maaaring ilarawan ayon sa ideya ng dami at uri ng bagay na ipinamamahagi sa Uniberso, na kinakatawan bilang malamig, mainit, mainit na madilim na bagay at baryonic na bagay. Gayunpaman, ang kasalukuyang karaniwang modelo ng kosmolohiya ng Big Bang ay ang modelong Lambda-CDM, ayon sa kung saan ang mga particle ng dark matter ay gumagalaw nang mas mabagal kaysa sa bilis ng liwanag. Napili ito dahil nilulutas nito ang lahat ng mga kontradiksyon na lumitaw sa iba pang mga modelo ng kosmolohiya.

Ayon sa modelong ito, ang malamig na madilim na bagay ay bumubuo ng humigit-kumulang 23 porsiyento ng lahat ng bagay/enerhiya sa Uniberso. Ang proporsyon ng baryonic matter ay humigit-kumulang 4.6 porsyento. Ang Lambda-CDM ay tumutukoy sa tinatawag na cosmological constant: isang teorya na iminungkahi ni Albert Einstein na nagpapakilala sa mga katangian ng vacuum at nagpapakita ng balanseng relasyon sa pagitan ng masa at enerhiya bilang isang pare-parehong static na dami. Sa kasong ito, nauugnay ito sa madilim na enerhiya, na nagsisilbing isang accelerator ng pagpapalawak ng Uniberso at pinapanatili ang mga higanteng istrukturang kosmolohiya na higit sa lahat ay homogenous.

Pangmatagalang hula para sa hinaharap ng Uniberso

Ang mga hypotheses na ang ebolusyon ng Uniberso ay may panimulang punto ay natural na humahantong sa mga siyentipiko sa mga tanong tungkol sa posibleng wakas ng prosesong ito. Kung sinimulan ng Uniberso ang kasaysayan nito mula sa isang maliit na punto na may walang katapusang density, na biglang nagsimulang lumawak, hindi ba ito nangangahulugan na ito ay lalawak din nang walang hanggan? O balang araw mauubos ang malawak na puwersa nito at magsisimula ang reverse process ng compression, ang resulta nito ay ang parehong walang katapusang siksik na punto?

Ang pagsagot sa mga tanong na ito ay naging pangunahing layunin ng mga cosmologist mula pa sa simula ng debate tungkol sa kung aling modelo ng kosmolohiya ng Uniberso ang tama. Sa pagtanggap sa teorya ng Big Bang, ngunit higit sa lahat salamat sa pagmamasid sa dark energy noong 1990s, nagkasundo ang mga siyentipiko sa dalawang malamang na mga sitwasyon para sa ebolusyon ng Uniberso.

Ayon sa una, na tinatawag na "malaking langutngot," maaabot ng Uniberso ang pinakamataas na sukat nito at magsisimulang gumuho. Ang sitwasyong ito ay magiging posible lamang kung ang mass density ng Uniberso ay magiging mas malaki kaysa sa critical density mismo. Sa madaling salita, kung ang density ng matter ay umabot sa isang tiyak na halaga o nagiging mas mataas kaysa sa halagang ito (1-3x10 -26 kg ng matter per m³), ​​​​ang Uniberso ay magsisimulang magkontrata.

The Big Bang - ganito

Ang isang alternatibo ay isa pang senaryo, na nagsasaad na kung ang density sa Uniberso ay katumbas o mas mababa kaysa sa kritikal na halaga ng density, kung gayon ang paglawak nito ay bumagal, ngunit hindi kailanman ganap na titigil. Ayon sa hypothesis na ito, na tinatawag na "heat death of the Universe," magpapatuloy ang pagpapalawak hanggang sa huminto ang pagbuo ng bituin sa pagkonsumo ng interstellar gas sa loob ng bawat nakapalibot na kalawakan. Iyon ay, ang paglipat ng enerhiya at bagay mula sa isang bagay patungo sa isa pa ay ganap na titigil. Ang lahat ng umiiral na mga bituin sa kasong ito ay masusunog at magiging mga puting dwarf, neutron na bituin at itim na butas.

Unti-unti, ang mga itim na butas ay sasalungat sa iba pang mga itim na butas, na humahantong sa pagbuo ng mas malaki at mas malaki. Ang average na temperatura ng Uniberso ay lalapit sa absolute zero. Ang mga itim na butas ay kalaunan ay "sumingaw", na ilalabas ang kanilang huling Hawking radiation. Sa kalaunan, ang thermodynamic entropy sa Uniberso ay maaabot ang pinakamataas nito. Ang kamatayan sa init ay magaganap.

Ang mga modernong obserbasyon na isinasaalang-alang ang pagkakaroon ng madilim na enerhiya at ang impluwensya nito sa pagpapalawak ng kalawakan ay humantong sa mga siyentipiko na maghinuha na sa paglipas ng panahon, higit pa at higit pa sa uniberso ang lalampas sa abot-tanaw ng ating kaganapan at magiging hindi natin nakikita. Ang pangwakas at lohikal na resulta nito ay hindi pa alam ng mga siyentipiko, ngunit ang "heat death" ay maaaring ang wakas ng mga naturang kaganapan.

Mayroong iba pang mga hypotheses tungkol sa pamamahagi ng dark energy, o mas tiyak, ang mga posibleng uri nito (halimbawa, phantom energy). Ayon sa kanila, ang mga kumpol ng kalawakan, mga bituin, mga planeta, mga atomo, mga atomic na nuclei at mga bagay mismo ay mapupunit bilang resulta ng walang katapusang paglawak nito. Ang evolutionary scenario na ito ay tinatawag na "malaking gap." Ang sanhi ng pagkamatay ng Uniberso ayon sa senaryo na ito ay ang mismong pagpapalawak.

Kasaysayan ng Big Bang Theory

Ang pinakamaagang pagbanggit ng Big Bang ay nagsimula noong unang bahagi ng ika-20 siglo at nauugnay sa mga obserbasyon sa kalawakan. Noong 1912, ang American astronomer na si Vesto Slipher ay gumawa ng isang serye ng mga obserbasyon ng spiral galaxies (na orihinal na inakala na nebulae) at sinukat ang kanilang Doppler redshift. Sa halos lahat ng kaso, ipinakita ng mga obserbasyon na ang mga spiral galaxy ay lumalayo sa ating Milky Way.

Noong 1922, nakuha ng namumukod-tanging Russian mathematician at cosmologist na si Alexander Friedman ang tinatawag na Friedmann equation mula sa mga equation ni Einstein para sa pangkalahatang relativity. Sa kabila ng pagtataguyod ni Einstein ng isang teorya na pabor sa isang cosmological constant, ipinakita ng gawa ni Friedman na ang Uniberso ay nasa isang estado ng pagpapalawak.

Noong 1924, ang mga sukat ni Edwin Hubble sa distansya sa isang kalapit na spiral nebula ay nagpakita na ang mga sistemang ito sa katunayan ay tunay na magkakaibang mga kalawakan. Kasabay nito, nagsimula ang Hubble na bumuo ng isang serye ng mga sukatan ng pagbabawas ng distansya gamit ang 2.5-meter Hooker Telescope sa Mount Wilson Observatory. Noong 1929, natuklasan ni Hubble ang isang relasyon sa pagitan ng distansya at ang bilis ng pag-urong ng mga kalawakan, na kalaunan ay naging batas ni Hubble.

Noong 1927, ang Belgian mathematician, physicist at Catholic priest na si Georges Lemaitre ay nakapag-iisa na nakarating sa parehong mga resulta gaya ng mga equation ni Friedmann at siya ang unang bumalangkas ng ugnayan sa pagitan ng distansya at bilis ng mga kalawakan, na nag-aalok ng unang pagtatantya ng koepisyent ng relasyong ito. Naniniwala si Lemaitre na sa nakaraan, ang buong masa ng Uniberso ay puro sa isang punto (isang atom).

Ang mga pagtuklas at pagpapalagay na ito ay nagdulot ng maraming debate sa mga physicist noong 20s at 30s, karamihan sa kanila ay naniniwala na ang Uniberso ay nasa isang nakatigil na estado. Ayon sa modelo na itinatag noong panahong iyon, ang bagong bagay ay nilikha kasama ng walang katapusang pagpapalawak ng Uniberso, na ipinamahagi nang pantay-pantay at pantay sa density sa buong lawak nito. Sa mga siyentipiko na sumuporta dito, ang ideya ng Big Bang ay tila mas teolohiko kaysa siyentipiko. Si Lemaître ay binatikos dahil sa pagiging bias batay sa relihiyosong pagtatangi.

Dapat pansinin na ang iba pang mga teorya ay umiral nang sabay. Halimbawa, ang Milne na modelo ng Uniberso at ang cyclic na modelo. Ang dalawa ay batay sa mga postulate ng pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein at pagkatapos ay nakatanggap ng suporta ng siyentipiko mismo. Ayon sa mga modelong ito, ang Uniberso ay umiiral sa isang walang katapusang stream ng paulit-ulit na mga siklo ng pagpapalawak at pagbagsak.

Pagkatapos ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig, isang mainit na debate ang sumiklab sa pagitan ng mga tagasuporta ng steady-state na modelo ng Uniberso (na aktwal na inilarawan ng astronomer at physicist na si Fred Hoyle) at mga tagasuporta ng teorya ng Big Bang, na mabilis na nakakuha ng katanyagan sa mga siyentipikong komunidad. Kabalintunaan, si Hoyle ang lumikha ng pariralang "," na kalaunan ay naging pangalan ng bagong teorya. Nangyari ito noong Marso 1949 sa British BBC radio.

Sa kalaunan, ang karagdagang siyentipikong pananaliksik at mga obserbasyon ay lalong nagpabor sa teorya ng Big Bang at lalong nagdulot ng pagdududa sa modelo ng isang nakatigil na Uniberso. Ang pagtuklas at pagkumpirma ng CMB noong 1965 sa wakas ay pinatibay ang Big Bang bilang ang pinakamahusay na teorya para sa pinagmulan at ebolusyon ng Uniberso. Mula sa huling bahagi ng 1960s hanggang 1990s, ang mga astronomo at cosmologist ay nagsagawa ng higit pang pananaliksik sa Big Bang at nakahanap ng mga solusyon sa marami sa mga teoretikal na problema na humadlang sa teorya.

Kasama sa mga solusyong ito, halimbawa, ang gawain ni Stephen Hawking at iba pang mga physicist na nagpatunay na ang singularity ay ang hindi maikakaila na paunang estado ng pangkalahatang relativity at ang cosmological na modelo ng Big Bang. Noong 1981, ang physicist na si Alan Guth ay bumuo ng isang teorya na naglalarawan ng isang panahon ng mabilis na paglawak ng kosmiko (ang panahon ng implasyon), na niresolba ang maraming hindi nalutas na mga teoretikal na tanong at problema.

Ang 1990s ay nakakita ng tumaas na interes sa dark energy, na nakita bilang susi sa paglutas ng maraming natitirang mga katanungan sa kosmolohiya. Bilang karagdagan sa pagnanais na makahanap ng sagot sa tanong kung bakit nawawala ang masa ng Uniberso kasama ang madilim na ina (isang hypothesis na iminungkahi noong 1932 ni Jan Oort), kinakailangan din na makahanap ng paliwanag kung bakit ang Uniberso ay bumibilis pa.

Ang karagdagang pag-unlad sa pag-aaral ay dahil sa paglikha ng mas advanced na mga teleskopyo, satellite at mga modelo ng computer, na nagbigay-daan sa mga astronomo at cosmologist na tumingin pa sa Uniberso at mas maunawaan ang tunay na edad nito. Ang pagbuo ng mga teleskopyo sa kalawakan tulad ng Cosmic Background Explorer (o COBE), ang Hubble Space Telescope, ang Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) at ang Planck Space Observatory ay gumawa din ng napakahalagang kontribusyon sa pag-aaral.

Sa ngayon, masusukat ng mga kosmologist ang iba't ibang mga parameter at katangian ng modelo ng teorya ng Big Bang na may medyo mataas na katumpakan, hindi banggitin ang mas tumpak na mga kalkulasyon ng edad ng kosmos sa paligid natin. Ngunit nagsimula ang lahat sa karaniwang pagmamasid sa mga malalaking bagay sa kalawakan na matatagpuan maraming light years ang layo sa atin at dahan-dahang patuloy na lumalayo sa atin. At kahit na wala tayong ideya kung paano magtatapos ang lahat ng ito, hindi ito magtatagal ayon sa mga pamantayan ng kosmolohikal upang malaman.