Visatos gyvenimas ir mirtis

Didysis sprogimas

Pirmiausia paskaitykite: Nuo šičia link begalybės
 

"Didžiojo sprogimo" teorija laiko, kad Visata kilo iš vienintelio begalinio tankumo taško. Ši teorija buvo numanoma Alberto Einšteino lygčių sprendime, kurį 1922-ais atliko Aleksandras Fridmanas. 1927-ais Džordžas Lemetrė tas lygtis panaudojo kosmologinei teorijai vystyti. O "Didžiojo sprogimo" sąvoką 1946-ais įvedė Džordžas Gamovas, kuris kartu su R.A. Alpheriu įžvelgė aukštą pradinę temperatūrą ir teoriją papildė el.dalelių sintezės ir foninės radiacijos teorijomis. Palyginti neseniai hipotezė buvo papildyta infliacijos teorija, aprašančia fizikinius reiškinius pirmosiomis Visatos gyvavimo akimirkomis. Tačiau pasekėjų turi ir vientisos būsenos teorija, teigianti nuolatinį virsmą ir Visatą, neturinčią pradžios ir pabaigos.

Infliacija leidžia spėti esant tam tikrus statistinius dėsningumus anizotropijoje. Kvantinės fliuktuacijos paprastai paveikia tik nedideles erdvės sritis, tačiau nepaprastas eksponentinis plėtimasis infliacijos laikotarpiu leidžia tas mažas sritis tapti stebimomis. šviesos kūgiai laike

Būsimi šviesos kūgiai tampa apskritimais danguje. Ankstyvieji įvykiai infliacijos metu sukuria didelius apskritimus (kaip apatinėje iliustracijoje). Vėlesni – jau mažesnius apskritimus, tačiau jų daugiau ir dangaus padengimas yra toks pat (viduryje). Net dar vėlesni įvykiai kuria dar smulkesnius apskritimus, kurie vėlgi padengia dangų (viršuje). Žr. animuotą GIF proceso iliustracijai.

Visų laikų visų įvykių poveikių struktūra yra vadinama „vienodu stiprumu visuose dažniuose“ ir ji dera su COBE duomenimis. Materija nuteka pikinių potencialų „šlaitais“ (raudonos dėmės COBE duomenyse) suformuodama tuštumas dabartiniame galaktikų pasiskirstyme, tuo tarpu slėniai tarp potencialų (mėlynos dėmės) yra sritys, kur susitelkia galaktikos (žr. apie Vietinę tuštumą).

Tad aptikus, kad stebima anizotropijos struktūra dera su infliacijos teorija, galime klausti, ar gravitacinės jėgos yra pakankamos sukurti stebimą Visatą. COBE nepajėgus aptikti tokių smulkių dėmių kaip galaktikų sankaupos ar net super-sankaupos, tačiau pasinaudojus „vienodu stiprumu visuose dažniuose“, galime ekstrapoliuoti COBE duomenis į mažesnius mastelius – ir tada pamatome, kas gravitacinės jėgos yra pakankamos, tačiau tik su sąlyga, kad neveikia kitos jėgos. Jei visa medžiaga visatoje sudaryta iš įprastinių cheminių elementų, tada prie perkombinavimą egzistavo labai efektyvios priešingos jėgos, nes laisvieji elektronai, dabar įkalinti atomuoseveikė labai efektyviai paskleidžiant kosminio fono fotonus. Tad gauname išvadą, kad didžioji medžiagos dalis Visatoje yra „tamsioji materija“, kuri nei spinduliuoja, nei sugeria, nei sklaido šviesą. O ir tolimųjų supernovų stebėjimai rodo, kad didesnį energijos tankį Visatoje sudaro vakuumo energija („tamsioji energija“), savo prigimtimi panaši į Einšteino kosmologinę konstantą, užtikrinančią Visatos plėtimąsi. Šias keistas išvadas paremia ir WMAP duomenys.
COBE ir Vienodo stiprumo visuose dažniuose modelis

Erdvėlaikio kontinumas

Ši koncepcija susijusi su reliatyvumo teorija, kurioje laikas imamas kaip 4-asis išmatavimas. Ji pakeičia Niutono mechanikos modelį, kuriame laikas yra absoliutus ir nepriklausomas. Reliatyvumo teorijoje atstumas erdvėje DI yra veikiamas Fitzdžeraldo-Lorenco suspaudimo veiksnių, o laiko trukmė Dt - laiko ištempimo. Naujoji reikšmė Ds yra invariantinė. Ji su kitomis reikšmėmis susieta kvadratine lygtimi, įtraukiančia šviesos greitį, o Ds išreiškia metriką.

1908 m. Hermanas Minkovskis išreiškė mintį, kad erdvėlaikio kontinumas grindžiamas specialiąja reliatyvumo "geometrija" veikiant Lorenco transformacijoms. bendruoju atveju erdvėlaikio metrika yra sudėtingesnė ir atitinka iškreiptą erdvėlaikio vaizdą.

Reliatyvumo teorija

Ji panaikino absoliutų judesį Visatoje, kai viskas vyksta tik kitų reiškinių atžvilgiu. Ji atvedė mus į branduolinį amžių, nes leido geriau suprasti el.dalelių mikropasaulį. Joje išskiriamos dvi nepriklausomos kryptys - specialioji (1905, mikropasaulis) ir bendroji (1916, astrofizika) reliatyvumo teorijos.

Iš pradžių bendroji reliatyvumo teorija buvo sudėtingas matematinis modelis, - labiau tinkantis grynajai matematikai ir filosofijai, o ne fizikai. tačiau maždaug 1960-ais ji tapo svarbia fizikos ir astronomijos šaka. Jai įsigalėti labai padėjo nauja matematinė technika leidusi fizikines koncepcijas įzoliuoti nuo matematinių išraiškų sudėtingumo. Jos taikymus skatino ir nauji astronominiai reiškiniai: kvazarai (1963), pulsarai (1967), 2,7oK mikrobangė fono radiacija (1965) ir, tikėtina, "juodosios skylės" (1971). Naujos didelio tikslumo eksperimentinės priemonės suteikė galimybę atikrinti ar bendroji reliatyvumo teorija atitinka stebimus gravitacijos reiškinius.

Alternatyvios kosmologinės teorijos

Robertas Dikas ir Karlas Bransas savo gravitacijos teorijoje leidžia keistis visuotinei gravitacijos konstantai. Ji paaiškina tuos Merkurijaus orbitos nuokrypius, kurie nepavaldūs bendrajai reliatyvumo teorijai. Dikas tvirtino, kad Saulė yra truputį (0,0001) suplotas rutulys, tačiau šio fakto Saulės stebėjimai nepatvirtino.

Kai kurie mokslininkai bando Visatos evoliuciją pagrįsti naudodami el.dalelių teorijas (ypač gausu tokių bandymų buvo 1970-90 m. laikotarpiu). Už pagrindą paėmę "didžiojo sprogimo" teoriją jie bandė paaiškinti pirmųjų Visatos gyvavimo akimirkų procesus.

Pagal anglą Stefaną Hokingą materija turėjo tvertis ties "juodųjų skylių" horizontu, t.y. tuo momentu, kai "raudonojo poslinkio" reikšmė tokia, kad šviesa negali pasiekti "stebėtojo". Vėliau buvo įrodyta, kad kvantinės fliuktuacijos tuščioje "de Sitter" erdvėje galėjo sutverti virtualiąją Visatą su neigiama gravitacine jėga (kuri galėjo egzistuoti tik kelias sekundes, tačiau per vadinamąjį kvantinį tunelį išsiplėsti į dabartinės Visatos pavidalą.

Pagal šią teoriją visuotinė Visatos energija nebūtinai lygi nuliui - ji gali būti arba teigiama (atvira Visata) arba neigiama (uždara Visata). Tai daugelio matavimų Visata, kuri talpina daugelį 4-ių matavimų suberdvių, kurių kiekvienoje iš kvantinių fliuktuacijų gali būti sutverta atskira Visata. taigi teigiama begalinis kitų Visatų kiekis (kurių atrasti nėra jokių galimybių).

9-ojo dešimt. pradžioje Alanas Gutas sukuria "infliacijos" teoriją, kuri taip pat kvantinių fliuktuacijų pagalba bando paaiškinti pirmųjų Visatos akimirkų reiškinius.

Tokios pastangos yra panašios į bandymus sugretinti kosmologiją su GUT (Grand Unification Theories), siekiančiomis visus materijos sąryšius aiškinti viena teorija. Tačiau pagal jas turėjo susikurti vadinamieji magnetiniai monopoliai, dėl kurių milžiniškos masės dabartinę Visatos būseną buvo galima pasiekti tik per 30 tūkst. metų.

Gutas savo teorija stengiasi panaikinti šį prieštaravimą. jis įvedė pereinamąsias fazes, kurių metu Visata savo pirmosiomis akimirkomis smarkiai atvėsdavo. Jo teorija leido paaiškinti gana didelį mūsų Visatos homogeniškumą (didelis Visatos plėtimosi greitis neleidžia susidaryti tokiam vienalytiškumo ir izotropijos laipsniui).

Dar vienas GUT suliejimo su kosmologija bandymas yra kosmoso "stygų" (erdvėlaikio defektų, išlikusių nuo pirmųjų Visatos akimirkų) teorija. Stygos arba tęsiasi į begalybę arba susiraizgo į uždaras kreives. Vieno matavimo ir veikiamos milžiniškos tempimo jėgos jos gali tapti labai masyvios ir saugoti galaktikų informaciją (tarsi kokios kosminės DNR).

"Plazmos" kosmologinė teorija (švedas Hannes Altvein'as) atsisako "Didžiojo sprogimo" fakto. Plazma yra ta įelektrintų materijos dalelių būsena, kuri yra labiausiai paplitusi Visatoje. Jos dariniai gali tverti Visatą be pradžios ir galo.

Seniausia žvaigždė
Australijos nacionalinio un-to ir MIT mokslininkai 2014 m. pradžioje atrado 13,7 mlrd. m. senumo žvaigždę SM0313 ir aplenkė 2013 m. pradžioje atrastą HD 140283, kurios amžius „tik“ 13,2 mlrd. m. ji atsiradusi netrukus po Didžiojo sprogimo, įvykusio prieš 13,77 mlrd. m.
Abi žvaigždės yra gana arti Žemės – naujoji „vos“ už 6000 šviesmečių (HD 140283 – už 186 šv.m.). naujosios žvaigždės amžius nustatytas remiantis nepaprastai mažu geležies kiekiu. Kadangi Visatos jaunystėje susidarė tik lengvieji elementai (vandenilis, helis ir nežymus ličio kiekis), o kiti susidarė vėliau, pirmųjų žvaigždžių gelmėje. Atrastojoje žvaigždėje geležies 10 mln. kartų mažiau nei Saulėje ir yra ties matavimo paklaidos riba.
Anot mokslininkų, ši žvaigždė priklauso antrajai žvaigždžių kartai, susidariusiai iš pirmųjų susprogusių šviesulių materijos.

Visatos modeliai
Tamsioji materija
Visatos mechanika
Trumpa laiko istorija
Pasikėsinimas į multivisatas
Kokia yra Visata? Sukasi?
Stabilios būsenos teorija
Visatos gyvenimas ir mirtis
Erdvės ratilai: Visatos darinių kilmė
Kas tas laikas?
Papildomas matavimas
Greičiau už šviesą!
Bendroji reliatyvumo teorija
Lemtingasis Rentgeno atradimas
Specialioji reliatyvumo teorija
Visatos topologija: pradžiamokslis
Savaime besiorganizuojantis kvantinis pasaulis
Greičiais C besiplečiančios–besitraukiančios erdvės B
Templierių kryžiaus danguje belaukiant
Astronomų užsipuolimas TSRS
Raudonojo poslinkio kilmė
Kometos: dangaus ženklai
Pasaulio sukūrimo puslapis
Kosmologinė "Didžiojo sprogimo" teorija ir viduramžių mistika
Tėkmė: kas atvedė prie LHC?
Paralaksas: matavimai kosmose
Gyvenimas po mirties
Kvantinis chaosas
Pasaulio sukūrimas
NSO puslapis