Jednou z hlavných otázok, ktoré neopúšťajú ľudské vedomie, vždy bola a je otázka: „ako sa objavil Vesmír?“Samozrejme, na túto otázku neexistuje jednoznačná odpoveď a je nepravdepodobné, že by sa jej v blízkej budúcnosti nedočkala, ale veda pracuje týmto smerom a formuje určitý teoretický model vzniku nášho vesmíru. Najskôr by sa mali zvážiť základné vlastnosti vesmíru, ktoré by sa mali opísať v rámci kozmologického modelu.
*** Model by mal brať do úvahy pozorované vzdialenosti medzi objektmi, ako aj rýchlosť a smer ich pohybu. Takéto výpočty sú založené na Hubblovom zákone: cz = H0D, kde z je červený posun objektu, D je vzdialenosť od tohto objektu a c je rýchlosť svetla.
*** Vek vesmíru v modeli musí presahovať vek najstarších objektov na svete.
*** Model by mal brať do úvahy počiatočné množstvo prvkov.
*** Model by mal brať do úvahy pozorovanú rozsiahlu štruktúru vesmíru.
*** Model by mal brať do úvahy pozorované pozadie pozadia.
Propagačné video:
Stručná história vesmíru. Singularita z pohľadu umelca (foto)
Stručne zvážte všeobecne akceptovanú teóriu vzniku a skorého vývoja vesmíru, ktorú podporuje väčšina vedcov. Teória veľkého tresku dnes znamená kombináciu modelu horúceho vesmíru s veľkým treskom. A hoci tieto koncepty najskôr existovali nezávisle na sebe, v dôsledku ich zjednotenia bolo možné vysvetliť počiatočné chemické zloženie vesmíru, ako aj prítomnosť reliktného žiarenia.
Podľa tejto teórie Vesmír vznikol asi pred 13,77 miliardami rokov z nejakého hustého zahriateho objektu - singulárneho stavu, ktorý je ťažké opísať v rámci modernej fyziky. Problém s kozmologickou singularitou okrem iného spočíva v tom, že pri jej opise má väčšina fyzikálnych veličín, ako je hustota a teplota, sklon k nekonečnu. Zároveň je známe, že pri nekonečnej hustote by mala entropia (miera chaosu) smerovať k nule, čo sa nezhoduje s nekonečnou teplotou.
Evolúcia vesmíru
*** Prvých 10 - 43 sekúnd po Veľkom tresku sa nazýva štádium kvantového chaosu. Príroda vesmíru v tomto štádiu existencie sa vzpiera opisu v rámci nám známej fyziky. Dochádza k rozpadu spojitého jedného časopriestoru na kvantá.
*** Planckov moment - okamih konca kvantového chaosu, ktorý klesá na 10 za -43 sekúnd. V tomto okamihu sa parametre vesmíru rovnali Planckovým hodnotám, ako bola Planckova teplota (asi 1032 K). V čase Planckovej éry boli všetky štyri základné interakcie (slabé, silné, elektromagnetické a gravitačné) spojené do jedného druhu interakcie. Nie je možné považovať Planckov moment za určité dlhé obdobie, pretože moderná fyzika nepracuje s parametrami menšími ako Planckove.
*** Stupeň inflácie. Ďalšou etapou v dejinách vesmíru bola inflačná etapa. V prvom okamihu inflácie sa gravitačná interakcia oddelila od zjednoteného supersymetrického poľa (ktoré predtým obsahovalo polia základných interakcií). Počas tohto obdobia má hmota podtlak, ktorý spôsobuje exponenciálne zvyšovanie kinetickej energie vesmíru. Zjednodušene povedané, počas tohto obdobia začal Vesmír veľmi rýchlo napučiavať a ku koncu sa energia fyzikálnych polí premieňa na energiu bežných častíc. Na konci tejto fázy teplota látky a žiarenie výrazne stúpa. Spolu s koncom fázy inflácie vyniká silná interakcia. Aj v tomto okamihu vzniká baryónová asymetria vesmíru.
[Baryonova asymetria vesmíru je pozorovaný jav prevahy hmoty nad antihmotou vo vesmíre]
*** Stupeň dominancie žiarenia. Ďalšia etapa vývoja vesmíru, ktorá zahŕňa niekoľko etáp. V tomto štádiu začína teplota vesmíru klesať, tvoria sa kvarky, potom hadróny a leptóny. V ére nukleosyntézy dochádza k tvorbe počiatočných chemických prvkov, syntetizuje sa hélium. Žiarenie však stále dominuje nad hmotou.
*** Éra dominancie látky. Po 10 000 rokoch energia hmoty postupne prevyšuje energiu žiarenia a dochádza k ich oddeleniu. Látka začína dominovať nad žiarením, objavuje sa reliktné pozadie. Taktiež separácia hmoty žiarením významne zvýšila počiatočné nehomogenity v distribúcii hmoty, v dôsledku čoho sa začali formovať galaxie a supergalaxie. Zákony vesmíru prišli do podoby, v akej ich pozorujeme dnes.
Vyššie uvedený obrázok je zložený z niekoľkých základných teórií a poskytuje všeobecnú predstavu o formovaní vesmíru v raných fázach jeho existencie.
Odkiaľ sa vzal vesmír?
Ak vesmír vznikol z kozmologickej singularity, tak odkiaľ sa singularita vzala? Na túto otázku zatiaľ nie je možné dať presnú odpoveď. Zvážte niektoré z kozmologických modelov ovplyvňujúcich „zrod vesmíru“.
Cyklické modely. Modelovanie otrúb (foto)
Tieto modely sú založené na tvrdení, že Vesmír vždy existoval a časom sa zmenil iba jeho stav, ktorý prechádzal od expanzie ku kontrakcii - a naopak.
*** Model Steinhardt-Turok. Tento model je založený na teórii strún (M-theory), pretože používa taký objekt ako „brane“.
[Bran (z membrány) v teórii strún (M-theory) je hypotetický základný multidimenzionálny fyzický objekt dimenzie menší ako je rozmer priestoru, v ktorom sa nachádza]
Podľa tohto modelu sa viditeľný vesmír nachádza vo vnútri trojbrány, ktorá sa pravidelne, raz za niekoľko biliónov rokov, zrazí s ďalšou trojobranou, čo spôsobí akýsi veľký tresk. Ďalej sa naša trojbrana začína vzďaľovať od druhej a rozširovať sa. V určitom okamihu má prednosť podiel temnej energie a zvyšuje sa rýchlosť rozpínania tri-brane. Kolosálna expanzia toľko rozptyľuje hmotu a žiarenie, že svet sa stáva takmer homogénnym a prázdnym. Nakoniec dôjde k opakovanej kolízii tribrán, v dôsledku ktorej sa naša vráti do počiatočnej fázy svojho cyklu, čím sa opäť zrodí náš „vesmír“.
*** Teória Lorisa Bauma a Paula Framptona hovorí aj o cyklickej povahe vesmíru. Podľa ich teórie sa tento druhý po Veľkom tresku bude rozširovať vďaka temnej energii, až kým sa nedostane do okamihu „rozpadu“samotného časopriestoru - Veľkého ripu. Ako viete, v „uzavretom systéme sa entropia neznižuje“(druhý zákon termodynamiky). Z tohto tvrdenia vyplýva, že Vesmír sa nemôže vrátiť do pôvodného stavu, pretože počas tohto procesu musí entropia klesať. Tento problém je však riešený v rámci tejto teórie. Podľa teórie Bauma a Framptona sa vesmír bezprostredne pred Veľkým roztržením rozpadá na mnoho „častí“, z ktorých každá má dosť malú hodnotu entropie. Tieto „zvyšky“bývalého vesmíru, ktoré zažívajú sériu fázových prechodov, vedú k hmote a vyvíjajú sa podobne ako pôvodný vesmír. Tieto nové svety navzájom neinteragujú, pretože sa rozptyľujú rýchlosťou väčšou ako je rýchlosť svetla. Vedci sa tak vyhli kozmologickej singularite, s ktorou sa podľa väčšiny kozmologických teórií začína zrod vesmíru. To znamená, že na konci svojho cyklu sa Vesmír rozpadne na mnoho ďalších neinteragujúcich svetov, ktoré sa stanú novými vesmírmi.
*** Konformná cyklická kozmológia je cyklický model Rogera Penrose a Vahagna Gurzadyana. Podľa tohto modelu je vesmír schopný vstúpiť do nového cyklu bez porušenia druhého zákona termodynamiky. Táto teória je založená na predpoklade, že čierne diery zničia absorbovanú informáciu, čo nejakým spôsobom „zákonne“znižuje entropiu vesmíru. Potom každý takýto cyklus existencie vesmíru začína zdaním Veľkého tresku a končí sa jedinečnosťou.
Ostatné modely vzniku vesmíru
Z ďalších hypotéz vysvetľujúcich vzhľad viditeľného vesmíru sú najobľúbenejšie nasledujúce dve:
*** Chaotická teória inflácie - teória Andrey Linde. Podľa tejto teórie existuje určité skalárne pole, ktoré je nehomogénne v celom svojom objeme. To znamená, že v rôznych oblastiach vesmíru má skalárne pole rôzne významy. Potom sa v oblastiach, kde je pole slabé, nič nedeje, zatiaľ čo oblasti so silnými poľami sa vďaka svojej energii začnú rozpínať (inflácia), čím vznikajú nové vesmíry. Tento scenár naznačuje existenciu mnohých svetov, ktoré nevznikli súčasne a majú svoju vlastnú sadu elementárnych častíc, a teda aj prírodné zákony.
*** Teória Lee Smolina - predpokladá, že Veľký tresk nie je začiatkom existencie vesmíru, ale iba fázovým prechodom medzi jeho dvoma stavmi. Pretože pred Veľkým treskom vesmír existoval vo forme kozmologickej singularity, ktorá bola svojou povahou blízka singularite čiernej diery, Smolin naznačuje, že vesmír mohol vzniknúť z čiernej diery.
Existujú aj vzory, v ktorých vesmíry neustále vznikajú, klíčia od rodičov a nachádzajú si svoje vlastné miesto. Navyše nie je vôbec potrebné, aby sa v takýchto svetoch ustanovovali rovnaké fyzikálne zákony. Všetky tieto svety sú „vnorené“do jedného časopriestorového kontinua, sú však natoľko vzdialené od seba, že nijako necítia vzájomnú prítomnosť. Koncept inflácie vo všeobecnosti umožňuje - navyše núti! - veriť, že v gigantickom megakozme existuje veľa izolovaných vesmírov s rôznymi usporiadaniami.
Napriek skutočnosti, že cyklické a iné modely odpovedajú na množstvo otázok, na ktoré teória veľkého tresku nemôže odpovedať, vrátane problému kozmologickej singularity. Avšak spolu s inflačnou teóriou Veľký tresk úplnejšie vysvetľuje vznik vesmíru a tiež sa spája s mnohými pozorovaniami.
Vedci dnes pokračujú v intenzívnom štúdiu možných scenárov vzniku vesmíru, aby však dostali nezvratnú odpoveď na otázku „Ako sa vesmír objavil?“- je nepravdepodobné, že v blízkej budúcnosti uspeje. Má to dva dôvody: priamy dôkaz o kozmologických teóriách je prakticky nemožný, iba nepriamy; ani teoreticky neexistuje spôsob, ako získať presné informácie o svete pred Veľkým treskom. Z týchto dvoch dôvodov môžu vedci predložiť iba hypotézy a zostaviť kozmologické modely, ktoré najpresnejšie popíšu podstatu vesmíru, ktorý pozorujeme.