Жердің пайда болуы (Үлкен жарылыстан Жердің пайда болуына дейін). Суперқуат

Тіпті қазіргі ғалымдар Үлкен жарылысқа дейін Әлемде не болғанын нақты айта алмайды. Ғаламның ең күрделі мәселелерінің біріне құпиялық пердесін көтеретін бірнеше гипотеза бар.

Материалдық дүниенің пайда болуы

20 ғасырға дейін дүниені Құдай жаратқан деп есептейтін діни көзқарасты жақтаушылар екі-ақ болды. Ғалымдар, керісінше, Әлемнің адам жасаған табиғатын мойындаудан бас тартты. Физиктер мен астрономдар ғарыш әрқашан болған, әлем статикалық және бәрі миллиардтаған жылдар бұрынғыдай қалады деген идеяны жақтаушылар болды.

Алайда, ғасырлар тоғысындағы жеделдетілген ғылыми прогрес зерттеушілердің Жерден тыс кеңістіктерді зерттеу мүмкіндігіне ие болуына әкелді. Олардың кейбіреулері Үлкен жарылысқа дейін Әлемде не болды деген сұраққа бірінші болып жауап беруге тырысты.

Хаббл зерттеулері

20 ғасыр өткен дәуірлердің көптеген теорияларын жойды. Босаған кеңістікте осы уақытқа дейін түсініксіз құпияларды түсіндіретін жаңа гипотезалар пайда болды. Мұның бәрі ғалымдардың Ғаламның кеңею фактісін анықтауынан басталды. Мұны Эдвин Хаббл жасаған. Ол алыстағы галактикалардың Жерге жақын орналасқан ғарыштық шоғырлардан жарығымен ерекшеленетінін анықтады. Бұл заңдылықтың ашылуы Эдвин Хабблдың кеңею заңының негізі болды.

Үлкен жарылыс және Ғаламның пайда болуы барлық галактикалар бақылаушыдан, қай жерде болса да, «қашып кететіні» белгілі болған кезде зерттелді. Мұны қалай түсіндіруге болады? Галактикалар қозғалатындықтан, бұл олардың қандай да бір энергия түрімен алға итерілгенін білдіреді. Сонымен қатар, физиктер барлық әлемдердің бір нүктеде орналасқанын есептеді. Біраз итермелеудің арқасында олар ойға келмейтін жылдамдықпен барлық бағытта қозғала бастады.

Бұл құбылыс «Үлкен жарылыс» деп аталды. Ал Ғаламның пайда болуы осы ежелгі оқиға теориясының көмегімен дәл түсіндірілді. Ол қашан болып қалды? Физиктер галактикалардың қозғалыс жылдамдығын анықтап, бастапқы «итеру» пайда болған кезде есептеу үшін қолданатын формуланы шығарды. Ешкім нақты сандарды айта алмайды, бірақ шамамен бұл құбылыс шамамен 15 миллиард жыл бұрын болған.

Үлкен жарылыс теориясының пайда болуы

Барлық галактикалардың жарық көзі екендігі Үлкен жарылыс үлкен көлемде энергия бөлгенін білдіреді. Ол болған оқиғаның эпицентрінен алыстаған кезде әлемдер жоғалтатын жарықты дүниеге әкелді. Үлкен жарылыс теориясын алғаш рет американдық астрономдар Роберт Вилсон мен Арно Пензиас дәлелдеді. Олар электромагниттік ғарыштық микротолқынды фондық сәулеленуді тапты, оның температурасы Кельвин шкаласы бойынша үш градус (яғни, -270 Цельсий) болды. Бұл табылған Ғалам бастапқыда өте ыстық болды деген идеяны қолдады.

Үлкен жарылыс теориясы 19 ғасырда тұжырымдалған көптеген сұрақтарға жауап берді. Дегенмен, қазір жаңалары пайда болды. Мысалы, Үлкен жарылысқа дейін Әлемде не болды? Неліктен ол соншалықты біртекті, ал энергияның осындай үлкен бөлінуімен зат барлық бағытта біркелкі емес шашырауы керек? Вильсон мен Арноның ашқан жаңалықтары классикалық евклидтік геометрияға күмән тудырды, өйткені кеңістіктің қисықтығы нөлдік екені дәлелденді.

Инфляциялық теория

Қойылған жаңа сұрақтар дүниенің пайда болуының қазіргі теориясының үзік-үзік және толық емес екенін көрсетті. Алайда, ұзақ уақыт бойы 60-жылдары ашылғаннан асып кету мүмкін емес сияқты көрінді. Ал ғалымдардың өте соңғы зерттеулері ғана теориялық физика үшін жаңа маңызды принципті тұжырымдауға мүмкіндік берді. Бұл Ғаламның өте жылдам инфляциялық кеңеюінің феномені болды. Ол өрістің кванттық теориясы мен Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясының көмегімен зерттелді және сипатталды.

Сонымен, Үлкен жарылысқа дейін Әлемде не болды? Қазіргі ғылым бұл кезеңді «инфляция» деп атайды. Бастапқыда барлық қиялдағы кеңістікті толтыратын өріс қана болды. Оны қарлы таудың баурайынан лақтырылған қарға ұқсатуға болады. Кесек төмен қарай домалап, көлемі ұлғаяды. Дәл осылай өріс кездейсоқ тербелістерге байланысты өз құрылымын елестетуге келмейтін уақыт ішінде өзгертті.

Біртекті конфигурация пайда болған кезде реакция пайда болды. Онда ғаламның ең үлкен құпиялары бар. Үлкен жарылыс алдында не болды? Қазіргі жағдайға мүлдем ұқсамайтын инфляциялық өріс. Реакциядан кейін Ғаламның өсуі басталды. Егер біз қарға ұқсастықты жалғастырсақ, онда біріншіден кейін басқа қарлы шарлар да домалап, көлемі ұлғаяды. Бұл жүйедегі Үлкен жарылыс сәтін үлкен блоктың тұңғиыққа құлап, ақырында жермен соқтығысқан екінші сәтімен салыстыруға болады. Осы кезде орасан зор энергия бөлінді. Ол әлі бітпейді. Бұл жарылыс реакциясының жалғасуына байланысты біздің Ғалам бүгінде өсіп келеді.

Материя және өріс

Ғалам қазір елестету мүмкін емес көптеген жұлдыздар мен басқа ғарыштық денелерден тұрады. Бұл заттың жиынтығы энергияның сақталу физикалық заңына қайшы келетін орасан зор энергияны шығарады. Ол не дейді? Бұл принциптің мәні шексіз уақыт аралығында жүйедегі энергия мөлшерінің өзгеріссіз қалуына келіп тіреледі. Бірақ бұл кеңейіп жатқан біздің Ғаламға қалай сәйкес келеді?

Бұл сұраққа инфляциялық теория жауап бере алды. Ғаламның мұндай жұмбақтарының шешілуі өте сирек. Үлкен жарылыс алдында не болды? Инфляциялық өріс. Дүние пайда болғаннан кейін бізге таныс материя өз орнын алды. Дегенмен, оған қоса, Әлемде теріс энергиясы бар нәрсе де бар. Бұл екі нысанның қасиеттері қарама-қарсы. Бұл бөлшектерден, жұлдыздардан, планеталардан және басқа заттардан келетін энергияның орнын толтырады. Бұл қатынас сонымен бірге Әлемнің неге әлі қара тесікке айналмағанын түсіндіреді.

Үлкен жарылыс алғаш болған кезде, әлем ештеңенің құлауы үшін тым кішкентай болды. Енді Ғалам кеңейген кезде оның кейбір бөліктерінде жергілікті қара тесіктер пайда болды. Олардың гравитациялық өрісі айналасындағылардың бәрін сіңіреді. Одан жарық та шыға алмайды. Міне, сондықтан мұндай тесіктер қара болады.

Ғаламның кеңеюі

Инфляциялық теорияның теориялық негіздемесіне қарамастан, Үлкен жарылысқа дейін Әлемнің қандай болғаны әлі күнге дейін түсініксіз. Бұл суретті адам қиялы елестете алмайды. Өйткені, инфляциялық өріс материалдық емес. Оны әдеттегі физика заңдарымен түсіндіру мүмкін емес.

Үлкен жарылыс болған кезде инфляция өрісі жарық жылдамдығынан асатын жылдамдықпен кеңейе бастады. Физикалық көрсеткіштерге сәйкес, Әлемде бұл көрсеткіштен жылдам қозғалатын материал жоқ. Жарық бар әлемге керемет сандармен таралады. Инфляциялық өріс дәл оның материалдық емес сипатына байланысты одан да жоғары жылдамдықпен тарады.

Ғаламның қазіргі жағдайы

Әлемнің эволюциясының қазіргі кезеңі өмірдің болуы үшін өте қолайлы. Ғалымдар бұл кезеңнің қанша уақытқа созылатынын анықтау қиынға соғады. Бірақ егер кімде-кім осындай есептеулер жүргізсе, онда алынған сандар жүздеген миллиард жылдардан кем емес еді. Бір адам өмірі үшін мұндай сегменттің үлкендігі сонша, тіпті математикалық есепте оны қуаттарды пайдаланып жазу керек. Қазіргі уақыт Әлемнің тарихқа дейінгі кезеңінен әлдеқайда жақсы зерттелді. Үлкен жарылысқа дейін болған оқиға, қалай болғанда да, тек теориялық зерттеулер мен батыл есептеулердің нысаны болып қала береді.

Материалдық дүниеде тіпті уақыт салыстырмалы құндылық болып қала береді. Мысалы, Жерден 14 миллиард жарық жылы қашықтықта орналасқан квазарлар (астрономиялық нысанның бір түрі) біздің әдеттегі «қазірден» 14 миллиард жарық жылына артта қалды. Бұл уақыт аралығы өте үлкен. Адамның қиялының (тіпті ең жалынды) көмегімен мұндай нәрсені анық елестету мүмкін еместігін айтпағанда, тіпті математикалық тұрғыдан анықтау қиын.

Заманауи ғылым біздің материалдық дүниеміздің бүкіл өмірін теориялық түрде түсіндіре алады, оның өмір сүруінің секундтарының алғашқы бөліктерінен бастап, Үлкен жарылыс жаңа ғана болған кезде. Әлемнің толық тарихы әлі де жаңартылуда. Астрономдар жаңартылған және жетілдірілген зерттеу жабдықтарының (телескоптар, зертханалар және т.б.) көмегімен таңғажайып жаңа фактілерді ашуда.

Дегенмен әлі күнге дейін түсініксіз құбылыстар да бар. Мұндай ақ нүкте, мысалы, оның қараңғы энергиясы. Бұл жасырын массаның мәні біздің заманымыздың ең білімді және озық физиктерінің санасын толғандырады. Сонымен қатар, Әлемде антибөлшектерге қарағанда бөлшектердің әлі де көп болуының себептері туралы бірде-бір көзқарас пайда болған жоқ. Бұл мәселе бойынша бірнеше іргелі теориялар тұжырымдалған. Бұл модельдердің кейбірі ең танымал болып табылады, бірақ олардың ешқайсысы халықаралық ғылыми қауымдастықпен әлі қабылданған жоқ

20 ғасырдағы әмбебап білім мен орасан зор жаңалықтардың ауқымында бұл олқылықтар өте мардымсыз болып көрінеді. Бірақ ғылым тарихы мұндай «кішігірім» фактілер мен құбылыстарды түсіндіру адамзаттың жалпы пәнді (бұл жағдайда астрономия туралы айтып отырмыз) бүкіл түсінуіне негіз болатынын таңғаларлық заңдылықпен көрсетеді. Демек, ғалымдардың келешек ұрпағы Ғаламның табиғатын танып-білу саласында атқаратын істері мен ашатын істері болары сөзсіз.

Ғаламның дамуы идеясы, әрине, Әлемнің эволюциясының басталуы (туылуы) және оның аяқталуы (өлу) мәселесін тұжырымдауға әкелді. Қазіргі уақытта Әлемде материяның пайда болуының белгілі бір аспектілерін түсіндіретін бірнеше космологиялық модельдер бар, бірақ олар Әлемнің өзінің туылу себептері мен процесін түсіндірмейді. Қазіргі заманғы космологиялық теориялардың барлық жиынтығының ішінен тек қана Г.Гамовтың Үлкен жарылыс теориясы бүгінгі күнге дейін барлық дерлік фактілерді қанағаттанарлық түрде түсіндіре алды. Үлкен жарылыс моделінің негізгі белгілері кейіннен инфляция теориясымен немесе американдық ғалымдар А.Гут пен П.Стейнхардт әзірлеген және толықтырылған инфляция теориясымен толықтырылғанымен, бүгінгі күнге дейін сақталған. Кеңестік физик А.Д. Линда.

1948 жылы орыс текті көрнекті американ физигі Г.Гамов физикалық Әлем шамамен 15 миллиард жыл бұрын болған алып жарылыс нәтижесінде пайда болды деп ұсынды. Содан кейін бүкіл материя мен Әлемнің барлық энергиясы бір кішкентай өте тығыз шоғырға шоғырланды. Егер сіз математикалық есептеулерге сенсеңіз, онда кеңеюдің басында Әлемнің радиусы толығымен нөлге тең болды, ал оның тығыздығы шексіздікке тең болды. Бұл бастапқы күй сингулярлық деп аталады - тығыздығы шексіз нүктелік көлем. Физиканың белгілі заңдары сингулярлық жағдайда қолданылмайды. Бұл күйде кеңістік пен уақыт ұғымдары өз мағынасын жоғалтады, сондықтан бұл нүкте қайда болды деп сұраудың мағынасы жоқ. Сондай-ақ, қазіргі заманғы ғылым бұл жағдайдың пайда болу себептері туралы ештеңе айта алмайды.

Дегенмен, Гейзенбергтің белгісіздік принципі бойынша материяны бір нүктеге қысу мүмкін емес, сондықтан Әлемнің бастапқы күйінде белгілі бір тығыздық пен өлшем болған деп есептеледі. Кейбір есептеулерге сәйкес, егер шамамен 1061 г деп есептелетін бақыланатын Әлемдегі барлық материя 1094 г/см3 тығыздыққа дейін қысылса, ол шамамен 10-33 см3 көлемді алады. Оны кез келген электронды микроскоппен көру мүмкін емес еді. Ұзақ уақыт бойы Үлкен жарылыс және Әлемнің кеңеюге өту себептері туралы ештеңе айта алмады. Бірақ бүгінде осы процестерді түсіндіруге тырысатын кейбір гипотезалар пайда болды. Олар Ғалам дамуының инфляциялық моделінің негізінде жатыр.

Үлкен жарылыс концепциясының негізгі идеясы - Әлемнің пайда болуының бастапқы кезеңдерінде жоғары энергия тығыздығы бар тұрақсыз вакуум тәрізді күй болды. Бұл энергия кванттық сәулеленуден пайда болды, яғни. жоқ жерден шыққандай. Өйткені, физикалық вакуумда қозғалмайтын бөлшектер, өрістер мен толқындар жоқ, бірақ ол жансыз қуыс емес. Вакуумда туып, тез өмір сүретін және бірден жоғалып кететін виртуалды бөлшектер бар. Сондықтан вакуум виртуалды бөлшектермен және олардың арасындағы күрделі әрекеттесулермен толтырылады. Сонымен қатар, вакуумдағы энергия оның әртүрлі қабаттарында орналасқан, яғни. вакуумдық энергия деңгейлерінің айырмашылығы құбылысы бар.

Вакуум тепе-теңдік күйде болғанда, оның ішінде тек виртуалды бөлшектер ғана болады, олар туылу үшін вакуумнан энергияны қысқа мерзімге алады және жойылу үшін алынған энергияны тез қайтарады. Қандай да бір себептермен вакуум қандай да бір бастапқы нүктеде (сингулярлық) қозып, тепе-теңдік күйінен шыққан кезде, виртуалды бөлшектер кері серпілместен энергияны басып, нақты бөлшектерге айнала бастады. Кеңістіктің белгілі бір нүктесінде олармен байланысты энергиямен бірге нақты бөлшектердің үлкен саны пайда болды. Қоздырылған вакуум ыдырағанда, үлкен сәулелену энергиясы бөлініп, үлкен күш бөлшектерді аса тығыз затқа айналдырды. Тіптен кеңістік-уақыт деформацияланған экстремалды жағдайлар вакуумның да ерекше күйде болғанын болжайды, оны «жалған» вакуум деп атайды. Ол заттың өте жоғары тығыздығына сәйкес келетін өте жоғары тығыздық энергиясымен сипатталады. Заттың бұл күйінде онда күшті кернеулер мен теріс қысымдар пайда болуы мүмкін, бұл ғаламның бақылаусыз және жылдам кеңеюін - Үлкен жарылысты тудырған соншалықты гравитациялық тебілуге ​​тең. Бұл біздің әлемнің бастапқы серпіні, «бастауы» болды.

Осы сәттен бастап Әлемнің жылдам кеңеюі басталады, уақыт пен кеңістік пайда болады. Осы уақытта бір немесе бірнеше ғаламның эмбриондарының бақыланбайтын инфляциясы орын алады, олар бір-бірінен негізгі константалары мен заңдарында ерекшеленуі мүмкін.

Түрлі бағалаулар бойынша, экспоненциалды түрде дамитын «инфляция» кезеңі елестету мүмкін емес қысқа уақытты алады - «бастаудан» кейін 10-33 секундқа дейін. Оны инфляциялық кезең деп атайды. Осы уақыт ішінде Ғаламның көлемі протонның миллиардтан бір бөлігінен сіріңке қорапшасының өлшеміне дейін 1050 есе өсті.

Инфляция фазасының соңына қарай Ғалам бос және суық болды, бірақ инфляция құрғаған кезде Ғалам кенеттен өте «ыстыққа» айналды. Кеңістікті жарықтандырған бұл жылудың жарылуы «жалған» вакуумдағы энергияның орасан зор қорларына байланысты. Вакуумның бұл күйі өте тұрақсыз және ыдырауға бейім. Ыдырау аяқталғаннан кейін итеру жойылып, инфляция аяқталады. Ал көптеген нақты бөлшектер түрінде байланысқан энергия радиация түрінде шығарылып, Әлемді бірден 1027 К-ге дейін қыздырды. Осы сәттен бастап Әлем «ыстық» Үлкен Жарылыстың стандартты теориясына сәйкес дамыды. Үлкен жарылыстан кейін Әлем бір-біріне еркін айналатын қарапайым бөлшектер мен олардың антибөлшектерінің плазмасы болды. Бұл тромбта тек гравитациялық және үлкен өзара әрекеттесулер болды. Содан кейін Ғалам кеңейе бастады, сонымен бірге оның тығыздығы мен температурасы төмендеді. Әлемнің одан әрі эволюциясы, бір жағынан, дифференциациямен, ал екінші жағынан, оның құрылымдарының күрделенуімен бірге жүрді. Әлемнің эволюциясының кезеңдері элементар бөлшектердің өзара әрекеттесу ерекшеліктерімен ерекшеленеді және эра деп аталады. Ең маңызды өзгерістер үш минуттан аз уақытты алды.

Адрон дәуірі 10-7 с. Бұл кезеңде температура 1013 К дейін төмендейді. Сонымен бірге барлық төрт іргелі өзара әрекеттесулер пайда болады, кварктардың еркін тіршілігі тоқтайды, олар адрондарға қосылады, олардың ішіндегі ең маңыздылары протондар мен нейтрондар. Ең маңызды оқиға біздің Ғаламның өмір сүруінің алғашқы сәттерінде болған симметрияның жаһандық бұзылуы болды. Бөлшектердің саны антибөлшектердің санынан сәл артық болып шықты. Бұл асимметрияның себептері әлі белгісіз. Жалпы плазма тәрізді шоғырда бөлшектердің және антибөлшектердің әрбір миллиард жұбы үшін тағы бір бөлшек болды, оның жойылу үшін жұптары жеткіліксіз болды. Бұл галактикалар, жұлдыздар, планеталар және олардың кейбіреулерінде ақылды тіршілік иелері бар материалдық Әлемнің одан әрі пайда болуын анықтады.

Лептон дәуірі басталғаннан кейін 1 секундқа дейін созылды. Ғаламның температурасы 1010 К дейін төмендеді. Оның негізгі элементтері протондар мен нейтрондардың өзара өзгеруіне қатысқан лептондар болды. Осы дәуірдің соңында материя нейтриноларға мөлдір болды, олар материямен әрекеттесуін тоқтатты және содан бері осы күнге дейін аман қалды.

Радиация дәуірі (фотон дәуірі) 1 миллион жылға созылды. Осы уақыт ішінде Ғаламның температурасы 10 млрд К-ден 3000 К-ге дейін төмендеді. Осы кезеңде Әлемнің одан әрі эволюциясы үшін бастапқы нуклеосинтездің ең маңызды процестері - протондар мен нейтрондардың қосындысы (шамамен 8 болды) өтті. олардың протондарынан есе аз) атом ядроларына айналады. Бұл процестің соңында Ғалам материясы 75% протондардан (сутегі ядроларынан), шамамен 25% гелий ядроларынан, пайыздың жүзден бір бөлігі дейтерийден, литийден және басқа да жеңіл элементтерден тұрды, содан кейін Әлем фотондарға мөлдір болды. , өйткені радиация заттардан бөлініп, біздің дәуірімізде реликтті сәулелену деп аталатын нәрсені қалыптастырды.

Содан кейін, шамамен 500 мың жыл бойы ешқандай сапалық өзгерістер болған жоқ - Ғаламның баяу салқындауы және кеңеюі болды. Ғалам біртекті болғанымен, барған сайын сиреп кетті. Ол 3000 К дейін салқындаған кезде сутегі мен гелий атомдарының ядролары бос электрондарды басып алып, бейтарап сутегі мен гелий атомдарына айнала алды. Нәтижесінде өзара әрекеттеспейтін үш дерлік заттардың: бариондық заттар (сутегі, гелий және олардың изотоптары), лептондар (нейтрино және антинейтрино) және сәулелену (фотондар) қоспасынан тұратын біртекті Әлем пайда болды. Осы уақытқа дейін жоғары температура мен жоғары қысым болмады. Болашақта Әлемнің одан әрі кеңеюі мен салқындауы, «лептон шөлінің» пайда болуы - термиялық өлім сияқты нәрсе болатын сияқты көрінді. Бірақ бұл болмады; керісінше, қазіргі заманғы құрылымдық Әлемді құрған секіріс болды, ол қазіргі бағалаулар бойынша 1-ден 3 миллиард жылға дейін созылды.

Астрономдар біздің әлем Үлкен жарылыс нәтижесінде пайда болды деп санайды. Жарылған алып отты шар бүкіл кеңістікке материя мен энергияны шашыратып жіберді, кейін олар конденсацияланып, миллиардтаған жұлдыздарды құрады, олар өз кезегінде көптеген галактикаларға қосылды.

Үлкен жарылыс теориясы.

Қазіргі ғалымдардың көпшілігі ұстанатын теория Әлемнің Үлкен жарылыс деп аталатын нәтижесінде пайда болғанын айтады. Температурасы миллиардтаған градусқа жететін керемет ыстық от шары бір сәтте жарылып, энергия мен зат бөлшектерінің ағындарын барлық бағытта шашыратып жіберді, бұл оларға үлкен үдеу берді.
Кез келген зат ұсақ бөлшектерден – атомдардан тұрады. Атомдар - химиялық реакцияларға қатыса алатын ең кішкентай материалдық бөлшектер. Алайда олар, өз кезегінде, одан да кішірек, элементар бөлшектерден тұрады. Әлемде химиялық элементтер деп аталатын атомдардың көптеген түрлері бар. Әрбір химиялық элементте белгілі бір өлшемдегі және салмақтағы атомдар болады және басқа химиялық элементтерден ерекшеленеді. Сондықтан химиялық реакциялар кезінде әрбір химиялық элемент тек өзіне тән әрекет етеді. Әлемдегі ең үлкен галактикалардан ең кішкентай тірі ағзаларға дейін барлығы химиялық элементтерден тұрады.

Үлкен жарылыстан кейін.

Үлкен жарылыс кезінде жарылған отты шар өте ыстық болғандықтан, материяның кішкентай бөлшектері атомдарды құру үшін бір-бірімен қосыла алмайтындай бастапқыда тым қуатты болды. Алайда, шамамен миллион жылдан кейін Ғаламның температурасы 4000 «С-қа дейін төмендеп, элементар бөлшектерден әртүрлі атомдар пайда бола бастады. Алдымен ең жеңіл химиялық элементтер - гелий мен сутегі пайда болды. Бірте-бірте Ғалам барған сайын салқындап, ауыр элементтер пайда болды.Температурасы әдеттен тыс жоғары Күн сияқты жұлдыздардың тереңдігінде жаңа атомдар мен элементтердің түзілу процесі бүгінгі күнге дейін жалғасуда.
Ғалам салқындап кетті. Жаңадан пайда болған атомдар шаң мен газдың алып бұлттарына жиналды. Шаң бөлшектері бір-бірімен соқтығысып, бір бүтінге біріктірілді. Гравитациялық күштер кішкентай заттарды үлкендерге қарай тартады. Нәтижесінде уақыт өте келе Ғаламда галактикалар, жұлдыздар және планеталар пайда болды.

Жерде темір мен никельге бай балқытылған ядро ​​бар. Жер қыртысы жеңілірек элементтерден тұрады және жер мантиясын құрайтын жартылай балқыған жыныстардың бетінде қалқып жүретін сияқты.

Ғаламның кеңеюі.

Үлкен жарылыс соншалықты күшті болды, ғаламның барлық материясы ғарыш кеңістігінде үлкен жылдамдықпен шашырап кетті. Оның үстіне Ғалам бүгінгі күнге дейін кеңейіп келеді. Біз мұны сенімді түрде айта аламыз, өйткені алыстағы галактикалар бізден әлі де алыстап келеді және олардың арасындағы қашықтық үнемі артып келеді. Бұл галактикалардың бір кездері қазіргіден әлдеқайда жақын орналасқанын білдіреді.

Күн жүйесінің қалай пайда болғанын ешкім білмейді. Жетекші теория - Күн мен планеталар ғарыштық газ бен шаңның айналмалы бұлтынан пайда болды. Бұл бұлттың тығыз бөліктері гравитациялық күштердің көмегімен сырттан көбірек заттарды тарта бастады. Нәтижесінде Күн және оның барлық планеталары одан пайда болды.

Бұрынғы микротолқындар.

Ғалам «ыстық» Үлкен жарылыс нәтижесінде пайда болды, яғни ол алып отты шардан пайда болды деген болжамға сүйене отырып, ғалымдар оның осы уақытқа дейін қаншалықты салқындауы керек екенін есептеуге тырысты. Олар галактикааралық кеңістіктің температурасы шамамен -270°С болуы керек деген қорытындыға келді. Ғалымдар Ғарыштың температурасын ғарыш тереңдігінен келетін микротолқынды (жылу) сәулеленудің қарқындылығымен де анықтайды. Өткізілген өлшеулер оның шын мәнінде шамамен -270 «С екенін растады.

Ғалам қанша жаста?

Белгілі бір галактикаға дейінгі қашықтықты білу үшін астрономдар оның өлшемін, жарықтығын және ол шығаратын жарықтың түсін анықтайды. Үлкен жарылыс теориясы дұрыс болса, бұл барлық бар галактикалар бастапқыда бір өте тығыз және ыстық отты шарға сығылғанын білдіреді. Бір галактикадан екіншісіне дейінгі қашықтықты олардың бір-бірінен алыстау жылдамдығына бөлу керек, олар қанша уақыт бұрын біртұтас тұтасты құрағанын анықтау керек. Бұл Ғаламның ғасыры болады. Әрине, бұл әдіс нақты деректер бермейді, бірақ ол әлі де Ғаламның жасы 12-ден 20 миллиард жылға дейін деуге негіз береді.

Гавайи аралында орналасқан Килауэа жанартауының кратерінен лава ағыны ағып жатыр. Лава жер бетіне жеткенде қатып, жаңа жыныстар түзеді.

Күн жүйесінің қалыптасуы.

Галактикалар Үлкен жарылыстан шамамен 1-2 миллиард жыл өткен соң, ал күн жүйесі шамамен 8 миллиард жылдан кейін пайда болған болуы мүмкін. Өйткені, зат кеңістікте біркелкі таралмаған. Тығыз жерлер гравитациялық күштердің арқасында шаң мен газды көбірек тартады. Бұл аумақтардың көлемі тез өсті. Олар шаң мен газдың үлкен айналмалы бұлттарына айналды - тұмандықтар деп аталады.
Осындай тұмандықтардың бірі - дәлірек айтқанда, күн тұмандығы - конденсацияланып, біздің Күнді құрады. Бұлттың басқа бөліктерінен планеталарға, соның ішінде Жерге айналған заттардың шоғырлары пайда болды. Оларды күн орбиталарында Күннің күшті гравитациялық өрісі ұстады. Гравитациялық күштер күн материясының бөлшектерін бір-біріне жақындатқан сайын, Күн кішірек және тығыз болды. Сонымен бірге күн ядросында құбыжық қысым пайда болды. Ол орасан зор жылу энергиясына айналды және бұл, өз кезегінде, Күннің ішіндегі термоядролық реакциялардың жүруін жеделдетті. Нәтижесінде жаңа атомдар пайда болып, одан да көп жылу бөлінді.

Өмір сүру жағдайларының пайда болуы.

Шамамен бірдей процестер, әлдеқайда аз ауқымда болса да, Жерде болды. Жердің ядросы тез тарыла бастады. Ядролық реакциялар мен радиоактивті элементтердің ыдырауы әсерінен Жер қойнауында көп жылу бөлінетіні сонша, оны түзген тау жыныстары еріп кетті. Кремнийге бай жеңіл заттар, шыны тәрізді минерал, жердің өзегіндегі тығызырақ темір мен никельден бөлініп, бірінші жер қыртысын құрайды. Шамамен миллиард жылдан кейін, Жер айтарлықтай салқындаған кезде, Жер қыртысы қатты жыныстардан тұратын біздің планетамыздың қатты сыртқы қабығына айналды.
Жер салқындаған кезде өз ядросынан әртүрлі газдар шығарылды. Бұл әдетте жанартау атқылауы кезінде болды. Жеңіл газдар, мысалы, сутегі немесе гелий, негізінен ғарыш кеңістігіне шықты. Дегенмен, Жердің тартылыс күші оның бетіне жақынырақ ауыр газдарды ұстап тұру үшін жеткілікті күшті болды. Олар жер атмосферасының негізін құрады. Атмосферадағы су буының бір бөлігі конденсацияланып, жер бетінде мұхиттар пайда болды. Енді біздің планетамыз өмір бесігі болуға толық дайын болды.

Тастардың тууы және өлуі.

Жердің құрлық массиві қатты жыныстардан түзілген, көбінесе топырақ пен өсімдік қабатымен жабылған. Бірақ бұл тастар қайдан келеді? Жаңа тау жыныстары жердің тереңінде пайда болған материалдан пайда болады. Жер қыртысының төменгі қабаттарында температура жер бетінен әлдеқайда жоғары және оларды құрайтын тау жыныстары орасан зор қысымға ұшырайды. Жылу мен қысымның әсерінен тау жыныстары майысады және жұмсарады, тіпті толығымен еріп кетеді. Жер қыртысында әлсіз нүкте пайда болғаннан кейін, балқыған тау жынысы - магма деп аталады - жер бетіне шығады. Магма жанартау саңылауларынан лава түрінде ағып, үлкен аумаққа таралады. Лава қатқан кезде ол қатты тасқа айналады.

Жарылыстар мен отты субұрқақтар.

Кейбір жағдайларда тау жыныстарының тууы үлкен катаклизмдермен бірге жүреді, басқаларында бұл тыныш және байқалмай өтеді. Магманың көптеген түрлері бар және олар әртүрлі тау жыныстарын құрайды. Мысалы, базальтты магма өте сұйық, бетіне оңай шығады, кең ағындарға таралады және тез қатаяды. Кейде ол жанартау кратерінен жарқыраған «отты фонтан» ретінде жарылып кетеді - бұл жер қыртысы оның қысымына төтеп бере алмаған кезде болады.
Магманың басқа түрлері әлдеқайда қалың: олардың тығыздығы немесе консистенциясы қара меласса сияқты. Мұндай магманың құрамындағы газдар оның тығыз массасы арқылы жер бетіне шығуда үлкен қиындықтарға тап болады. Қайнаған судан ауа көпіршіктері қаншалықты оңай шығатынын және желе сияқты қалыңырақ нәрсені қыздырғанда, бұл қаншалықты баяу болатынын есте сақтаңыз. Тығызырақ магма жер бетіне жақындаған сайын оған түсетін қысым төмендейді. Онда еріген газдар кеңейеді, бірақ кеңейе алмайды. Магма ақырында жарылғанда, газдар соншалықты тез кеңейеді, сондықтан үлкен жарылыс болады. Лава, тас қалдықтары мен күл зеңбіректен атылған снарядтар сияқты жан-жағына ұшып кетеді. Осындай атқылау 1902 жылы Кариб теңізіндегі Мартиника аралында болды. Моптап-Пеле жанартауының алапат атқылауы Септ-Пьер портын толығымен қиратты. 30 мыңға жуық адам қайтыс болды.

Кристалдардың түзілуі.

Лаваның салқындауы нәтижесінде пайда болатын тау жыныстары жанартаулық немесе магмалық тау жыныстары деп аталады. Лава салқындаған сайын балқытылған тау жыныстарының құрамындағы минералдар бірте-бірте қатты кристалдарға айналады. Егер лава тез салқындатса, кристалдар өсіп үлгермейді және өте кішкентай болып қалады. Ұқсас жағдай базальттың пайда болуы кезінде орын алады. Кейде лаваның тез салқындағаны соншалық, ол обсидиан (жанартау шыны) сияқты мүлде кристалдары жоқ тегіс, шыны тәрізді жынысты түзеді. Бұл әдетте су астындағы атқылау кезінде немесе лаваның кішкене бөлшектері жанартау кратерінен жоғары суық ауаға лақтырылған кезде болады.

Сидар Брейкс каньондарында, Юта, АҚШ, тау жыныстарының эрозиясы мен үгілуі. Бұл каньондар өзеннің эрозиялық әрекеті нәтижесінде пайда болды, ол өз арнасын шөгінді тау жыныстарының қабаттары арқылы өткізіп, жер қыртысының қозғалысымен жоғары қарай «сығылған». Ашық тау беткейлері бірте-бірте эрозияға ұшырап, тау жыныстарының сынықтары оларда жартасты беткейлерді құрады. Бұл төбешіктердің ортасында шатқалдардың шеттерін құрайтын әлі қатты тау жыныстарының шығыңқы жерлері көрінеді.

Өткеннің дәлелі.

Жанартау жыныстарының құрамындағы кристалдардың мөлшері лаваның қаншалықты тез салқындағанын және оның Жер бетінен қандай қашықтықта жатқанын анықтауға мүмкіндік береді. Міне граниттің бір бөлігі, өйткені ол микроскоппен поляризацияланған жарықта көрінеді. Бұл кескінде әртүрлі кристалдардың әртүрлі түстері бар.

Гнейс – жылу мен қысымның әсерінен шөгінді жыныстардан түзілген метаморфты тау жынысы. Осы гнейс бөлігінде көрген түрлі-түсті жолақтардың өрнегі жер қыртысының қозғалатын, тас қабаттарына басылған бағытын анықтауға мүмкіндік береді. Осылайша біз 3,5 миллиард жыл бұрын болған оқиғалар туралы түсінік аламыз.
Тау жыныстарындағы қатпарлар мен жарықтар (үзілістер) бойынша біз өткен геологиялық дәуірлерде жер қыртысында орасан зор кернеулердің қай бағытта әсер еткенін анықтауға болады. Бұл қатпарлар 26 миллион жыл бұрын басталған жер қыртысының тау құрылыстық қозғалыстарының нәтижесінде пайда болды. Бұл жерлерде құбыжық күштер шөгінді жыныстардың қабаттарын қысып, қатпарлар пайда болды.
Магма әрқашан Жер бетіне жете бермейді. Ол жер қыртысының төменгі қабаттарында тұруы мүмкін, содан кейін керемет үлкен кристалдар түзе отырып, әлдеқайда баяу салқындатылады. Гранит осылай пайда болады. Кейбір қиыршық тастардағы кристалдардың мөлшері бұл жыныстың миллиондаған жылдар бұрын қалай пайда болғанын анықтауға мүмкіндік береді.

Hoodoos, Альберта, Канада. Жаңбыр мен құмды дауыл жұмсақ жыныстарды қатты тау жыныстарына қарағанда тезірек бұзады, нәтижесінде біртүрлі контурлары бар шеткі жерлер (шығындар) пайда болады.

Шөгінді «сэндвичтер».

Барлық тау жыныстары гранит немесе базальт сияқты жанартаулық емес. Олардың көпшілігінің қабаттары көп және сэндвичтердің үлкен дестелеріне ұқсайды. Олар бір кездері жел, жаңбыр және өзендердің әсерінен бұзылған, сынықтары көлдерге немесе теңіздерге шайылып кеткен басқа тау жыныстарынан пайда болған және олар су бағанының түбіне қоныстанған. Бірте-бірте мұндай жауын-шашынның көп мөлшері жиналады. Олар бір-бірінің үстіне үйіліп, қалыңдығы жүздеген, тіпті мыңдаған метрлік қабаттарды құрайды. Көлдің немесе теңіздің суы бұл шөгінділерді үлкен күшпен басады. Олардың ішіндегі су сығып, олар тығыз массаға басылады. Сонымен бірге бұрын сығылған суда еріген минералды заттар бүкіл массаны цементтейді және нәтижесінде одан жаңа тау жынысы пайда болады, ол шөгінді деп аталады.
Жанартаулық та, шөгінді жыныстар да жер қыртысының қозғалысының әсерінен жаңа тау жүйелерін құра отырып, жоғары қарай итерілуі мүмкін. Таулардың пайда болуына орасан зор күштер қатысады. Олардың әсерінен тау жыныстары қатты қызады немесе қатты қысылады. Сонымен бірге олар түрленеді - түрленеді: бір минерал екінші минералға айналуы мүмкін, кристалдар тегістеледі және басқаша орналасады. Нәтижесінде бір жартастың орнында екіншісі пайда болады. Жоғарыда көрсетілген күштердің әсерінен басқа жыныстардың өзгеруінен пайда болған тау жыныстары метаморфтық деп аталады.

Еш нәрсе мәңгілік емес, тіпті таулар да.

Бір қарағанда, алып таудан күшті және берік ештеңе жоқ. Әттең, бұл жай ғана елес. Миллиондаған, тіпті жүздеген миллиондаған жылдардағы геологиялық уақыт шкалаларына сүйене отырып, таулар басқа кез келген нәрсе сияқты өтпелі болып шығады, соның ішінде сіз бен мен.
Кез келген тау жынысы атмосфераға түсе бастағанда бірден құлап кетеді. Тастың жаңа бір бөлігіне немесе сынған қиыршық тасқа қарасаңыз, тау жынысының жаңадан пайда болған беті көп жағдайда ауада ұзақ уақыт бойы болған ескіден мүлдем басқа түсті болатынын көресіз. Бұл атмосферадағы оттегінің және көп жағдайда жаңбыр суының әсеріне байланысты. Олардың арқасында тау жыныстарының бетінде әр түрлі химиялық реакциялар жүріп, оның қасиеттері біртіндеп өзгереді.
Уақыт өте келе бұл реакциялар тау жыныстарын біріктіретін минералдардың бөлінуіне әкеледі және ол ыдырай бастайды. Тау жыныстарында ұсақ жарықтар пайда болып, судың өтуіне мүмкіндік береді. Бұл су қатқан кезде кеңейіп, тасты ішінен жарып жібереді. Мұз еріген кезде мұндай тас жай ғана құлап кетеді. Көп ұзамай құлаған тас кесектерін жаңбыр шайып кетеді. Бұл процесс эрозия деп аталады.

Аляскадағы Муир мұздығы. Мұздық пен оған төменнен және бүйірден қатқан тастардың жойқын әсерінен ол қозғалатын алқаптың қабырғалары мен түбі бірте-бірте эрозияға ұшырайды. Нәтижесінде мұзда тау жыныстарының сынықтарынан тұратын ұзын жолақтар пайда болады - мореналар деп аталады. Көршілес екі мұздық қосылғанда, олардың мореналары да қосылады.

Су жойғыш.

Қираған тау жыныстарының бөліктері ақырында өзендерге түседі. Ағын оларды өзен арнасының бойымен сүйреп апарады және аман қалған фрагменттер көлдің немесе теңіздің түбінде тыныш пана тапқанша, төсектің өзін құрайтын жартасқа түсіреді. Мұздатылған судың (мұздың) жойғыш күші одан да жоғары. Мұздықтар мен мұз қабаттары өздерінің мұзды жақтары мен қарындарына қатып қалған көптеген ірілі-ұсақты тас сынықтарын арттарынан сүйреп апарады. Бұл сынықтар мұздықтар қозғалатын тау жыныстарында терең ойықтар жасайды. Мұздық оның үстіне құлаған тау жыныстарының сынықтарын жүздеген километрге апара алады.

Желдің әсерінен жасалған мүсіндер

Жел тастарды да бұзады. Бұл әсіресе жел миллиондаған ұсақ құм түйірлерін тасымалдайтын шөлдерде жиі кездеседі. Құм түйіршіктері негізінен кварцтан, өте берік минералдан тұрады. Құм түйірлерінің құйындары жартастарға соғылып, олардан көбірек құм түйірлерін қағып кетеді.
Көбінесе жел құмды үлкен құм төбелеріне немесе шағылдарға үйіп тастайды. Желдің әр екпіні төбелерде құм түйірлерінің жаңа қабатын тұндырады. Беткейлердің орналасуы мен бұл құм төбелерінің тіктігі оларды тудырған желдің бағыты мен күшін бағалауға мүмкіндік береді.

Мұздықтар жол бойында терең U-тәрізді аңғарларды ойып тастайды. Нантфранкондағы (Уэльс) мұздықтар тарихқа дейінгі дәуірде жоғалып, қазір ол арқылы ағып жатқан шағын өзен үшін тым үлкен кең алқапты қалдырды. Алдыңғы қатардағы шағын көлді ерекше күшті жартас жолағы жауып тұр.

Үлкен жарылыс теориясы Жердің Күнді айналуы сияқты кең таралған космологиялық модельге айналды. Теорияға сәйкес, шамамен 14 миллиард жыл бұрын абсолютті бос күйдегі өздігінен тербеліс Әлемнің пайда болуына әкелді. Көлемі бойынша субатомдық бөлшекпен салыстырылатын нәрсе секундтың бір бөлігінде елестету мүмкін емес өлшемдерге дейін кеңейді. Бірақ бұл теорияда физиктер жаңа гипотезаларды алға тартып, күресіп жатқан көптеген мәселелер бар.

Үлкен жарылыс теориясының қатесі неде?

Теориядан бұл шығадыбарлық планеталар мен жұлдыздардың жарылыс нәтижесінде кеңістікте шашыраңқы шаңнан пайда болғаны. Бірақ оның алдында не болғаны түсініксіз: мұнда біздің кеңістік-уақыттың математикалық моделі жұмысын тоқтатады. Ғалам қазіргі физиканы қолдануға болмайтын бастапқы сингулярлық күйден пайда болды. Теория сонымен қатар ерекшеліктің себептерін немесе оның пайда болуы үшін материя мен энергияны қарастырмайды. Бастапқы сингулярлықтың бар болуы мен шығу тегі туралы сұраққа жауапты кванттық тартылыс теориясы береді деп есептеледі.

Көптеген космологиялық модельдер болжайдытолық Ғаламның бақыланатын бөлігінен - ​​диаметрі шамамен 90 миллиард жарық жылы болатын сфералық аймақтан әлдеқайда үлкен екенін көрсетеді. Біз Әлемнің сол бөлігін ғана көреміз, оның жарығы Жерге 13,8 миллиард жылда жеткен. Бірақ телескоптар жақсарып келеді, біз барған сайын алыстағы нысандарды ашып жатырмыз және бұл процесс тоқтайды деп айтуға негіз жоқ.

Үлкен жарылыстан бері Ғалам жылдам қарқынмен кеңейді.Қазіргі физиканың ең қиын жұмбағы – жеделдету неден туындайды деген сұрақ. Жұмыс гипотезасына сәйкес, Әлемде «қараңғы энергия» деп аталатын көрінбейтін компонент бар. Үлкен жарылыс теориясы Әлемнің шексіз кеңейетінін түсіндірмейді, ал егер солай болса, бұл не әкеледі - оның жойылуы немесе басқа нәрсе.

Ньютондық механиканы релятивистік физика ығыстырғанымен,оны қате деп атауға болмайды. Дегенмен, әлемді қабылдау және Әлемді сипаттау үлгілері толығымен өзгерді. Үлкен жарылыс теориясы бұрын белгілі болмаған бірқатар нәрселерді болжады. Осылайша, оның орнына басқа теория келсе, ол ұқсас болуы және әлем туралы түсініктерін кеңейтуі керек.

Біз Үлкен жарылыстың баламалы үлгілерін сипаттайтын ең қызықты теорияларға тоқталамыз.

Ғалам қара құрдымның сағымы сияқты

Периметрлік теориялық физика институты ғалымдарының пікірінше, Әлем төрт өлшемді Әлемдегі жұлдыздың құлауынан пайда болды. Олардың зерттеу нәтижелерін Scientific American басылымы жариялады. Ниаеш Афшорди, Роберт Манн және Рази Пурхасан төрт өлшемді жұлдыз құлаған кезде біздің үш өлшемді Әлеміміз өзіндік «голографиялық миражға» айналғанын айтады. Әлем стандартты физика заңдары қолданылмайтын өте ыстық және тығыз кеңістік-уақыттан пайда болды деп есептейтін Үлкен жарылыс теориясынан айырмашылығы, төрт өлшемді ғаламның жаңа гипотезасы оның шығу тегі мен тез кеңеюін түсіндіреді.

Афшорди және оның әріптестері тұжырымдаған сценарий бойынша, біздің үш өлшемді Әлем төрт өлшемде бұрыннан бар одан да үлкен ғаламда жүзетін мембрананың бір түрі. Егер бұл төрт өлшемді кеңістікте өзінің төрт өлшемді жұлдыздары болса, олар да біздің Әлемдегі үш өлшемді жұлдыздар сияқты жарылып кетер еді. Ішкі қабат қара тесікке айналады, ал сыртқы қабат ғарышқа лақтырылады.

Біздің ғаламда қара тесіктер оқиға көкжиегі деп аталатын шармен қоршалған. Ал егер үш өлшемді кеңістікте бұл шекара екі өлшемді болса (мембрана сияқты), онда төрт өлшемді ғаламда оқиғалар көкжиегі үш өлшемде бар сферамен шектеледі. Төрт өлшемді жұлдыздың құлауын компьютерлік модельдеу оның үш өлшемді оқиғалар көкжиегі біртіндеп кеңейетінін көрсетті. Дәл осыны біз байқаймыз, 3D мембранасының өсуін Әлемнің кеңеюі деп атайды, астрофизиктердің пайымдауынша.

Үлкен мұздату

Үлкен жарылысқа балама - Үлкен мұздату. Джеймс Кватч бастаған Мельбурн университетінің физиктер тобы ғарыштың үш бағытында оның шығарылуы мен кеңеюінен гөрі аморфты энергияның қатып қалуының біртіндеп процесін еске түсіретін Ғаламның туу үлгісін ұсынды.

Ғалымдардың пікірінше, пішінсіз энергия, су сияқты, кристалдануға дейін салқындап, әдеттегі үш кеңістіктік және бір уақыттық өлшемді жасайды.

Үлкен мұздату теориясы қазіргі уақытта Альберт Эйнштейннің кеңістік пен уақыттың үздіксіздігі мен өтімділігі туралы тұжырымына қарсы шығады. Ғарыштың құрамдас бөліктері болуы мүмкін - компьютерлік графикадағы кішкентай атомдар немесе пикселдер сияқты бөлінбейтін құрылыс блоктары. Бұл блоктар соншалықты кішкентай, оларды байқау мүмкін емес, дегенмен жаңа теорияға сүйене отырып, басқа бөлшектердің ағынын сындыратын ақауларды анықтауға болады. Ғалымдар мұндай әсерлерді математика арқылы есептеп шығарды, енді оларды эксперименттік жолмен анықтауға тырысады.

Басталуы мен соңы жоқ ғалам

Египеттегі Бенха университетінің қызметкері Ахмед Фараг Али және Канададағы Летбридж университетінің қызметкері Саурья Дас Үлкен жарылыстан бас тарту арқылы ерекшелік мәселесіне жаңа шешім ұсынды. Олар әйгілі физик Дэвид Бомның идеяларын Әлемнің кеңеюін және Үлкен Жарылысты сипаттайтын Фридман теңдеуіне енгізді. «Кішкентай түзетулер көптеген мәселелерді шеше алатыны таңқаларлық», - дейді Дас.

Алынған модель жалпы салыстырмалылық пен кванттық теорияны біріктірді. Ол Үлкен жарылыс алдында болған ерекшелікті жоққа шығарып қана қоймайды, сонымен бірге Әлемнің ақырында өзінің бастапқы күйіне қайта құлайды дегенді де мойындамайды. Алынған мәліметтерге сәйкес, Әлемнің шектеулі өлшемі және шексіз өмір сүру уақыты бар. Физикалық тұрғыдан алғанда, модель гравитациялық өзара әрекеттесуді қамтамасыз ететін гравитондардан - бөлшектерден тұратын гипотетикалық кванттық сұйықтықпен толтырылған Әлемді сипаттайды.

Ғалымдар сонымен бірге олардың тұжырымдары Ғаламның тығыздығы туралы соңғы өлшемдерге сәйкес келеді деп мәлімдейді.

Шексіз ретсіз инфляция

«Инфляция» термині Үлкен жарылыстан кейінгі алғашқы сәттерде экспоненциалды түрде орын алған Әлемнің жылдам кеңеюін білдіреді. Инфляция теориясының өзі Үлкен жарылыс теориясын жоққа шығармайды, тек оны басқаша түсіндіреді. Бұл теория физиканың бірнеше іргелі мәселелерін шешеді.

Инфляциялық модельге сәйкес, дүниеге келгеннен кейін көп ұзамай Ғалам өте қысқа уақытқа экспоненциалды түрде кеңейді: оның көлемі бірнеше есеге өсті. Ғалымдардың пайымдауынша, 10-36 секунд ішінде Ғаламның көлемі кем дегенде 10-30-50 есе, мүмкін одан да көп ұлғайған. Инфляциялық фазаның соңында Әлем бос кварктардың, глюондардың, лептондардың және жоғары энергиялы кванттардан тұратын аса ыстық плазмаға толды.

Тұжырымдама білдіредіәлемде не бар бір-бірінен оқшауланған көптеген ғаламдарәртүрлі құрылғымен

Физиктер инфляциялық модельдің логикасы жаңа ғаламдардың үнемі бірнеше рет туылуы идеясына қайшы келмейді деген қорытындыға келді. Кванттық ауытқулар - біздің әлемді жасағандар сияқты - егер олар үшін қолайлы жағдайлар болса, кез келген мөлшерде пайда болуы мүмкін. Біздің ғалам алдыңғы әлемде қалыптасқан флуктуация аймағынан шыққан болуы әбден мүмкін. Сондай-ақ, бір күні және біздің Әлемнің бір жерінде мүлдем басқа түрдегі жас Әлемді «жарып жіберетін» ауытқу пайда болады деп болжауға болады. Бұл модельге сәйкес, енші ғаламдар үздіксіз дами алады. Оның үстіне, жаңа әлемдерде бірдей физикалық заңдардың орнатылуы мүлдем қажет емес. Тұжырымдама әлемде әртүрлі құрылымдармен бір-бірінен оқшауланған көптеген ғаламдар бар екенін білдіреді.

Циклдік теория

Инфляциялық космологияның негізін қалаған физиктердің бірі Пол Штайнхардт бұл теорияны одан әрі дамытуды ұйғарды. Принстондағы Теориялық физика орталығын басқаратын ғалым Периметрлік теориялық физика институтының қызметкері Нил Турокпен бірге «Шексіз ғалам: Үлкен жарылыстан тыс» кітабында балама теорияны атап өтті. («Шексіз ғалам: Үлкен жарылыстан тыс»).Олардың моделі М-теориясы деп аталатын кванттық супержол теориясының қорытуына негізделген. Оған сәйкес физикалық дүниенің 11 өлшемі бар – он кеңістіктік және бір уақыттық. Төменгі өлшемдердің кеңістіктері, брана деп аталатын, онда «қалқырады». («мембрана» деген сөздің қысқасы).Біздің Ғалам - бұл жай ғана бірі.

Штайнхардт пен Турок моделі Үлкен жарылыс біздің брананың басқа бранмен - белгісіз ғаламмен соқтығысуы нәтижесінде болғанын айтады. Бұл сценарийде соқтығыстар шексіз орын алады. Штайнхардт пен Туроктың гипотезасына сәйкес, бір-бірінен аз қашықтықпен бөлінген тағы бір үш өлшемді бран біздің брананың қасында «жүзеді». Ол сондай-ақ кеңейіп, тегістеліп, босап жатыр, бірақ триллион жылдан кейін брандар бір-біріне жақындай бастайды және ақырында соқтығысады. Бұл энергияның, бөлшектердің және радиацияның үлкен мөлшерін шығарады. Бұл катаклизм Ғаламның кеңеюі мен салқындатуының тағы бір циклін тудырады. Штайнхардт пен Турок үлгісінен бұл циклдар бұрын болған және болашақта міндетті түрде қайталанатыны шығады. Теория бұл циклдардың қалай басталғаны туралы үнсіз.

Ғалам
компьютер сияқты

Ғаламның құрылымы туралы тағы бір гипотеза біздің бүкіл әлем матрица немесе компьютерлік бағдарламадан басқа ештеңе емес екенін айтады. Ғаламның цифрлық компьютер екендігі туралы идеяны неміс инженері және компьютерлік пионер Конрад Цузе өзінің «Кеңістікті есептеу» кітабында алғаш рет айтқан. («Есептеу кеңістігі»).Ғаламды алып компьютер ретінде қарастырғандардың қатарында физиктер Стивен Вольфрам мен Джерард Гуфт бар.

Сандық физика теоретиктері ғаламды негізінен ақпарат, сондықтан есептеуге болатынын ұсынады. Бұл болжамдардан Әлемді компьютерлік бағдарламаның немесе цифрлық есептеуіш құрылғының нәтижесі ретінде қарастыруға болатыны шығады. Бұл компьютер, мысалы, алып ұялы автомат немесе әмбебап Тьюринг машинасы болуы мүмкін.

Жанама дәлелдер ғаламның виртуалды табиғатыкванттық механикада белгісіздік принципі деп аталады

Теорияға сәйкес, физикалық әлемдегі әрбір зат пен оқиға сұрақ қоюдан және «иә» немесе «жоқ» жауаптарын жазудан туындайды. Яғни, бізді қоршап тұрған барлық нәрсенің артында компьютерлік бағдарламаның екілік кодына ұқсас белгілі бір код жатыр. Ал біз «әмбебап Интернет» деректеріне қол жеткізуге болатын интерфейстің бір түрі. Әлемнің виртуалды табиғатының жанама дәлелі кванттық механикада белгісіздік принципі деп аталады: материяның бөлшектері тұрақсыз түрде болуы мүмкін және олар байқалған кезде ғана белгілі бір күйде «бекітіледі».

Сандық физик Джон Арчибалд Уилер былай деп жазды: «Ақпарат компьютердің өзегіндегідей физиканың өзегінде орналасқан деп елестету қисынсыз болар еді. Барлығы биттен. Басқаша айтқанда, бар нәрсенің бәрі – әрбір бөлшек, әрбір күш өрісі, тіпті кеңістік-уақыт континуумының өзі – өз қызметін, мәнін және, сайып келгенде, өзінің бар болмысын алады».

«Озық технологиялардың теориялық негіздері» пәні бойынша курстық жұмыс

Орындаған: Лариса Мирзоджоновна Белозерская, I курс

Мәскеу мемлекеттік ашық университетінің филиалы

Космология - бұл Әлемнің бөлігі ретінде әлемнің астрономиялық бақылауларымен қамтылған барлық нәрселердің теориясын қамтитын Әлемді физикалық зерттеу.

Заманауи космологияның ең үлкен жетістігі Үлкен жарылыс теориясы деп аталатын кеңейетін Әлемнің моделі болды.

Бұл теория бойынша барлық бақыланатын кеңістік кеңейеді. Бірақ ең басында не болды? Ғарыштағы барлық материя бастапқы сәтте ешнәрсеге айналдырылды - бір нүктеге қысылды. Оның таңғажайып үлкен тығыздығы болды - оны елестету мүмкін емес, ол бірден кейін 96 нөл болатын сан ретінде көрсетіледі - және бірдей жоғары температура. Астрономдар бұл күйді ерекшелік деп атады.

Қандай да бір себептермен бұл таңғажайып тепе-теңдік гравитациялық күштердің әрекетінен кенеттен бұзылды - «бастапқы материяның» шексіз үлкен тығыздығын ескере отырып, олардың қандай болуы керек екенін елестету қиын!

Ғалымдар бұл сәтті «Үлкен жарылыс» деп атады. Ғалам кеңейіп, салқындай бастады.

Айта кету керек, Әлемнің қандай туылуы - «ыстық» немесе «суық» деген сұрақ бірден шешілмеді және астрономдардың санасын ұзақ уақыт бойы алаңдатты. Мәселеге деген қызығушылық бос болды - өйткені, мысалы, Әлемнің жасы бастапқы сәттегі материяның физикалық күйіне байланысты. Сонымен қатар, термоядролық реакциялар жоғары температурада жүруі мүмкін. Демек, «ыстық» Әлемнің химиялық құрамы «суық» Әлемнің құрамынан ерекшеленуі керек. Ал бұл өз кезегінде аспан денелерінің көлемі мен даму қарқынын анықтайды...

Бірнеше ондаған жылдар бойы екі нұсқа да - Әлемнің «ыстық» және «суық» тууы - космологияда тең дәрежеде болды, олардың жақтаушылары да, сыншылары да болды. Мәселе «кішігірім» болып қалды - оларды бақылаулармен растау қажет болды.

Қазіргі астрономия ыстық Ғалам мен Үлкен жарылыс гипотезасына дәлел бар ма деген сұраққа оң жауап бере алады. 1965 жылы ғалымдардың пікірінше, бұрын Ғалам материясы өте тығыз және ыстық болғанын тікелей растайтын жаңалық жасалды. Ғарыш кеңістігінде жұлдыздар да, галактикалар да, біздің күн жүйесі де болмаған сонау дәуірде пайда болған электромагниттік толқындар бар екені анықталды.

Мұндай радиацияның болуы мүмкіндігін астрономдар әлдеқайда ертерек болжаған. 1940 жылдардың ортасында. Америка физигі Джордж Гамов (1904-1968) Әлемнің пайда болуы және химиялық элементтердің пайда болуы мәселелерімен айналысты. Гамов пен оның шәкірттері жасаған есептеулер Әлемнің алғашқы секундтарында өте жоғары температура болғанын елестетуге мүмкіндік берді. Қыздырылған зат «жарқырады» - ол электромагниттік толқындар шығарды. Гамов оларды қазіргі заманда әлсіз радиотолқындар түрінде байқау керектігін ұсынды, тіпті бұл сәулеленудің температурасын болжаған - шамамен 5-6 К.

1965 жылы американдық радиоинженерлер Арно Пензиас пен Роберт Вилсон ғарыштық сәулеленуді анықтады, оны сол кезде белгілі бір ғарыштық көзге жатқызуға болмайды. Астрономдар температурасы шамамен 3 К болатын бұл радиация Ғалам фантастикалық болған сонау алыс кезеңдердің реликті (латынша «қалдық», демек радиацияның атауы «реликт») деген қорытындыға келді. ыстық. Енді астрономдар Әлемнің «ыстық» туылуының пайдасына таңдау жасай алды. А.Пензиас пен Р.Уилсон 1978 жылы 7,35 см толқын ұзындығындағы ғарыштық микротолқынды фонды (ғарыштық микротолқынды фон сәулеленуінің ресми атауы) ашқаны үшін Нобель сыйлығын алды.

Үлкен жарылыс - бұл ғаламның пайда болуына берілген атау. Бұл концепция аясында Әлемнің бастапқы күйі барлық материя мен энергия шоғырланған ерекшелік нүктесі деп аталатын нүкте болды деп есептеледі. Ол заттың шексіз жоғары тығыздығымен сипатталды. Сингулярлық нүктенің спецификалық қасиеттері белгісіз, сингулярлық күйден бұрын не болғаны белгісіз.

Уақыттың нөлдік нүктесінен - ​​кеңейтудің басынан кейінгі оқиғалардың шамамен хронологиясы төменде келтірілген:

5·10-44 секунд сәтіне дейін болған жағдайлар мен оқиғаларға қатысты сенімді ақпарат жоқ - бірінші рет кванттық аяқталады. Сол дәуірдің физикалық параметрлері туралы тек сол кездегі температура 1,3·1032 К, ал заттың тығыздығы 1096 кг/м3 шамасында болғанын ғана айта аламыз. Берілген мәндер қолданыстағы теорияларды қолдану шегі болып табылады. Олар жарық жылдамдығының, гравитациялық тұрақтының, Планк пен Больцман тұрақтыларының арасындағы байланыстардан шығады және «Планк» деп аталады.

5·10-44-тен 10-36 секундқа дейінгі кезеңдегі оқиғалар «инфляциялық ғалам» үлгісімен бейнеленген, бұл сипаттама қиын және осы презентация аясында берілмейді. Алайда, бұл модельге сәйкес, Әлемнің кеңеюі энергияның көлемдік концентрациясының төмендеуінсіз және зат пен энергияның бастапқы қоспасының теріс қысымымен, яғни материалдық объектілердің итерілуімен болғанын атап өткен жөн. бір-бірінен, бұл бүгінгі күнге дейін жалғасып жатқан Ғаламның кеңеюіне себеп болды.

Жарылыс басталғаннан бастап 10-36-10-4 секунд аралығында болған процестерді түсіну үшін элементар бөлшектер физикасын терең білу қажет. Бұл кезеңде электромагниттік сәулелену және элементар бөлшектер – әртүрлі типтегі мезондар, гиперондар, протондар мен антипротондар, нейтрондар мен антинейтрондар, нейтрино және антинейтрино және т.б. тепе-теңдікте болған, яғни. олардың көлемдік концентрациясы тең болды. Бұл кезде өте маңызды рөлді алдымен күшті, содан кейін әлсіз өзара әрекеттесу өрістері атқарды.

10-4 - 10-3 секунд аралығында бір-біріне айнала отырып, қазір бүкіл Әлемді құрайтын элементар бөлшектердің бүкіл жиынтығының қалыптасуы орын алды. Бұрын болған элементар бөлшектер мен антибөлшектердің басым көпшілігінің жойылуы болды. Дәл осы кезеңде бариондық асимметрия пайда болды, ол бариондар санының антибариондардан өте аз, миллиардтан бір ғана артық болуының нәтижесі болып шықты. Бұл, шамасы, Ғаламның инфляциялық кеңею дәуірінен кейін бірден пайда болды. 1011 градус температурада Ғаламның тығыздығы атом ядроларына тән мәнге дейін төмендеді.Осы кезеңде температура секундтың мыңнан екі есе азаяды. Сонымен бірге бар және қазір реликті нейтрино сәулелену дүниеге келді. Дегенмен, оның айтарлықтай тығыздығына, кемінде 400 дана/см3 құрайтынына және оның көмегімен Ғаламның пайда болуының сол кезеңі туралы ең маңызды ақпаратты алу мүмкіндігіне қарамастан, оны тіркеу әлі мүмкін емес.

10-3-тен 10-120 секундқа дейінгі аралықта термоядролық реакциялар нәтижесінде гелий ядролары және кейбір басқа жеңіл химиялық элементтердің ядроларының өте аз саны түзіліп, протондардың едәуір бөлігі – сутегі ядролары түзілді. атом ядроларына қосылмаған. Олардың барлығы электромагниттік сәулеленудің бос электрондары мен фотондарының «мұхитына» батырылды. Осы сәттен бастап бастапқы газда қатынас орнатылды: бұл газдардың массасы бойынша 75-78% сутегі және 25-22% гелий.

300 мың мен 1 миллион жыл аралығындағы кезеңде Әлемнің температурасы 3000 - 45000 К дейін төмендеп, рекомбинация дәуірі басталды. Бұрынғы бос электрондар жеңіл атомдық ядролармен және протондармен біріктірілген. Сутегі атомдары, гелий және бірқатар литий атомдары пайда болды. Материя мөлдір болды және осы уақытқа дейін байқалған ғарыштық микротолқынды фон радиациясы одан «бөлінді». Ғарыштық микротолқынды фондық сәулеленудің қазіргі кезде байқалатын барлық ерекшеліктері, мысалы, аспан сферасының әртүрлі аймақтарынан келетін оның ағындарының температурасының ауытқуы немесе олардың поляризациясы сол кездегі заттардың қасиеттері мен таралуының бейнесін көрсетеді.

Ғаламның пайда болуының кейінгі алғашқы миллиард жылында оның температурасы 3000 - 45000 К-ден 300 К-ге дейін төмендеді. Осы уақыт аралығында электромагниттік сәулелену көздері - жұлдыздар, квазарлар және т.б. Ғаламда әлі қалыптаспаған Реликт радиация суыған, бұл дәуір Ғаламның «Қараңғы дәуірі» деп аталады.