Forskare har lärt sig vad som hände innan världens skapelse (intressanta fakta). Hur universum såg ut: vetenskapliga tillvägagångssätt och versioner Hur uppstod universum?

Hur förvandlades det till ett till synes oändligt utrymme? Och vad kommer det att bli efter många miljoner och miljarder år? Dessa frågor har plågat (och fortsätter att plåga) filosofers och vetenskapsmäns sinnen, det verkar, sedan tidernas begynnelse, gett upphov till många intressanta och ibland till och med galna teorier

Idag har de flesta astronomer och kosmologer kommit överens om att universum som vi känner det var resultatet av en gigantisk explosion som inte bara skapade huvuddelen av materien, utan var källan till de grundläggande fysiska lagarna enligt vilka kosmos som omger oss finns. Allt detta kallas big bang-teorin.

Grunderna i big bang-teorin är relativt enkla. Alltså, kort sagt, enligt den, dök all materia som existerade och nu finns i universum samtidigt - för cirka 13,8 miljarder år sedan. Vid det ögonblicket existerade all materia i form av en mycket kompakt abstrakt boll (eller punkt) med oändlig densitet och temperatur. Detta tillstånd kallades singularitet. Plötsligt började singulariteten expandera och födde det universum vi känner till.

Det är värt att notera att big bang-teorin bara är en av många föreslagna hypoteser för universums ursprung (till exempel finns det också teorin om ett stationärt universum), men den har fått det bredaste erkännandet och populariteten. Den förklarar inte bara källan till all känd materia, fysikens lagar och universums större struktur, den beskriver också orsakerna till universums expansion och många andra aspekter och fenomen.

Kronologi av händelser i big bang-teorin.

Baserat på kunskap om universums nuvarande tillstånd, teoretiserar forskare att allt måste ha börjat från en enda punkt med oändlig täthet och ändlig tid, som började expandera. Efter den första expansionen, enligt teorin, gick universum igenom en avkylningsfas som möjliggjorde uppkomsten av subatomära partiklar och senare enkla atomer. Jättemoln av dessa forntida element började senare, tack vare gravitationen, bilda stjärnor och galaxer.

Allt detta, enligt forskare, började för cirka 13,8 miljarder år sedan, och därför anses denna utgångspunkt vara universums ålder. Genom att utforska olika teoretiska principer, genomföra experiment som involverar partikelacceleratorer och högenergitillstånd, och genomföra astronomiska studier av universums avlägsna delar, har forskare härlett och föreslagit en kronologi över händelser som började med big bang och ledde till att universum slutligen det tillstånd av kosmisk evolution som äger rum nu.

Forskare tror att de tidigaste perioderna av universums ursprung - som varar från 10-43 till 10-11 sekunder efter big bang - fortfarande är en fråga om debatt och debatt. Uppmärksamhet! Bara om vi tar hänsyn till att fysikens lagar som vi nu känner till inte kunde existera vid den tiden, då är det mycket svårt att förstå hur processerna i detta tidiga universum reglerades. Dessutom har experiment med användning av möjliga typer av energier som kunde finnas vid den tiden ännu inte utförts. Hur det än må vara, många teorier om universums ursprung är i slutändan överens om att det någon gång i tiden fanns en startpunkt från vilken allt började.

Singularitetens era.

Även känd som Planck-epoken (eller Planck-eran), anses det vara den tidigaste kända perioden i universums utveckling. Vid denna tidpunkt fanns all materia i en enda punkt med oändlig densitet och temperatur. Under denna period, tror forskare, dominerade kvanteffekterna av gravitationsinteraktioner de fysiska, och ingen fysisk kraft var lika i styrka som gravitationen.

Planck-eran varade förmodligen från 0 till 10-43 sekunder och heter så eftersom dess varaktighet endast kan mätas med Planck-tid. På grund av de extrema temperaturerna och materiens oändliga densitet var universums tillstånd under denna tidsperiod extremt instabilt. Detta följdes av perioder av expansion och avkylning som gav upphov till fysikens grundläggande krafter.

Ungefär under perioden från 10-43 till 10-36 sekunder inträffade en process av kollision av övergångstemperaturtillstånd i universum. Man tror att det var vid denna tidpunkt som de grundläggande krafterna som styr det nuvarande universum började separeras från varandra. Det första steget i denna separation var uppkomsten av gravitationskrafter, starka och svaga nukleära interaktioner och elektromagnetism.

Under perioden från cirka 10-36 till 10-32 sekunder efter big bang blev universums temperatur tillräckligt låg (1028 K), vilket ledde till separation av elektromagnetiska krafter (den starka kraften) och den svaga kärnkraften ( den svaga kraften).

Inflationens era.

Med tillkomsten av de första fundamentala krafterna i universum började inflationens era, som varade från 10-32 sekunder i Planck-tid till en okänd tidpunkt. De flesta kosmologiska modeller tyder på att universum under denna period var enhetligt fyllt med högdensitetsenergi, och otroligt höga temperaturer och tryck fick det att snabbt expandera och svalna.

Detta började vid 10-37 sekunder, när övergångsfasen som orsakade separationen av krafter följdes av universums expansion i geometrisk progression. Under samma tidsperiod befann sig universum i ett tillstånd av baryogenes, när temperaturen var så hög att den slumpmässiga rörelsen av partiklar i rymden skedde med nästan ljusets hastighet.

Vid denna tidpunkt bildas par av partiklar - antipartiklar som omedelbart kolliderar och förstörs, vilket tros ha lett till materiens dominans över antimateria i det moderna universum. Efter att inflationen upphörde bestod universum av kvarg-gluonplasma och andra elementarpartiklar. Från det ögonblicket började universum svalna, materia började formas och kombineras.

Kylans era.

När densiteten och temperaturen inuti universum minskade började energin i varje partikel att minska. Detta övergångstillstånd varade tills de grundläggande krafterna och elementarpartiklarna nådde sin nuvarande form. Eftersom partiklarnas energi har sjunkit till värden som kan uppnås idag i experiment, är den faktiska möjliga existensen av denna tidsperiod mycket mindre kontroversiell bland forskare.

Till exempel tror forskare att 10-11 sekunder efter big bang minskade partiklarnas energi avsevärt. Vid cirka 10-6 sekunder började kvarkar och gluoner bilda baryoner - protoner och neutroner. Kvarkar började dominera över antikvarker, vilket i sin tur ledde till att baryonerna dominerade över antibaryonerna.

Eftersom temperaturen inte längre var tillräckligt hög för att skapa nya proton-antiproton-par (eller neutron-antineutron-par), följde en massiv förstörelse av dessa partiklar, vilket resulterade i återstoden av endast 1/1010 av antalet ursprungliga protoner och neutroner och den fullständiga deras antipartiklar försvinner. En liknande process inträffade cirka 1 sekund efter big bang. Endast "Offren" denna gång var elektroner och positroner. Efter massförstörelsen upphörde de återstående protonerna, neutronerna och elektronerna sin slumpmässiga rörelse, och universums energitäthet fylldes med fotoner och, i mindre utsträckning, neutriner.

Under de första minuterna av universums expansion började en period av nukleosyntes (syntesen av kemiska grundämnen) där temperaturen sjönk till 1 miljard kelvin och energitätheten minskade till värden som är ungefär lika med luft, neutroner och protoner började blandas och bildade den första stabila isotopen av väte (deuterium) och heliumatomer. Men de flesta protonerna i universum förblev som de frånkopplade kärnorna av väteatomer.

Efter cirka 379 000 år kombinerades elektronerna med dessa vätekärnor för att bilda atomer (återigen till övervägande del väte), medan strålningen separerade från materia och fortsatte att expandera praktiskt taget obehindrat genom rymden. Denna strålning kallas den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen, och den är den äldsta ljuskällan i universum.

Med expansion förlorade den kosmiska mikrovågsbakgrunden gradvis sin densitet och energi, och för närvarande är dess temperatur 2,7260 0,0013 K (- 270,424 C), och energitätheten är 0,25 eV (eller 4,005x10-14 J/m? ; 400- 500 fotoner/cm CMB sträcker sig i alla riktningar och över ett avstånd på cirka 13,8 miljarder ljusår, men en uppskattning av dess faktiska utbredning är cirka 46 miljarder ljusår från universums centrum.

Strukturens era (hierarkisk era).

Under de närmaste miljarderna åren började tätare områden av materia som var nästan jämnt fördelade över hela universum att attrahera varandra. Som ett resultat av detta blev de ännu tätare och började bilda moln av gas, stjärnor, galaxer och andra astronomiska strukturer som vi kan observera idag. Denna period kallas den hierarkiska eran. Vid den här tiden började universum som vi ser nu ta sin form. Materia började förenas till strukturer av olika storlekar - stjärnor, planeter, galaxer, galaxhopar, såväl som galaktiska superkluster, åtskilda av intergalaktiska broar som bara innehåller ett fåtal galaxer.

Detaljerna i denna process kan beskrivas enligt idén om mängden och typen av materia fördelad i universum, som representeras som kall, varm, varm mörk materia och baryonisk materia. Den nuvarande vanliga kosmologiska modellen av big bang är dock lambda-CDM-modellen, enligt vilken mörk materia partiklar rör sig långsammare än ljusets hastighet. Den valdes för att den löser alla motsägelser som förekom i andra kosmologiska modeller.

Enligt denna modell står kall mörk materia för cirka 23 procent av all materia/energi i universum. Andelen baryonmateria är cirka 4,6 procent. Lambda - CDM hänvisar till den så kallade kosmologiska konstanten: en teori föreslagen av Albert Einstein som kännetecknar vakuumets egenskaper och visar balansförhållandet mellan massa och energi som en konstant statisk storhet. I det här fallet är det associerat med mörk energi, som fungerar som en accelerator för universums expansion och håller gigantiska kosmologiska strukturer i stort sett homogena.

Långsiktiga förutsägelser om universums framtid.

Hypoteser om att universums utveckling har en utgångspunkt leder naturligtvis forskare till frågor om den möjliga slutpunkten för denna process. Bara om universum började sin historia från en liten punkt med oändlig densitet, som plötsligt började expandera, betyder det inte att det också kommer att expandera på obestämd tid, eller en dag kommer det att ta slut på expansiv kraft och den omvända kompressionsprocessen kommer att börja , vars slutresultat kommer det fortfarande att vara samma oändligt täta punkt?

Att besvara dessa frågor har varit kosmologernas huvudmål ända från början av debatten om vilken kosmologisk modell av universum som är korrekt. Med acceptansen av big bang-teorin, men till stor del tack vare observationen av mörk energi på 1990-talet, har forskare kommit till enighet om de två mest troliga scenarierna för universums utveckling.

Enligt den första, kallad Big Crunch, kommer universum att nå sin maximala storlek och börja kollapsa. Detta scenario kommer att vara möjligt endast om universums masstäthet blir större än den kritiska densiteten i sig. Med andra ord, om materiens densitet når eller stiger över ett visst värde (1-3x10-26 kg materia per m), kommer universum att börja dra ihop sig.

Ett alternativ är ett annat scenario, som säger att om densiteten i universum är lika med eller under det kritiska densitetsvärdet, så kommer dess expansion att sakta ner, men aldrig helt sluta. Enligt denna hypotes, kallad "universums värmedöd", kommer expansionen att fortsätta tills stjärnbildningen slutar konsumera den interstellära gasen inuti var och en av de omgivande galaxerna. Det vill säga att överföringen av energi och materia från ett objekt till ett annat kommer att sluta helt. Alla befintliga stjärnor i detta fall kommer att brinna ut och förvandlas till vita dvärgar, neutronstjärnor och svarta hål.

Gradvis kommer svarta hål att kollidera med andra svarta hål, vilket leder till att det bildas större och större. Medeltemperaturen i universum närmar sig absolut noll. De svarta hålen kommer så småningom att "avdunsta" och släpper ut sin sista hawkingstrålning. Så småningom kommer termodynamisk entropi i universum att nå sitt maximum. Värmedöd kommer att inträffa.

Moderna observationer som tar hänsyn till närvaron av mörk energi och dess inflytande på utvidgningen av rymden har fått forskare att dra slutsatsen att med tiden kommer mer och mer av universum att passera bortom vår händelsehorisont och bli osynligt för oss. Det slutliga och logiska resultatet av detta är ännu inte känt för forskare, men "Heat Death" kan mycket väl vara slutpunkten för sådana händelser.

Det finns andra hypoteser angående fördelningen av mörk energi, eller mer exakt, dess möjliga typer (till exempel fantomenergi. Enligt dem kommer galaktiska hopar, stjärnor, planeter, atomer, atomkärnor och själva materien att slitas isär som ett resultat av detta. av dess oändliga expansion. En sådan scenarioutveckling kallas "Big Rip." Enligt detta scenario är orsaken till universums död själva expansionen.

Historien om Big Bang Theory.

Det tidigaste omnämnandet av big bang går tillbaka till tidigt 1900-tal och är förknippat med observationer av rymden. År 1912 gjorde den amerikanske astronomen Vesto Slifer en serie observationer av spiralgalaxer (som ursprungligen troddes vara nebulosor) och mätte deras Dopplerrödförskjutning. I nästan alla fall har observationer visat att spiralgalaxer rör sig bort från vår Vintergatan.

År 1922 härledde den framstående ryske matematikern och kosmologen Alexander Friedman de så kallade Friedmann-ekvationerna från Einsteins ekvationer för allmän relativitet. Trots Einsteins främjande av en teori till förmån för en kosmologisk konstant, visade Friedmans arbete att universum snarare var i ett tillstånd av expansion.

År 1924 visade Edwin Hubbles mätningar av avståndet till en närliggande spiralnebulosa att dessa system i själva verket var olika galaxer. Samtidigt började Hubble utveckla en serie av avståndssubtraktionsmått med hjälp av 2,5-meters Hooker-teleskopet vid Mount Wilson Observatory. År 1929 hade Hubble upptäckt ett samband mellan avståndet och hastigheten med vilken galaxer drar sig tillbaka, vilket senare blev Hubbles lag.

År 1927 kom den belgiske matematikern, fysikern och den katolske prästen Georges Lemaître självständigt fram till samma resultat som Friedmanns ekvationer och var den första som formulerade sambandet mellan avstånd och hastighet hos galaxer, vilket gav den första uppskattningen av koefficienten för detta förhållande. Lemaitre trodde att vid någon tidpunkt i det förflutna var hela universums massa koncentrerad till en punkt (atom.

Dessa upptäckter och antaganden orsakade mycket debatt bland fysiker på 20- och 30-talen, av vilka de flesta trodde att universum var i ett stationärt tillstånd. Enligt den modell som etablerades vid den tiden skapades ny materia tillsammans med universums oändliga expansion, fördelad jämnt och lika i densitet över hela dess utbredning. Bland de vetenskapsmän som stödde den verkade big bang-idén mer teologisk än vetenskaplig. Lemaitren kritiserades för att vara partisk på grund av religiösa fördomar.

Det bör noteras att andra teorier fanns samtidigt. Till exempel Milne-modellen av universum och den cykliska modellen. Båda var baserade på postulaten från Einsteins allmänna relativitetsteori och fick sedan stöd av vetenskapsmannen själv. Enligt dessa modeller existerar universum i en oändlig ström av upprepade cykler av expansion och kollaps.

1. Singularitetens era (Planckian). Det anses vara primärt, som universums tidiga evolutionära period. Materia koncentrerades vid en punkt, som hade sin egen temperatur och oändliga densitet. Forskare hävdar att denna era kännetecknas av dominansen av kvanteffekter som hör till gravitationsinteraktion över fysiska, och inte en enda fysisk kraft som existerade i dessa avlägsna tider var identisk i styrka med gravitationen, det vill säga den var inte lika med den. Varaktigheten av Planck-eran är koncentrerad till intervallet från 0 till 10-43 sekunder. Den fick detta namn eftersom endast Planck-tiden kunde mäta dess omfattning fullt ut. Detta tidsintervall anses vara mycket instabilt, vilket i sin tur är nära relaterat till den extrema temperaturen och gränslösa densiteten hos materia. Efter singularitetens era inträffade en period av expansion, och med den avkylning, vilket ledde till bildandet av grundläggande fysiska krafter.

Hur universum föddes. Kall förlossning

Vad hände före universum? Modell av det "sovande" universum

"Kanske före Big Bang var universum ett mycket kompakt, långsamt utvecklande statiskt utrymme," teoretiserar fysiker som Kurt Hinterbichler, Austin Joyce och Justin Khoury.

Detta "förexplosionerade" universum måste ha ett metastabilt tillstånd, det vill säga vara stabilt tills ett ännu mer stabilt tillstånd uppträder. I analogi, föreställ dig en klippa, på vars kant det finns ett stenblock i ett tillstånd av vibration. All kontakt med stenblocket kommer att leda till att det faller ner i avgrunden eller - vilket är närmare vårt fall - kommer en Big Bang att inträffa. Enligt vissa teorier kan "förexplosionens" universum existera i en annan form, till exempel i form av ett oblatet och mycket tätt utrymme. Som ett resultat av detta tog denna metastabila period ett slut: den expanderade kraftigt och fick formen och tillståndet som det vi ser nu.

"Den sovande universumsmodellen har dock också sina problem", säger Carroll.

"Det antar också att vårt universum har en låg nivå av entropi, men förklarar inte varför det är så."

Hinterbichler, en teoretisk fysiker vid Case Western Reserve University, ser dock inte uppkomsten av låg entropi som ett problem.

"Vi letar helt enkelt efter en förklaring av dynamiken som inträffade före Big Bang som förklarar varför vi ser det vi ser nu. För nu är det det enda vi har kvar”, säger Hinterbichler.

Carroll menar dock att det finns en annan teori om ett "förexplosionsuniversum" som kan förklara den låga nivån av entropi som finns i vårt universum.

Hur universum dök upp från ingenting. Hur universum fungerar

Låt oss prata om hur fysiken faktiskt fungerar, enligt våra koncept. Sedan Newtons tid har den fundamentala fysikens paradigm inte förändrats; den innehåller tre delar. Den första är "tillståndsrymden": i huvudsak en lista över alla möjliga konfigurationer där universum skulle kunna existera. Det andra är ett visst tillstånd som representerar universum vid någon tidpunkt, vanligtvis det nuvarande. Den tredje är en viss regel enligt vilken universum utvecklas i tiden. Ge mig universum idag, så kommer fysikens lagar att berätta vad som kommer att hända med det i framtiden. Detta sätt att tänka är inte mindre sant för kvantmekanik eller allmän relativitet eller kvantfältteori än för newtonsk mekanik eller maxwellsk elektrodynamik.

Kvantmekanik, i synnerhet, är en speciell, men mycket mångsidig implementering av detta schema. (Kvantfältteori är bara ett specifikt exempel på kvantmekanik, inte ett nytt sätt att tänka). Tillstånd är "vågfunktioner", och uppsättningen av alla möjliga vågfunktioner i ett visst system kallas "Hilbert-rymd". Dess fördel är att det i hög grad begränsar uppsättningen av möjligheter (eftersom det är ett vektorutrymme: en anteckning för experter). När du berättar för mig dess storlek (antal dimensioner) kommer du att helt definiera ditt Hilbert-utrymme. Detta skiljer sig radikalt från klassisk mekanik, där tillståndsrummet kan bli extremt komplext. Och det finns också en maskin - "Hamiltonian" - som indikerar exakt hur man utvecklas från ett tillstånd till ett annat över tiden. Jag upprepar att det inte finns många varianter av Hamiltonianer; det räcker med att skriva ner en viss lista över kvantiteter (egenvärden av energi - förtydligande för dig, irriterande experter).

Hur livet uppstod på jorden. Livet på jorden

Liv som använder kemi som skiljer sig från vår kan uppstå på jorden mer än en gång. Kanske. Och om vi hittar bevis för en sådan process betyder det att det är stor sannolikhet att liv kommer att uppstå på många platser i universum oberoende av varandra, precis som liv uppstod på jorden. Men å andra sidan, föreställ dig hur vi skulle känna om vi så småningom upptäckte liv på en annan planet, kanske kretsar kring en avlägsen stjärna, och den visade sig ha identisk kemi och kanske till och med en identisk DNA-struktur som vår.

Chanserna att livet på jorden uppstod helt spontant och av en slump verkar väldigt små. Chansen att exakt samma liv uppstår på en annan plats är otroligt liten och praktiskt taget lika med noll. Men det finns möjliga svar på dessa frågor, som de engelska astronomerna Fred Hoyle och Chandra Wickramasinghe beskrev i sin ovanliga bok, skriven 1979, Life cloud.

Med tanke på den extremt osannolika chansen att livet på jorden dök upp på egen hand, föreslår författarna en annan förklaring. Det ligger i det faktum att livets uppkomst inträffade någonstans i rymden och sedan spreds över hela universum genom panspermia. Mikroskopiskt liv instängt i skräp från kosmiska kollisioner kan färdas medan det är vilande under mycket långa tidsperioder. Därefter, när den anländer till sin destination, där den kommer att börja utvecklas igen. Allt liv i universum, inklusive livet på jorden, är alltså i själva verket samma liv.

Video Hur universum såg ut

Hur universum dök upp från ingenting. Kall förlossning

Vägen till en sådan enande kan dock tänkas ut på en kvalitativ nivå, och här uppstår mycket intressanta utsikter. En av dem övervägdes av den berömda kosmologen, professor vid University of Arizona Lawrence Krauss i sin nyligen publicerade bok "A Universe From Nothing". Hans hypotes ser fantastisk ut, men motsäger inte alls fysikens etablerade lagar.

Man tror att vårt universum uppstod från ett mycket varmt initialt tillstånd med en temperatur på cirka 1032 Kelvin. Men det är också möjligt att föreställa sig universums kalla födelse från rent vakuum - närmare bestämt från dess kvantfluktuationer. Det är välkänt att sådana fluktuationer ger upphov till väldigt många virtuella partiklar som bokstavligen uppstod ur intetheten och sedan försvann spårlöst. Enligt Krauss är vakuumfluktuationer i princip kapabla att ge upphov till lika efemära protouniverser, som under vissa förutsättningar övergår från ett virtuellt tillstånd till ett verkligt.

Frågan om hur universum kom till har alltid oroat människor. Detta är inte förvånande, eftersom alla vill veta sitt ursprung. Forskare, präster och författare har kämpat med denna fråga i flera årtusenden. Denna fråga väcker sinnena hos inte bara specialister utan också hos varje vanlig människa. Det är dock värt att säga direkt att det inte finns något hundraprocentigt svar på frågan om hur universum uppstod. Det finns bara en teori som stöds av de flesta forskare.

Här ska vi analysera det.

Eftersom allt som omger människan har sin egen början är det inte förvånande att människan sedan urminnes tider har försökt hitta universums början. För en man från medeltiden var svaret på denna fråga ganska enkelt - Gud skapade universum. Men med utvecklingen av vetenskapen började forskare ifrågasätta inte bara frågan om Gud, utan också tanken att universum hade en början.

År 1929, tack vare den amerikanske astronomen Hubble, återvände forskare till frågan om universums rötter. Faktum är att Hubble bevisade att galaxerna som utgör universum ständigt rör sig. Förutom rörelse kan de också öka, vilket innebär att universum ökar. Och om det växer visar det sig att det en gång fanns ett skede där denna tillväxt började. Detta betyder att universum har en början.

Lite senare lade den brittiske astronomen Hoyle fram en sensationell hypotes: universum uppstod i ögonblicket av Big Bang. Hans teori gick till historien under det namnet. Kärnan i Hoyles idé är enkel och komplex på samma gång. Han trodde att det en gång funnits ett stadium som kallas tillståndet för kosmisk singularitet, det vill säga tiden stod på noll, och densitet och temperatur var lika med oändlighet. Och i ett ögonblick inträffade en explosion, som ett resultat av vilken singulariteten bröts, och därför förändrades tätheten och temperaturen, materiens tillväxt började, vilket betyder att tiden började räknas. Senare kallade Hoyle själv sin teori för föga övertygande, men detta hindrade den inte från att bli den mest populära hypotesen om universums ursprung.

När hände det som Hoyle kallade Big Bang? Forskare utförde många beräkningar, som ett resultat var de flesta överens om siffran 13,5 miljarder år. Det var då som universum började dyka upp ur ingenting.På bara en bråkdel av en sekund fick universum en storlek mindre än en atom, och expansionsprocessen startade. Tyngdkraften spelade en nyckelroll. Det mest intressanta är att om det hade varit lite starkare så hade inget uppstått, högst ett svart hål. Och om tyngdkraften var lite svagare så skulle ingenting uppstå alls.
Några sekunder efter explosionen minskade temperaturen i universum något, vilket gav impulser till skapandet av materia och antimateria. Som ett resultat började atomer dyka upp. Så universum upphörde att vara monokromatiskt. Någonstans fanns det fler atomer, någonstans mindre. I vissa delar var det varmare, i andra var temperaturen lägre. Atomer började kollidera med varandra och bildade föreningar, sedan nya ämnen och senare kroppar. Vissa föremål hade stor inre energi. Dessa var stjärnorna. De började samla runt sig (tack vare tyngdkraften) andra kroppar som vi kallar planeter. Så här uppstod system, varav ett är vårt solsystem.

Big Bang. Modellproblem och deras lösning

Problemet med universums storskalighet och isotropi kan lösas på grund av det faktum att expansionen under inflationsstadiet skedde i en ovanligt hög takt. Det följer av detta att hela det observerbara universums rymd är resultatet av ett kausalt relaterat område av epoken som föregår den inflationära.
Att lösa problemet med ett platt universum. Detta är möjligt eftersom vid uppblåsningsstadiet ökar utrymmets krökningsradie. Detta värde är sådant att det tillåter moderna densitetsparametrar att ha ett värde nära kritiskt.
Inflationsexpansion leder till uppkomsten av densitetsfluktuationer med en viss amplitud och spektrumform. Detta gör det möjligt för dessa oscillationer (fluktuationer) att utvecklas till universums nuvarande struktur, samtidigt som storskalig homogenitet och isotropi bibehålls. Detta är en lösning på problemet med universums storskaliga struktur.

Den största nackdelen med inflationsmodellen kan anses vara dess beroende av teorier som ännu inte har bevisats och inte är fullt utvecklade.

Till exempel bygger modellen på unified field theory, som fortfarande bara är en hypotes. Det kan inte testas experimentellt i laboratorieförhållanden. En annan nackdel med modellen är obegripligheten av varifrån det överhettade och expanderande materialet kom. Tre möjligheter övervägs här:

Standard Big Bang-teorin antyder att inflationen börjar i ett mycket tidigt skede av universums utveckling. Men då är problemet med singularitet inte löst.
Den andra möjligheten är uppkomsten av universum från kaos. Olika delar av den hade olika temperaturer, så kompression skedde på vissa ställen och expansion skedde på andra. Inflation skulle ha inträffat i en region av universum som var överhettad och expanderade. Men det är inte klart varifrån det primära kaoset kom.
Det tredje alternativet är den kvantmekaniska banan, genom vilken en klump av överhettad och expanderande materia uppstod. I själva verket kom universum till ur ingenting.

***De första 10 -43 sekunderna efter Big Bang kallas scenen av kvantkaos. Universums natur i detta skede av existens kan inte beskrivas inom ramen för fysiken som vi känner till. Den kontinuerliga förenade rum-tiden sönderfaller till kvanta.

***Planck-momentet är ögonblicket för slutet av kvantkaoset, som faller på 10 på -43 sekunder. I detta ögonblick var universums parametrar lika med Planck-värden, såsom Planck-temperaturen (cirka 1032 K). Vid tidpunkten för Planck-eran kombinerades alla fyra grundläggande interaktioner (svag, stark, elektromagnetisk och gravitation) till en enda interaktion. Det är inte möjligt att betrakta Planck-momentet som någon lång period, eftersom modern fysik inte fungerar med parametrar som är mindre än Planck-momentet.

***Inflationsstadiet. Nästa steg i universums historia var inflationsstadiet. Vid inflationens första ögonblick var gravitationsinteraktionen separerad från det enda supersymmetriska fältet (tidigare inklusive fälten för fundamentala interaktioner). Under denna period har materia undertryck, vilket orsakar en exponentiell ökning av universums kinetiska energi. Enkelt uttryckt, under denna period började universum att blåsa upp mycket snabbt, och mot slutet förvandlas energin från fysiska fält till energin hos vanliga partiklar. I slutet av detta steg ökar temperaturen på ämnet och strålningen avsevärt. Tillsammans med slutet av inflationsstadiet uppstår också en stark växelverkan. Också i detta ögonblick uppstår universums baryonsymmetri.
[Universums baryoniska asymmetri är det observerade fenomenet att materia dominerar över antimateria i universum]

*** Stadium av strålningsdominans. Nästa steg i utvecklingen av universum, som inkluderar flera stadier. I detta skede börjar universums temperatur att minska, kvarkar bildas, sedan hadroner och leptoner. I nukleosyntesens era sker bildandet av initiala kemiska element och helium syntetiseras. Men strålning dominerar fortfarande materia.

***Epoken av substansdominans. Efter 10 000 år överstiger ämnets energi gradvis strålningsenergin och deras separation sker. Materien börjar dominera strålningen och en relikbakgrund dyker upp. Dessutom förstärkte separationen av materia med strålning de initiala inhomogeniteterna i distributionen av materia avsevärt, som ett resultat av vilka galaxer och supergalaxer började bildas. Universums lagar har kommit till den form som vi iakttar dem idag.

Ovanstående bild är sammansatt av flera grundläggande teorier och ger en allmän uppfattning om bildandet av universum i de tidiga stadierna av dess existens.

Vetenskapliga metoder för att studera universum har lett till bildandet av tydliga och evidensbaserade begrepp om dess ursprung, men alla höll inte med om dem.

De två världskrigen förde inte bara med sig sorg och död, utan bidrog också till den dramatiska utvecklingen av teknik och vetenskaplig kunskap, vilket i sin tur gjorde det möjligt för forskare att titta djupare in i Pandoras ask i jakten på svar på sina frågor. Detta följdes av en rejäl boom i teorier, antaganden och åsikter om universums ursprung, men kommer de någonsin att komma till en gemensam nämnare?

Moderna vetenskapliga teorier

Idag tar majoriteten av det vetenskapliga samfundet Big Bang-teorin som grund för att studera universum (och nej, vi pratar inte om serien), men den är långt ifrån perfekt.

Början till moderna teorier om universums ursprung och bildande lades av en av 1900-talets största vetenskapsmän. - . Inom ramen för den välkända relativitetsteorin arbetade han med de så kallade ekvationerna. Kombinerade till ett system representerade de en beskrivning av det grundläggande kosmiska fenomenet - gravitationen. Det fanns dock ett fel i modellen av universum som Einstein skapade. Han introducerade den kosmologiska konstanten i ekvationen, representerad av den grekiska bokstaven lambda (Λ). Här smög sig ett fel in i den store vetenskapsmannens ursprungliga idéer om universum: han antog universums stationära natur. Senare ändrade Einstein sin synpunkt, men lambda förblev i ekvationen som en valfri kvantitet, och påminner om att även mänsklighetens största sinnen är beroende av teknologins utveckling.

Albert Einstein. janeb13/pixabay.com (CC0 1.0)

Sköldpaddan och elefanterna som står på den är ett minne blott - vetenskapen har gått framåt med stormsteg. Som den ryske vetenskapsmannen Vernadskij hävdade i början av 1900-talet, finns det ett element som aldrig tas med i beräkningen när man studerar universum - noosfären. I vetenskapsmannens sinne representerar den mänsklighetens sinne i dess helhet. Vetenskapligt liv under hela dess existens historia har raderat gränser och smält samman till en organism: teorier, åsikter och åsikter från forskare från hela världen publicerades på sidorna i internationella tidskrifter. I en av dem, 1922, publicerades den sovjetiske matematikerns arbete Alexander Fridman, där han lade grunden för teorier om icke-stationära modeller av universum. Forskaren avvisade idén om ytterrymdens ändlighet och mötte kritik från Einstein, men värdet av vetenskaplig kunskap rådde, och Friedmans koncept togs som sant i detta skede. Det bekräftades senare av upptäckten av ett rött skifte (en minskning av strålningsfrekvenserna orsakade av avlägsnandet av dess källor) Edwin Hubble.

Hundra år senare utgjorde båda forskarnas arbete grunden för den moderna kosmologiska modellen ΛCDM, där lambda är en variabel för den nyligen upptäckta mörka materian.

Lambda-Cold Dark Matter, Accelerated Expansion of the Universe, Big Bang-Inflation (tidslinje för universum) Design: Alex Mittelmann, Coldcreation / wikimedia.org (CC BY-SA 3.0)

Nästa steg i bildandet av Big Bang-teorin var vetenskapens utveckling efter andra världskriget. sovjetisk vetenskapsman Georgy Antonovich Gamov, tvingad att emigrera till USA på grund av ett missförstånd av sin position i sitt hemland och en konflikt med det vetenskapliga samfundet vid Vetenskapsakademien (han utvisades 1938), föreslog teorin om ett hett universum. Enligt hans åsikt började universums ursprung med ett "hett" tillstånd, vars bekräftelse borde ha varit vid den tiden teoretisk mikrovågsstrålning (relikt) - de termiska ekona från Big Bang som fortfarande når oss. Gamows teori föddes 1946, presenterades 1948, men bekräftades först 1965. Det är inte förvånande att den fick kritik, men det var dess frånvaro som kunde leda till den värsta situationen för vetenskapsmannen - glömskan. För vetenskapliga begrepp kan det vara avgörande inte bara ett erkännande, utan också den kontrovers som blossade upp mot dem. Det är värt att notera att Gamow var aktivt involverad i att popularisera vetenskapen och skrev sina verk på ett tillgängligt språk och försökte locka människors uppmärksamhet till det ändlösa mörka universum.

Teorier om ett stationärt universum

Som svar på den framväxande teorin hördes höga utrop från den brittiske astronomen Fred Hoyles läktare, som tillsammans med sina kollegor höll fast vid stationära universumteorier. Enligt dess grunder finns det ingen enda punkt för bildning eller "explosion", och universums expansion sker som ett resultat av bildandet av materia mellan galaxer. Vetenskapen vet också hur man skämtar: när han presenterade sitt koncept 1949, skapade Hoyle, som försökte komma på ett föraktfullt namn för teorin om sina motståndare, faktiskt en sådan minnesvärd fras - "Big Bang".

Som nämnts ovan fick teorin 1965 den andra komponenten av bevis för dess acceptans (den första var det röda skiftet) efter att existensen av kosmisk mikrovågsbakgrundsstrålning bekräftats.

Det verkar som att nu Big Bang-teorin borde ha blivit dominerande bland vetenskapssamfundet, men allt blev annorlunda.

RIA Novosti-arkiv, bild #25981 / Vladimir Fedorenko / (CC BY 3.0)

Teori om kalla universum

Teorin om det kalla universum som föreslagits av de sovjetiska forskarna Andrei Sakharov och Yakov Zeldovich kunde inte motstå den "heta teorin", men inte alla lagar som låg bakom den förlorade sin mening. Det finns luckor i Big Bang-teorin, till exempel när det gäller universums tillstånd i det första ögonblicket av explosionen (kosmologisk singularitet), som kan fyllas av dess "kalla bror".

Försök att fylla de återstående luckorna och ta isär varje del av verkligheten bit för bit ledde till uppkomsten strängteorin. Dess grundidé är att den minsta fundamentala partikeln, kvarken, är uppbyggd av energimönster som vibrerar som ett snöre. Även om strängteorin bygger på Big Bang-teorin har den gett upphov till många nya sätt att se på verkligheten. När allt kommer omkring gavs inte svaret på den viktigaste frågan: Hur kom det sig att livet uppstod i vårt universum?

Till exempel tror vissa forskare att vår värld inte är den enda, utan en av många delar multiversum. Denna teori förutsätter att vi bara ser en del av verkligheten, medan de återstående elementen i det flerdimensionella rymden är dolda för forskarnas vakande ögon. Dessutom, enligt multivershypotesen, har varje universum sin egen uppsättning konstanter, fysiska kvantiteter och egenskaper, vars kombination mycket väl kan leda till uppkomsten av liv i en av dem - vår.

Teorier skapar nya teorier

Det oändliga spirandet av vetenskapligt tänkande kan inte stoppas. Livets uppkomst, baserat på multiversum och strängteorihypoteserna, antyder att någon listat ut de nödvändiga förutsättningarna in i minsta detalj, så att säga, producerade "finjustera universum".

Förutom teorin om multiversum, baserad på "inställning", uppstod två specifika synpunkter om universums ursprung.

Den första av dem tar oss tillbaka till det avlägsna förflutna. Enligt ett antal forskare som inte är särskilt populära i det vetenskapliga samfundet skapades universum av en intelligent skapare: Gud, Djävulen, Buddha eller bara en programmerare Vasya, det spelar ingen roll så mycket. Denna look kallas "intelligent design" och märket "pseudovetenskapligt".

I den vetenskapliga världen är det allmänt accepterat att universum uppstod som ett resultat av Big Bang. Denna teori bygger på det faktum att energi och materia (grunden för allting) tidigare var i ett tillstånd av singularitet. Det i sin tur kännetecknas av oändlighet av temperatur, densitet och tryck. Tillståndet av singularitet i sig förkastar alla fysikens lagar som den moderna världen känner till. Forskare tror att universum uppstod ur en mikroskopisk partikel, som av ännu okända anledningar kom in i ett instabilt tillstånd i det avlägsna förflutna och exploderade.

Termen "Big Bang" började användas 1949 efter publiceringen av vetenskapsmannen F. Hoyles verk i populärvetenskapliga publikationer. Idag är teorin om den "dynamiska utvecklingsmodellen" så väl utvecklad att fysiker kan beskriva de processer som sker i universum inom 10 sekunder efter explosionen av en mikroskopisk partikel som lade grunden för allt.

Det finns flera bevis på teorin. En av de viktigaste är den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen, som genomsyrar hela universum. Det kunde ha uppstått, enligt moderna forskare, endast som ett resultat av Big Bang, på grund av interaktionen mellan mikroskopiska partiklar. Det är reliktstrålningen som gör att vi kan lära oss om de tider då universum var som ett brinnande utrymme och det inte fanns några stjärnor, planeter och själva galaxen. Det andra beviset på födelsen av alla saker från Big Bang anses vara det kosmologiska röda skiftet, som består i en minskning av strålningsfrekvensen. Detta bekräftar avlägsnandet av stjärnor och galaxer från Vintergatan i synnerhet och från varandra i allmänhet. Det vill säga, det indikerar att universum expanderade tidigare och fortsätter att göra det till denna dag.

En kort historia av universum

10 -45 - 10 -37 sek- Inflationsexpansion

10 -6 sek- uppkomst av kvarkar och elektroner

10 -5 sek- bildning av protoner och neutroner

10 -4 sek - 3 min- uppkomst av deuterium-, helium- och litiumkärnor

400 tusen år- bildning av atomer

15 miljoner år- fortsatt expansion av gasmolnet

1 miljard år- födelsen av de första stjärnorna och galaxerna

10-15 miljarder år- uppkomsten av planeter och intelligent liv

10 14 miljarder år- upphörande av stjärnfödelseprocessen

10 37 miljarder år- energiutarmning av alla stjärnor

10 40 miljarder år- avdunstning av svarta hål och födelsen av elementarpartiklar

10 100 miljarder år- fullbordande av avdunstning av alla svarta hål

Big Bang-teorin var ett verkligt genombrott inom vetenskapen. Det gjorde det möjligt för forskare att svara på många frågor om universums födelse. Men samtidigt gav denna teori upphov till nya mysterier. Den främsta är orsaken till själva Big Bang. Den andra frågan som modern vetenskap inte har något svar på är hur rum och tid uppstod. Enligt vissa forskare föddes de tillsammans med materia och energi. Det vill säga, de är resultatet av Big Bang. Men så visar det sig att tid och rum måste ha någon form av början. Det vill säga, en viss enhet, ständigt existerande och oberoende av deras indikatorer, kunde mycket väl ha initierat instabilitetsprocesserna i den mikroskopiska partikel som födde universum.

Ju mer forskning som bedrivs i denna riktning, desto fler frågor har astrofysiker. Svaren på dem väntar mänskligheten i framtiden.

Idag pratar vi om detta, ja, vad heter det, universum. Det råkade bara vara så att hon en dag dök upp någonstans ifrån, och nu är vi alla här. Någon läser den här artikeln, någon förbereder sig för ett prov, förbannar allt i världen... Plan flyger, tåg går, planeter snurrar, något händer alltid någonstans. Människor har alltid varit intresserade av att veta ett komplext svar på en enkel fråga. Hur började det hela och hur kom vi dit vi är? Med andra ord, hur föddes universum?

Så här är de - olika versioner och modeller av universums ursprung.

Kreationism: Gud skapade allt

Bland alla teorier om universums ursprung dök denna först upp. En mycket bra och bekväm version, som kanske alltid kommer att vara relevant. Förresten, många fysiker trodde på Gud, trots att vetenskap och religion ofta verkar vara motsatta begrepp. Till exempel sa Albert Einstein:

”Varje seriös naturvetare måste på något sätt vara en religiös man. Annars kan han inte föreställa sig att de otroligt subtila ömsesidiga beroenden som han observerar inte uppfanns av honom. I det oändliga universum avslöjas aktiviteten hos ett oändligt perfekt sinne. Den vanliga idén om mig som ateist är en stor missuppfattning. Om denna idé hämtas från mina vetenskapliga arbeten, kan jag säga att mina vetenskapliga arbeten inte förstås."

Big Bang-teorin

Kanske den mest utbredda och mest erkända modellen av ursprunget till vårt universum. Det har i alla fall nästan alla hört talas om. Vad säger Big Bang för oss? En dag, för cirka 14 miljarder år sedan, fanns det inget rum och tid, och hela universums massa var koncentrerad till en liten punkt med otrolig densitet - i en singularitet. Vid ett vackert ögonblick (om jag får säga så - det fanns ingen tid) kunde singulariteten inte stå ut på grund av den heterogenitet som uppstod i den, och den så kallade Big Bang inträffade. Och sedan dess har universum ständigt expanderat och svalnat.

Expanderande universumsmodell

Det är nu säkert känt att galaxer och andra kosmiska objekt rör sig bort från varandra, vilket betyder att universum expanderar. På 1900-talet fanns det många alternativa teorier om universums ursprung. En av de mest populära var den stationära universummodellen, förespråkad av Einstein själv. Enligt denna modell expanderar inte universum, utan är i ett stationärt tillstånd på grund av att någon kraft håller tillbaka det.

Rödförskjutning – detta är en minskning av strålningsfrekvenserna som observeras för avlägsna källor, vilket förklaras av avståndet mellan källorna (galaxer, kvasarer) från varandra. Detta faktum indikerar att universum expanderar.

CMB-strålning – de här är som ekon av big bang. Tidigare var universum ett hett plasma som gradvis svalnade. Sedan dessa avlägsna tider har så kallade vandrande fotoner funnits kvar i universum, som bildar kosmisk bakgrundsstrålning. Tidigare, vid högre temperaturer i universum, var denna strålning mycket kraftfullare. Nu motsvarar dess spektrum strålningsspektrumet för en absolut fast kropp med en temperatur på endast 2,7 Kelvin.

Strängteorin

Moderna studier av universums utveckling är omöjliga utan att koordinera det med kvantteorin. Till exempel inom ramen för strängteorin (strängteorin bygger på hypotesen att alla elementarpartiklar och deras fundamentala interaktioner uppstår som ett resultat av vibrationer och interaktioner av ultramikroskopiska kvantsträngar), antas en modell med flera universum. Naturligtvis fanns det också en Big Bang, men det hände inte bara ur ingenting, utan kanske som ett resultat av kollisionen av vårt universum med något annat, ännu ett universum.

I själva verket, förutom Big Bang, som födde vårt universum, förekommer många andra Big Bangs i det multipla universum, vilket ger upphov till många andra universum, som utvecklas enligt sina egna fysiklagar som skiljer sig från de som vi känner till.

Troligtvis kommer vi aldrig säkert att veta hur, var och varför universum uppstod. Men du kan tänka på detta väldigt länge och intressant, och så att du har tillräckligt med mat att tänka på, föreslår vi att du tittar på en fascinerande video om ämnet moderna teorier om universums ursprung.

Problemen med universums utveckling är för storskaliga. Så stora att de faktiskt inte ens är problem. Låt oss låta teoretiska fysiker pussla över dem och flytta från universums djup till jorden, där en ofullbordad kurs eller diplom kan vänta oss. Om så är fallet erbjuder vi vår lösning på detta problem. Beställ utmärkt arbete från, andas lugnt och var i harmoni med dig själv och universum.