A környező világ nagyszerűsége és sokszínűsége minden képzeletet ámulatba ejt. Minden embert körülvevő tárgy és tárgy, más emberek, különféle típusú növények és állatok, részecskék, amelyek csak mikroszkóppal láthatók, valamint felfoghatatlan csillaghalmazok: mindegyiket egyesíti az "Univerzum" fogalma.
Az Univerzum keletkezésére vonatkozó elméleteket az ember régóta dolgozta ki. Annak ellenére, hogy a vallás vagy a tudomány kezdeti fogalma sem létezett, az ókori emberek érdeklődő elméjében kérdések merültek fel a világrend alapelveivel és az ember helyzetével kapcsolatban az őt körülvevő térben. Nehéz megszámolni, hány elmélet létezik ma az Univerzum keletkezéséről, ezek egy részét vezető világhírű tudósok tanulmányozzák, mások pedig őszintén szólva fantasztikusak.
Kozmológia és tárgya
ModernA kozmológia – az univerzum felépítésének és fejlődésének tudománya – eredetének kérdését az egyik legérdekesebb és még mindig nem kellően tanulmányozott rejtélynek tartja. A csillagok, galaxisok, naprendszerek és bolygók megjelenéséhez hozzájáruló folyamatok természete, fejlődésük, az Univerzum keletkezésének forrása, valamint mérete és határai: mindez csak egy rövid lista a vizsgált kérdésekről a modern tudósok által.
A világ kialakulásával kapcsolatos alapvető talányra a válaszok keresése oda vezetett, hogy ma már különféle elméletek léteznek az Univerzum keletkezéséről, létezéséről, fejlődéséről. A válaszokat kereső, hipotéziseket építő és tesztelő szakemberek izgalma jogos, mert az Univerzum születésének megbízható elmélete felfedi az egész emberiség számára, hogy más rendszerekben és bolygókon mekkora a valószínűsége az életnek.
Az Univerzum keletkezésére vonatkozó elméletek természettudományos elképzelések, egyéni hipotézisek, vallási tanítások, filozófiai eszmék és mítoszok jellegűek. Mindegyik feltételesen két fő kategóriába sorolható:
- Elméletek, amelyek szerint az Univerzumot a Teremtő teremtette. Más szóval, lényegük az, hogy az Univerzum létrehozásának folyamata tudatos és spiritualizált cselekvés volt, egy magasabb elme akaratának megnyilvánulása.
- Az Univerzum keletkezésének elméletei, tudományos tényezők alapján. Posztulátumaik kategorikusan elutasítják mind a teremtő létezését, mind a világ tudatos megteremtésének lehetőségét. Az ilyen hipotézisek gyakran az úgynevezett középszerűség elvén alapulnak. Felvállalják annak lehetőségétélet nem csak a bolygónkon, hanem másokon is.
Kreacionizmus – a világ Teremtő általi teremtésének elmélete
Ahogy a név is sugallja, a kreacionizmus az univerzum keletkezésének vallási elmélete. Ez a világkép azon a koncepción alapul, hogy az Univerzum, a bolygó és az ember Isten vagy a Teremtő által teremtett.
Az elképzelés sokáig dominált, egészen a 19. század végéig, amikor is a tudomány különböző területein (biológia, csillagászat, fizika) felgyorsult a tudásfelhalmozás, és az evolúcióelmélet is elterjedt. A kreacionizmus a keresztények egyfajta reakciója lett, akik ragaszkodnak a felfedezésekkel kapcsolatos konzervatív nézetekhez. Az evolúciós fejlődés akkoriban uralkodó gondolata csak fokozta a vallási és más elméletek között fennálló ellentmondásokat.
Mi a különbség a tudományos és a vallási elméletek között
A fő különbségek a különböző kategóriák elméletei között elsősorban a híveik által használt kifejezésekben rejlenek. Tehát a tudományos hipotézisekben a teremtő helyett a természet, a teremtés helyett pedig az eredet. Ezzel együtt vannak olyan kérdések, amelyeket hasonlóképpen különböző elméletek fednek le, vagy akár teljesen megkettőznek.
Az Univerzum keletkezésének elméletei, amelyek ellentétes kategóriákba tartoznak, megjelenését különböző módon datálják. Például a leggyakoribb hipotézis (az ősrobbanás elmélete) szerint az Univerzum körülbelül 13 milliárd évvel ezelőtt keletkezett.
Ezzel szemben a világegyetem keletkezésének vallási elmélete teljesen más számokat ad:
- Christian szerintforrások szerint az Isten által teremtett világegyetem kora Jézus Krisztus születése idején 3483-6984 év volt.
- A hinduizmus azt sugallja, hogy világunk körülbelül 155 billió éves.
Kant és kozmológiai modellje
A XX. századig a legtöbb tudós azon a véleményen volt, hogy az univerzum végtelen. Ez a minőség jellemezte az időt és a teret. Ráadásul véleményük szerint az Univerzum statikus és egységes volt.
Az Univerzum térbeli végtelenségének gondolatát Isaac Newton terjesztette elő. Ennek a feltevésnek a kidolgozását Emmanuel Kant végezte, aki kidolgozta azt az elméletet, hogy szintén nincsenek időkorlátok. Tovább haladva, elméleti feltevések szerint Kant kiterjesztette az univerzum végtelenségét a lehetséges biológiai termékek számára. Ez a posztulátum azt jelentette, hogy az ősi és hatalmas világ körülményei között, vég és kezdet nélkül, számtalan lehetőség adódhat, amelyek eredményeként bármely biológiai faj megjelenése valós.
Az életformák lehetséges eredetének ezen elmélete alapján később Darwin elméletét fejlesztették ki. A csillagos égbolt megfigyelései és a csillagászok számításainak eredményei megerősítették Kant kozmológiai modelljét.
Einstein gondolatai
A 20. század elején Albert Einstein kiadta saját univerzum-modelljét. Relativitáselmélete szerint az Univerzumban egyszerre két ellentétes folyamat megy végbe: a tágulás és az összehúzódás. Azonban őegyetértett a legtöbb tudós véleményével az Univerzum stacionaritásáról, ezért bevezette a kozmikus taszító erő fogalmát. Becsapódását úgy tervezték, hogy egyensúlyba hozza a csillagok vonzását, és leállítsa az összes égitest mozgási folyamatát, hogy fenntartsa az Univerzum statikus természetét.
Az Univerzum modelljének - Einstein szerint - van egy bizonyos mérete, de nincsenek határok. Egy ilyen kombináció csak akkor valósítható meg, ha a tér ugyanúgy görbült, mint egy gömbben.
Egy ilyen modell tér jellemzői:
- Háromdimenziós.
- Bezárja magát.
- Homogenitás (középpont és él hiánya), amelyben a galaxisok egyenletesen oszlanak el.
A. A. Friedman: Az Univerzum tágul
Az Univerzum forradalmian táguló modelljének megalkotója, A. A. Fridman (Szovjetunió) az általános relativitáselméletet jellemző egyenletek alapján építette fel elméletét. Igaz, az akkori tudományos világban általánosan elfogadott vélemény világunk statikus volta volt, ezért nem fordítottak kellő figyelmet munkásságára.
Néhány évvel később Edwin Hubble csillagász felfedezést tett, amely megerősítette Friedman elképzeléseit. Felfedezték a galaxisok eltávolítását a közeli Tejútrendszerből. Ugyanakkor megcáfolhatatlanná vált az a tény, hogy mozgásuk sebessége arányos a köztük és galaxisunk közötti távolsággal.
Ez a felfedezés megmagyarázza a csillagok és galaxisok egymáshoz viszonyított állandó "visszahúzódását", ami arra a következtetésre vezet, hogyaz univerzum tágulása.
Friedman következtetéseit végül Einstein is elismerte, később a szovjet tudós érdemeit említette, mint az Univerzum tágulásának hipotézisének megalapozóját.
Nem állítható, hogy ez az elmélet és az általános relativitáselmélet között ellentmondások lennének, azonban az Univerzum tágulásával egy kezdeti impulzusnak kellett lennie, amely a csillagok szétszóródását váltotta ki. A robbanással analógiára az ötletet "ősrobbanásnak" hívták.
Stephen Hawking és az antropikus elv
Stephen Hawking számításainak és felfedezéseinek eredménye az Univerzum keletkezésének antropocentrikus elmélete volt. Alkotója azt állítja, hogy az emberi életre ilyen jól felkészült bolygó létezése nem lehet véletlen.
Stephen Hawking elmélete a világegyetem keletkezéséről a fekete lyukak fokozatos elpárolgásáról, energiaveszteségükről és a Hawking-sugárzás kibocsátásáról is rendelkezik.
A bizonyítékok felkutatása eredményeként több mint 40 olyan jellemzőt azonosítottak és ellenőriztek, amelyek betartása szükséges a civilizáció fejlődéséhez. Hugh Ross amerikai asztrofizikus felbecsülte egy ilyen nem szándékos egybeesés valószínűségét. Az eredmény a 10-53.
Univerzumunk ezermilliárd galaxist tartalmaz, egyenként 100 milliárd csillagot. A tudósok számításai szerint a bolygók teljes számának 1020-nak kell lennie. Ez az adat 33 nagyságrenddel kisebb, mint a korábban számított. Ezért az összes galaxis egyik bolygója sem képes olyan körülményeket kombinálni, amelyek alkalmasak lennének a spontán kialakulására.élet.
Az ősrobbanás elmélete: Az Univerzum kialakulása egy elhanyagolható részecskéből
Az ősrobbanás elméletét támogató tudósok osztják azt a hipotézist, hogy az univerzum egy ősrobbanás eredménye. Az elmélet fő posztulátuma az az állítás, hogy ezen esemény előtt a jelenlegi Univerzum minden eleme egy mikroszkopikus méretű részecskébe záródott. Míg benne, az elemeket egyedi állapot jellemezte, amelyben nem lehetett mérni olyan mutatókat, mint a hőmérséklet, a sűrűség és a nyomás. Ezek végtelenek. Az ebben az állapotban lévő anyagot és energiát a fizika törvényei nem befolyásolják.
A 15 milliárd évvel ezelőtti robbanás okát a részecske belsejében keletkezett instabilitásnak nevezik. A szétszórt apró elemek jelezték a ma ismert világ kezdetét.
Kezdetben az Univerzum egy apró (egy atomnál kisebb) részecskékből álló köd volt. Aztán egyesülve atomokat képeztek, amelyek a csillaggalaxisok alapjául szolgáltak. Az Univerzum keletkezéséről szóló elmélet legfontosabb feladatai a robbanás előtti eseményekkel és a robbanás okával kapcsolatos kérdések megválaszolása.
A táblázat sematikusan ábrázolja az univerzum kialakulásának szakaszait az ősrobbanás után.
| Az Univerzum állapota | Idővonal | Várható hőmérséklet |
| Bővülés (infláció) | 10-től-45-ig-37 másodperc | Továbbiak1026K |
| Kvarkok és elektronok jelennek meg | 10-6 c | 10 felett 13 K |
| Protonok és neutronok keletkeznek | 10-5 c | 1012K |
| Hélium, deutérium és lítium atommagok keletkeznek | 10-től-4 tól 3 percig | 1011-tól 109-ig K |
| Atomok keletkeztek | 400 ezer év | 4000 K |
| A gázfelhő tovább bővül | 15 millió év | 300 K |
| Megszületnek az első csillagok és galaxisok | 1 milliárd év | 20 K |
| A csillagok robbanásai nehéz atommagok kialakulását idézik elő | 3 milliárd év | 10 K |
| A csillagok születési folyamata megáll | 10-15 milliárd év | 3 K |
| Minden csillag energiája kimerült | 1014 év | 10-2 K |
| A fekete lyukak kimerülnek, és elemi részecskék születnek | 1040 év | -20 K |
| Az összes fekete lyuk párolgása véget ér | 10100 év | 10-60-tól 10-40 K |
Amint az a fenti adatokból következik, az Univerzum tovább tágul és lehűl.
A galaxisok közötti távolság állandó növekedése a fő posztulátum: mi különbözteti meg az ősrobbanás elméletét. Az univerzum ily módon való létrejöttét a talált bizonyítékok igazolhatják. Ennek is megvannak az okaitagadások.
Az elmélet problémái
Tekintettel arra, hogy az ősrobbanás elmélete a gyakorlatban nem igazolt, nem meglepő, hogy számos olyan kérdés van, amelyre nem tud választ adni:
-
Szingularitás. Ez a szó a világegyetem állapotát jelöli egyetlen pontba tömörítve. Az ősrobbanás-elmélet problémája az, hogy az anyagban és a térben ilyen állapotban lezajló folyamatokat nem lehet leírni. A relativitás általános törvénye itt nem érvényes, ezért lehetetlen matematikai leírást és egyenleteket készíteni a modellezéshez.
Az Univerzum kezdeti állapotára vonatkozó kérdésre adott válasz alapvető lehetetlensége hiteltelenné teszi az elméletet. a legelejét. Non-fiction expozíciói hajlamosak elhallgatni, vagy csak futólag említik ezt a bonyolultságot. Azok a tudósok azonban, akik az ősrobbanás elméletének matematikai alapot nyújtanak, ezt a nehézséget jelentős akadálynak tekintik.
- Csillagászat. Ezen a területen az ősrobbanás-elmélet azzal a ténnyel szembesül, hogy nem tudja leírni a galaxisok keletkezési folyamatát. Az elméletek modern változatai alapján megjósolható, hogyan jelenik meg egy homogén gázfelhő. Ugyanakkor a sűrűsége mára körülbelül egy atom köbméterenként. Valami több eléréséhez nem nélkülözhetjük az Univerzum kezdeti állapotának módosítását. Az információ és a gyakorlati tapasztalat hiánya ezen a területen komoly akadályokat jelent a további modellezés előtt.
Számítási szempontból is eltérés vangalaxisunk tömege és az Androméda-galaxishoz való vonzódásának mértékének tanulmányozásával nyert adatok. Úgy tűnik, galaxisunk súlya tízszer nagyobb, mint azt korábban gondolták.
Kozmológia és kvantumfizika
Ma már nincsenek olyan kozmológiai elméletek, amelyek ne kvantummechanikán alapulnának. Hiszen az atomi és szubatomi részecskék viselkedésének leírásával foglalkozik. A kvantumfizika és a (Newton által kifejtett) klasszikus fizika között az a különbség, hogy az utóbbi az anyagi tárgyakat figyeli meg és írja le, míg az előbbi magának a megfigyelésnek és mérésnek a kizárólagos matematikai leírását feltételezi. A kvantumfizika számára az anyagi értékek nem képezik a kutatás tárgyát, itt maga a megfigyelő is részese a vizsgált helyzetnek.
Ezek a jellemzők alapján a kvantummechanika nehezen tudja leírni a Világegyetemet, mivel a megfigyelő az Univerzum része. Ha azonban a világegyetem felbukkanásáról beszélünk, lehetetlen kívülállókat elképzelni. A külső szemlélő részvétele nélküli modell kidolgozására tett kísérleteket J. Wheeler az Univerzum keletkezésének kvantumelmélete koronázta meg.
Lényege, hogy az idő minden pillanatában megtörténik az Univerzum kettéválása és végtelen számú másolat keletkezése. Ennek eredményeként a párhuzamos Univerzumok mindegyike megfigyelhető, és a megfigyelők láthatják az összes kvantum alternatívát. Ugyanakkor az eredeti és az új világ valóságos.
Inflációs minta
A fő feladat, amelynek megoldására az inflációelmélet hivatott, kezd válniválaszt keresni az ősrobbanás-elmélet és az expanziós elmélet által feltáratlan kérdésekre. Nevezetesen:
- Miért tágul az univerzum?
- Mi az ősrobbanás?
E célból az Univerzum eredetének inflációs elmélete előírja a tágulás nulla időpontra történő extrapolációját, a Világegyetem teljes tömegének egy pontban történő megállapítását és egy kozmológiai kép kialakítását. szingularitás, amelyet gyakran ősrobbanásként is emlegetnek.
Nyilvánvaló az általános relativitáselmélet irrelevánssága, amely jelenleg nem alkalmazható. Ennek eredményeként csak elméleti módszerek, számítások és levezetések alkalmazhatók egy általánosabb elmélet (vagy "új fizika") kidolgozására és a kozmológiai szingularitás problémájának megoldására.
Új alternatív elméletek
A kozmikus inflációs modell sikere ellenére vannak tudósok, akik ellenzik, és tarthatatlannak nevezik. Fő érvük az elmélet által javasolt megoldások kritikája. Az ellenzők azzal érvelnek, hogy a kapott megoldások bizonyos részleteket hiányoznak, vagyis a kezdeti értékek problémájának megoldása helyett az elmélet csak ügyesen feszegeti azokat.
Alternatíva számos egzotikus elmélet, amelyek ötlete az ősrobbanás előtti kezdeti értékek kialakításán alapul. Az univerzum keletkezésére vonatkozó új elméletek röviden a következőképpen írhatók le:
- Húrelmélet. Hívei a szokásos négy tér- és idődimenzió mellett további dimenziók bevezetését is javasolják. Szerepet játszhatnánakaz Univerzum korai szakaszában, és jelenleg tömörített állapotban van. A tömörülésük okaira vonatkozó kérdésre a tudósok azt a választ kínálják, hogy a szuperhúrok tulajdonsága a T-kettősség. Ezért a húrok további méretekre vannak "tekerve", és méretük korlátozott.
- Korpaelmélet. M-elméletnek is nevezik. Feltételeinek megfelelően az Univerzum kialakulásának kezdetén hideg statikus ötdimenziós téridő van. Négy közülük (térbeli) korlátozások, vagy falak - három-brán. A mi terünk az egyik fal, a második pedig rejtve. A harmadik három-brán négydimenziós térben helyezkedik el, két határbrán határolja. Az elmélet szerint egy harmadik brán ütközik a miénkkel, és nagy mennyiségű energiát szabadít fel. Ezek a feltételek válnak kedvezõvé az õsrobbanás kialakulásához.
A ciklikus elméletek tagadják az ősrobbanás egyediségét, azt állítva, hogy az univerzum egyik állapotból a másikba megy. Az ilyen elméletekkel a probléma az entrópia növekedése a termodinamika második főtétele szerint. Következésképpen az előző ciklusok időtartama rövidebb volt, az anyag hőmérséklete pedig lényegesen magasabb volt, mint az ősrobbanás idején. Ennek nagyon kicsi a valószínűsége
Bárhány elmélet létezik az univerzum keletkezéséről, közülük csak kettő állta ki az idő próbáját, és győzte le az egyre növekvő entrópia problémáját. Ezeket Steinhardt-Turok és Baum-Frampton tudósok fejlesztették ki.
Ezeket a viszonylag új elméleteket az univerzum keletkezéséről a múlt század 80-as éveiben terjesztették elő. Sok követőjük van, akik ezek alapján modelleket fejlesztenek, bizonyítékokat keresnek az érvényességre vonatkozóan, és dolgoznak a következetlenségek feloldásán.
Húrelmélet
A világegyetem keletkezésének elmélete között az egyik legnépszerűbb a húrelmélet. Mielőtt elkezdené ötletének leírását, meg kell értenie az egyik legközelebbi versenytárs, a standard modell koncepcióit. Feltételezi, hogy az anyag és a kölcsönhatás részecskék bizonyos halmazaként írható le, több csoportra osztva:
- Kvarkok.
- Leptons.
- Bosons.
Ezek a részecskék valójában az univerzum építőkövei, mivel olyan kicsik, hogy nem lehet őket részekre osztani.
A húrelmélet megkülönböztető jegye az az állítás, hogy az ilyen téglák nem részecskék, hanem ultramikroszkópos húrok, amelyek rezegnek. Ugyanakkor a húrok különböző frekvenciákon oszcillálva a standard modellben leírt különféle részecskék analógjaivá válnak.
Az elmélet megértéséhez fel kell ismernünk, hogy a húrok nem bármiféle anyag, hanem energia. Ezért a húrelmélet arra a következtetésre jut, hogy az univerzum minden eleme energiából áll.
A tűz egy jó hasonlat. Ha ránézünk, az anyagszerűségének benyomása támad, de nem lehet megérinteni.
Kozmológia iskolásoknak
Az Univerzum keletkezésének elméleteit röviden tanulmányozzák az iskolákban csillagászati órákon. Diákoknakírja le a fő elméleteket arról, hogyan alakult ki világunk, mi történik vele most és hogyan fog fejlődni a jövőben.
A leckék célja, hogy a gyerekek megismerkedjenek az elemi részecskék, kémiai elemek és égitestek képződésének természetével. Az univerzum keletkezésének elméletei gyermekek számára az ősrobbanás elméletének bemutatására redukálódnak. A tanárok vizuális anyagokat használnak: diák, táblázatok, poszterek, illusztrációk. Fő feladatuk, hogy felkeltsék a gyerekek érdeklődését az őket körülvevő világ iránt.
