Jednou z hlavních otázek, které neopouštějí lidské vědomí, vždy byla a je otázka: „jak se objevil vesmír?“Samozřejmě na tuto otázku neexistuje jednoznačná odpověď a je nepravděpodobné, že by ji v blízké budoucnosti obdržela, ale věda pracuje tímto směrem a formuje určitý teoretický model původu našeho vesmíru. Nejprve je třeba zvážit základní vlastnosti vesmíru, které by měly být popsány v rámci kosmologického modelu.
*** Model by měl brát v úvahu pozorované vzdálenosti mezi objekty, jakož i rychlost a směr jejich pohybu. Takové výpočty vycházejí z Hubblova zákona: cz = H0D, kde z je červený posun objektu, D je vzdálenost k tomuto objektu a c je rychlost světla.
*** Věk vesmíru v modelu musí překročit věk nejstarších objektů na světě
*** Model by měl brát v úvahu počáteční množství prvků.
*** Model by měl brát v úvahu pozorovanou rozsáhlou strukturu vesmíru.
*** Model by měl brát v úvahu pozorované pozadí pozadí.
Propagační video:
Stručná historie vesmíru. Singularita z pohledu umělce (foto)
Podívejme se stručně na obecně přijímanou teorii vzniku a raného vývoje vesmíru, kterou podporuje většina vědců. Teorie velkého třesku dnes znamená kombinaci modelu horkého vesmíru s velkým třeskem. A i když tyto koncepty nejprve existovaly nezávisle na sobě, v důsledku jejich sjednocení bylo možné vysvětlit počáteční chemické složení vesmíru i přítomnost reliktního záření.
Podle této teorie vznikl vesmír asi před 13,77 miliardami let z nějakého hustého ohřátého objektu - jedinečného stavu, který je v rámci moderní fyziky obtížně popsatelný. Problém kosmologické singularity mimo jiné spočívá v tom, že při jejím popisu má většina fyzikálních veličin, jako je hustota a teplota, sklon k nekonečnu. Současně je známo, že při nekonečné hustotě by entropie (míra chaosu) měla mít sklon k nule, což se neshoduje s nekonečnou teplotou.
Evoluce vesmíru
*** Prvních 10 za -43 sekund po Velkém třesku se nazývá fáze kvantového chaosu. Povaha vesmíru v této fázi existence se vzpírá popisu v rámci nám známé fyziky. Dochází k rozpadu spojitého jediného časoprostoru na kvantá.
*** Planckův moment - okamžik konce kvantového chaosu, který klesá na 10 za -43 sekund. V tomto okamžiku byly parametry vesmíru stejné jako Planckovy hodnoty, jako Planckova teplota (asi 1032 K). V době Planckovy éry byly všechny čtyři základní interakce (slabé, silné, elektromagnetické a gravitační) spojeny do jednoho druhu interakce. Není možné považovat Planckův moment za určité dlouhé období, protože moderní fyzika nepracuje s parametry menšími než Planckovy.
*** Fáze inflace. Další etapou v historii vesmíru byla inflační fáze. V prvním okamžiku inflace se gravitační interakce oddělila od sjednoceného supersymetrického pole (které dříve zahrnovalo pole základních interakcí). Během tohoto období má hmota podtlak, který způsobuje exponenciální nárůst kinetické energie vesmíru. Jednoduše řečeno, během tohoto období začal vesmír velmi rychle bobtnat a ke konci se energie fyzických polí přeměňuje na energii běžných částic. Na konci této fáze teplota látky a záření výrazně stoupne. Spolu s koncem fáze inflace vyniká silná interakce. Také v tomto okamžiku vzniká baryonová asymetrie vesmíru.
[Baryonova asymetrie vesmíru je pozorovaný jev převahy hmoty nad antihmotou ve vesmíru]
*** Fáze radiační dominance. Další fáze vývoje vesmíru, která zahrnuje několik fází. V této fázi začíná teplota vesmíru klesat, vytvářejí se kvarky, pak hadrony a leptony. V éře nukleosyntézy dochází k tvorbě počátečních chemických prvků, syntetizuje se helium. Radiace však stále dominuje nad hmotou.
*** Éra dominance látky. Po 10 000 letech energie hmoty postupně převyšuje energii záření a dochází k jejich oddělení. Látka začíná dominovat záření, objeví se relikviové pozadí. Také oddělení hmoty radiací významně zvýšilo počáteční nehomogenity v distribuci hmoty, v důsledku čehož se začaly formovat galaxie a supergalaxie. Zákony vesmíru přišly do podoby, v jaké je dnes pozorujeme.
Výše uvedený obrázek se skládá z několika základních teorií a poskytuje obecnou představu o vzniku vesmíru v raných fázích jeho existence.
Odkud se vzal vesmír?
Pokud vesmír vznikl z kosmologické singularity, odkud se singularita vzala? Na tuto otázku zatím není možné přesně odpovědět. Zvažte některé z kosmologických modelů ovlivňujících „zrození vesmíru“.
Cyklické modely. Modelování otrub (foto)
Tyto modely jsou založeny na tvrzení, že vesmír vždy existoval a postupem času se mění pouze jeho stav, který se pohybuje od expanze ke kontrakci - a naopak.
*** Model Steinhardt-Turok. Tento model je založen na teorii strun (M-theory), protože používá takový objekt jako „brane“.
[Bran (z membrány) v teorii strun (M-theory) je hypotetický základní vícerozměrný fyzický objekt dimenze menší, než je rozměr prostoru, ve kterém se nachází]
Podle tohoto modelu je viditelný vesmír umístěn uvnitř tribrány, která se pravidelně každých několik bilionů let srazí s jinou tribranou, což způsobí jakýsi velký třesk. Dále se naše tribrana začíná vzdalovat od druhé a rozšiřovat se. V určitém okamžiku má přednost podíl temné energie a rychlost expanze tribrány se zvyšuje. Kolosální expanze rozptyluje hmotu a záření natolik, že se svět stává téměř homogenním a prázdným. Nakonec dojde k opakované kolizi trojbrán, v důsledku čehož se naše vrátí do počáteční fáze svého cyklu a znovu porodí náš „vesmír“.
*** Teorie Lorise Bauma a Paula Framptona také hovoří o cyklické povaze vesmíru. Podle jejich teorie se druhý po Velkém třesku bude rozšiřovat díky temné energii, dokud se nepřiblíží k okamžiku „rozpadu“samotného časoprostoru - Velkého ripu. Jak víte, v „uzavřeném systému entropie neklesá“(druhý zákon termodynamiky). Z tohoto tvrzení vyplývá, že se vesmír nemůže vrátit do původního stavu, protože během takového procesu musí entropie klesat. Tento problém je však řešen v rámci této teorie. Podle teorie Bauma a Framptona, bezprostředně před Velkým roztržením, se vesmír rozpadá na mnoho „skvrn“, z nichž každá má spíše malou hodnotu entropie. Tyto „zbytky“bývalého vesmíru, které zažívají řadu fázových přechodů, dávají vzniknout hmotě a vyvíjejí se podobně jako původní vesmír. Tyto nové světy spolu neinteragují, protože se rozptylují rychlostí větší než je rychlost světla. Vědci se tak vyhnuli kosmologické singularitě, s níž podle většiny kosmologických teorií začíná zrození vesmíru. To znamená, že na konci svého cyklu se Vesmír rozpadá na mnoho dalších neinteragujících světů, které se stanou novými vesmíry.
*** Konformní cyklická kosmologie je cyklický model Rogera Penrose a Vahagna Gurzadyana. Podle tohoto modelu je vesmír schopen vstoupit do nového cyklu, aniž by porušil druhý zákon termodynamiky. Tato teorie je založena na předpokladu, že černé díry ničí absorbovanou informaci, což nějak „zákonně“snižuje entropii vesmíru. Pak každý takový cyklus existence vesmíru začíná zdáním velkého třesku a končí jedinečností.
Další modely vzniku vesmíru
Z dalších hypotéz vysvětlujících vzhled viditelného vesmíru jsou nejpopulárnější následující dva:
*** Chaotická teorie inflace - teorie Andrey Linde. Podle této teorie existuje určité skalární pole, které je nehomogenní v celém svém objemu. To znamená, že v různých oblastech vesmíru má skalární pole různé významy. Pak se v oblastech, kde je pole slabé, nic neděje, zatímco oblasti se silnými poli se díky své energii začnou rozpínat (inflace), čímž vznikají nové vesmíry. Tento scénář implikuje existenci mnoha světů, které nevznikly současně a mají vlastní sadu elementárních částic, a v důsledku toho i přírodní zákony.
*** Teorie Lee Smolina - předpokládá, že velký třesk není počátkem existence vesmíru, ale pouze fázovým přechodem mezi jeho dvěma stavy. Jelikož před velkým třeskem existoval vesmír ve formě kosmologické singularity, blízké v přírodě singularitě černé díry, Smolin naznačuje, že vesmír mohl vzniknout z černé díry.
Existují také vzorce, ve kterých se vesmíry objevují nepřetržitě, odbočují od svých rodičů a nacházejí si své vlastní místo. Navíc není vůbec nutné, aby v takových světech byly stanoveny stejné fyzikální zákony. Všechny tyto světy jsou „vnořeny“do jediného časoprostorového kontinua, ale jsou od sebe tak vzdálené, že žádným způsobem necítí vzájemnou přítomnost. Koncept inflace obecně umožňuje - a navíc nutí! - věřit, že v gigantickém megakosmu existuje mnoho izolovaných vesmírů s různým uspořádáním.
Navzdory skutečnosti, že cyklické a jiné modely odpovídají na řadu otázek, na které nelze odpovědět teorií velkého třesku, včetně problému kosmologické singularity. Spolu s inflační teorií však Velký třesk lépe vysvětluje vznik vesmíru a také konverguje s mnoha pozorováními.
Vědci dnes pokračují v intenzivním studiu možných scénářů vzniku vesmíru, aby však poskytli nevyvratitelnou odpověď na otázku „Jak se vesmír objevil?“- je nepravděpodobné, že v blízké budoucnosti uspěje. Jsou pro to dva důvody: přímý důkaz kosmologických teorií je prakticky nemožný, pouze nepřímý; dokonce ani teoreticky neexistuje způsob, jak získat přesné informace o světě před Velkým třeskem. Z těchto dvou důvodů mohou vědci předkládat pouze hypotézy a stavět kosmologické modely, které nejpřesněji popíší povahu vesmíru, který pozorujeme.