Neke poteškoće hipoteze o širenju svemira. Model svemira koji se širi Hipoteza o širenju svemira je potvrđena

Kreirano: 25.10.2013., 10884 46

"Stvorio je Zemlju Svojom moći, uspostavio svijet Svojom mudrošću i raširio nebesa Svojim razumom"

Jeremija 10:12

U procesu razvoja znanosti mnogi su znanstvenici počeli tražiti mogućnost isključivanja Boga iz svojih pogleda kao Prvog uzroka nastanka svemira. Kao rezultat toga, pojavile su se mnoge različite teorije o nastanku svemira, kao i o pojavi i razvoju živih organizama. Najpopularnije od njih su teorija Velikog praska i teorija evolucije. U procesu potkrepljivanja teorije Velikog praska nastala je jedna od temeljnih teorija evolucionista - “Svemir koji se širi”. Ova teorija sugerira da postoji širenje svemira na razini svemira, što se opaža zbog postupnog odvajanja galaksija jedne od druge.

Pogledajmo argumente kojima neki znanstvenici dokazuju ovu teoriju. Znanstvenici evolucionisti, posebice Stephen Hawking, vjeruju da je svemir koji se širi rezultat Velikog praska i da je nakon eksplozije došlo do brzog širenja svemira, a onda se ono usporilo i sada je to širenje sporo, ali se taj proces nastavlja . Oni to argumentiraju mjerenjem brzine drugih galaksija koje se udaljavaju od naše galaksije pomoću Dopplerovog efekta, kao i činjenicom da znaju brzinu u postotcima, što kaže Stephen Hawking: “Dakle, sve što znamo je da stopa širenja Svemira je od 5 do 10 % po milijardu godina." (S. Hawking “Najkraća povijest vremena” prev. L. Mlodinow, str. 38). No, ovdje se postavljaju pitanja: kako je dobiven taj postotak i tko je i kako proveo to istraživanje? Stephen Hawking to ne objašnjava, ali govori o tome kao o činjenici. Proučavajući ovo pitanje, dobili smo informaciju da se danas za mjerenje brzine galaksija koje se udaljavaju koriste Hubbleov zakon, koji koristi teoriju "crvenog pomaka", koja se pak temelji na Dopplerovom efektu. Pogledajmo koji su to koncepti:

Hubbleov zakon je zakon koji se odnosicrveni pomak galaksijaa udaljenost do njih na linearan način. Ovaj zakon ima oblik: cz = H 0 D, gdje je z crveni pomak galaksije; H 0 - koeficijent proporcionalnosti, nazvan "Hubbleova konstanta"; D je udaljenost do galaksije. Jedan od najvažnijih elemenata za Hubbleov zakon je brzina svjetlosti.

Crveni pomak -pomak spektralnih linija kemijskih elemenata na crvenu stranu. Vjeruje se da ovaj fenomen može biti izraz Dopplerovog efekta ili gravitacijskog crvenog pomaka, ili kombinacija oba, ali najčešće se u obzir uzima Dopplerov efekt. To se jednostavnije izražava činjenicom da što je galaksija udaljenija, to je njezina svjetlost više pomaknuta u crveno.

Doppler efekt -promjena frekvencije i duljine zvučnih valova snimljenih prijamnikom, uzrokovana pomicanjem njihova izvora kao rezultat pomicanja prijamnika. Pojednostavljeno rečeno, što je objekt bliži, to je veća frekvencija zvučnih valova, i obrnuto, što je objekt udaljeniji, to je niža frekvencija zvučnih valova.

Međutim, postoji niz problema s ovim principima za mjerenje brzine udaljavanja galaksija. Za Hubbleov zakon je problem procijeniti “Hubbleovu konstantu”, jer osim brzine udaljavanja galaksije imaju i svoju brzinu, što dovodi do toga da se Hubbleov zakon slabo ili uopće ne ispunjava, za objekte koji se nalaze na udaljenosti manjoj od 10-15 milijuna .svjetlosnih godina. Hubbleov zakon također je slabo ispunjen za galaksije na vrlo velikim udaljenostima (milijarde svjetlosnih godina), koje odgovaraju crvenom pomaku većem od 1. Udaljenosti do objekata s tako velikim crvenim pomakom gube svoju jedinstvenost, budući da ovise o prihvaćenom modelu svemira i na ono što su dodijeljeni trenutku u vremenu. U tom se slučaju kao mjera udaljenosti obično koristi samo crveni pomak. Tako se ispostavlja da je određivanje brzine kojom se udaljene galaksije udaljavaju praktički nemoguće i određeno je samo modelom svemira koji istraživač prihvaća. To sugerira da svatko vjeruje u vlastitu subjektivnu brzinu udaljavanja galaksija.

Također se mora reći da je nemoguće izmjeriti udaljenost do udaljenih galaksija u odnosu na njihov sjaj ili crveni pomak. Tome smetaju neke činjenice, a to je da brzina svjetlosti nije konstantna i da se mijenja, a te promjene se usporavaju. U1987 godina U izvješću Istraživačkog instituta Stanford, australski matematičari Trevor Norman i Barry Setterfield pretpostavili su da je u prošlosti došlo do velikog smanjenja brzine svjetlosti (B. Setterfield, The Brzina od Svjetlo i the Dob od the Svemir.). U 1987 godina Teorijski fizičar iz Nižnjeg Novgoroda V.S. Troicki je pretpostavio da je tijekom vremena došlo do velikog smanjenja brzine svjetlosti. Doktor Troicki je govorio o smanjenjeubrzatiSvetaV10 milijunijednom u usporedbi s trenutnom vrijednošću (V.S. Troitskii, Fizički Konstante i Evolucija od the Svemir, Astrophysics and Space Science 139(1987): 389-411.). U1998 godina Teorijski fizičari s Imperial Collegea u Londonu, Albrecht i Joao Mageijo, također su pretpostavili smanjenje brzine svjetlosti. Londonski Times je 15. studenog 1998. objavio članak “Brzina svjetlosti, najbrže u svemiru, opada” ( The ubrzati od svjetlo - the najbrži stvar u the svemir - je dobivanje sporije, The London Times, nov. 15, 1998).S tim u vezi treba reći da na brzinu svjetlosti utječu mnogi čimbenici, primjerice kemijski elementi kroz koje svjetlost prolazi, kao i temperatura koju imaju, jer svjetlost kroz neke elemente prolazi sporije, a kroz druge puno brže, što je eksperimentalno dokazano. Tako18 veljača1999 godineVrlo cijenjeni (i 100% evolucijski) znanstveni časopis Nature objavio je znanstveni članak u kojem se detaljno opisuje eksperiment u kojemubrzatiSvetauspiosmanjenjeprije17 metaraVdaj mi sekundu,DaTamo jeprijeneki60 kilometaraVsat.To znači da bi ga se moglo promatrati kao auto koji se vozi ulicom. Ovaj eksperiment izveli su danska fizičarka Lene Hau i međunarodni tim znanstvenika sa sveučilišta Harvard i Stanford. Propustili su svjetlost kroz natrijeve pare ohlađene na nevjerojatno niske temperature, mjerene u nanokelvinima (to jest, milijarditi dijelovi kelvina; praktički apsolutna nula, koja se definira kao -273,160C). Ovisno o točnoj temperaturi para, brzina svjetlosti je smanjena na vrijednosti u rasponu od 117 km/h - 61 km/h; odnosno suštinskiprije1/20.000.000izobičniubrzatiSveta(L.V. Hau, S.E. Harris, Znanost Vijesti, 27. ožujka, str. 207, 1999).

U srpnju 2000. znanstvenici s NEC Research Instituta u Pringstonu izvijestili su ubrzanjeihSvetaprijeubrzati,prekoračenjeubrzatiSveta! Njihov eksperiment objavljen je u britanskom časopisu Nature. Usmjerili su lasersku zraku na staklenu komoru koja je sadržavala cezijeve pare. Kao rezultat izmjene energije između fotona laserske zrake i atoma cezija pojavio se snop čija je brzina na izlazu iz komore bila veća od brzine ulaznog snopa. Vjeruje se da svjetlost putuje svojom najbržom brzinom u vakuumu, gdje nema otpora, a sporije u bilo kojem drugom mediju zbog dodatnog otpora. Na primjer, svi znaju da svjetlost putuje sporije u vodi nego u zraku. U gore opisanom pokusu dobiveno je ZrakaizašloizkamereSu parovimacezijvišeprijeIći,Kakopotpunoje ušaoVnju. Ova razlika je bila vrlo zanimljiva. LaserZrakapreskočiona18 metaranaprijedizIćimjesta,Gdjemorabio jebiti. U teoriji, to bi se moglo smatrati posljedicom koja prethodi uzroku, ali to nije sasvim točno. Postoji i znanstveno područje koje proučava superluminalno širenje pulsa. Ispravno tumačenje ove studije je: ubrzatiSvetanestalanIsvjetloLimenkaubrzatiKaobilo tkodrugomefizičkiobjektusvemir uz odgovarajuće uvjete i odgovarajući izvor energije. Znanstvenici su dobili materiju iz energije bez gubitaka; ubrzala svjetlost do brzina koje premašuju trenutno prihvaćenu brzinu svjetlosti.

Vezano za crvenoŠto se tiče pomaka, treba reći da nitko sa sigurnošću ne može reći koji je razlog pojave crvenog pomaka i koliko se puta svjetlost lomi pri dolasku na tlo, a to je opet osnova za mjerenje udaljenosti crvenom bojom. pomak apsurd. Također, promjena brzine svjetlosti pobija sve postojeće pretpostavke o udaljenosti udaljenih galaksija i neutralizira metodu mjerenja te udaljenosti crvenim pomakom. Također se mora reći da je primjena Dopplerovog efekta na svjetlost čisto teorijska, a s obzirom da se brzina svjetlosti mijenja, to dvostruko otežava primjenu ovog efekta na svjetlost. Sve to govori da je metoda određivanja udaljenosti do dalekih galaksija crvenim pomakom, a još više argumentacija da se svemir širi jednostavno je neznanstveno i obmana. Zamislimo se, čak i ako znamo brzinom kojom se galaksije udaljavaju, nemoguće je reći da se prostor svemira širi. Nitko ne može reći događa li se takva ekspanzija uopće. Kretanje planeta i galaksija u svemiru ne ukazuje na promjenu samog prostora, ali prema teoriji Velikog praska svemir je nastao kao posljedica Velikog praska i širi se. Ova tvrdnja nije znanstvena, jer nitko nije pronašao rub svemira, a još manje izmjerio udaljenost do njega.

Istražujući teoriju o “Velikom prasku” nailazimo na još jedan neistražen i nedokazan fenomen, ali o kojem se govori kao o činjenici, a to je “crna tvar”. Pogledajmo što o tome kaže Stephen Hawking: “Naša i druge galaksije moraju sadržavati velike količine neke vrste “tamne tvari” koju ne možemo izravno promatrati, ali za čije postojanje znamo zbog njezina gravitacijskog učinka na orbite zvijezda u galaksije. Možda najbolji dokaz za postojanje tamne tvari dolazi iz orbita zvijezda na periferiji spiralnih galaksija poput Mliječne staze. Ove zvijezde kruže oko svojih galaksija prebrzo da bi ih držala u orbiti samo gravitacijska sila vidljivih zvijezda galaksije."(S. Hawking “Najkraća povijest vremena” prev. L. Mlodinow, str. 38).Želimo naglasiti da se o "crnoj materiji" govori na sljedeći način: "koju ne možemo izravno promatrati", to ukazuje da ne postoje činjenice o postojanju ove materije, ali ponašanje galaksija u svemiru, neshvatljivo evolucionistima, tjera ih da vjeruju u postojanje nečega, ali ni sami ne znaju što.Također je zanimljiva izjava: “zapravo količina tamne tvariu svemiru znatno premašuje količinu obične materije". Ova tvrdnja govori o količini “tamne materije”, ali se postavlja pitanje kako i kojom metodom je ta količina određena u uvjetima kada je nemoguće promatrati i proučavati tu “materiju”? Možemo reći da se nije znalo što je uzeto, a određena količina toga je stečena, nije jasno kako. Činjenica da znanstvenici ne razumiju kako zvijezde spiralnih galaksija ostaju u svojoj orbiti pri velikim brzinama ne znači postojanje sablasne “materije” koju nitko nije vidio niti mogao izravno promatrati.

Moderna je znanost u nepovoljnijem položaju u odnosu na svoje fantazije o velikom prasku. Tako Stephen Hawking zaključuje svoja razmišljanja o postojanju različitih materija: „Ne možemo, međutim, isključiti postojanje drugih nama još nepoznatih oblika materije, raspoređenih gotovo ravnomjerno po Svemiru, koji bi mogli povećati njegovu prosječnu gustoću . Na primjer, postoje elementarne čestice zvane neutrini koje vrlo slabo djeluju na materiju i izuzetno ih je teško otkriti."(S. Hawking “Najkraća povijest vremena” prev. L. Mlodinow, str. 38). To pokazuje koliko je moderna znanost bespomoćna u pokušaju da dokaže da je svemir nastao sam od sebe bez Stvoritelja. Ako se čestice ne pronađu, onda se na tome ne mogu graditi znanstveni argumenti, jer je vjerojatnost da drugi oblici materije ne postoje veća od vjerojatnosti njihovog postojanja.

Bilo kako bilo, kretanje galaksija, planeta i drugih kozmičkih tijela ne ukazuje na širenje prostora svemira, budući da takvo kretanje nema nikakve veze s definicijom širenja prostora. Na primjer, ako su dvije osobe u istoj prostoriji i jedna se udaljava od druge, onda to ne znači da se prostorija širi, već da postoji prostor u kojem se može kretati. Slično, u ovoj situaciji, galaksije se kreću u svemiru, ali to ne ukazuje na promjenu u svemiru. Također je apsolutno nemoguće dokazati da su najudaljenije galaksije na rubu svemira i da iza njih nema drugih galaksija, a to opet znači da rub svemira nije pronađen.

Dakle, imamo sve činjenice za tvrdnju da danas nema dokaza o širenju svemira, a to zauzvrat potvrđuje nedosljednost teorije Velikog praska.

Studija ne samo da sugerira da je kaos apsolutan, već nudi i matematičke alate za otkrivanje toga. Kada je riječ o najrazumnijem modelu evolucije svemira, ovi alati pokazuju da je rani svemir bio u kaosu.

Neke stvari su apsolutne, poput brzine svjetlosti. Drugi su relativni: sjetite se Dopplerovog efekta. Stari problem u fizici je utvrditi je li kaos - taj fenomen u kojem sićušni događaji dovode do vrlo velikih promjena u evoluciji sustava kao što je Svemir - apsolutan ili relativan u sustavima kojima upravlja opća teorija relativnosti, gdje je samo vrijeme relativno.

Praktični aspekt ove zagonetke je utvrditi je li svemir ikada bio kaotičan. Ako je kaos relativan, kao što su neke studije sugerirale, na ovo se pitanje jednostavno ne može odgovoriti, budući da različiti promatrači koji se kreću jedni u odnosu na druge mogu izvući suprotne zaključke.

"Postoji još jedna hipoteza koja tvrdi da kaos može biti svojstvo promatrača, a ne promatranog sustava", kaže Adelson Motter. "Naše istraživanje pokazuje da će se različiti materijalni promatrači definitivno složiti oko kaotične prirode promatranog sustava."

Rad američkih znanstvenika ima izravne implikacije na kozmologiju i, posebno, pokazuje da su nepredvidive promjene između crvenih i plavih pomaka u ranom Svemiru zapravo kaotične.

Važno pitanje u kozmologiji ostaje bez odgovora: zašto su udaljeni dijelovi vidljivog svemira (uključujući one koji su previše udaljeni da bi ikada međusobno komunicirali) toliko slični. Može se pretpostaviti da je golemi Svemir stvoren jedinstveno, ali fizičari ne mogu prihvatiti ovaj odgovor.

Prije pedeset godina fizičari su vjerovali da je točan odgovor skriven u događajima koji su se dogodili u djeliću sekunde nakon Velikog praska. Iako početna istraživanja nisu dokazala da će se početno stanje svemira na kraju konvergirati u njegov sadašnji oblik, znanstvenici su otkrili da je svemir možda rođen u potpunom kaosu.

Moderni Svemir širi se u svim smjerovima, uzrokujući crveni pomak udaljenih izvora svjetlosti u sve tri dimenzije. Rani Svemir, nasuprot tome, širio se u samo dvije dimenzije i skupljao u trećoj. To je rezultiralo crvenim pomakom u dva smjera i plavim pomakom u jednom smjeru. Međutim, smjer "skupljanja" nasumično se izmjenjivao između osi x, y i z.

"Prema klasičnoj općoj teoriji relativnosti, mladi Svemir prošao je kroz beskonačan broj oscilacija između smjerova skupljanja i širenja", kaže Motter. "To može značiti da je rana evolucija Svemira snažno ovisila o početnim uvjetima Velikog praska i da ne mora nužno odgovarati njegovom trenutnom stanju.”

Ovaj problem je dobio novo značenje prije 22 godine kada su druga dva istraživača, Gerson Francisco i George Matsas, otkrili da različiti opisi istog događaja vode do različitih zaključaka o kaosu ranog Svemira. Budući da različiti opisi mogu predstavljati različite perspektive promatrača, ovo dovodi u pitanje hipotezu da različiti promatrači mogu postići dogovor. U okviru opće teorije relativnosti, takav dogovor je poznat kao "relativistička invarijanta".

"Tehnički, stvorili smo uvjete pod kojima su indikatori kaosa relativističke invarijante", objašnjava Moller. Naši matematički opisi također objašnjavaju trenutne kontradiktorne rezultate. Generirane su posebnostima izbora vremenske koordinate, koja nije fizički dopuštena mjerljiva veličina."

Prije samo stotinjak godina znanstvenici su otkrili da se naš svemir brzo povećava.

Prije samo stotinjak godina, ideje o svemiru temeljile su se na Newtonovoj mehanici i euklidskoj geometriji. Čak je i nekoliko znanstvenika, poput Lobačevskog i Gaussa, koji su prihvatili (samo kao hipotezu!) fizičku stvarnost neeuklidske geometrije, smatrali svemir vječnim i nepromjenjivim

Aleksej Levin

Godine 1870. engleski matematičar William Clifford došao je do vrlo duboke ideje da prostor može biti zakrivljen, i to nejednako u različitim točkama, te da se tijekom vremena njegova zakrivljenost može mijenjati. Čak je priznao da su takve promjene nekako povezane s kretanjem materije. Obje ove ideje, mnogo godina kasnije, formirale su temelj opće teorije relativnosti. Sam Clifford to nije doživio – umro je od tuberkuloze u 34. godini, 11 dana prije rođenja Alberta Einsteina.

Crveni pomak

Prve podatke o širenju svemira dala je astrospektrografija. Godine 1886. engleski astronom William Huggins primijetio je da su valne duljine zvjezdane svjetlosti blago pomaknute u usporedbi sa zemaljskim spektrima istih elemenata. Na temelju formule za optičku verziju Dopplerovog efekta, koju je 1848. godine izveo francuski fizičar Armand Fizeau, može se izračunati radijalna brzina zvijezde. Takva promatranja omogućuju praćenje kretanja svemirskog objekta.

Prije samo stotinjak godina, ideje o svemiru temeljile su se na Newtonovoj mehanici i euklidskoj geometriji. Čak i nekoliko znanstvenika, poput Lobačevskog i Gaussa, koji su pretpostavili (samo kao hipotezu!) fizičku stvarnost neeuklidske geometrije, smatrali su svemir vječnim i nepromjenjivim. Zbog širenja Svemira nije lako procijeniti udaljenost do udaljenih galaksija. Svjetlost koja je stigla 13 milijardi godina kasnije iz galaksije A1689-zD1, udaljene 3,35 milijardi svjetlosnih godina (A), putujući svemirom koji se širi, "crveni" i slabi, a sama galaksija se udaljava (B). Nosit će podatke o udaljenosti u crvenom pomaku (13 milijardi svjetlosnih godina), u kutnoj veličini (3,5 milijardi svjetlosnih godina), u intenzitetu (263 milijarde svjetlosnih godina), dok je stvarna udaljenost 30 milijardi svjetlosnih godina. godine.

Četvrt stoljeća kasnije tu je priliku na novi način iskoristio Vesto Slifer, zaposlenik zvjezdarnice u Flagstaffu u Arizoni, koji je od 1912. proučavao spektre spiralnih maglica 24-inčnim teleskopom s dobar spektrograf. Da bi se dobila kvalitetna slika, ista fotografska ploča bila je eksponirana nekoliko noći, pa je projekt sporo išao. Od rujna do prosinca 1913. Slipher je proučavao Andromedinu maglicu i pomoću Doppler-Fizeauove formule došao do zaključka da se ona svake sekunde približava Zemlji za 300 km.

Godine 1917. objavio je podatke o radijalnim brzinama 25 maglica, koji su pokazali značajne asimetrije u njihovim smjerovima. Suncu su se približile samo četiri maglice, ostale su pobjegle (a neke vrlo brzo).

Slifer nije tražio slavu i nije promovirao svoje rezultate. Stoga su u astronomskim krugovima postali poznati tek kada je na njih skrenuo pozornost slavni britanski astrofizičar Arthur Eddington.

Godine 1924. objavio je monografiju o teoriji relativnosti, koja je uključivala popis radijalnih brzina 41 maglice koju je pronašao Slipher. Tamo su bile prisutne iste četiri maglice s plavim pomakom, dok je preostalih 37 imalo spektralne linije pomaknute u crveno. Njihove radijalne brzine varirale su između 150 i 1800 km/s i bile su u prosjeku 25 puta veće od poznatih brzina zvijezda Mliječnog puta u to vrijeme. To je sugeriralo da maglice sudjeluju u drugačijim kretanjima od "klasičnih" svjetiljki.

Svemirski otoci

Početkom 1920-ih većina astronoma vjerovala je da se spiralne maglice nalaze na periferiji Mliječne staze, a iza njih ne postoji ništa osim praznog, mračnog prostora. Istina, još u 18. stoljeću neki su znanstvenici vidjeli divovske zvjezdane grozdove u maglicama (Immanuel Kant ih je nazvao otočnim svemirima). Međutim, ova hipoteza nije bila popularna, jer je bilo nemoguće pouzdano odrediti udaljenosti do maglica.

Ovaj problem je riješio Edwin Hubble, radeći na 100-inčnom reflektirajućem teleskopu na kalifornijskom zvjezdarnici Mount Wilson. Godine 1923.-1924. otkrio je da se maglica Andromeda sastoji od mnogih svjetlećih objekata, uključujući promjenjive zvijezde obitelji Cefeida. Već tada se znalo da je period promjene njihovog prividnog sjaja povezan s apsolutnim luminozitetom, pa su cefeide prikladne za kalibriranje kozmičkih udaljenosti. Uz njihovu pomoć, Hubble je procijenio udaljenost do Andromede na 285.000 parseka (prema suvremenim podacima, to je 800.000 parseka). Tada se vjerovalo da je promjer Mliječne staze približno 100 000 parseka (u stvarnosti je tri puta manji). Iz toga slijedi da se Andromeda i Mliječna staza moraju smatrati neovisnim zvjezdanim skupovima. Hubble je ubrzo identificirao još dvije neovisne galaksije, što je konačno potvrdilo hipotezu o "otočnim svemirima".

Iskreno radi, vrijedi napomenuti da je dvije godine prije Hubblea udaljenost do Andromede izračunao estonski astronom Ernst Opik, čiji je rezultat - 450.000 parseka - bio bliži točnom. Međutim, upotrijebio je niz teorijskih razmatranja koja nisu bila tako uvjerljiva kao Hubbleova izravna opažanja.

Do 1926. Hubble je proveo statističku analizu opažanja četiri stotine "izvangalaktičkih maglica" (izraz koji je dugo koristio, izbjegavajući ih nazivati ​​galaksijama) i predložio formulu za povezivanje udaljenosti do maglice s njezinim prividnim sjajem. Unatoč ogromnim pogreškama ove metode, novi podaci potvrdili su da su maglice više-manje ravnomjerno raspoređene u prostoru i nalaze se daleko izvan granica Mliječne staze. Sada više nije bilo sumnje da svemir nije ograničen samo na našu Galaksiju i njene najbliže susjede.

Svemirski modni dizajneri

Eddington se zainteresirao za Slipherove rezultate i prije nego što je konačno razjašnjena priroda spiralnih maglica. Do tog vremena već je postojao kozmološki model koji je u određenom smislu predvidio učinak koji je identificirao Slipher. Eddington je mnogo razmišljao o tome i, naravno, nije propustio priliku da opažanjima arizonskog astronoma da kozmološki zvuk.

Moderna teorijska kozmologija započela je 1917. s dva revolucionarna rada koja su predstavljala modele svemira temeljene na općoj teoriji relativnosti. Jednu od njih napisao je sam Einstein, a drugu nizozemski astronom Willem de Sitter.

Hubbleovi zakoni

Edwin Hubble empirijski je otkrio približnu proporcionalnost crvenih pomaka i galaktičkih udaljenosti, koju je pomoću Doppler-Fizeauove formule pretvorio u proporcionalnost između brzina i udaljenosti. Dakle, ovdje imamo posla s dva različita obrasca.
Hubble nije znao u kakvom su međusobnom srodstvu, ali što o tome kaže današnja znanost?
Kao što je Lemaître također pokazao, linearna korelacija između kozmoloških (uzrokovanih širenjem svemira) crvenih pomaka i udaljenosti nipošto nije apsolutna. U praksi se dobro promatra samo za pomake manje od 0,1. Dakle, empirijski Hubbleov zakon nije egzaktan, već približan, a Doppler-Fizeauova formula vrijedi samo za male pomake spektra.
Ali teorijski zakon koji povezuje radijalnu brzinu udaljenih objekata s udaljenošću do njih (s koeficijentom proporcionalnosti u obliku Hubbleovog parametra V=Hd) vrijedi za svaki crveni pomak. Međutim, brzina V koja se u njemu pojavljuje uopće nije brzina fizičkih signala ili stvarnih tijela u fizičkom prostoru. To je stopa povećanja udaljenosti između galaksija i klastera galaksija, koja je uzrokovana širenjem Svemira. Mogli bismo to izmjeriti samo kada bismo uspjeli zaustaviti širenje Svemira, trenutno razvući mjerne trake između galaksija, očitati udaljenosti između njih i podijeliti ih na vremenske intervale između mjerenja. Naravno, zakoni fizike to ne dopuštaju. Stoga kozmolozi radije koriste Hubbleov parametar H u drugoj formuli, koja uključuje faktor razmjera Svemira, koji precizno opisuje stupanj njegovog širenja u različitim kozmičkim epohama (budući da se ovaj parametar mijenja tijekom vremena, njegova moderna vrijednost označena je s H0 ). Svemir se sada ubrzano širi, tako da vrijednost Hubbleovog parametra raste.
Mjerenjem kozmoloških crvenih pomaka dobivamo informacije o opsegu širenja svemira. Svjetlost galaksije, koja je do nas došla s kozmološkim crvenim pomakom z, napustila ju je kada su sve kozmološke udaljenosti bile 1+z puta manje nego u našoj eri. Dodatne informacije o ovoj galaksiji, poput njezine trenutne udaljenosti ili brzine udaljavanja od Mliječne staze, mogu se dobiti samo korištenjem specifičnog kozmološkog modela. Na primjer, u Einstein-de Sitterovom modelu, galaksija sa z = 5 udaljava se od nas brzinom jednakom 1,1 s (brzina svjetlosti). Ali ako napravite uobičajenu pogrešku i jednostavno izjednačite V/c i z, tada će ta brzina ispasti pet puta veća od brzine svjetlosti. Razlika je, kako vidimo, ozbiljna.
Ovisnost brzine udaljenih objekata o crvenom pomaku prema STR, GTR (ovisi o modelu i vremenu, krivulja prikazuje sadašnje vrijeme i trenutni model). Kod malih pomaka ovisnost je linearna.

Einstein je, u duhu vremena, vjerovao da je Svemir kao cjelina statičan (pokušao ga je učiniti i beskonačnim u svemiru, ali nije mogao pronaći točne rubne uvjete za svoje jednadžbe). Kao rezultat toga, izgradio je model zatvorenog svemira, čiji prostor ima konstantnu pozitivnu zakrivljenost (i stoga ima konstantan konačni polumjer). Vrijeme u ovom Svemiru, naprotiv, teče kao Newton, u jednom smjeru i istom brzinom. Prostor-vrijeme ovog modela je zakrivljeno zbog prostorne komponente, dok vremenska komponenta nije ni na koji način deformirana. Statička priroda ovog svijeta daje poseban "umetak" u glavnu jednadžbu, koji sprječava gravitacijski kolaps i time djeluje kao sveprisutno antigravitacijsko polje. Njegov intenzitet proporcionalan je posebnoj konstanti, koju je Einstein nazvao univerzalnom (koja se sada naziva kozmološka konstanta).

Lemaîtreov kozmološki model širenja svemira bio je daleko ispred svog vremena. Lemaîtreov svemir počinje s Velikim praskom, nakon čega se širenje najprije usporava, a potom počinje ubrzavati.

Einsteinov model omogućio je izračunavanje veličine Svemira, ukupne količine materije, pa čak i vrijednosti kozmološke konstante. Da bismo to učinili, potrebna nam je samo prosječna gustoća kozmičke materije, koja se, u načelu, može odrediti iz promatranja. Nije slučajno da se Eddington divio ovom modelu i da ga je Hubble koristio u praksi. Međutim, uništava ga nestabilnost, koju Einstein jednostavno nije primijetio: pri najmanjem odstupanju polumjera od ravnotežne vrijednosti, Einsteinov svijet se ili širi ili prolazi kroz gravitacijski kolaps. Stoga ovaj model nema nikakve veze sa stvarnim Svemirom.

Prazan svijet

De Sitter je također izgradio, kako je i sam vjerovao, statični svijet stalne zakrivljenosti, ali ne pozitivne, nego negativne. Sadrži Einsteinovu kozmološku konstantu, ali potpuno nedostaje materije. Kada se uvedu ispitne čestice proizvoljno male mase, one se rasprše i odu u beskonačnost. Osim toga, vrijeme teče sporije na periferiji de Sitterovog svemira nego u njegovom središtu. Zbog toga svjetlosni valovi s velikih udaljenosti dolaze s crvenim pomakom, čak i ako je njihov izvor nepomičan u odnosu na promatrača. Tako su se 1920-ih Eddington i drugi astronomi pitali ima li de Sitterov model išta zajedničko sa stvarnošću koja se odražava u Slipherovim promatranjima.

Ove sumnje su potvrđene, ali na drugačiji način. Statička priroda de Sitterovog svemira pokazala se imaginarnom, jer je bila povezana s neuspješnim izborom koordinatnog sustava. Nakon ispravljanja ove pogreške, pokazalo se da je de Sitterov prostor ravan, euklidski, ali nestatičan. Zahvaljujući antigravitacijskoj kozmološkoj konstanti, širi se zadržavajući nultu zakrivljenost. Zbog tog širenja valne duljine fotona se povećavaju, što za sobom povlači pomak spektralnih linija koje je predvidio de Sitter. Vrijedno je napomenuti da se tako danas objašnjava kozmološki crveni pomak dalekih galaksija.

Od statistike do dinamike

Povijest otvoreno nestatičkih kozmoloških teorija počinje s dva rada sovjetskog fizičara Alexandera Friedmana, objavljena u njemačkom časopisu Zeitschrift fur Physik 1922. i 1924. godine. Friedman je izračunao modele svemira s vremenski promjenjivom pozitivnom i negativnom zakrivljenošću, koji su postali zlatni fond teorijske kozmologije. Međutim, suvremenici jedva da su primijetili te radove (Einstein je prvo Friedmanov prvi rad čak smatrao matematički pogrešnim). Sam Friedman je vjerovao da astronomija još nema arsenal opažanja koji bi omogućio da se odluči koji je od kozmoloških modela više u skladu sa stvarnošću, te se stoga ograničio na čistu matematiku. Možda bi postupio drugačije da je pročitao Sliferove rezultate, ali to se nije dogodilo.

Najveći kozmolog prve polovice 20. stoljeća, Georges Lemaitre, mislio je drugačije. Kod kuće, u Belgiji, obranio je disertaciju iz matematike, a zatim je sredinom 1920-ih studirao astronomiju - na Cambridgeu pod vodstvom Eddingtona i na Harvardskoj zvjezdarnici pod vodstvom Harlowa Shapleyja (dok je boravio u SAD-u, gdje je pripremao drugu disertaciju na MIT-u, upoznao je Slifera i Hubblea). Još 1925. Lemaître je prvi pokazao da je statična priroda de Sitterova modela imaginarna. Po povratku u domovinu kao profesor na Sveučilištu u Louvainu, Lemaitre je izgradio prvi model svemira koji se širi s jasnom astronomskom osnovom. Bez pretjerivanja, ovaj je rad bio revolucionarni pomak u svemirskoj znanosti.

Univerzalna revolucija

U svom modelu Lemaitre je zadržao kozmološku konstantu s einsteinovskom numeričkom vrijednošću. Stoga njegov svemir počinje u statičnom stanju, ali s vremenom, zbog fluktuacija, kreće na put stalnog širenja sve većom brzinom. U ovoj fazi održava pozitivnu zakrivljenost, koja se smanjuje kako se radijus povećava. Lemaitre je u svoj svemir uključio ne samo materiju, već i elektromagnetsko zračenje. To nisu učinili ni Einstein ni de Sitter, čiji je rad bio poznat Lemaitreu, ni Friedman, o kojemu je u to vrijeme išta znao.

Povezane koordinate

U kozmološkim proračunima zgodno je koristiti prateće koordinatne sustave, koji se šire u skladu sa širenjem Svemira. U idealiziranom modelu, gdje galaksije i jata galaksija ne sudjeluju ni u jednom vlastitom kretanju, njihove prateće koordinate se ne mijenjaju. Ali udaljenost između dva objekta u određenom trenutku vremena jednaka je njihovoj konstantnoj udaljenosti u pratećim koordinatama, pomnoženoj s vrijednošću faktora razmjera za ovaj trenutak. Ova se situacija može lako ilustrirati na globusu na napuhavanje: zemljopisna širina i dužina svake točke se ne mijenjaju, a udaljenost između bilo kojeg para točaka povećava se s povećanjem radijusa.
Korištenje pratećih koordinata pomaže nam razumjeti duboke razlike između kozmologije širećeg svemira, posebne teorije relativnosti i Newtonove fizike. Dakle, u Newtonovoj mehanici sva su kretanja relativna, a apsolutna nepokretnost nema fizičko značenje. Naprotiv, u kozmologiji je nepomičnost u susjednim koordinatama apsolutna i, u načelu, može se potvrditi opažanjima. Posebna teorija relativnosti opisuje procese u prostor-vremenu, iz kojih se Lorentzovim transformacijama na beskonačan broj načina mogu izdvojiti prostorne i vremenske komponente. Kozmološko prostor-vrijeme, naprotiv, prirodno se raspada na zakrivljeni prostor koji se širi i jedno kozmičko vrijeme. U tom slučaju brzina povlačenja udaljenih galaksija može biti višestruko veća od brzine svjetlosti.

Lemaitre, još u SAD-u, sugerirao je da crveni pomaci dalekih galaksija nastaju zbog širenja prostora, koji "rasteže" svjetlosne valove. Sada je to matematički dokazao. Također je pokazao da su mali (mnogo manje jedinice) crveni pomaci proporcionalni udaljenostima do izvora svjetlosti, a koeficijent proporcionalnosti ovisi samo o vremenu i nosi informaciju o trenutnoj stopi širenja Svemira. Budući da je Doppler-Fizeauova formula implicirala da je radijalna brzina galaksije proporcionalna njezinom crvenom pomaku, Lemaître je došao do zaključka da je ta brzina također proporcionalna njezinoj udaljenosti. Nakon analize brzina i udaljenosti 42 galaksije s Hubbleove liste i uzimajući u obzir unutargalaktičku brzinu Sunca, utvrdio je vrijednosti koeficijenata proporcionalnosti.

Neopjevano djelo

Lemaitre je svoj rad objavio 1927. godine na francuskom jeziku u malo čitanom časopisu Annals of the Bruxelles Scientific Society. Vjeruje se da je to bio glavni razlog zašto je u početku prošla gotovo nezapaženo (čak i od strane njegovog učitelja Eddingtona). Istina, u jesen iste godine, Lemaitre je mogao razgovarati o svojim nalazima s Einsteinom i od njega je saznao za Friedmanove rezultate. Tvorac opće teorije relativnosti nije imao tehničkih primjedbi, ali odlučno nije vjerovao u fizičku realnost Lemetreova modela (kao što prije nije prihvaćao Friedmanove zaključke).

Hubbleovi grafikoni

U međuvremenu, kasnih 1920-ih, Hubble i Humason otkrili su linearnu korelaciju između udaljenosti 24 galaksije i njihovih radijalnih brzina, izračunatu (uglavnom Slipherom) iz crvenih pomaka. Hubble je iz toga zaključio da je radijalna brzina galaksije izravno proporcionalna njezinoj udaljenosti. Koeficijent te proporcionalnosti sada se označava s H0 i naziva se Hubbleov parametar (prema najnovijim podacima malo prelazi 70 (km/s)/megaparsek).

Hubbleov rad koji prikazuje linearni odnos između galaktičkih brzina i udaljenosti objavljen je početkom 1929. Godinu dana ranije, mladi američki matematičar Howard Robertson, slijedeći Lemaitrea, izveo je ovu ovisnost iz modela svemira koji se širi, za koji je Hubble možda znao. Međutim, njegov poznati članak ne spominje ovaj model ni izravno ni neizravno. Hubble je kasnije izrazio sumnju da brzine koje se pojavljuju u njegovoj formuli zapravo opisuju kretanje galaksija u svemiru, ali se uvijek suzdržavao od njihove specifične interpretacije. Smisao svog otkrića vidio je u demonstriranju proporcionalnosti galaktičkih udaljenosti i crvenih pomaka, a ostalo je prepustio teoretičarima. Stoga, uz dužno poštovanje prema Hubbleu, nema razloga smatrati ga otkrivačem širenja Svemira.

A ipak se širi!

Ipak, Hubble je otvorio put prepoznavanju širenja svemira i Lemaîtreovog modela. Već 1930. majstori kozmologije poput Eddingtona i de Sittera odali su joj priznanje; Malo kasnije, znanstvenici su primijetili i cijenili Friedmanov rad. Godine 1931., na Eddingtonov poticaj, Lemaitre je preveo njegov članak na engleski (s malim skraćenicama) za Monthly News of the Royal Astronomical Society. Iste godine Einstein se složio s Lemaîtreovim zaključcima, a godinu dana kasnije, zajedno s de Sitterom, izgradio je model svemira koji se širi s ravnim prostorom i zakrivljenim vremenom. Ovaj je model, zbog svoje jednostavnosti, već duže vrijeme vrlo popularan među kozmolozima.

Iste 1931. Lemaitre je objavio kratak (i ​​bez ikakve matematike) opis drugog modela svemira, koji je kombinirao kozmologiju i kvantnu mehaniku. U ovom modelu, početni trenutak je eksplozija primarnog atoma (Lemaitre ga je također nazvao kvantom), koji je iznjedrio i prostor i vrijeme. Budući da gravitacija usporava širenje novorođenog Svemira, njegova se brzina smanjuje - možda gotovo do nule. Lemaitre je kasnije u svoj model uveo kozmološku konstantu, koja je prisilila Svemir da na kraju uđe u stabilan režim ubrzanog širenja. Tako je anticipirao i ideju Velikog praska i moderne kozmološke modele koji uzimaju u obzir prisutnost tamne energije. A 1933. poistovjetio je kozmološku konstantu s gustoćom energije vakuuma, čega se nitko prije nije sjetio. Naprosto je nevjerojatno koliko je ovaj znanstvenik, svakako dostojan titule otkrivača širenja Svemira, bio ispred svog vremena!

Naše Sunce i zvijezde koje su mu najbliže čine dio golemog zvjezdanog skupa koji se naziva naša galaksija ili Mliječni put. Dugo se vremena vjerovalo da je to cijeli Svemir. A tek 1924. godine američki astronom Edwin Hubble pokazao je da naša galaksija nije jedina. Postoje mnoge druge galaksije odvojene divovskim dijelovima praznog prostora. Kako bi to dokazao, Hubble je morao izmjeriti udaljenosti do drugih galaksija. Možemo odrediti udaljenosti do najbližih zvijezda bilježeći promjene u njihovom položaju na nebeskom svodu dok se Zemlja okreće oko Sunca. No, za razliku od obližnjih zvijezda, druge su galaksije toliko udaljene da izgledaju nepomično. Stoga je Hubble bio prisiljen koristiti neizravne metode za mjerenje udaljenosti.

Trenutno, prividni sjaj zvijezda ovisi o dva faktora - stvarnom sjaju i udaljenosti od Zemlje. Za najbliže zvijezde možemo mjeriti i prividni sjaj i udaljenost, što nam omogućuje izračunavanje njihovog sjaja. Suprotno tome, znajući sjaj zvijezda u drugim galaksijama, možemo izračunati njihovu udaljenost mjerenjem njihovog sjaja. Hubble je tvrdio da određene vrste zvijezda uvijek imaju isti sjaj kada se nalaze na udaljenosti dovoljno blizu nama da dopuste mjerenja. Otkrivši slične zvijezde u drugoj galaksiji, možemo pretpostaviti da imaju isti sjaj. To će nam omogućiti izračunavanje udaljenosti do druge galaksije. Ako to učinimo za nekoliko zvijezda u galaksiji i dobivene vrijednosti se podudaraju, tada možemo biti prilično sigurni u svoje rezultate. Slično tome, Edwin Hubble je uspio izračunati udaljenosti do devet različitih galaksija.

Danas znamo da je naša galaksija samo jedna od nekoliko stotina milijardi galaksija promatranih modernim teleskopima, od kojih svaka može sadržavati stotine milijardi zvijezda. Živimo u galaksiji čiji je promjer oko sto tisuća svjetlosnih godina. Polako se okreće, a zvijezde u njegovim spiralnim kracima naprave oko jedan krug oko središta svakih sto milijuna godina. Naše Sunce je vrlo obična žuta zvijezda srednje veličine blizu vanjskog ruba jednog od spiralnih krakova. Nedvojbeno je da smo daleko odmakli od vremena Aristotela i Ptolomeja, kada se Zemlja smatrala središtem Svemira.

Zvijezde su toliko udaljene od nas da se čine samo sitne točke svjetlosti. Ne možemo razlikovati njihovu veličinu ili oblik. Kako ih znanstvenici klasificiraju? Za veliku većinu zvijezda pouzdano je određen samo jedan parametar koji se može promatrati - njihova boja.
radijacija. Newton je otkrio da se sunčeva svjetlost propuštena kroz prizmu dijeli na svoj sastavni skup boja (spektar), isto kao kod duge. Fokusiranjem teleskopa na određenu zvijezdu ili galaksiju možete promatrati spektar svjetlosti tog objekta. Različite zvijezde imaju različite spektre, ali relativna svjetlina pojedinih boja u spektru gotovo uvijek odgovara onoj koja se može otkriti u sjaju vrlo vrućih objekata. To omogućuje izračunavanje njezine temperature iz spektra zvijezde. Štoviše, u spektru zvijezde može se otkriti odsutnost nekih specifičnih boja, a te su boje različite za svaku zvijezdu. Poznato je da svaki kemijski element apsorbira skup boja karakterističnih za njega. Dakle, identificiranjem linija koje nedostaju u spektru emisije zvijezde, možemo točno odrediti koji su kemijski elementi sadržani u njezinom vanjskom sloju.

Započeo 1920-ih. Proučavajući spektre zvijezda u drugim galaksijama, astronomi su otkrili zapanjujuću činjenicu: one nisu imale isti skup linija boja kao zvijezde naše Galaksije, ali su sve linije bile pomaknute za isti iznos prema crvenom dijelu spektra. . Jedino razumno objašnjenje bilo je da se galaksije udaljavaju od nas i to uzrokuje smanjenje frekvencije svjetlosnih valova (tzv. crveni pomak) zbog Dopplerovog efekta.

Slušajte buku automobila na autocesti. Kako vam se automobil približava, zvuk njegovog motora postaje jači u skladu s frekvencijom zvučnih valova i postaje tiši kako se automobil udaljava. Ista stvar se događa sa svjetlom ili radio valovima. Naime, Dopplerov efekt koristi prometna policija određujući brzinu automobila promjenom frekvencije poslanog i primljenog radio signala (pomak frekvencije ovisi o brzini reflektirajućeg objekta, odnosno automobila).

Nakon što je Hubble otkrio postojanje drugih galaksija, počeo je sastavljati katalog njihovih udaljenosti i promatrati njihove spektre. Mnogi su u to vrijeme smatrali da se galaksije kreću potpuno kaotično pa bi se stoga u jednakom broju njih trebali naći spektri koji imaju i crveni i plavi pomak. Zamislite opće iznenađenje kada je otkriveno da sve galaksije pokazuju crveni pomak. Svaki od njih se udaljava od nas. Još su upečatljiviji rezultati koje je objavio Hubble 1929. godine: čak ni vrijednost crvenog pomaka svake galaksije nije slučajna, već je proporcionalna udaljenosti između galaksije i Sunčevog sustava. Drugim riječima, što je galaksija dalje od nas, to se brže udaljava.

To je značilo da Svemir nikako ne može biti stacionaran, kao što se ranije mislilo; dapače, on se širio. Udaljenosti između galaksija neprestano rastu. Otkriće da se svemir širi postalo je jedna od glavnih intelektualnih revolucija 20. stoljeća. Gledajući unatrag, lako se zapitati zašto se nitko toga prije nije sjetio. Newton i drugi trebali su shvatiti da bi se stacionarni Svemir brzo urušio pod utjecajem gravitacije. Ali zamislite da Svemir ne miruje, već se širi. Pri niskim brzinama širenja, sila gravitacije bi ga prije ili kasnije zaustavila i započela kompresiju. Međutim, ako bi brzina širenja premašila određenu kritičnu vrijednost, tada gravitacijska sila ne bi bila dovoljna da je zaustavi i Svemir bi se širio zauvijek. Nešto slično se događa kada se lansira raketa.
s površine Zemlje. Ako raketa ne postigne potrebnu brzinu, gravitacija će je zaustaviti i počet će padati natrag. S druge strane, pri brzini iznad određene kritične vrijednosti (oko 11,2 km/s), gravitacijske sile neće moći zadržati raketu u blizini Zemlje i ona će se zauvijek udaljiti od našeg planeta.

Takvo ponašanje Svemira moglo se predvidjeti na temelju Newtonovog zakona univerzalne gravitacije još u 19. stoljeću, pa u 18. stoljeću, čak i krajem 17. stoljeća. Međutim, vjera u stacionarni Svemir bila je toliko nepokolebljiva da je trajala sve do početka 20. stoljeća. Sam Einstein je 1915. godine, kada je formulirao opću teoriju relativnosti, ostao uvjeren u stacionarnost Svemira. Ne mogavši ​​odustati od te ideje, čak je modificirao svoju teoriju uvodeći takozvanu kozmološku konstantu u jednadžbe. Ta je vrijednost karakterizirala određenu antigravitacijsku silu, koja, za razliku od svih drugih fizičkih sila, nije dolazila iz određenog izvora, već je bila “ugrađena” u samo tkivo prostor-vremena. Kozmološka konstanta dala je prostoru-vremenu inherentnu tendenciju širenja, a to se moglo učiniti kako bi se uravnotežilo međusobno privlačenje sve materije prisutne u Svemiru, to jest, radi stacionarnosti Svemira. Čini se da je tih godina samo jedna osoba bila spremna prihvatiti opću teoriju relativnosti zdravo za gotovo. Dok su Einstein i drugi fizičari tražili način da zaobiđu nestacionarnu prirodu svemira koja je proizašla iz opće teorije relativnosti, ruski fizičar Alexander Friedman umjesto toga ponudio je vlastito objašnjenje.

FRIEDMANOVI MODELI

Jednadžbe opće relativnosti koje opisuju evoluciju svemira su previše složene da bi se detaljno riješile.

Friedman je umjesto toga predložio dvije jednostavne pretpostavke:

(1) Svemir izgleda potpuno isto u svim smjerovima;
(2) ovaj uvjet vrijedi za sve njegove točke.

Na temelju opće relativnosti i ove dvije jednostavne pretpostavke, Friedman je uspio pokazati da ne bismo trebali očekivati ​​da svemir bude stacionaran. Zapravo, on je 1922. točno predvidio ono što je Edwin Hubble otkrio nekoliko godina kasnije.

Pretpostavka da Svemir izgleda isto u svim smjerovima, naravno, nije u potpunosti istinita. Na primjer, zvijezde naše Galaksije tvore jasno vidljiv pojas svjetlosti na noćnom nebu koji se naziva Mliječni put. Ali ako pogledamo udaljene galaksije, broj njih promatranih u različitim smjerovima pokazuje se približno istim. Stoga se čini da je svemir relativno ujednačen u svim smjerovima kada se promatra na kozmičkim skalama usporedivim s udaljenostima između galaksija.

Dugo se vremena to smatralo dovoljnim opravdanjem za Friedmanovu pretpostavku - gruba aproksimacija stvarnog Svemira. Međutim, relativno nedavno, sretna nesreća pokazala je da Friedmanova pretpostavka opisuje naš svijet s nevjerojatnom točnošću. Godine 1965. američki fizičari Arno Penzias i Robert Wilson radili su u laboratoriju Bell u New Jerseyju na ultraosjetljivom mikrovalnom prijamniku za komunikaciju s umjetnim satelitima u orbiti. Bili su jako zabrinuti da prijamnik hvata više buke nego što bi trebao i da buka ne dolazi iz nekog određenog smjera. Počeli su tražiti uzrok buke čišćenjem svoje velike antene od ptičjeg izmeta koji se nakupio u njoj i isključivanjem mogućih kvarova. Znali su da se svaki atmosferski šum pojačava kada antena nije usmjerena ravno prema gore, jer se atmosfera čini gušćom kada se promatra okomito.

Dodatni šum je ostao isti bez obzira u kojem smjeru je antena bila okrenuta, tako da je izvor šuma morao biti izvan atmosfere. Buka je ostala nepromijenjena danju i noću tijekom cijele godine, unatoč rotaciji Zemlje oko svoje osi i revoluciji oko Sunca. To je ukazivalo na to da je izvor zračenja bio izvan Sunčevog sustava, pa čak i izvan naše galaksije, inače bi se intenzitet signala promijenio jer bi se ispostavilo da je antena okrenuta u različitim smjerovima u skladu s kretanjem Zemlje.

Doista, sada znamo da je zračenje na svom putu do nas moralo prijeći cijeli vidljivi svemir. Budući da je isti u različitim smjerovima, onda Svemir mora biti homogen u svim smjerovima (barem u velikom mjerilu). Znamo da bez obzira u kojem smjeru gledamo, "pozadinski šum" kozmičkih zraka fluktuira ne više od 1/10 000. Tako su Penzias i Wilson naletjeli na zapanjujuće točnu potvrdu Friedmanove prve hipoteze.

Otprilike u isto vrijeme, druga dva američka fizičara s obližnjeg Sveučilišta Princeton u New Jerseyju, Bob Dick i Jim Peebles, također su se zainteresirali za kozmičko mikrovalno zračenje. Radili su na hipotezi Georgea (Georgea) Gamowa, koji je nekoć bio učenik Alexandera Friedmana, da je u najranijoj fazi svog razvoja Svemir bio izuzetno gust i vruć, zagrijan do "bijele vrućine". Dick i Peebles zaključili su da još uvijek možemo promatrati njegov prošli sjaj jer svjetlost iz najudaljenijih dijelova ranog Svemira tek dopire do Zemlje. Međutim, zbog širenja svemira, ovo svjetlo je očito prošlo tako veliki crveni pomak da bismo ga sada trebali percipirati u obliku mikrovalnog zračenja. Dick i Peebles upravo su tražili takvo zračenje kada su Penzias i Wilson, čuvši za njihov rad, shvatili da su već pronašli ono što su tražili. Za ovo otkriće Penzias i Wilson su 1978. godine dobili Nobelovu nagradu za fiziku, što se Dicku i Peeblesu čini pomalo nepravednim.

Na prvi pogled, ovaj dokaz da Svemir izgleda isto u svim smjerovima sugerira da Zemlja zauzima neko posebno mjesto u Svemiru. Na primjer, možemo zamisliti da smo u samom središtu svemira, budući da se sve galaksije udaljavaju od nas. Postoji, međutim, alternativno objašnjenje: Svemir može izgledati isto u svim smjerovima i iz bilo koje druge galaksije. Ovo je, kao što je već spomenuto, bila druga Friedmanova pretpostavka.

Nemamo dokaza koji bi potvrdili ili opovrgli ovu pretpostavku. Prihvaćamo ga na vjeru samo iz skromnosti. Bilo bi krajnje iznenađujuće kada bi Svemir izgledao isto u svim smjerovima oko nas, ali ne oko bilo koje druge točke. U Friedmannovom modelu sve se galaksije udaljavaju jedna od druge. Zamislite balon s mrljama na površini. Kad se balon napuha, udaljenost između bilo koja dva mjesta se povećava, ali nijedno se ne može nazvati središtem širenja. Štoviše, što su mrlje udaljenije, to se brže udaljavaju jedna od druge. Slično, u Friedmanovom modelu, brzina povlačenja bilo koje dvije galaksije proporcionalna je udaljenosti između njih. Iz toga slijedi da bi crveni pomak galaksija trebao biti izravno proporcionalan njihovoj udaljenosti od Zemlje, što je Hubble otkrio.

Unatoč činjenici da je Friedmanov model bio uspješan i da se pokazao u skladu s rezultatima Hubbleovih promatranja, dugo je ostao gotovo nepoznat na Zapadu. Za to su saznali tek nakon što su 1935. američki fizičar Howard Robertson i engleski matematičar Arthur Walker razvili slične modele za objašnjenje homogenog širenja svemira koje je otkrio Hubble.

Iako je Friedman predložio samo jedan model, tri različita modela mogu se konstruirati na temelju njegove dvije temeljne pretpostavke. U prvoj od njih (koju je formulirao Friedman) širenje se događa tako sporo da ga gravitacijsko privlačenje između galaksija postupno još više usporava, a zatim zaustavlja. Galaksije se tada počinju kretati jedna prema drugoj, a svemir se skuplja. Udaljenost između dviju susjednih galaksija prvo raste od nule do određenog maksimuma, a zatim se ponovno smanjuje do nule.

U drugom rješenju, stopa širenja je toliko visoka da je gravitacija nikada ne može zaustaviti, iako je donekle usporava. Razdvajanje susjednih galaksija u ovom modelu počinje na nultoj udaljenosti, a zatim se one raspršuju konstantnom brzinom. Konačno, postoji i treće rješenje, u kojem je brzina širenja Svemira dovoljna samo da spriječi obrnutu kompresiju, odnosno kolaps. I u ovom slučaju dijeljenje počinje od nule i raste neograničeno. Međutim, brzina širenja se stalno smanjuje, iako nikada ne doseže nulu.

Izvanredna značajka prvog tipa Friedmannovog modela je da Svemir nije beskonačan u prostoru, ali prostor nema granica. Gravitacija je u ovom slučaju toliko jaka da se prostor savija, zatvarajući se u sebe poput površine Zemlje. Osoba koja putuje zemljinom površinom u jednom smjeru nikada ne nailazi na nepremostivu prepreku i ne riskira pad s “ruba Zemlje”, već se jednostavno vraća na početnu točku. Ovo je prostor u Friedmanovom prvom modelu, ali umjesto dvije dimenzije svojstvene zemljinoj površini, ima tri. Četvrta dimenzija - vrijeme - ima ograničen opseg, ali se može usporediti s linijom s dva ruba ili granice, početkom i krajem. Zatim ćemo pokazati da kombinacija odredaba opće teorije relativnosti i načela neodređenosti kvantne mehanike dopušta konačnost prostora i vremena dok oni u isto vrijeme nemaju ograničenja niti granica. Ideja o svemirskom putniku koji kruži svemirom i vraća se na svoju polazišnu točku dobra je za znanstvenofantastične priče, ali nema praktičnu vrijednost, budući da će se – a to se može dokazati – svemir smanjiti na nultu veličinu prije nego što se putnik vrati u polazište. Da bi se vratio na početnu točku prije nego što Svemir prestane postojati, ovaj se jadnik mora kretati brže od svjetlosti, što, nažalost, poznati nam zakoni prirode ne dopuštaju.

Koji Friedmanov model odgovara našem svemiru? Hoće li se širenje Svemira zaustaviti, ustupivši mjesto kompresiji, ili će se nastaviti zauvijek? Da bismo odgovorili na ovo pitanje, moramo znati brzinu širenja Svemira i njegovu trenutnu prosječnu gustoću. Ako je ta gustoća manja od određene kritične vrijednosti određene brzinom širenja, gravitacijska privlačnost bit će preslaba da zaustavi povlačenje galaksija. Ako je gustoća veća od kritične vrijednosti, gravitacija će prije ili kasnije zaustaviti širenje i započet će obrnuto sabijanje.

Trenutnu stopu širenja možemo odrediti mjerenjem brzina kojima se druge galaksije udaljavaju od nas, koristeći Dopplerov efekt. To se može učiniti s velikom preciznošću. Međutim, udaljenosti do galaksija nisu dobro poznate, jer ih mjerimo neizravnim metodama. Znamo jednu stvar: Svemir se širi za oko 5-10% svake milijarde godina. Međutim, naše procjene trenutne gustoće materije u svemiru podložne su još većoj neizvjesnosti.

Zbrojimo li masu svih zvijezda u našoj i drugim nama vidljivim galaksijama, zbroj će biti manji od jedne stotinke vrijednosti koja je neophodna da se zaustavi širenje Svemira čak i pri najsporijoj brzini. No, znamo da naša i druge galaksije sadrže velike količine tamne tvari, koju ne možemo izravno promatrati, čiji se utjecaj, međutim, detektira kroz njezino gravitacijsko djelovanje na orbite zvijezda i galaktičkog plina. Štoviše, većina galaksija tvori divovske klastere, a prisutnost još više tamne tvari između galaksija u tim klasterima može se predvidjeti prema učinku koji ima na kretanje galaksija. Ali čak i dodajući svu ovu tamnu tvar, još uvijek dobivamo jednu desetinu onoga što je potrebno za zaustavljanje širenja. Međutim, moguće je da postoje drugi oblici materije koje još nismo identificirali, a koji bi mogli podići prosječnu gustoću Svemira na kritičnu vrijednost koja bi mogla zaustaviti širenje.

Dakle, postojeći dokazi sugeriraju da će se svemir očito širiti zauvijek. Ali nemojte se kladiti u to. Možemo samo biti sigurni da ako je svemiru suđeno da se uruši, to se neće dogoditi prije desetaka milijardi godina od sada, budući da se širio barem isto vrijeme. Stoga ne morate brinuti unaprijed. Ako se ne uspijemo naseliti izvan Sunčevog sustava, čovječanstvo će nestati puno prije toga, zajedno s našom zvijezdom, Suncem.

VELIKI PRASAK

Karakteristična značajka svih rješenja proizašlih iz Friedmanovog modela je da je, prema njima, u dalekoj prošlosti, prije 10 ili 20 milijardi godina, udaljenost između susjednih galaksija u Svemiru trebala biti nula. U ovom trenutku u vremenu, nazvanom Veliki prasak, gustoća Svemira i zakrivljenost prostor-vremena bili su beskonačno veliki. To znači da opća teorija relativnosti, na kojoj se temelje sva rješenja Friedmannova modela, predviđa postojanje posebne, singularne točke u Svemiru.

Sve naše znanstvene teorije izgrađene su na pretpostavci da je prostor-vrijeme glatko i gotovo ravno, pa se sve raspadaju na specifičnosti (singularnosti) Velikog praska, gdje je zakrivljenost prostor-vremena beskonačna. To znači da čak i ako su se neki događaji dogodili prije Velikog praska, oni se ne mogu koristiti za određivanje onoga što se dogodilo poslije, jer je sva predvidljivost u trenutku Velikog praska bila narušena. Prema tome, znajući samo ono što se dogodilo nakon Velikog praska, ne možemo utvrditi što se dogodilo prije njega. Primijenjeno na nas, svi događaji prije Velikog praska nemaju nikakvih posljedica, te stoga ne mogu biti dio znanstvenog modela Svemira. Moramo ih isključiti iz modela i reći da je vrijeme počelo Velikim praskom.

Mnogima se ne sviđa ideja da vrijeme ima početak, vjerojatno zato što miriše na božansku intervenciju. (S druge strane, Katolička crkva uhvatila se modela Velikog praska i 1951. godine službeno objavila da je model u skladu s Biblijom.) Pokušalo se izbjeći zaključak da je Veliki prasak uopće postojao. Najširu podršku dobila je teorija o stacionarnom svemiru. Predložili su ga 1948. Hermann Bondi i Thomas Gold, koji su pobjegli iz Austrije pod nacističkom okupacijom, zajedno s Britancem Fredom Hoyleom, koji je s njima tijekom rata radio na poboljšanju radara. Njihova je ideja bila da dok se galaksije udaljavaju, nove galaksije neprestano nastaju iz novonastale materije u prostoru između njih. Zato Svemir u svakom trenutku, kao i iz bilo koje točke u svemiru, izgleda približno isto.

Teorija stacionarnog Svemira zahtijevala je takvu promjenu u općoj teoriji relativnosti koja bi omogućila stalno stvaranje nove materije, ali brzina njezina stvaranja bila je tako niska - oko jedne elementarne čestice po kubnom kilometru godišnje - da je ideja o ​​Bondi, Gold i Hoyle nisu bili u sukobu s eksperimentalnim podacima. Njihova je teorija bila "zdrava", to jest bila je dovoljno jednostavna i nudila je jasna predviđanja koja su se mogla eksperimentalno provjeriti. Jedno takvo predviđanje bilo je da će broj galaksija ili objekata sličnih galaksijama u bilo kojem volumenu prostora biti isti gdje god i kad god pogledamo u Svemiru.

Krajem 1950-ih - početkom 1960-ih. skupina astronoma iz Cambridgea, predvođena Martinom Ryleom, istraživala je izvore radio emisija u svemiru. Pokazalo se da bi većina tih izvora trebala ležati izvan naše Galaksije i da među njima ima mnogo više slabih nego jakih. Slabi izvori smatrani su udaljenijim, a jaki izvori bližim. Postalo je očito još nešto: broj bliskih izvora po jedinici volumena manji je od onih udaljenih.

To bi moglo značiti da se nalazimo u središtu goleme regije u kojoj je gustoća radio izvora puno niža nego u ostatku Svemira. Ili činjenica da je u prošlosti, kada su radio valovi tek počinjali svoj put do nas, bilo puno više izvora zračenja nego što ih ima sada. I prvo i drugo objašnjenje proturječilo je teoriji stacionarnog svemira. Štoviše, mikrovalna emisija koju su otkrili Penzias i Wilson 1965. također ukazuje na to da je svemir morao biti puno gušći u nekom trenutku u prošlosti. Tako je teorija o stacionarnom svemiru pokopana, iako ne bez žaljenja.

Sovjetski znanstvenici Evgeniy Lifshits i Isaac Khalatnikov još su 1963. godine pokušali zaobići zaključak da je postojao Veliki prasak i da vrijeme ima početak. Sugerirali su da bi Veliki prasak mogao predstavljati neku neobičnu značajku Friedmannovih modela, koji su, na kraju krajeva, samo aproksimacija stvarnog svemira. Možda od svih modela koji približno opisuju stvarni Svemir samo Friedmannovi modeli sadrže singularitet Velikog praska. U tim modelima, galaksije se raspršuju u svemiru u ravnim crtama.

Stoga ne čudi da su se nekada u prošlosti svi nalazili na istoj točki. U stvarnom svemiru, međutim, galaksije se ne raspršuju duž ravnih linija, već duž blago zakrivljenih putanja. Dakle, na početnom položaju nisu se nalazile na istoj geometrijskoj točki, već jednostavno vrlo blizu jedna drugoj. Stoga se čini vjerojatnim da trenutni svemir koji se širi nije nastao iz singularnosti Velikog praska, već iz ranije faze kontrakcije; tijekom kolapsa Svemira nisu se sve čestice morale sudarati jedna s drugom, neke su od njih mogle izbjeći izravan sudar i razletjeti se, stvarajući sliku širenja Svemira koju danas promatramo. Možemo li onda reći da je pravi Svemir započeo Velikim praskom?

Lifshitz i Khalatnikov proučavali su modele svemira koji su bili približno slični Friedmanovim, ali su uzimali u obzir nehomogenosti i slučajnu raspodjelu brzina galaksija u stvarnom svemiru. Pokazali su da takvi modeli također mogu započeti s Velikim praskom, čak i ako se galaksije ne raspršuju u strogo ravnim linijama. Međutim, Lifshitz i Khalatnikov tvrdili su da je to moguće samo u određenim specifičnim modelima, gdje se sve galaksije kreću pravocrtno.

Budući da postoji mnogo više modela poput Friedmanovog koji ne sadrže singularitet Velikog praska od onih koji ga sadrže, zaključili su znanstvenici, moramo zaključiti da je vjerojatnost Velikog praska izuzetno niska. Međutim, kasnije su morali uvidjeti da je klasa modela poput Friedmannova, koji sadrže singularnosti i u kojima se galaksije ne bi trebale kretati ni na koji poseban način, mnogo veća. A 1970. potpuno su odustali od svoje hipoteze.

Rad koji su obavili Lifshitz i Khalatnikov bio je vrijedan jer je pokazao da bi svemir mogao imati singularitet - Veliki prasak - ako je opća relativnost točna. Međutim, nisu riješili vitalno pitanje: predviđa li opća teorija relativnosti da je naš svemir morao imati Veliki prasak, početak vremena? Odgovor na to dao je potpuno drugačiji pristup, koji je prvi predložio engleski fizičar Roger Penrose 1965. Penrose je koristio ponašanje takozvanih svjetlosnih stožaca u teoriji relativnosti i činjenicu da gravitacija uvijek uzrokuje privlačnost kako bi pokazao da zvijezde koji kolabiraju pod utjecajem vlastite gravitacije, nalaze se unutar područja čije su granice komprimirane na nultu dimenziju. To znači da je sva tvar zvijezde sabijena u jednu točku nultog volumena, tako da gustoća materije i zakrivljenost prostor-vremena postaju beskonačni. Drugim riječima, postoji singularnost sadržana u području prostor-vremena poznatom kao crna rupa.

Na prvi pogled, Penroseovi zaključci nisu govorili ništa o tome je li singularitet Velikog praska postojao u prošlosti. Međutim, u isto vrijeme kada je Penrose izveo svoj teorem, ja, tada diplomirani student, očajnički sam tražio matematički problem koji bi mi omogućio da dovršim moja disertacija. Shvatio sam da ako preokrenemo smjer vremena u Penroseovom teoremu tako da se kolaps zamijeni širenjem, uvjeti teorema će ostati isti, sve dok sadašnji Svemir približno odgovara Friedmannovom modelu u velikoj mjeri. Iz Penroseova teorema slijedilo je da kolaps bilo koje zvijezde završava singularitetom, a moj primjer s vremenskim obratom dokazao je da svaki Friedmannov svemir koji se širi mora nastati iz singulariteta. Iz čisto tehničkih razloga, Penroseov teorem je zahtijevao da svemir bude beskonačan u prostoru. Mogao bih ovo iskoristiti da dokažem da se singularnosti pojavljuju samo u jednom slučaju: ako visoka stopa širenja isključuje obrnutu kontrakciju Svemira, jer je samo Friedmannov model beskonačan u prostoru.

Tijekom sljedećih nekoliko godina razvio sam nove matematičke tehnike koje bi eliminirale ovaj i druge tehničke uvjete iz teorema koji dokazuju da singularnosti moraju postojati. Rezultat je bio zajednički rad objavljen 1970. Penrose i ja, koji je tvrdio da je singularnost Velikog praska morala postojati pod uvjetom da je opća relativnost točna i da količina materije u svemiru odgovara onoj koju smo promatrali.

Uslijedilo je mnoštvo prigovora, dijelom od strane sovjetskih znanstvenika koji su se držali “partijske linije” koju su proklamirali Lifshitz i Khalatnikov, a dijelom od onih koji su imali averziju prema samoj ideji singularnosti, što je vrijeđalo ljepotu Einsteinove teorije. Međutim, teško je raspravljati s matematičkim teoremom. Stoga je danas široko prihvaćeno da je svemir morao imati početak.

Najopćenitiji model u kozmologiji je model homogenog izotropnog nestacionarnog vrućeg svemira koji se širi, izgrađen na temelju opće teorije relativnosti i relativističke teorije gravitacije, koju je stvorio Albert Einstein 1916. godine. Ovaj se model temelji na dvije pretpostavke: 1) svojstva Svemira su ista u svim njegovim točkama (homogenost) i smjerovima (izotropija); 2) najpoznatiji opis gravitacijskog polja su Einsteinove jednadžbe. Iz toga proizlazi tzv. “zakrivljenost prostora” i povezanost zakrivljenosti s gustoćom mase (energije). Kozmologija utemeljena na ovim postulatima je relativistička.

Važna točka ovog modela je njegova nestacionarnost. To određuju dva postulata teorije relativnosti: 1) načelo relativnosti, koje kaže da su u svim inercijskim sustavima sve zakonitosti očuvane bez obzira na brzine kojima se ti sustavi, jednoliko i pravocrtno, gibaju jedan u odnosu na drugi; 2) eksperimentalno potvrđena postojanost brzine svjetlosti.

Iz prihvaćanja teorije relativnosti proizlazi kao posljedica (prvi je to primijetio petrogradski fizičar i matematičar Alexander Aleksandrovich Friedman 1922.) da zakrivljeni prostor ne može biti stacionaran: on se mora ili širiti ili skupljati. Ovom se zaključku nije obraćala pozornost sve do otkrića takozvanog "crvenog pomaka" američkog astronoma Edwina Hubblea 1929. godine.

Crveni pomak je smanjenje frekvencija elektromagnetskog zračenja: u vidljivom dijelu spektra linije se pomiču prema njegovom crvenom kraju. Prethodno otkriveni Dopplerov efekt navodi da kada se bilo koji izvor oscilacija udaljava od nas, frekvencija oscilacija koju opažamo opada, a valna duljina se u skladu s tim povećava. Kada se emitira, dolazi do "crvenenja", tj. linije spektra se pomiču prema većim crvenim valnim duljinama.

Dakle, za sve udaljene izvore svjetlosti zabilježen je crveni pomak, a što je izvor bio dalje, to je stupanj bio veći. Pokazalo se da je crveni pomak proporcionalan udaljenosti do izvora, što je potvrdilo hipotezu da su se udaljavali, tj. o širenju Metagalaksije – vidljivog dijela Svemira.

Crveni pomak pouzdano potvrđuje teoretski zaključak da je područje našeg Svemira s linearnim dimenzijama reda veličine nekoliko milijardi parseka nestacionarno tijekom najmanje nekoliko milijardi godina. Istodobno, zakrivljenost prostora ne može se izmjeriti i ostaje teorijska hipoteza.

Sastavni dio modela svemira koji se širi je ideja o Velikom prasku koji se dogodio negdje prije 12 - 18 milijardi godina. “Prvo je došlo do eksplozije. Ne onu vrstu eksplozije kakvu poznajemo na Zemlji, koja kreće iz određenog središta i zatim se širi, zahvaćajući sve više i više prostora, već eksploziju koja se dogodila posvuda istovremeno, ispunjavajući sav prostor od samog početka, svakom česticom materije jureći od svake druge čestice" (Weinberg S. Prve tri minute. Moderni pogled na podrijetlo svemira. M., 1981., str. 30).

Početno stanje Svemira (tzv. singularna točka): beskonačna gustoća mase, beskonačna zakrivljenost prostora i eksplozivno širenje koje se usporava tijekom vremena na visokoj temperaturi na kojoj samo mješavina elementarnih čestica (uključujući fotone i neutrine) može postojati. Zapaljivost početnog stanja potvrđena je otkrićem 1965. kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja fotona i neutrina nastalih u ranoj fazi širenja Svemira.

Postavlja se zanimljivo pitanje: od čega je nastao Svemir? Što je to iz čega je nastao. Biblija kaže da je Bog stvorio sve iz ničega. Znajući da je klasična znanost formulirala zakone očuvanja materije i energije, religiozni filozofi raspravljali su o tome što znači biblijsko "ništa", a neki su, za dobrobit znanosti, vjerovali da ništa znači izvorni materijalni kaos koji je naredio Bog.

Začudo, moderna znanost priznaje (tj. priznaje, ali ne tvrdi) da je sve moglo biti stvoreno ni iz čega. “Ništa” se u znanstvenoj terminologiji naziva vakuumom. Vakuum, koji je fizika 19. stoljeća smatrala prazninom, prema suvremenim znanstvenim konceptima, jedinstven je oblik materije, sposoban pod određenim uvjetima “rađati” materijalne čestice.

Suvremena kvantna mehanika dopušta (to nije u suprotnosti s teorijom) da vakuum može doći u “pobuđeno stanje” uslijed čega se u njemu može formirati polje, a iz njega (što potvrđuju suvremeni fizikalni pokusi) materija .

Rođenje Svemira "ni iz čega" znači, sa suvremenog znanstvenog gledišta, njegov spontani nastanak iz vakuuma, kada se slučajna fluktuacija događa u odsutnosti čestica. Ako je broj fotona jednak nuli, tada jakost polja nema određenu vrijednost (prema Heisenbergovom "načelu nesigurnosti"): polje stalno doživljava fluktuacije, iako je prosječna (promatrana) vrijednost jakosti nula.

Fluktuacija predstavlja pojavu virtualnih čestica koje se neprekidno rađaju i odmah uništavaju, ali također sudjeluju u interakcijama poput stvarnih čestica. Zahvaljujući fluktuacijama, vakuum dobiva posebna svojstva koja se očituju u promatranim efektima.

Dakle, Svemir je mogao nastati iz “ničega”, tj. iz "pobuđenog vakuuma". Takva hipoteza, naravno, nije presudna potvrda postojanja Boga. Uostalom, sve se to moglo dogoditi u skladu sa zakonima fizike na prirodan način bez vanjskog uplitanja bilo kakvih idealnih entiteta. I u ovom slučaju znanstvene hipoteze ne potvrđuju niti opovrgavaju religijske dogme, koje leže s onu stranu empirijski potvrđenih i opovrgnutih prirodnih znanosti.

Nevjerojatne stvari u modernoj fizici tu ne završavaju. Odgovarajući na molbu novinara da suštinu teorije relativnosti sažme u jednu rečenicu, Einstein je rekao: “Prije se vjerovalo da će se prostor i vrijeme sačuvati ako sva materija nestane iz Svemira; Teorija relativnosti kaže da bi zajedno s materijom nestali i prostor i vrijeme.” Prenoseći ovaj zaključak na model Svemira koji se širi, možemo zaključiti da prije nastanka Svemira nije bilo ni prostora ni vremena.

Imajte na umu da teorija relativnosti odgovara dvjema vrstama modela svemira koji se širi. U prvom od njih, zakrivljenost prostor-vremena je negativna ili unutar nule; u ovoj se opciji sve udaljenosti povećavaju bez ograničenja tijekom vremena. U drugoj verziji modela, zakrivljenost je pozitivna, prostor je konačan, au ovom slučaju, širenje se tijekom vremena zamjenjuje kompresijom. U obje verzije, teorija relativnosti je u skladu s trenutnim empirijski potvrđenim širenjem Svemira.

Dokoni um neizbježno postavlja pitanja: što je bilo kad nije bilo ničega i što je izvan širenja. Prvo pitanje očito je kontradiktorno samo po sebi, drugo nadilazi okvire konkretne znanosti. Astronom može reći da kao znanstvenik nema pravo odgovarati na takva pitanja. Ali budući da se pojavljuju, formuliraju se moguća opravdanja za odgovore, koja nisu toliko znanstvena koliko prirodnofilozofska.

Stoga se pravi razlika između pojmova "beskonačno" i "bezgranično". Primjer beskonačnosti koja nije neograničena je površina Zemlje: po njoj možemo hodati beskrajno dugo, ali je ipak ograničena atmosferom iznad i zemljinom korom ispod. Svemir također može biti beskonačan, ali ograničen. S druge strane, poznato je stajalište prema kojem u materijalnom svijetu ne može postojati ništa beskonačno, jer se on razvija u obliku konačnih sustava s povratnim vezama po kojima ti sustavi nastaju u procesu transformacije. okoliš. Ali ostavimo ova razmatranja području prirodne filozofije, jer u prirodnoj znanosti, u konačnici, kriterij istine nisu apstraktna razmatranja, već empirijsko testiranje hipoteza.

Što se dogodilo nakon Velikog praska? Nastao je ugrušak plazme - stanje u kojem se elementarne čestice nalaze negdje između krutog i tekućeg stanja, koje su se pod utjecajem udarnog vala počele sve više širiti. Nakon 0,01 sek. nakon početka Velikog praska u Svemiru se pojavila mješavina lakih jezgri (2/3 vodika i 1/3 helija). Kako su nastali svi ostali kemijski elementi?

Svemir je najveći materijalni sustav. Njegovo podrijetlo zanimalo je ljude od davnina. U početku je svemir bio "bez oblika i prazan", kako kaže Biblija. U početku je bio vakuum - pojašnjavaju suvremeni fizičari. Koje je podrijetlo svemira? Kako se razvija? Kakva je njegova struktura? Na ova i druga pitanja pokušali su odgovoriti znanstvenici iz različitih vremena. Međutim, čak i najveća dostignuća prirodne znanosti 20.st. ne dopuštaju da damo iscrpne odgovore. U tom smislu, ne možemo se ne prisjetiti redaka poznatog pjesnika M. Voloshina:

"Mi, podižući katedrale kozmogonije, u njima ne odražavamo vanjski svijet, već samo aspekte našeg neznanja."

Ipak, opće je prihvaćeno da su se osnovni principi moderne kozmologije - znanosti o strukturi i evoluciji svemira - počeli oblikovati nakon što je A. Einstein 1917. stvorio prvi relativistički model, temeljen na teoriji gravitacije. i tvrdeći da opisuje cijeli Svemir. Ovaj model je karakterizirao stacionarno stanje Svemira i, kako su pokazala astrofizička promatranja, pokazao se netočnim. Važan korak u rješavanju kozmoloških problema napravio je 1922. profesor Petrogradskog sveučilišta A.A. Friedman (1888. – 1925.). Kao rezultat rješavanja kozmoloških jednadžbi, došao je do zaključka: Svemir ne može biti u stacionarnom stanju - mora se širiti ili skupljati.

Sljedeći korak učinjen je 1924. godine kada je na zvjezdarnici Mount Wilson u Kaliforniji američki astronom E. Hubble (1889. - 1953.) izmjerio udaljenost do obližnjih galaksija (tada zvanih maglice) i time otkrio svijet galaksija. Godine 1929. na istoj zvjezdarnici E. Hubble eksperimentalno je potvrdio teorijski zaključak A.A. koristeći crveni pomak linija u spektru emisije galaksija. Friedmana o širenju Svemira i utvrdio empirijski zakon - Hubbleov zakon: brzina udaljavanja galaksije V izravno je proporcionalna udaljenosti do nje, tj.

Gdje je H Hubbleova konstanta.

Tijekom vremena, Hubbleova konstanta se postupno smanjuje - recesija galaksija se usporava. No takvo je smanjenje u promatranom vremenskom razdoblju zanemarivo. Recipročna vrijednost Hubbleove konstante određuje životni vijek (starost) Svemira. Iz rezultata promatranja proizlazi da se brzina udaljavanja galaksije povećava za otprilike 75 km/s za svaki milijun parseka (1 parsek je jednak 3,3 svjetlosne godine; svjetlosna godina je udaljenost koju svjetlost prijeđe u vakuumu u 1 Zemljinoj godini) . Ovom brzinom, ekstrapolacija u prošlost dovodi do zaključka da je starost Svemira oko 15 milijardi godina, što znači da je cijeli Svemir prije 15 milijardi godina bio koncentriran u vrlo malom području. Pretpostavlja se da u to vrijeme gustoća materije Svemira nije bila manja od gustoće atomske jezgre, a cijeli je Svemir bio ogromna nuklearna kap. Iz nekog je razloga nuklearna kapljica postala nestabilna i eksplodirala. Ova pretpostavka je temelj koncepta velikog praska.

U međuvremenu, cjelokupna ekspanzija se nastavlja. Fotoni ostaju ravnomjerno raspoređeni u prostoru sve do danas. Oni tvore kozmičku pozadinsku radio emisiju koja je već spomenuta - kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje. Atomi, uz opću ekspanziju, tvore lokalne "kondenzacije" - zvijezde, kvazare, galaksije, klastere galaksija. Teški elementi rađaju se kasnije - u procesima nuklearnog izgaranja u zvijezdama.