8.2. Zhvillimi i ideve për Universin. Modelet e Universit
Historikisht, idetë për Universin janë zhvilluar gjithmonë në kuadrin e modeleve mendore të Universit, duke filluar nga mitet antike. Në mitologjinë e pothuajse çdo kombi, një vend domethënës zënë mitet për Universin - origjina, thelbi, struktura, marrëdhëniet dhe shkaqet e mundshme të fundit.
Në shumicën e miteve të lashta, bota (Universi) nuk është e përjetshme, ajo u krijua nga forca më të larta nga ndonjë parim themelor (substanca), zakonisht nga uji ose kaosi. Koha në idetë e lashta kozmogonike është më së shpeshti ciklike, d.m.th. ngjarjet e lindjes, ekzistencës dhe vdekjes së Universit ndjekin njëra-tjetrën në një rreth, si të gjitha objektet në natyrë. Universi është një tërësi e vetme, të gjithë elementët e tij janë të ndërlidhur, thellësia e këtyre lidhjeve është e ndryshme deri në transformimet e mundshme reciproke, ngjarjet pasojnë njëra-tjetrën, duke zëvendësuar njëra-tjetrën (dimër dhe verë, ditë dhe natë). Ky rend botëror është kundër kaosit. Hapësira e botës është e kufizuar. Fuqitë më të larta (nganjëherë perëndi) veprojnë ose si krijues të Universit ose si roje të rendit botëror. Struktura e Universit në mite nënkupton një shtresim: së bashku me botën e dukshme (të mesme), ekzistojnë botët e sipërme dhe të poshtme, boshti i Universit (shpesh në formën e një peme ose mali botëror), qendra e botë - një vend i pajisur me veti të veçanta të shenjta, ekziston një lidhje midis shtresave individuale të botës. Ekzistenca e botës konceptohet në mënyrë regresive - nga "epoka e artë" në rënie dhe vdekje. Një njeri në mitet e lashta mund të jetë një analog i të gjithë Kozmosit (e gjithë bota është krijuar nga një krijesë gjigante e ngjashme me një njeri gjigant), gjë që forcon lidhjen midis njeriut dhe Universit. Në modelet e lashta, njeriu nuk zë kurrë një vend qendror.
Në shekujt VI-V. para Krishtit. po krijohen modelet e para natyrore-filozofike të Universit, më të zhvilluara në Greqinë e Lashtë. Koncepti kufizues në këto modele është Kozmosi në tërësi, i bukur dhe i ngjashëm me ligjin. Pyetja se si u formua bota plotësohet me pyetjen se nga është e përbërë bota, si ndryshon ajo. Përgjigjet nuk janë më të formuluara në formë figurative, por në gjuhë abstrakte, filozofike. Koha në modele më shpesh ka ende një karakter ciklik, por hapësira është e kufizuar. Si substancë, veprojnë të dy elementët e veçantë (uji, ajri, zjarri - në shkollën e Miletit dhe Heraklitus), një përzierje elementesh dhe një Kozmos i vetëm, i palëvizshëm i pandashëm (ndër Eleatikët), një numër i ontologjizuar (ndër Pitagorianët). njësi strukturore të pandashme - atome që sigurojnë unitetin e botës - te Demokriti. Është modeli i Demokritit i Universit që është i pafund në hapësirë. Filozofët natyrorë përcaktuan statusin e objekteve hapësinore - yjet dhe planetët, ndryshimet midis tyre, rolin e tyre dhe pozicionin relativ në Univers. Në shumicën e modeleve, lëvizja luan një rol të rëndësishëm. Kozmosi është ndërtuar sipas një ligji të vetëm - Logos, dhe njeriu gjithashtu i nënshtrohet të njëjtit ligj - një mikrokozmos, një kopje e reduktuar e Kozmosit.
Zhvillimi i pikëpamjeve të Pitagorës, duke gjeometrizuar Kozmosin dhe për herë të parë duke e paraqitur qartë atë si një sferë që rrotullohet rreth zjarrit qendror dhe e rrethuar prej tij, u mishërua në dialogët e mëvonshëm të Platonit. Kulmi logjik i pikëpamjeve të antikitetit mbi Kozmosin për shumë shekuj u konsiderua modeli i Aristotelit, i përpunuar matematikisht nga Ptolemeu. Në një formë disi të thjeshtuar, ky model, i mbështetur nga autoriteti i kishës, ekzistonte për rreth 2 mijë vjet. Sipas Aristotelit, Universi: o është një tërësi gjithëpërfshirëse, e përbërë nga tërësia e të gjithë trupave të perceptuar; o i një lloji;
o i kufizuar hapësinor, i kufizuar nga sfera ekstreme qiellore,
pas saj "nuk ka boshllëk, nuk ka vend"; O i përjetshëm, i pafilluar dhe i pafund në kohë. Në të njëjtën kohë, Toka është e palëvizshme dhe ndodhet në qendër të Universit, tokësore dhe qiellore (supralunar) janë absolutisht të kundërta në përbërjen e tyre fizike dhe kimike dhe natyrën e lëvizjes.
Në shekujt Х1У-Х>/1, gjatë Rilindjes, u shfaqën përsëri modelet natyrore-filozofike të Universit. Ato karakterizohen, nga njëra anë, nga një rikthim në gjerësinë dhe pikëpamjet filozofike të lashtësisë dhe, nga ana tjetër, nga logjika dhe matematika strikte e trashëguar nga mesjeta. Si rezultat i kërkimeve teorike, Nicholas of Cusa, N. Copernicus, J. Bruno ofrojnë modele të Universit me hapësirë të pafundme, kohë lineare të pakthyeshme, një sistem diellor heliocentrik dhe shumë botë të ngjashme. G. Galileo, duke vazhduar këtë traditë, studioi ligjet e lëvizjes - vetinë e inercisë dhe ishte i pari që përdori me vetëdije modelet mendore (konstruktet që më vonë u bënë baza e fizikës teorike), gjuhën matematikore, të cilën ai e konsideroi gjuhën universale të Universi, kombinimi metodat empirike dhe hipoteza teorike, të cilat përvoja duhet të konfirmojë ose hedhin poshtë, dhe, së fundi, vëzhgimet astronomike me teleskop, të cilat zgjeruan shumë mundësitë e shkencës.
G. Galileo, R. Descartes, I. Kepler hodhën themelet e ideve moderne fizike dhe kozmogonike për botën, dhe në bazë të tyre dhe në bazë të ligjeve të mekanikës të zbuluara nga Njutoni në fundi i XVII në. u formua modeli i parë shkencor kozmologjik i Universit, i quajtur Njutoniani klasik. Sipas këtij modeli, Universi: O është statik (stacionar), d.m.th. mesatarisht, e pandryshuar me kalimin e kohës; O është homogjen - të gjitha pikat e tij janë të barabarta; O izotropike - të gjitha drejtimet janë të barabarta; o i përjetshëm dhe i pafund hapësinor, për më tepër, hapësira dhe koha janë absolute - ato nuk varen nga njëra-tjetra dhe nga masat lëvizëse; O ka një dendësi të materies jo zero; O ka një strukturë që kuptohet plotësisht në gjuhën e sistemit të disponueshëm të njohurive fizike, që nënkupton ekstrapolimin e pafund të ligjeve të mekanikës, ligjin e gravitetit universal, që janë ligjet bazë për lëvizjen e të gjithë trupave kozmikë.
Përveç kësaj, parimi i veprimit me rreze të gjatë është i zbatueshëm në Univers, d.m.th. përhapja e menjëhershme e sinjalit; uniteti i universit sigurohet nga një strukturë e vetme - struktura atomike e materies.
Baza empirike e këtij modeli ishin të gjitha të dhënat e marra në vëzhgimet astronomike, për përpunimin e tyre u përdor një aparat modern matematikor. Ky ndërtim mbështetej në determinizmin dhe materializmin e filozofisë racionaliste të kohëve moderne. Pavarësisht kontradiktave të zbuluara (paradokset fotometrike dhe gravitacionale janë pasojat e ekstrapolimit të modelit në pafundësi), atraktiviteti i botëkuptimit dhe qëndrueshmëria logjike, si dhe potenciali heuristik, e bënë modelin Njutonian të vetmin e pranueshëm për kozmologët deri në shekullin e 20-të.
Zbulimet e shumta të bëra në shekujt 19 dhe 20 nxitën nevojën për të rishikuar pikëpamjet mbi universin: prania e presionit të dritës, pjesëtueshmëria e atomit, defekti në masë, modeli i strukturës së atomit, gjeometritë joplanare. të Riemann-it dhe Lobachevsky-t, por vetëm me ardhjen e teorisë së relativitetit u bë e mundur një teori e re kuantike-relativiste, model i universit.
Nga ekuacionet e teorisë speciale (SRT, 1905) dhe të përgjithshme (GR, 1916) të teorisë së relativitetit nga A. Einstein, rezulton se hapësira dhe koha janë të ndërlidhura në një metrikë të vetme, varen nga lënda në lëvizje: me shpejtësi afër shpejtësisë së drita, hapësira është e ngjeshur, koha është e shtrirë dhe afër masave të fuqishme kompakte, hapësirë-koha është e lakuar, në këtë mënyrë modeli i Universit gjeometrizohet. Madje pati përpjekje për të përfaqësuar të gjithë Universin si një hapësirë-kohë të lakuar, nyjet dhe defektet e së cilës interpretoheshin si masa.
Ajnshtajni, duke zgjidhur ekuacionet për Universin, mori një model të kufizuar në hapësirë dhe të palëvizshëm. Por për të ruajtur stacionaritetin, ai duhej të fuste një term shtesë lambda në zgjidhje, të pambështetur empirikisht nga asgjë, ekuivalent në veprimin e tij me një fushë që kundërshton gravitetin në distanca kozmologjike. Megjithatë, në 1922-1924. A.A. Friedman propozoi një zgjidhje të ndryshme për këto ekuacione, nga e cila ndiqte mundësia e marrjes së tre modeleve të ndryshme të Universit në varësi të densitetit të materies, por të tre modelet ishin jo-stacionare (në zhvillim) - një model me zgjerim, kompresim të alternuar, një model oscilues dhe një model me zgjerim të pafund. Në atë kohë, refuzimi i stacionaritetit të Universit ishte një hap vërtet revolucionar dhe u perceptua nga shkencëtarët me shumë vështirësi, pasi dukej në kundërshtim me të gjitha pikëpamjet e vendosura shkencore dhe filozofike mbi natyrën, duke çuar në mënyrë të pashmangshme në kreacionizëm.
Konfirmimi i parë eksperimental i jostacionaritetit të Universit u mor në 1929 - Hubble zbuloi zhvendosjen e kuqe në spektrat e galaktikave të largëta, e cila, sipas efektit Doppler, tregoi zgjerimin e Universit (jo të gjithë kozmologët e ndanë këtë interpretim atëherë ). Në vitet 1932-1933 Teoricieni belg J. Lemegre propozoi një model të Universit me një "fillim të nxehtë", të ashtuquajturin "Big Bang". Por përsëri në vitet 1940 dhe 1950. ofruar modele alternative(me lindjen e grimcave nga fusha c, nga vakuumi), të cilat ruajnë stacionaritetin e Universit.
Në vitin 1964, shkencëtarët amerikanë, astrofizikani A. Penzias dhe radioastronomi K. Wilson, zbuluan rrezatimin homogjen të sfondit të mikrovalës kozmike izotropike, duke treguar qartë "fillimin e nxehtë" të Universit. Ky model është bërë dominant dhe është njohur nga shumica e kozmologëve. Megjithatë, kjo pikë "fillimi" në vetvete, pika e singularitetit, shkaktoi shumë probleme dhe mosmarrëveshje si për mekanizmin e "Big Bengut" dhe për shkak se sjellja e sistemit (universit) pranë tij nuk mund të përshkruhej brenda kuadri i teorive të njohura shkencore (temperatura dhe dendësia pafundësisht e lartë duhej të kombinoheshin me përmasa infiniteminale). Në shekullin XX. janë paraqitur shumë modele të universit - nga ato që hodhën poshtë teorinë e relativitetit si bazë, te ato që ndryshuan disa faktorë në modelin bazë, për shembull, "struktura e huallit të universit" ose teoria e fijeve. Pra, për të hequr kontradiktat që lidhen me singularitetin, në vitet 1980-1982. astronomi amerikan P. Steinhart dhe astrofizikani sovjetik A. Linde propozuan një modifikim të modelit të universit në zgjerim - një model me një fazë inflacioniste (modeli i "Universit që fryn"), në të cilin momentet e para pas "Big Bang" morën një interpretim i ri. Ky model vazhdoi të rafinohej më vonë, ai hoqi një sërë problemesh dhe kontradiktash të rëndësishme në kozmologji. Kërkimi nuk ndalet as sot: hipoteza e paraqitur nga një grup shkencëtarësh japonezë për origjinën e fushave magnetike parësore është në përputhje të mirë me modelin e përshkruar më sipër dhe na lejon të shpresojmë të fitojmë njohuri të reja rreth fazave të hershme të ekzistencës së universi.
Si objekt studimi, Universi është shumë kompleks për ta studiuar në mënyrë deduktive; janë pikërisht metodat e ekstrapolimit dhe modelimit që bëjnë të mundur ecjen përpara në njohuritë e tij. Megjithatë, këto metoda kërkojnë respektimin e saktë të të gjitha procedurave (që nga formulimi i problemit, zgjedhja e parametrave, shkalla e ngjashmërisë së modelit dhe origjinalit deri në interpretimin e rezultateve), madje edhe nëse të gjitha kërkesat janë përmbushur në mënyrë ideale. , rezultatet e hulumtimit do të jenë të një natyre thelbësisht probabiliste.
Matematizimi i njohurive, i cili rrit ndjeshëm aftësitë heuristike të shumë metodave, është trend i përgjithshëm shkenca e shekullit të 20-të Kozmologjia nuk ishte përjashtim: u ngrit një lloj modelimi mendor - modelimi matematik, metoda e hipotezës matematikore. Thelbi i tij është se fillimisht zgjidhen ekuacionet dhe më pas kërkohet një interpretim fizik i zgjidhjeve të marra. Kjo procedurë, e cila nuk është tipike për shkencën e së kaluarës, ka një potencial kolosal heuristik. Ishte kjo metodë që e çoi Friedmanin të krijonte një model të Universit në zgjerim, ishte në këtë mënyrë që u zbulua pozitroni dhe u bënë shumë zbulime më të rëndësishme në shkencë në fund të shekullit të 20-të.
modelet kompjuterike, duke përfshirë edhe modelimin e Universit, lindin nga zhvillimi i teknologjisë kompjuterike. Në bazë të tyre janë përmirësuar modelet e Universit me fazë inflacioni; në fillimi i XXI në. përpunoi sasi të mëdha informacioni të marrë nga një sondë hapësinore dhe krijoi një model për zhvillimin e Universit, duke marrë parasysh "materinë e errët" dhe "energjinë e errët".
Me kalimin e kohës, interpretimi i shumë koncepteve themelore ka ndryshuar.
Vakuumi fizik nuk kuptohet më si një zbrazëti, jo si një eter, por si një gjendje komplekse me një përmbajtje potenciale (virtuale) të materies dhe energjisë. U konstatua se i njohur shkenca moderne trupat dhe fushat kozmike përbëjnë një përqindje të vogël të masës së universit, dhe shumica Masa qëndron në zbulimin indirekt të tyre të "materies së errët" dhe "energjisë së errët". Studimet e fundit kanë treguar se një pjesë e konsiderueshme e kësaj energjie vepron në zgjerimin, shtrirjen, grisjen e Universit, gjë që mund të çojë në një përshpejtim fiks të zgjerimit. Në këtë drejtim, skenari i së ardhmes së mundshme të Universit kërkon rishikim.Kategoria e kohës është një nga kategoritë më të diskutuara në kozmologji. Shumica e studiuesve i japin një karakter objektiv kohës, por sipas traditës që vjen nga Agustini dhe I. Kanti, koha dhe hapësira janë forma të soditjes sonë, d.m.th. ato interpretohen subjektivisht. Koha konsiderohet ose si një parametër që nuk varet nga asnjë faktor (koncepti substancial, që vjen nga Demokriti dhe qëndron në bazë të modelit klasik Njutonian të Universit), ose si një parametër që lidhet me zhvendosjen e materies (koncepti relacional, që vjen nga Aristoteli dhe duke u bërë baza e modelit kuantik-relativist të Universit). Më i zakonshmi është koncepti dinamik, i cili e paraqet kohën si lëvizje (flasin për kalimin e kohës), por është paraqitur edhe koncepti i kundërt, ai statik. Koha në modele të ndryshme është ose ciklike, ose e fundme, ose e pafundme dhe lineare. Thelbi i kohës lidhet më shpesh me kauzalitetin. Probleme të tilla diskutohen si vërtetimi i alokimit të momentit aktual të kohës, drejtimi i tij, anizotropia, pakthyeshmëria, universaliteti i kohës, d.m.th. A ekziston koha në të gjitha gjendjet e universit dhe a është gjithmonë njëdimensionale apo mund të ketë një dimension tjetër dhe as të mos ekzistojë në kushte të caktuara(për shembull, në pikën e singularitetit). Pyetja më pak e zhvilluar ka të bëjë me veçoritë e kohës në sistemet komplekse: biologjike, mendore, sociale.
Kur krijohen modele të Universit, disa konstante luajnë një rol thelbësor - konstanta gravitacionale, Konstantja e Plankut, shpejtësia e dritës, dendësia mesatare e materies, numri i dimensioneve të hapësirë-kohës. Duke eksploruar këto konstante, disa kozmologë kanë arritur në përfundimin se me vlerat e tjera të këtyre konstanteve, forma komplekse të materies nuk do të ekzistonin në Univers, për të mos përmendur jetën, dhe aq më tepër mendjen.
REFERENCAT
Evsyukov V.V. Mitet për universin. Novosibirsk, 1988.
Latypov H.H., Beilin V.A., Vereshkov G.M. Vakuumi, grimcat elementare dhe Universi. M., 2001.
Linde A.D. Fizika grimcat elementare dhe kozmologjia inflacioniste. M., 1990.
Nadtochaev A.S. Filozofia dhe shkenca në epokën e antikitetit. M., 1990.
Novikov I.D. Evolucioni i Universit. M., 1990.
Pavlenko A.N. Kozmologjia Evropiane: Bazat e Kthimit Epistemologjik. M., 1997.
Hawking S. Nga Big Bang në Vrimat e Zeza. M., 1990.
Prezantimi
Që nga kohërat e lashta, mendimi njerëzor është përpjekur të zgjidhë problemin e origjinës së botës sonë, shfaqjen dhe fatin e ardhshëm të universit. Kjo pyetje i përket pyetje të përjetshme, dhe, me siguri, nuk do të pushojë kurrë së ngacmuari mendjet e njerëzve. Në kohë të ndryshme është propozuar zgjidhje të ndryshme problemin e specifikuar. Sipas njërit prej tyre, bota u krijua dhe dikur filloi të ekzistonte; sipas të tjerëve, bota është e përjetshme dhe nuk ka fillim. Ekzistojnë gjithashtu këndvështrime të tilla, sipas të cilave universi lind periodikisht dhe shkatërrohet.
Origjina dhe evolucioni i universit
Universi u ngrit rreth 20 miliardë vjet më parë nga disa protomaterë të dendur dhe të nxehtë. Sot, mund të merret me mend vetëm se si ishte kjo substancë paraardhëse e Universit, si u formua, çfarë ligjesh iu bind dhe çfarë lloj procesesh e çuan atë në zgjerim. Ekziston një këndvështrim që që në fillim protomateria filloi të zgjerohej me një shpejtësi gjigante. Në fazën fillestare, kjo substancë e dendur u shpërnda, u shpërnda në të gjitha drejtimet dhe ishte një përzierje homogjene që ziente grimcash të paqëndrueshme që shpërbëheshin vazhdimisht gjatë përplasjeve. Duke u ftohur dhe duke ndërvepruar gjatë miliona viteve, e gjithë kjo masë materies e shpërndarë në hapësirë u përqendrua në formacione të mëdha dhe të vogla gazi, të cilat gjatë qindra miliona viteve, duke u afruar dhe duke u bashkuar, u kthyen në komplekse të mëdha. Nga ana tjetër, zona më të dendura u ngritën në to - më pas, yjet dhe madje edhe galaktika të tëra u formuan atje. Si rezultat i paqëndrueshmërisë gravitacionale, "formacionet protoyjore" të dendura me masa afër masës së Diellit mund të formohen në zona të ndryshme të galaktikave të formuara. Procesi i ngjeshjes që ka filluar do të përshpejtohet nën ndikimin e fushës së tij gravitacionale. Ky proces shoqëron renie e lire grimcat e reve në qendrën e saj - ndodh ngjeshja gravitacionale. Në qendër të resë, formohet një vulë, e përbërë nga hidrogjen molekular dhe helium. Një rritje e densitetit dhe temperaturës në qendër çon në kalbjen e molekulave në atome, jonizimin e atomeve dhe formimin e një bërthame të dendur të një protoylli. Ekziston një hipotezë për gjendjen ciklike të Universit. Që lind një herë nga një mpiksje materies tepër e dendur. Universi, ndoshta tashmë në ciklin e parë, ka gjeneruar brenda vetes miliarda sisteme yjore dhe planetë. Por më pas, në mënyrë të pashmangshme, Universi fillon të përpiqet drejt gjendjes nga e cila filloi historia e ciklit, zhvendosja e kuqe zëvendësohet nga vjollca, rrezja e Universit zvogëlohet gradualisht dhe, në fund, substanca e Universit kthehet në gjendja e tij origjinale e mbidendur, duke shkatërruar pamëshirshëm gjithë jetën në rrugën drejt saj. Dhe kështu përsëritet çdo herë, në çdo cikël në përjetësi! Nga fillimi i viteve 1930, besohej se përbërësit kryesorë të Universit janë galaktikat, secila prej të cilave, mesatarisht, përbëhet nga 100 miliardë yje. Dielli, së bashku me sistemin planetar, hyn në galaktikën tonë, pjesa më e madhe e yjeve të të cilit ne i vëzhgojmë në formën e Rrugës së Qumështit. Përveç yjeve dhe planetëve. galaktika përmban sasi të konsiderueshme gazra të rrallë dhe pluhur kozmik. A është Universi i fundëm apo i pafund, cila është gjeometria e tij - këto dhe shumë pyetje të tjera lidhen me evolucionin e Universit, në veçanti me zgjerimin e vëzhguar. Nëse, siç besohet aktualisht, shpejtësia e "zgjerimit" të galaktikave rritet me 75 km / s për çdo milion parsekë, atëherë ekstrapolimi në të kaluarën çon në një rezultat befasues: rreth 10-20 miliardë vjet më parë, i gjithë Universi ishte i përqendruar në një zonë shumë të vogël. Shumë shkencëtarë besojnë se në atë kohë dendësia e universit ishte e njëjtë me atë të një bërthame atomike. E thënë thjesht, Universi atëherë ishte një "rënie bërthamore" gjigante. Për disa arsye, kjo "rënie" erdhi në një gjendje të paqëndrueshme dhe shpërtheu. Ne tani po i shohim pasojat e këtij shpërthimi si një sistem galaktikash. Goditja më e rëndë ndaj paprekshmërisë së Universit u shkaktua nga rezultatet e matjeve të shpejtësive të largimit të galaktikave të marra nga shkencëtari i famshëm amerikan E. Hubble. Ai zbuloi se çdo galaktikë po largohet nga ne mesatarisht me një shpejtësi proporcionale me distancën prej saj. Ky zbulim shkatërroi përfundimisht idenë e një Universi statik, të palëkundur që ekzistonte që nga koha e Aristotelit, i cili, megjithatë, tashmë ishte tronditur në lidhje me zbulimin e evolucionit të yjeve. Kjo do të thotë se galaktikat nuk janë aspak fenerë kozmikë të varur në distanca të barabarta nga njëra-tjetra, dhe, për më tepër, duke qenë se ato janë duke u larguar, atëherë në një kohë në të kaluarën ata duhet të kenë qenë më afër nesh. Rreth 20 miliardë vjet më parë, të gjitha galaktikat, me sa duket, ishin të përqendruara në një pikë, nga e cila filloi zgjerimi i shpejtë i Universit në madhësi moderne. Por ku është kjo pikë? Përgjigje: askund dhe në të njëjtën kohë kudo; është e pamundur të specifikohet vendndodhja e saj, do të ishte në kundërshtim me parimin bazë të kozmologjisë. Një krahasim tjetër mund të ndihmojë për të kuptuar këtë deklaratë. Sipas teori e përgjithshme relativiteti, prania e materies në hapësirë çon në lakimin e saj. Në prani të një sasie të mjaftueshme të materies, është e mundur të ndërtohet një model i hapësirës së lakuar. Duke lëvizur përgjatë tokës në një drejtim, ne përfundimisht, pasi kemi udhëtuar 40,000 km, duhet të kthehemi në pikën e fillimit. Në një univers të lakuar, e njëjta gjë do të ndodhë, por pas 40 miliardë vitesh dritë; përveç kësaj, "trëndafili i erës" nuk kufizohet në katër pjesë të botës, por përfshin gjithashtu drejtime lart e poshtë. Pra, Universi i ngjan një tullumbaceje, mbi të cilën vizatohen galaktikat dhe, si në një rruzull, paralele dhe meridiane vizatohen për të përcaktuar pozicionin e pikave; por në rastin e universit, është e nevojshme të përdoren jo dy, por tre dimensione për të përcaktuar pozicionin e galaktikave. Zgjerimi i Universit i ngjan procesit të fryrjes së këtij tullumbace: rregullimi i ndërsjellë i objekteve të ndryshme në sipërfaqen e tij nuk ndryshon, nuk ka pika të zgjedhura në tullumbace. Për të vlerësuar sasinë totale të materies në univers, ju vetëm duhet të numëroni të gjitha galaktikat rreth nesh. Duke vepruar kështu, ne do të marrim më pak materie nga sa është e nevojshme në mënyrë që, sipas Ajnshtajnit, të mbyllet, " tullumbace» Universi. Ekzistojnë modele të universit të hapur, interpretimi matematik i të cilave është po aq i thjeshtë dhe që shpjegojnë mungesën e materies. Nga ana tjetër, mund të rezultojë se në Univers nuk ka vetëm materie në formën e galaktikave, por edhe një substancë të padukshme në sasinë e nevojshme që Universi të mbyllet; polemikat për këtë çështje ende nuk janë shuar.
Roli krijues i vakumit fizik
Duke folur fjalën "vakum", zakonisht imagjinojmë një medium jashtëzakonisht të rrallë, i cili ose studiohet në laboratorë të veçantë ose vëzhgohet në hapësirën e jashtme. Megjithatë, vakum nuk është zbrazëti, por diçka krejtësisht e ndryshme: një gjendje e veçantë e materies, e pavëzhgueshme në jetën e përditshme, e quajtur vakum fizik.
Sigurisht, nuk ka grimca të zakonshme (reale) në një vëllim bosh, por teoria kuantike parashikon ekzistencën e shumë grimcave të tjera, të quajtura virtuale. Grimca të tilla janë të afta në kushte të caktuara të shndërrohen në grimca reale.
Jetëgjatësia për grimcat me masën time është rreth
Me. Kjo vlerë është shumë e vogël dhe ata nuk flasin aq shumë për "jetën", sa për një shpërthim afatshkurtër të jetës së grimcave shumë të çuditshme dhe fushave që lidhen me to.Pra, një det grimcash të pavëzhgueshme, gati në kushte të caktuara për t'u bërë e zakonshme.
Gjendja e vakumit fizik mund të karakterizohet vlera më e vogël energjia e fushave kuantike të tilla si një fushë skalare që duhet të ekzistojë në një vakum. Korresponduese me këtë fushë është grimca hipotetike Higgs (e quajtur sipas shkencëtarit Higgs që e propozoi), e cila është një shembull i një bosoni super të rëndë, masa e të cilit, ndoshta, është
herë sa masa e një protoni. Grimca të tilla mund të lindin në një temperaturë prej K. Ka projekte të përshpejtuesve të mëdhenj, ku, duke vëzhguar ndërveprimin e grimcave, shkencëtarët shpresojnë të konfirmojnë realitetin e ekzistencës së Higgs.Një nga projektet që inxhinierët dhe fizikantët amerikanë po planifikojnë të zbatojnë në fund të shekullit. Do të jetë një përshpejtues shumë i fuqishëm i rrezeve përplasëse dhe magnetët superpërçues do të përdoren për të reduktuar konsumin e energjisë në objektin unazorë me një perimetër prej 84 km. Përshpejtuesi i ardhshëm quhet superpërcjellësi SSC superpërcjellës.
Një nga vetitë mahnitëse të vakumit fizik lidhet me faktin se ai krijon presion negativ dhe, për rrjedhojë, mund të jetë burim i forcave refuzuese në natyrë. Kjo pronë luan ekskluzivisht rol i rendesishem në skenarin e "universit të fryrë".
Paradokset e Universit të palëvizshëm
Në 1744, astronomi zviceran Jean Philippe de Chezo zbuloi paradoksin fotometrik të lidhur me pafundësinë e supozuar të universit. Thelbi i tij është si vijon: nëse ka yje të panumërt në një univers të pafund, atëherë në çdo drejtim vështrimi i një vëzhguesi tokësor sigurisht që do të ndeshej me ndonjë yll, dhe atëherë qielli do të kishte një shkëlqim të krahasueshëm me shkëlqimin e diellit, i cili realisht nuk vërehet. Në 1826, astronomi gjerman Heinrich Olbers arriti në mënyrë të pavarur të njëjtat përfundime. Që atëherë, paradoksi fotometrik është quajtur paradoksi Szezo-Olbers. Shkencëtarët u përpoqën në mënyra të ndryshme për të eliminuar këtë paradoks, duke supozuar rregullimin e pabarabartë të yjeve ose thithjen e dritës nga retë ndëryjore të gazit dhe pluhurit, siç u përpoqën të bënin Szezo dhe Olbers. Megjithatë, siç u tregua më vonë, retë e gazit dhe pluhurit duhet të jenë ngrohur dhe vetë kanë ri-emetuar rrezet e zhytura, dhe ky fakt nuk ka lejuar të shmanget paradoksi fotometrik.
Në 1895, astronomi gjerman Hugo Seeliger zbuloi paradoksin gravitacional, i lidhur gjithashtu me pafundësinë e supozuar të universit. Thelbi i tij është si vijon: nëse ka yje (masa) të panumërta të shpërndara në mënyrë të barabartë në një univers të pafund, atëherë forca e tyre gravitacionale që vepron në çdo trup bëhet ose pafundësisht e madhe ose e pacaktuar (në varësi të metodës së llogaritjes), gjë që nuk vërehet. Dhe në këtë rast, u bënë përpjekje për të shmangur paradoksin gravitacional duke supozuar një formulë të ndryshme për forcën gravitacionale në ligjin e gravitetit, ose duke supozuar se dendësia e masës në univers është afër zeros. Por vëzhgimet e sakta të lëvizjes së planetëve të sistemit diellor i hodhën poshtë këto supozime. Paradoksi mbeti në vend.
Historikisht, idetë për Universin janë zhvilluar gjithmonë në kuadrin e modeleve mendore të Universit, duke filluar nga mitet antike. Në mitologjinë e pothuajse çdo kombi, një vend domethënës zënë mitet për Universin - origjina, thelbi, struktura, marrëdhëniet dhe shkaqet e mundshme të fundit. Në shumicën e miteve të lashta, bota (Universi) nuk është e përjetshme, ajo u krijua nga forca më të larta nga ndonjë parim themelor (substanca), zakonisht nga uji ose kaosi. Koha në idetë e lashta kozmogonike është më së shpeshti ciklike, d.m.th. ngjarjet e lindjes, ekzistencës dhe vdekjes së Universit ndjekin njëra-tjetrën në një rreth, si të gjitha objektet në natyrë. Universi është një tërësi e vetme, të gjithë elementët e tij janë të ndërlidhur, thellësia e këtyre lidhjeve është e ndryshme deri në transformimet e mundshme reciproke, ngjarjet pasojnë njëra-tjetrën, duke zëvendësuar njëra-tjetrën (dimër dhe verë, ditë dhe natë). Ky rend botëror është kundër kaosit. Hapësira e botës është e kufizuar. Fuqitë më të larta (nganjëherë perëndi) veprojnë ose si krijues të Universit ose si roje të rendit botëror. Struktura e Universit në mite nënkupton një shtresim: së bashku me botën e dukshme (të mesme), ekzistojnë botët e sipërme dhe të poshtme, boshti i Universit (shpesh në formën e një peme ose mali botëror), qendra e botë - një vend i pajisur me veti të veçanta të shenjta, ekziston një lidhje midis shtresave individuale të botës. Ekzistenca e botës konceptohet në mënyrë regresive - nga "epoka e artë" në rënie dhe vdekje. Një njeri në mitet e lashta mund të jetë një analog i të gjithë Kozmosit (e gjithë bota është krijuar nga një krijesë gjigante e ngjashme me një njeri gjigant), gjë që forcon lidhjen midis njeriut dhe Universit. Në modelet e lashta, njeriu nuk zë kurrë një vend qendror. Në shekujt VI-V. para Krishtit. po krijohen modelet e para natyrore-filozofike të Universit, më të zhvilluara në Greqinë e Lashtë. Koncepti kufizues në këto modele është Kozmosi në tërësi, i bukur dhe i ngjashëm me ligjin. Pyetja se si u formua bota plotësohet me pyetjen se nga është e përbërë bota, si ndryshon ajo. Përgjigjet nuk janë më të formuluara në formë figurative, por në gjuhë abstrakte, filozofike. Koha në modele më shpesh ka ende një karakter ciklik, por hapësira është e kufizuar. Si substancë, veprojnë të dy elementët e veçantë (uji, ajri, zjarri - në shkollën e Miletit dhe Heraklitus), një përzierje elementesh dhe një Kozmos i vetëm, i palëvizshëm i pandashëm (ndër Eleatikët), një numër i ontologjizuar (ndër Pitagorianët). njësi strukturore të pandashme - atome që sigurojnë unitetin e botës - te Demokriti. Është modeli i Demokritit i Universit që është i pafund në hapësirë. Filozofët natyrorë përcaktuan statusin e objekteve kozmike - yjet dhe planetët, ndryshimet midis tyre, rolin e tyre dhe pozicionin relativ në Univers. Në shumicën e modeleve, lëvizja luan një rol të rëndësishëm. Kozmosi është ndërtuar sipas një ligji të vetëm - Logos, dhe njeriu gjithashtu i nënshtrohet të njëjtit ligj - një mikrokozmos, një kopje e reduktuar e Kozmosit. Zhvillimi i pikëpamjeve të Pitagorës, duke gjeometrizuar Kozmosin dhe për herë të parë duke e paraqitur qartë atë si një sferë që rrotullohet rreth zjarrit qendror dhe e rrethuar prej tij, u mishërua në dialogët e mëvonshëm të Platonit. Kulmi logjik i pikëpamjeve të antikitetit mbi Kozmosin për shumë shekuj u konsiderua modeli i Aristotelit, i përpunuar matematikisht nga Ptolemeu. Në një formë disi të thjeshtuar, ky model, i mbështetur nga autoriteti i kishës, ekzistonte për rreth 2 mijë vjet. Sipas Aristotelit, Universi: o është një tërësi gjithëpërfshirëse, e përbërë nga tërësia e të gjithë trupave të perceptuar; o i një lloji; o i kufizuar hapësinor, i kufizuar nga sfera qiellore ekstreme, pas saj "nuk ka as zbrazëti, as vend"; O i përjetshëm, i pafilluar dhe i pafund në kohë. Në të njëjtën kohë, Toka është e palëvizshme dhe ndodhet në qendër të Universit, tokësore dhe qiellore (supralunar) janë absolutisht të kundërta në përbërjen e tyre fizike dhe kimike dhe natyrën e lëvizjes. Në shekujt 15-16, gjatë Rilindjes, u rishfaqën modelet natyrore-filozofike të Universit. Ato karakterizohen, nga njëra anë, nga një rikthim në gjerësinë dhe pikëpamjet filozofike të lashtësisë dhe, nga ana tjetër, nga logjika dhe matematika strikte e trashëguar nga mesjeta. Si rezultat i kërkimeve teorike, Nicholas of Cusa, N. Copernicus, J. Bruno ofrojnë modele të Universit me hapësirë të pafundme, kohë lineare të pakthyeshme, një sistem diellor heliocentrik dhe shumë botë të ngjashme. G. Galileo, duke vazhduar këtë traditë, hetoi ligjet e lëvizjes - një veti e inercisë dhe ishte i pari që përdori me vetëdije modelet mendore (konstruksione që më vonë u bënë baza e fizikës teorike), gjuhën matematikore, të cilën ai e konsideroi si gjuhë universale të Universi, një kombinim i metodave empirike dhe një hipoteze teorike që përvoja duhet të konfirmojë ose hedh poshtë, dhe së fundi, vëzhgimet astronomike me teleskop, të cilat zgjeruan shumë mundësitë e shkencës. G. Galileo, R. Descartes, I. Kepler hodhën themelet e ideve moderne fizike dhe kozmogonike për botën, dhe në bazë të tyre dhe në bazë të ligjeve të mekanikës të zbuluara nga Njutoni në fund të shekullit të 17-të. u formua modeli i parë shkencor kozmologjik i Universit, i quajtur Njutoniani klasik. Sipas këtij modeli, Universi: O është statik (stacionar), d.m.th. mesatarisht, e pandryshuar me kalimin e kohës; O është homogjen - të gjitha pikat e tij janë të barabarta; O izotropike - të gjitha drejtimet janë të barabarta; o i përjetshëm dhe i pafund hapësinor, për më tepër, hapësira dhe koha janë absolute - ato nuk varen nga njëra-tjetra dhe nga masat lëvizëse; O ka një dendësi të materies jo zero; O ka një strukturë që kuptohet plotësisht në gjuhën e sistemit të disponueshëm të njohurive fizike, që nënkupton ekstrapolimin e pafund të ligjeve të mekanikës, ligjin e gravitetit universal, që janë ligjet bazë për lëvizjen e të gjithë trupave kozmikë. Përveç kësaj, parimi i veprimit me rreze të gjatë është i zbatueshëm në Univers, d.m.th. përhapja e menjëhershme e sinjalit; uniteti i universit sigurohet nga një strukturë e vetme - struktura atomike e materies. Baza empirike e këtij modeli ishin të gjitha të dhënat e marra në vëzhgimet astronomike, për përpunimin e tyre u përdor një aparat modern matematikor. Ky ndërtim mbështetej në determinizmin dhe materializmin e filozofisë racionaliste të kohëve moderne. Pavarësisht kontradiktave të zbuluara (paradokset fotometrike dhe gravitacionale janë pasojat e ekstrapolimit të modelit në pafundësi), atraktiviteti i botëkuptimit dhe qëndrueshmëria logjike, si dhe potenciali heuristik, e bënë modelin Njutonian të vetmin e pranueshëm për kozmologët deri në shekullin e 20-të. Zbulimet e shumta të bëra në shekujt 19 dhe 20 nxitën nevojën për të rishikuar pikëpamjet mbi universin: prania e presionit të dritës, pjesëtueshmëria e atomit, defekti në masë, modeli i strukturës së atomit, gjeometritë joplanare. të Riemann-it dhe Lobachevsky-t, por vetëm me ardhjen e teorisë së relativitetit u bë e mundur një teori e re kuantike-relativiste, model i universit. Nga ekuacionet e teorisë speciale (SRT, 1905) dhe të përgjithshme (GR, 1916) të teorisë së relativitetit nga A. Einstein, rezulton se hapësira dhe koha janë të ndërlidhura në një metrikë të vetme, varen nga lënda në lëvizje: me shpejtësi afër shpejtësisë së drita, hapësira është e ngjeshur, koha është e shtrirë dhe afër masave të fuqishme kompakte, hapësirë-koha është e lakuar, në këtë mënyrë modeli i Universit gjeometrizohet. Madje pati përpjekje për të përfaqësuar të gjithë Universin si një hapësirë-kohë të lakuar, nyjet dhe defektet e së cilës interpretoheshin si masa. Ajnshtajni, duke zgjidhur ekuacionet për Universin, mori një model të kufizuar në hapësirë dhe të palëvizshëm. Por për të ruajtur stacionaritetin, ai duhej të fuste një term shtesë lambda në zgjidhje, të pambështetur empirikisht nga asgjë, ekuivalent në veprimin e tij me një fushë që kundërshton gravitetin në distanca kozmologjike. Megjithatë, në 1922-1924. A.A. Friedman propozoi një zgjidhje të ndryshme për këto ekuacione, nga e cila ndiqte mundësia e marrjes së tre modeleve të ndryshme të Universit në varësi të densitetit të materies, por të tre modelet ishin jo-stacionare (në zhvillim) - një model me zgjerim, kompresim të alternuar, një model oscilues dhe një model me zgjerim të pafund. Në atë kohë, refuzimi i stacionaritetit të Universit ishte një hap vërtet revolucionar dhe u perceptua nga shkencëtarët me shumë vështirësi, pasi dukej në kundërshtim me të gjitha pikëpamjet e vendosura shkencore dhe filozofike mbi natyrën, duke çuar në mënyrë të pashmangshme në kreacionizëm. Konfirmimi i parë eksperimental i ™ jo-stacionare të Universit u mor në 1929 - Hubble zbuloi zhvendosjen e kuqe në spektrat e galaktikave të largëta, e cila, sipas efektit Doppler, tregoi zgjerimin e Universit (jo të gjithë kozmologët ndanë këtë interpretim pastaj). Në vitet 1932-1933 Teoricieni belg J. Lemaitre propozoi një model të Universit me një "fillim të nxehtë", të ashtuquajturin "Big Bang". Por përsëri në vitet 1940 dhe 1950. U propozuan modele alternative (me lindjen e grimcave nga fusha c, nga vakuumi) që ruajnë stacionaritetin e Universit. Në vitin 1964, shkencëtarët amerikanë - astrofizikani A. Penzias dhe radio astronomi C. Wilson zbuluan një izotrop homogjen. rrezatimi i sfondit , duke treguar qartë "fillimin e nxehtë" të Universit. Ky model është bërë dominant dhe është njohur nga shumica e kozmologëve. Megjithatë, kjo pikë "fillimi" në vetvete, pika e singularitetit, shkaktoi shumë probleme dhe mosmarrëveshje si për mekanizmin e "Big Bengut" dhe për shkak se sjellja e sistemit (universit) pranë tij nuk mund të përshkruhej brenda kuadri i teorive të njohura shkencore (temperatura dhe dendësia pafundësisht e lartë duhej të kombinoheshin me përmasa infiniteminale). Në shekullin XX. janë paraqitur shumë modele të universit - nga ato që hodhën poshtë teorinë e relativitetit si bazë, te ato që ndryshuan disa faktorë në modelin bazë, për shembull, "struktura e huallit të universit" ose teoria e fijeve. Pra, për të hequr kontradiktat që lidhen me singularitetin, në vitet 1980-1982. astronomi amerikan P. Steinhart dhe astrofizikani sovjetik A. Linde propozuan një modifikim të modelit të universit në zgjerim - një model me një fazë inflacioniste (modeli i "Universit që fryn"), në të cilin momentet e para pas "Big Bang" morën një interpretim i ri. Ky model vazhdoi të rafinohej më vonë, ai hoqi një sërë problemesh dhe kontradiktash të rëndësishme në kozmologji. Kërkimi nuk ndalet as sot: hipoteza e paraqitur nga një grup shkencëtarësh japonezë për origjinën e fushave magnetike parësore është në përputhje të mirë me modelin e përshkruar më sipër dhe na lejon të shpresojmë të fitojmë njohuri të reja rreth fazave të hershme të ekzistencës së universi. Si objekt studimi, Universi është shumë kompleks për ta studiuar në mënyrë deduktive; janë pikërisht metodat e ekstrapolimit dhe modelimit që bëjnë të mundur ecjen përpara në njohuritë e tij. Megjithatë, këto metoda kërkojnë respektimin e saktë të të gjitha procedurave (që nga formulimi i problemit, zgjedhja e parametrave, shkalla e ngjashmërisë së modelit dhe origjinalit deri në interpretimin e rezultateve), madje edhe nëse të gjitha kërkesat janë përmbushur në mënyrë ideale. , rezultatet e hulumtimit do të jenë të një natyre thelbësisht probabiliste. Matematizimi i njohurive, i cili rrit ndjeshëm aftësitë heuristike të shumë metodave, është një prirje e përgjithshme në shkencë në shekullin e 20-të. Kozmologjia nuk ishte përjashtim: u ngrit një lloj modelimi mendor - modelimi matematik, metoda e hipotezës matematikore. Thelbi i tij është se fillimisht zgjidhen ekuacionet dhe më pas kërkohet një interpretim fizik i zgjidhjeve të marra. Kjo procedurë, e cila nuk është tipike për shkencën e së kaluarës, ka një potencial kolosal heuristik. Ishte kjo metodë që e çoi Friedmanin të krijonte një model të Universit në zgjerim, ishte në këtë mënyrë që u zbulua pozitroni dhe u bënë shumë zbulime më të rëndësishme në shkencë në fund të shekullit të 20-të. Modelet kompjuterike, duke përfshirë ato në modelimin e Universit, lindën nga zhvillimi i teknologjisë kompjuterike. Në bazë të tyre janë përmirësuar modelet e Universit me fazë inflacioni; në fillim të shekullit XXI. përpunoi sasi të mëdha informacioni të marrë nga një sondë hapësinore dhe krijoi një model për zhvillimin e Universit, duke marrë parasysh "materinë e errët" dhe "energjinë e errët". Me kalimin e kohës, interpretimi i shumë koncepteve themelore ka ndryshuar. Vakuumi fizik nuk kuptohet më si një zbrazëti, jo si një eter, por si një gjendje komplekse me një përmbajtje potenciale (virtuale) të materies dhe energjisë. Në të njëjtën kohë, u zbulua se trupat dhe fushat kozmike të njohura për shkencën moderne përbëjnë një përqindje të parëndësishme të masës së Universit, dhe pjesa më e madhe e masës qëndron në zbulimin indirekt të "materies së errët" dhe "energjisë së errët". Studimet e fundit kanë treguar se një pjesë e konsiderueshme e kësaj energjie vepron në zgjerimin, shtrirjen, grisjen e Universit, gjë që mund të çojë në një përshpejtim fiks të zgjerimit)
