Pas singularitetit misterioz kozmologjik, pason epoka jo më pak misterioze e Planck (0 -10 -43 s). Është e vështirë të thuhet se çfarë procesesh ndodhën në këtë moment të shkurtër të Universit të porsalindur. Por dihet me siguri se deri në fund të momentit të Plankut, ndikimi gravitacional është ndarë nga tre forcat themelore, të bashkuara në një grup të vetëm të Unifikimit të Madh.
Për të përshkruar momentin e mëparshëm, nevojitet një teori e re, pjesë e së cilës mund të jetë modeli i gravitetit kuantik të ciklit dhe teoria e fijeve. Rezulton se epoka e Planck, si singulariteti kozmologjik, është një kohëzgjatje ultra e vogël, por domethënëse për sa i përket peshës shkencore, një hendek në njohuritë e disponueshme të Universit të hershëm. Gjithashtu, brenda kohës së Planck-ut, pati luhatje të veçanta të hapësirës dhe kohës. Për të përshkruar këtë kaos kuantik, mund të përdoret imazhi i qelizave kuantike të shkumëzuara të hapësirë-kohës.
Krahasuar me epokën e Plankut, ngjarje të mëtejshme shfaqen para nesh në një dritë të ndritshme dhe të kuptueshme. Në periudhën nga 10 -43 deri në 10 -35 s, forcat e gravitetit dhe Bashkimi i Madh tashmë po vepronin në Universin e ri. Gjatë kësaj periudhe, ndikimet e forta, të dobëta dhe elektromagnetike ishin një tërësi e vetme dhe përbënin fushën e forcës së Bashkimit të Madh.
Kur kishin kaluar 10 -35 s nga Big Bengu, Universi arriti një temperaturë prej 10 29 K. Në atë moment, forca e fortë u nda nga ajo elektrodobët. Kjo çoi në një thyerje simetrie që ndodhi ndryshe në pjesë të ndryshme të universit. Ekziston mundësia që Universi të ishte ndarë në pjesë që ishin të rrethuara nga njëra-tjetra nga defektet në hapësirë-kohë. Aty mund të ekzistojnë edhe defekte të tjera - tela kozmike ose monopole magnetike. Megjithatë, sot ne nuk mund ta shohim këtë për shkak të një ndarje tjetër të fuqisë së Bashkimit të Madh - inflacionit kozmologjik.
Në atë kohë, Universi ishte i mbushur me gaz nga gravitonet - kuantet hipotetike të fushës gravitacionale dhe bozonet e forcës së Bashkimit të Madh. Në të njëjtën kohë, nuk kishte pothuajse asnjë ndryshim midis leptoneve dhe kuarkeve.
Kur ndodhi një ndarje e forcave në disa pjesë të universit, u ngrit një vakum i rremë. Energjia është mbërthyer në një nivel të lartë, duke bërë që hapësira të dyfishohet në madhësi çdo 10 -34 sekonda. Kështu, Universi kaloi nga shkallët kuantike (një miliardë trilion trilionta e centimetrit) në madhësinë e një topi me diametër rreth 10 cm. Si rezultat i Unifikimit të Madh, ndodhi një tranzicion fazor i materies parësore, i cili u shoqërua nga një shkelje e uniformitetit të densitetit të tij. Epoka e Bashkimit të Madh përfundoi afërsisht 10 −34 sekonda pas Big Bengut, kur dendësia e materies ishte 10 74 g/cm³ dhe temperatura ishte 10 27 K. kushte. Kjo ndarje çoi në tranzicionin e fazës tjetër dhe një zgjerim në shkallë të gjerë të Universit, i cili çoi në një ndryshim në densitetin e materies dhe shpërndarjen e saj në të gjithë Universin.
Një nga arsyet pse ne dimë kaq pak për gjendjen e universit para inflacionit është se ngjarjet e mëvonshme e kanë ndryshuar shumë atë, duke shpërndarë grimca para moshës inflacioniste në skajet më të largëta të universit. Prandaj, edhe nëse këto grimca ruhen, është mjaft e vështirë t'i zbulosh ato në materien moderne.
Me zhvillimin e vrullshëm të Universit ndodhin ndryshime të mëdha dhe pas periudhës së Bashkimit të Madh vjen epoka e inflacionit (10 -35 - 10 -32). Kjo epokë karakterizohet nga zgjerimi ultra i shpejtë i Universit të ri, domethënë nga inflacioni. Në këtë moment të shkurtër, Universi ishte një oqean i vakumit të rremë me një densitet të lartë energjie, falë të cilit u bë i mundur zgjerimi. Në të njëjtën kohë, parametrat e vakumit po ndryshonin vazhdimisht për shkak të shpërthimeve kuantike - luhatjeve (shkumë në hapësirë-kohë).
Inflacioni shpjegon natyrën e shpërthimit në Big Bang, domethënë pse ndodhi zgjerimi i shpejtë i Universit. Teoria e përgjithshme e relativitetit dhe teoria kuantike e fushës së Ajnshtajnit shërbyen si bazë për përshkrimin e këtij fenomeni. Për të përshkruar këtë fenomen, fizikanët ndërtuan një fushë hipotetike fryrëse që mbushte të gjithë hapësirën. Për shkak të luhatjeve të rastësishme, ajo mori vlera të ndryshme në rajone hapësinore arbitrare dhe në momente të ndryshme kohore. Më pas, në fushën e inflatorit u formua një konfigurim uniform i madhësisë kritike, pas së cilës rajoni hapësinor i pushtuar nga luhatja filloi të rritet me shpejtësi në madhësi. Për shkak të dëshirës së fushës së inflatorit për të marrë një pozicion në të cilin energjia e saj është minimale, procesi i zgjerimit fitoi një karakter në rritje, si rezultat i të cilit Universi filloi të rritet në madhësi. Në momentin e zgjerimit (10 -34), vakuumi i rremë filloi të shpërbëhej, si rezultat i të cilit fillojnë të formohen grimca dhe antigrimca të energjive të larta.
Në historinë e Universit fillon epoka e hadronit, një veçori e rëndësishme e së cilës është ekzistenca e grimcave dhe antigrimcave. Sipas koncepteve moderne, në mikrosekondat e para pas Big Bengut, Universi ishte në një gjendje të plazmës kuark-gluon. Kuarkët janë përbërësit e të gjithë hadroneve (protoneve dhe neutroneve), dhe grimcat neutrale janë gluone, bartës të ndërveprimit të fortë, të cilët sigurojnë ngjitjen e kuarkeve në hadrone. Në momentet e para të Universit, këto grimca u formuan vetëm dhe ishin në një gjendje të lirë, të gaztë.
Kromoplazma e kuarkeve dhe gluoneve zakonisht krahasohet me gjendjen e lëngët të materies ndërvepruese. Në një fazë të tillë, kuarkët dhe gluonet lirohen nga lënda hadronike dhe mund të lëvizin lirshëm në të gjithë hapësirën plazmatike, duke rezultuar në formimin e përçueshmërisë së ngjyrave.
Pavarësisht nga temperaturat jashtëzakonisht të larta, kuarkët ishin mjaftueshëm të lidhur së bashku dhe lëvizja e tyre i ngjante lëvizjes së atomeve në një lëng dhe jo në një gaz. Gjithashtu, në kushte të tilla, ndodh një tjetër tranzicion fazor, në të cilin kuarkët e dritës që përbëjnë lëndën bëhen pa masë.
Vëzhgimet e CMB treguan se bollëku fillestar i grimcave në krahasim me numrin e antigrimcave ishte një pjesë e papërfillshme e totalit. Dhe ishin këto protone të tepërta që mjaftuan për të krijuar substancën e Universit.
Disa shkencëtarë besojnë se në epokën e hadronit ka pasur edhe një fshehje të materies. Bartësi i masës së fshehur është i panjohur, por grimcat e tilla elementare si aksione konsiderohen më të mundshmet.
Gjatë zhvillimit të shpërthimit, temperatura ra dhe pas një të dhjetës së sekondës arriti në 3 * 10 10 gradë Celsius. Në një sekondë, dhjetë mijë milionë gradë, dhe në trembëdhjetë sekonda, tre mijë milionë. Kjo tashmë ishte e mjaftueshme që elektronet dhe pozitronet të fillonin të anagilohen më shpejt. Energjia e çliruar gjatë anagilimit ngadalësoi gradualisht shkallën e ftohjes së universit, por temperatura vazhdoi të bjerë.
Periudha nga 10-4 - 10 s zakonisht quhet epoka e leptoneve. Kur energjia e grimcave dhe fotoneve u zvogëlua me njëqind herë, lënda u mbush me leptone-elektrone dhe pozitrone. Epoka e leptonit fillon me zbërthimin e hadroneve të fundit në muone dhe neutrino muonore dhe përfundon pas disa sekondash, kur energjia e fotonit është ulur ndjeshëm dhe gjenerimi i çifteve elektron-pozitron ka pushuar.
Rreth një e qindta e sekondës pas Big Bengut, temperatura e universit ishte 10 11 gradë Celsius. Kjo është shumë më e nxehtë se qendra e çdo ylli të njohur për ne. Kjo temperaturë është aq e lartë sa që asnjë nga përbërësit e materies së zakonshme, atomet dhe molekulat, nuk mund të ekzistojnë. Në vend të kësaj, universi i ri përbëhej nga grimca elementare. Një nga këto grimca ishin elektronet, grimcat e ngarkuara negativisht që formojnë pjesët e jashtme të të gjithë atomeve. Grimcat e tjera ishin pozitrone, grimca të ngarkuara pozitivisht me një masë saktësisht të barabartë me masën e një elektroni. Përveç kësaj, kishte neutrino të llojeve të ndryshme - grimca fantazmë që nuk kishin as masë as ngarkesë elektrike. Por neutrinot dhe antineutrinot nuk e asgjësuan njëra-tjetrën, sepse këto grimca ndërveprojnë shumë dobët me njëra-tjetrën dhe me grimcat e tjera. Prandaj, ato duhet të gjenden ende rreth nesh dhe mund të jenë një mënyrë e mirë për të testuar modelin e nxehtë të universit të hershëm. Megjithatë, energjitë e këtyre grimcave tani janë shumë të ulëta për t'i vëzhguar ato.
Gjatë epokës së leptonit, kishte grimca si protone dhe neutrone. Dhe së fundi, kishte dritë në Univers, i cili, sipas teorisë kuantike, përbëhet nga fotone. Në mënyrë proporcionale, kishte një mijë milionë elektrone për një neutron dhe një proton. Të gjitha këto grimca lindën vazhdimisht nga energjia e pastër, dhe më pas asgjësoheshin, duke formuar lloje të tjera grimcash. Dendësia në universin e hershëm në këto temperatura të larta ishte katër mijë milionë herë më e madhe se ajo e ujit.
Siç u përmend më herët, është gjatë kësaj periudhe që ndodh një lindje intensive në reaksionet bërthamore të llojeve të ndryshme të neutrinës fantazmë, e cila quhet relike.
Fillon epoka e rrezatimit, në fillim të së cilës Universi hyn në epokën e rrezatimit. Në fillim të epokës (10 s), rrezatimi ndërveproi intensivisht me grimcat e ngarkuara të protoneve dhe elektroneve. Për shkak të rënies së temperaturës, fotonet u ftohën dhe si rezultat i shpërndarjeve të shumta në grimcat që tërhiqeshin, një pjesë e energjisë së tyre u largua.
Rreth njëqind sekonda pas Big Bengut, temperatura bie në një mijë milionë gradë, që është temperatura e yjeve më të nxehtë. Në kushte të tilla, energjia e protoneve dhe neutroneve nuk është më e mjaftueshme për t'i rezistuar tërheqjes së fortë bërthamore dhe ato fillojnë të kombinohen me njëra-tjetrën, duke formuar bërthama hidrogjeni të rënda nga deuteriumi. Pastaj bërthamat e deuteriumit bashkojnë neutrone dhe protone të tjerë dhe kthehen në bërthama të heliumit. Pas kësaj, formohen elementë më të rëndë - litium dhe berilium. Formimi parësor i bërthamave atomike të substancës në zhvillim nuk zgjati shumë. Pas tre minutash, grimcat ishin shpërndarë aq larg saqë përplasjet ishin të rralla. Sipas modelit të nxehtë të Big Bengut, rreth një e katërta e protoneve dhe neutroneve duhet të ishin kthyer në atome të heliumit, hidrogjenit dhe elementëve të tjerë. Grimcat elementare të mbetura u zbërthyen në protone, që përfaqësojnë bërthamat e hidrogjenit të zakonshëm.
Disa orë pas Big Bengut, prodhimi i heliumit dhe elementëve të tjerë pushoi. Për një milion vjet, universi thjesht vazhdoi të zgjerohej dhe pothuajse asgjë tjetër nuk ndodhi. Çështja që ekzistonte në atë kohë filloi të zgjerohej dhe të ftohet. Shumë më vonë, pas qindra mijëra vjetësh, temperatura ra në disa mijëra gradë dhe energjia e elektroneve dhe bërthamave nuk ishte e mjaftueshme për të kapërcyer tërheqjen elektromagnetike midis tyre. Ata filluan të përplasen me njëri-tjetrin, duke formuar atomet e para të hidrogjenit dhe heliumit (Fig. 2).
Shpërthim i madh. Ky është emri i teorisë, ose më mirë një prej teorive, të origjinës ose, nëse dëshironi, krijimit të Universit. Emri, ndoshta, është shumë joserioz për një ngjarje kaq të frikshme dhe të frikshme. Veçanërisht frikësuese nëse i keni bërë ndonjëherë vetes pyetje shumë të vështira për universin.
Për shembull, nëse universi është gjithçka që është, si filloi? Dhe çfarë ndodhi para kësaj? Nëse hapësira nuk është e pafundme, atëherë çfarë ka përtej saj? Dhe në çfarë saktësisht duhet të vendoset kjo diçka? Si mund ta kuptoni fjalën "pafundësi"?
Këto gjëra janë të vështira për t'u kuptuar. Për më tepër, kur fillon të mendosh për të, të vjen një ndjenjë e frikshme e diçkaje madhështore - të tmerrshme. Por pyetjet rreth universit janë një nga pyetjet më të rëndësishme që njerëzimi i ka bërë vetes gjatë historisë së tij.
Materiale të ngjashme:
Yjet dhe yjësitë
Cili ishte fillimi i ekzistencës së universit?
Shumica e shkencëtarëve janë të bindur se fillimi i ekzistencës së universit u hodh nga një shpërthim madhështor i materies që ndodhi rreth 15 miliardë vjet më parë. Për shumë vite, shumica e shkencëtarëve ndanë hipotezën se fillimi i universit u shënua nga një shpërthim i madh, të cilin shkencëtarët me shaka e quajtën "Big Bang". Sipas mendimit të tyre, e gjithë materia dhe e gjithë hapësira, e cila tani përfaqësohet nga miliarda e miliona galaktika dhe yje, 15 miliardë vjet më parë përshtaten në një hapësirë të vogël jo më të madhe se disa fjalë në këtë fjali.
Si u formua universi?
Shkencëtarët besojnë se 15 miliardë vjet më parë, ky vëllim i vogël shpërtheu në grimca të vogla më të vogla se atomet, duke krijuar kështu ekzistencën e universit. Fillimisht, ishte një mjegullnajë grimcash të vogla. Më vonë, kur këto grimca u bashkuan, u formuan atomet. Galaktikat e yjeve u formuan nga atomet. Që nga ai Big Bang, universi ka vazhduar të zgjerohet si një tullumbace që fryhet.
Materiale të ngjashme:
Fakte interesante për yjet
Dyshime rreth Teorisë së Big Bengut
Por gjatë viteve të fundit, shkencëtarët që studiojnë strukturën e universit kanë bërë disa zbulime të papritura. Disa prej tyre vënë në dyshim teorinë e Big Bengut. Çfarë mund të bëni, bota jonë jo gjithmonë korrespondon me idetë tona të rehatshme për të.
Shpërndarja e lëndës gjatë një shpërthimi
Një problem është mënyra në të cilën materia shpërndahet në të gjithë universin. Kur një objekt shpërthen, përmbajtja e tij shpërndahet në mënyrë të barabartë në të gjitha drejtimet. Me fjalë të tjera, nëse materia fillimisht ishte e ngjeshur në një vëllim të vogël dhe më pas shpërtheu, atëherë lënda duhej të ishte shpërndarë në mënyrë të barabartë në hapësirën e Universit.
Realiteti, megjithatë, është shumë i ndryshëm nga përfaqësimet e pritura. Ne jetojmë në një univers të mbushur shumë në mënyrë të pabarabartë. Kur shikoni në hapësirë, grupe të veçanta të materies shfaqen larg njëra-tjetrës. Galaktika të mëdha janë të shpërndara aty-këtu në hapësirën e jashtme. Ndërmjet
Ideja e zhvillimit të universit çoi natyrshëm në formulimin e problemit të fillimit të evolucionit (lindjes) të universit dhe të tij.
fundi (vdekja). Aktualisht, ekzistojnë disa modele kozmologjike që shpjegojnë disa aspekte të origjinës së materies në Univers, por ato nuk shpjegojnë shkaqet dhe procesin e lindjes së vetë Universit. Nga tërësia e teorive moderne kozmologjike, vetëm teoria e Gamow-it për Big Bengun ka qenë në gjendje të shpjegojë në mënyrë të kënaqshme pothuajse të gjitha faktet që lidhen me këtë problem deri më tani. Tiparet kryesore të modelit të Big Bengut kanë mbijetuar deri më sot, megjithëse më vonë ato u plotësuan nga teoria e inflacionit, ose teoria e universit në zgjerim, e zhvilluar nga shkencëtarët amerikanë A. Gut dhe P. Steinhardt dhe e plotësuar nga sovjetikët. fizikani A.D. Linda.
Në vitin 1948, fizikani i shquar amerikan me origjinë ruse G. Gamow sugjeroi se Universi fizik u formua si rezultat i një shpërthimi gjigant që ndodhi rreth 15 miliardë vjet më parë. Pastaj e gjithë lënda dhe e gjithë energjia e Universit u përqendruan në një mpiksje të vogël super të dendur. Nëse besoni llogaritjet matematikore, atëherë në fillim të zgjerimit, rrezja e Universit ishte plotësisht e barabartë me zero, dhe dendësia e tij është e barabartë me pafundësinë. Kjo gjendje fillestare quhet singulariteti - vëllimi i pikës me densitet të pafund. Ligjet e njohura të fizikës nuk funksionojnë në singularitet. Në këtë gjendje, konceptet e hapësirës dhe kohës humbasin kuptimin e tyre, ndaj është e pakuptimtë të pyesim se ku ishte kjo pikë. Gjithashtu, shkenca moderne nuk mund të thotë asgjë për arsyet e shfaqjes së një gjendjeje të tillë.
Megjithatë, sipas parimit të pasigurisë së Heisenberg, materia nuk mund të tërhiqet në një pikë, kështu që besohet se Universi në gjendjen e tij fillestare kishte një densitet dhe dimensione të caktuara. Sipas disa vlerësimeve, nëse e gjithë lënda e Universit të vëzhgueshëm, e cila vlerësohet në rreth 10 61 g, është e ngjeshur në një densitet prej 10 94 g/cm 3 , atëherë ajo do të zërë një vëllim prej rreth 10 -33 cm 3 . Do të ishte e pamundur të shihej në çdo mikroskop elektronik. Për një kohë të gjatë, asgjë nuk mund të thuhej për shkaqet e Big Bengut dhe kalimin e Universit në zgjerim. Por sot ka disa hipoteza që përpiqen të shpjegojnë këto procese. Ato qëndrojnë në themel të modelit inflacionist të zhvillimit të Universit.
"Fillimi" i Universit
Ideja kryesore e konceptit të Big Bengut është se Universi në fazat e hershme të origjinës kishte një gjendje të paqëndrueshme të ngjashme me vakumin me një densitet të lartë energjie. Kjo energji e ka origjinën nga rrezatimi kuantik, d.m.th. sikur nga hiçi. Fakti është se në vakum fizik nuk ka fikse
grimca, fusha dhe valë, por kjo nuk është një zbrazëti e pajetë. Në një vakum, ka grimca virtuale që lindin, kanë një ekzistencë kalimtare dhe zhduken menjëherë. Prandaj, vakuumi "vlon" me grimcat virtuale dhe është i ngopur me ndërveprime komplekse midis tyre. Për më tepër, energjia që përmbahet në vakum ndodhet, si të thuash, në katet e ndryshme të tij, d.m.th. ka një fenomen të ndryshimeve në nivelet e energjisë së vakumit.
Ndërsa vakuumi është në ekuilibër, në të ka vetëm grimca virtuale (fantazmë), të cilat huazojnë energji nga vakuumi për një periudhë të shkurtër kohore që të lindin, dhe shpejt e kthejnë energjinë e huazuar për t'u zhdukur. Kur, për ndonjë arsye, vakuumi në një pikë fillestare (singulariteti) u ngacmua dhe u largua nga gjendja e ekuilibrit, atëherë grimcat virtuale filluan të kapnin energji pa kthim prapa dhe u shndërruan në grimca reale. Në fund, në një pikë të caktuar në hapësirë, u formuan një numër i madh grimcash reale, së bashku me energjinë e lidhur me to. Kur vakuumi i ngacmuar u shemb, një energji gjigante rrezatimi u lëshua dhe superfuqia i ngjeshi grimcat në lëndë super të dendur. Kushtet ekstreme të "fillimit", kur edhe hapësira-koha u deformua, sugjerojnë se vakuumi ishte gjithashtu në një gjendje të veçantë, e cila quhet vakum "false". Karakterizohet nga një energji me densitet jashtëzakonisht të lartë, e cila korrespondon me një densitet jashtëzakonisht të lartë të materies. Në këtë gjendje të materies, mund të lindin strese të forta, presione negative, ekuivalente me një zmbrapsje gravitacionale të një madhësie të tillë që shkaktoi zgjerimin e pakufizuar dhe të shpejtë të Universit - Big Bang. Ky ishte impulsi i parë, "fillimi" i botës sonë.
Nga ky moment, fillon zgjerimi i shpejtë i Universit, lind koha dhe hapësira. Në këtë kohë, ka një fryrje të pakufizuar të "flluskave të hapësirës", embrioneve të një ose disa universeve, të cilat mund të ndryshojnë nga njëri-tjetri në konstantet dhe ligjet e tyre themelore. Njëri prej tyre u bë embrioni i Metagalaksisë sonë.
Sipas vlerësimeve të ndryshme, periudha e "inflacionit", duke shkuar në mënyrë eksponenciale, merr një periudhë të shkurtër kohore të paimagjinueshme - deri në 10 - 33 s pas "fillimit". Quhet periudha e inflacionit. Gjatë kësaj kohe, madhësia e universit është rritur 1050 herë, nga një e miliarda e madhësisë së një protoni në madhësinë e një kutie shkrepse.
Deri në fund të fazës së inflacionit, universi ishte bosh dhe i ftohtë, por kur inflacioni u tha, universi papritmas u bë jashtëzakonisht i "nxehtë". Ky shpërthim i nxehtësisë që ndezi kozmosin është për shkak të rezervave të mëdha të energjisë që përmban vakuumi "fals". Kjo gjendje e vakumit është shumë e paqëndrueshme dhe tenton të kalbet. Kur
prishja mbaron, zmbrapsja zhduket dhe po ashtu edhe inflacioni. Dhe energjia, e lidhur në formën e shumë grimcave reale, u lëshua në formën e rrezatimit, i cili e ngrohi menjëherë Universin në 10 27 K. Që nga ai moment, Universi u zhvillua sipas teorisë standarde të Big "të nxehtë". zhurmë.
Evolucioni i hershëm i universit
Menjëherë pas Big Bengut, Universi ishte një plazmë e grimcave elementare të të gjitha llojeve dhe antigrimcave të tyre në një gjendje ekuilibri termodinamik në një temperaturë prej 10 27 K, të cilat lirshëm shndërroheshin në njëra-tjetrën. Vetëm ndërveprimet gravitacionale dhe të mëdha (të mëdha) ekzistonin në këtë grup. Pastaj Universi filloi të zgjerohej, në të njëjtën kohë dendësia dhe temperatura e tij u ulën. Evolucioni i mëtejshëm i Universit u zhvillua në faza dhe u shoqërua, nga njëra anë, me diferencimin dhe, nga ana tjetër, me ndërlikimin e strukturave të tij. Fazat e evolucionit të universit ndryshojnë në karakteristikat e bashkëveprimit të grimcave elementare dhe quhen epokave. Ndryshimet më të rëndësishme zgjatën më pak se tre minuta.
epoka e hadronit zgjati 10-7 s. Në këtë fazë temperatura bie në 10 13 K. Në të njëjtën kohë shfaqen të katër ndërveprimet themelore, pushon ekzistenca e lirë e kuarkut, ato bashkohen në hadrone, ndër të cilët më kryesorët janë protonet dhe neutronet. Ngjarja më domethënëse ishte thyerja e simetrisë globale që ndodhi në momentet e para të ekzistencës së Universit tonë. Numri i grimcave doli të ishte pak më i madh se numri i antigrimcave. Arsyet e kësaj asimetrie janë ende të panjohura. Në një tufë të zakonshme të ngjashme me plazmën, për çdo miliard palë grimcash dhe antigrimcash, një grimcë doli të ishte më shumë, asaj i mungonte një palë për asgjësim. Kjo përcaktoi pamjen e mëtejshme të Universit material me galaktika, yje, planetë dhe qenie inteligjente në disa prej tyre.
epoka e leptonit zgjati deri në 1 s pas fillimit. Temperatura e Universit ra në 10 10 K. Elementet kryesore të tij ishin leptonet, të cilët morën pjesë në shndërrimet e ndërsjella të protoneve dhe neutroneve. Në fund të kësaj epoke, materia u bë transparente për neutrinot; ata pushuan së bashkëveprimin me materien dhe që atëherë kanë mbijetuar deri në ditët e sotme.
Epoka e rrezatimit (epoka e fotonit) zgjati 1 milion vjet. Gjatë kësaj kohe, temperatura e Universit u ul nga 10 miliardë K në 3000 K. Gjatë kësaj faze u zhvilluan proceset e nukleosintezës parësore, më e rëndësishmja për evolucionin e mëtejshëm të Universit - kombinimi i protoneve dhe neutroneve (atje ishin rreth 8 herë më pak
më pak se protonet) në bërthamat atomike. Në fund të këtij procesi, lënda e Universit përbëhej nga 75% protone (bërthamat e hidrogjenit), rreth 25% ishin bërthama helium, të qindtat e përqindjes ranë në deuterium, litium dhe elementë të tjerë të dritës, pas së cilës Universi u bë transparent për fotone, pasi rrezatimi u nda nga materia dhe formoi atë që në epokën tonë quhet rrezatim relikt.
Pastaj, për gati 500 mijë vjet, nuk ndodhi asnjë ndryshim cilësor - Universi ngadalë u ftoh dhe u zgjerua. Universi, ndonëse mbeti homogjen, u bë gjithnjë e më i rrallë. Kur u ftoh në 3000 K, bërthamat e atomeve të hidrogjenit dhe heliumit tashmë mund të kapnin elektrone të lira dhe të shndërroheshin në atome neutrale të hidrogjenit dhe heliumit. Si rezultat, u formua një Univers homogjen, i cili ishte një përzierje e tre substancave pothuajse jo bashkëvepruese: materia e barionit (hidrogjeni, heliumi dhe izotopet e tyre), leptonet (neutrinot dhe antineutrinot) dhe rrezatimi (fotonet). Në këtë kohë nuk kishte temperatura të larta dhe presione të larta. Dukej se në afat të gjatë Universi po priste për zgjerim dhe ftohje të mëtejshme, formimin e një "shkretëtirë leptonike" - diçka si vdekja nga nxehtësia. Por kjo nuk ndodhi; përkundrazi, pati një kërcim që krijoi universin strukturor modern, i cili, sipas vlerësimeve moderne, mori nga 1 deri në 3 miliardë vjet.
Të gjithë kanë dëgjuar për teorinë e Big Bengut, e cila shpjegon (të paktën tani për tani) lindjen e universit tonë. Sidoqoftë, në qarqet shkencore do të ketë gjithmonë nga ata që duan të sfidojnë idetë - meqë ra fjala, zbulimet e mëdha shpesh dalin nga kjo.
Megjithatë, Dikke e kuptoi, nëse ky model do të ishte i vërtetë, atëherë nuk do të kishte dy lloje yjesh - Popullsia I dhe Popullsia II, yjet e rinj dhe të vjetër. Dhe ata ishin. Kjo do të thotë që Universi rreth nesh megjithatë u zhvillua nga një gjendje e nxehtë dhe e dendur. Edhe sikur të mos ishte i vetmi Big Bang në histori.
E mahnitshme, apo jo? Papritmas pati disa nga këto shpërthime? Dhjetra, qindra? Shkenca ende nuk e ka zbuluar. Dicke i sugjeroi kolegut të tij Peebles të llogariste temperaturën e nevojshme për proceset e përshkruara dhe temperaturën e mundshme të rrezatimit të mbetur në ditët tona. Llogaritjet e përafërta të Peebles treguan se sot universi duhet të mbushet me rrezatim mikrovalë me një temperaturë më të vogël se 10 K, dhe Roll dhe Wilkinson tashmë po përgatiteshin të kërkonin këtë rrezatim kur ra zilja ...
Vështirësi në përkthim
Sidoqoftë, këtu ia vlen të transportoheni në një cep tjetër të globit - në BRSS. Më afër zbulimit të sfondit kozmik të mikrovalës erdhi (dhe gjithashtu nuk e mbaroi punën!) në BRSS. Duke bërë një punë të madhe gjatë disa muajve, raporti i të cilit u botua në vitin 1964, shkencëtarët sovjetikë mblodhën, dukej se të gjitha pjesët e enigmës, vetëm një mungonte. Yakov Borisovich Zeldovich, një nga gjigantët e shkencës sovjetike, kreu llogaritje të ngjashme me ato të kryera nga ekipi i Gamow (një fizikan sovjetik që jeton në SHBA), dhe gjithashtu arriti në përfundimin se Universi duhet të ketë filluar me një nxehtësi. Big Bang, i cili la rrezatim sfondi me një temperaturë disa kelvins.
Yakov Borisovich Zeldovich, -
Ai madje dinte për artikullin e Ed Ohm në Bell System Technical Journal, i cili llogariti përafërsisht temperaturën e CMB, por keqinterpretoi përfundimet e autorit. Pse studiuesit sovjetikë nuk e kuptuan se Ohm e kishte zbuluar tashmë këtë rrezatim? Për shkak të një gabimi në përkthim. Artikulli i Ohm pretendonte se ai mati temperaturën e qiellit të ishte rreth 3 K. Kjo do të thoshte se ai kishte zbritur të gjitha burimet e mundshme të interferencës radio dhe se 3 K ishte temperatura e sfondit të mbetur.
Megjithatë, rastësisht, e njëjta (3 K) ishte temperatura e rrezatimit të atmosferës, një korrigjim për të cilin bëri edhe Ohm. Specialistët sovjetikë vendosën gabimisht se ishin këto 3 K që Ohm kishte lënë pas të gjitha rregullimeve të mëparshme, i zbritën edhe ato dhe nuk mbetën pa asgjë.
Sot, keqkuptime të tilla do të eliminoheshin lehtësisht me korrespondencë elektronike, por në fillim të viteve 1960, komunikimi midis shkencëtarëve në Bashkimin Sovjetik dhe Shtetet e Bashkuara ishte shumë i vështirë. Kjo ishte arsyeja e një gabimi kaq të turpshëm.
Çmimi Nobel që u largua
Le të kthehemi te dita kur ra zilja e telefonit në laboratorin e Dicke. Rezulton se në të njëjtën kohë, astronomët Arno Penzias dhe Robert Wilson raportuan se aksidentalisht arritën të kapnin një zhurmë të dobët radioje që vinte nga gjithçka. Ata nuk e dinin atëherë se një ekip tjetër shkencëtarësh doli në mënyrë të pavarur me idenë e ekzistencës së një rrezatimi të tillë dhe madje filluan të ndërtojnë një detektor për ta kërkuar atë. Ishte skuadra e Dicke dhe Peebles.
Akoma më befasues është fakti se sfondi kozmik mikrovalor, ose, siç quhet ndryshe, rrezatimi relikt, është përshkruar më shumë se dhjetë vjet më parë në kuadrin e modelit të shfaqjes së Universit si rezultat i Big Bengut nga Georgy Gamow dhe kolegët e tij. Asnjë grup shkencëtarësh nuk dinin për këtë.
Penzias dhe Wilson dëgjuan aksidentalisht për punën e shkencëtarëve të udhëhequr nga Dicke dhe vendosën t'i thërrisnin ata për ta diskutuar atë. Dike e dëgjoi me kujdes Penziasin dhe bëri disa vërejtje. Pasi e mbylli telefonin, ai iu drejtua kolegëve të tij dhe u tha: "Djema, ne u hodhëm".
Pothuajse 15 vjet më vonë, pasi matje të shumta të bëra në gjatësi vale të ndryshme nga shumë grupe astronomësh konfirmuan se rrezatimi që ata zbuluan ishte me të vërtetë jehona relike e Big Bengut, e cila ka një temperaturë prej 2.712 K, Penzias dhe Wilson ndanë çmimin Nobel për shpikje. Edhe pse në fillim ata as që donin të shkruanin një artikull për zbulimin e tyre, sepse e konsideruan atë të paqëndrueshëm dhe të mos përshtatej në modelin e Universit të palëvizshëm që ata i përmbaheshin!
Thuhet se Penzias dhe Wilson do ta konsideronin të mjaftueshme që ata të përmendeshin si emrat e pestë dhe të gjashtë në listë pas Dicke, Peebles, Roll dhe Wilkinson. Në këtë rast, çmimi Nobel, me sa duket, do t'i kishte shkuar Dicke. Por gjithçka ndodhi ashtu siç ndodhi.
P.S. Abonohuni në buletinin tonë. Një herë në dy javë, ne do të dërgojmë 10 nga materialet më interesante dhe më të dobishme nga blogu i MIF.
Big Bengu i përket kategorisë së teorive që përpiqen të gjurmojnë plotësisht historinë e lindjes së Universit, për të përcaktuar proceset fillestare, aktuale dhe përfundimtare në jetën e tij.
A kishte diçka përpara se të shfaqej universi? Kjo pyetje gur themeli, pothuajse metafizike, po bëhet nga shkencëtarët edhe sot e kësaj dite. Shfaqja dhe evolucioni i universit ka qenë gjithmonë dhe mbetet subjekt i debatit të nxehtë, hipotezave të pabesueshme dhe teorive reciprokisht ekskluzive. Versionet kryesore të origjinës së gjithçkaje që na rrethon, sipas interpretimit të kishës, supozohej të ishin ndërhyrja hyjnore, dhe bota shkencore mbështeti hipotezën e Aristotelit për natyrën statike të universit. Modeli i fundit iu përmbajt nga Njutoni, i cili mbrojti pafundësinë dhe qëndrueshmërinë e Universit, dhe nga Kanti, i cili zhvilloi këtë teori në shkrimet e tij. Në vitin 1929, astronomi dhe kozmologu amerikan Edwin Hubble ndryshoi rrënjësisht mënyrën se si shkencëtarët e shohin botën.
Ai jo vetëm që zbuloi praninë e galaktikave të shumta, por edhe zgjerimin e Universit - një rritje e vazhdueshme izotropike në madhësinë e hapësirës së jashtme, e cila filloi në momentin e Big Bengut.
Kujt ia detyrojmë zbulimin e Big Bengut?
Puna e Albert Ajnshtajnit mbi teorinë e relativitetit dhe ekuacionet e tij gravitacionale lejuan De Sitter të krijonte një model kozmologjik të universit. Kërkime të mëtejshme ishin të lidhura me këtë model. Në vitin 1923, Weyl sugjeroi që lënda e vendosur në hapësirën e jashtme duhet të zgjerohet. Puna e matematikanit dhe fizikantit të shquar A. A. Fridman ka një rëndësi të madhe në zhvillimin e kësaj teorie. Në vitin 1922, ai lejoi zgjerimin e Universit dhe nxori përfundime të arsyeshme se fillimi i të gjithë materies ishte në një pikë pafundësisht të dendur dhe zhvillimi i gjithçkaje u dha nga Big Bang. Në vitin 1929, Hubble botoi letrat e tij duke shpjeguar vartësinë e shpejtësisë radiale ndaj distancës, më vonë kjo vepër u bë e njohur si "ligji i Hubble".
G. A. Gamov, duke u mbështetur në teorinë e Friedman-it për Big Bengun, zhvilloi idenë e temperaturës së lartë të substancës fillestare. Ai sugjeroi gjithashtu praninë e rrezatimit kozmik, i cili nuk u zhduk me zgjerimin dhe ftohjen e botës. Shkencëtari bëri llogaritjet paraprake të temperaturës së mundshme të rrezatimit të mbetur. Vlera që ai supozoi ishte në intervalin 1-10 K. Deri në vitin 1950, Gamow bëri llogaritje më të sakta dhe shpalli rezultatin në 3 K. Në vitin 1964, astronomët e radios nga Amerika, duke përmirësuar antenën duke eliminuar të gjitha sinjalet e mundshme, përcaktuan parametrat të rrezatimit kozmik. Temperatura e saj doli të ishte 3 K. Ky informacion u bë konfirmimi më i rëndësishëm i punës së Gamow dhe ekzistencës së rrezatimit kozmik të sfondit të mikrovalës. Matjet e mëvonshme të sfondit kozmik, të kryera në hapësirën e jashtme, më në fund vërtetuan korrektësinë e llogaritjeve të shkencëtarit. Ju mund të njiheni me hartën e rrezatimit relikt në.
Idetë moderne rreth teorisë së Big Bengut: si ndodhi?
Teoria e Big Bengut është bërë një nga modelet që shpjegojnë në mënyrë gjithëpërfshirëse shfaqjen dhe zhvillimin e Universit të njohur për ne. Sipas versionit të pranuar gjerësisht sot, fillimisht ekzistonte një singularitet kozmologjik - një gjendje e densitetit dhe temperaturës së pafundme. Fizikanët zhvilluan një justifikim teorik për lindjen e Universit nga një pikë që kishte një shkallë të jashtëzakonshme densiteti dhe temperaturë. Pas shfaqjes së Big Bengut, hapësira dhe materia e Kozmosit filluan një proces të vazhdueshëm zgjerimi dhe ftohjeje të qëndrueshme. Sipas studimeve të fundit, fillimi i universit u hodh të paktën 13.7 miliardë vjet më parë.
Periudhat e fillimit në formimin e Universit
Momenti i parë, rindërtimi i të cilit lejohet nga teoritë fizike, është epoka e Plankut, formimi i së cilës u bë i mundur 10-43 sekonda pas Big Bengut. Temperatura e materies arriti 10*32 K dhe dendësia e saj ishte 10*93 g/cm3. Gjatë kësaj periudhe, graviteti fitoi pavarësinë, duke u ndarë nga ndërveprimet themelore. Zgjerimi i pandërprerë dhe ulja e temperaturës shkaktoi një tranzicion fazor të grimcave elementare.
Periudha tjetër, e karakterizuar nga zgjerimi eksponencial i Universit, erdhi në 10-35 sekonda të tjera. U quajt “Inflacioni kozmik”. Pati një zgjerim të papritur, shumë herë më të madh se zakonisht. Kjo periudhë i dha një përgjigje pyetjes, pse temperatura në pika të ndryshme të Universit është e njëjtë? Pas Big Bengut, lënda nuk u përhap menjëherë në Univers, për 10-35 sekonda të tjera ishte mjaft kompakte dhe në të u vendos ekuilibri termik, i cili nuk u prish gjatë zgjerimit inflacioniste. Periudha siguroi materialin bazë, plazmën kuark-gluon, e cila u përdor për të formuar protone dhe neutrone. Ky proces ndodhi pas një rënie të mëtejshme të temperaturës, quhet "bariogjenezë". Origjina e materies u shoqërua me shfaqjen e njëkohshme të antimateries. Dy substanca antagoniste u asgjësuan, duke u bërë rrezatim, por numri i grimcave të zakonshme mbizotëroi, gjë që lejoi që universi të lindte.
Tranzicioni tjetër i fazës, i cili ndodhi pas uljes së temperaturës, çoi në shfaqjen e grimcave elementare të njohura për ne. Epoka e "nukleosintezës" që pasoi u shënua nga bashkimi i protoneve në izotope të lehta. Bërthamat e para të formuara kishin një jetëgjatësi të shkurtër, ato u prishën gjatë përplasjeve të pashmangshme me grimcat e tjera. Elementë më të qëndrueshëm u ngritën tashmë pas tre minutash pas krijimit të botës.
Pika tjetër e rëndësishme ishte dominimi i gravitetit mbi forcat e tjera të disponueshme. Pas 380 mijë vjetësh nga koha e Big Bengut, u shfaq atomi i hidrogjenit. Rritja e ndikimit të gravitetit shërbeu si fundi i periudhës fillestare të formimit të Universit dhe shkaktoi procesin e shfaqjes së sistemeve të para të yjeve.
Edhe pas pothuajse 14 miliardë vjetësh, sfondi kozmik i mikrovalës mbetet ende. Ekzistenca e tij në kombinim me zhvendosjen e kuqe jepet si një argument në mbështetje të vlefshmërisë së teorisë së Big Bengut.
Singulariteti kozmologjik
Nëse, duke përdorur teorinë e përgjithshme të relativitetit dhe faktin e zgjerimit të vazhdueshëm të Universit, kthehemi në fillimin e kohës, atëherë dimensionet e universit do të jenë të barabarta me zero. Momenti fillestar ose shkenca nuk mund të përshkruajë me saktësi përdorimin e njohurive fizike. Ekuacionet e aplikuara nuk janë të përshtatshme për një objekt kaq të vogël. Nevojitet një simbiozë që mund të kombinojë mekanikën kuantike dhe relativitetin e përgjithshëm, por, për fat të keq, ajo ende nuk është krijuar.
Evolucioni i Universit: çfarë e pret atë në të ardhmen?
Shkencëtarët po shqyrtojnë dy skenarë të mundshëm: zgjerimi i universit nuk do të përfundojë kurrë, ose do të arrijë një pikë kritike dhe do të fillojë procesi i kundërt - ngjeshja. Kjo zgjedhje themelore varet nga vlera e densitetit mesatar të substancës në përbërjen e saj. Nëse vlera e llogaritur është më e vogël se vlera kritike, parashikimi është i favorshëm, nëse është më i madh, atëherë bota do të kthehet në një gjendje singulare. Shkencëtarët aktualisht nuk e dinë vlerën e saktë të parametrit të përshkruar, kështu që çështja e së ardhmes së universit është në ajër.
Lidhja e fesë me teorinë e Big Bengut
Fetë kryesore të njerëzimit: Katolicizmi, Ortodoksia, Islami, në mënyrën e tyre e mbështesin këtë model të krijimit të botës. Përfaqësuesit liberalë të këtyre besimeve fetare pajtohen me teorinë e shfaqjes së universit si rezultat i disa ndërhyrjeve të pashpjegueshme, të përcaktuara si Big Bang.
Emri me famë botërore i teorisë - "Big Bang" - u prezantua padashur nga kundërshtari i versionit të zgjerimit të Universit nga Hoyle. Ai e konsideroi një ide të tillë "plotësisht të pakënaqshme". Pas publikimit të leksioneve të tij tematike, termi interesant u zgjodh menjëherë nga publiku.
Shkaqet e Big Bengut nuk dihen me siguri. Sipas një prej versioneve të shumta, në pronësi të A. Yu. Glushko, substanca origjinale e ngjeshur në një pikë ishte një hiper-vrimë e zezë, dhe shpërthimi u shkaktua nga kontakti i dy objekteve të tilla të përbërë nga grimca dhe antigrimca. Gjatë asgjësimit, materia mbijetoi pjesërisht dhe krijoi Universin tonë.
Inxhinierët Penzias dhe Wilson, të cilët zbuluan rrezatimin kozmik të sfondit të mikrovalës, morën çmimin Nobel në Fizikë.
Leximet e temperaturës CMB fillimisht ishin shumë të larta. Pas disa milionë vitesh, ky parametër doli të ishte brenda kufijve që sigurojnë origjinën e jetës. Por deri në këtë periudhë, vetëm një numër i vogël planetësh kishin arritur të formoheshin.
Vëzhgimet dhe hulumtimet astronomike ndihmojnë për të gjetur përgjigje për pyetjet më të rëndësishme për njerëzimin: "Si u shfaq gjithçka dhe çfarë na pret në të ardhmen?". Pavarësisht se jo të gjitha problemet janë zgjidhur dhe shkaku kryesor i shfaqjes së universit nuk ka një shpjegim të rreptë dhe harmonik, teoria e Big Bengut ka gjetur një numër të mjaftueshëm konfirmimesh që e bëjnë atë modelin kryesor dhe të pranueshëm për shfaqja e universit.
