Den omgivande världens storhet och mångfald kan förvåna alla fantasier. Alla föremål och föremål som omger en person, andra människor, olika typer av växter och djur, partiklar som bara kan ses med ett mikroskop, såväl som obegripliga stjärnhopar: de förenas alla av konceptet "Universum".
Teorier om universums ursprung har utvecklats av människan under lång tid. Trots frånvaron av ens det ursprungliga begreppet religion eller vetenskap, uppstod i forntida människors nyfikna sinnen frågor om principerna för världsordningen och om en persons position i det utrymme som omger honom. Det är svårt att räkna hur många teorier om universums ursprung som finns idag, några av dem studeras av ledande världsberömda vetenskapsmän, andra är uppriktigt sagt fantastiska.
Kosmologi och dess ämne
Modernkosmologi - vetenskapen om universums struktur och utveckling - betraktar frågan om dess ursprung som ett av de mest intressanta och fortfarande otillräckligt studerade mysterierna. Naturen hos de processer som bidrog till uppkomsten av stjärnor, galaxer, solsystem och planeter, deras utveckling, källan till universums uppkomst, såväl som dess storlek och gränser: allt detta är bara en kort lista över studerade frågor av moderna vetenskapsmän.
Sökandet efter svar på den grundläggande gåtan om världens bildande har lett till att det idag finns olika teorier om universums ursprung, existens och utveckling. Spänningen hos specialister som letar efter svar, bygger och testar hypoteser är berättigad, eftersom en pålitlig teori om universums födelse kommer att avslöja för hela mänskligheten sannolikheten för att det finns liv i andra system och planeter.
Teorier om universums ursprung har karaktären av vetenskapliga begrepp, individuella hypoteser, religiösa läror, filosofiska idéer och myter. De är alla villkorligt indelade i två huvudkategorier:
- Teorier enligt vilka universum skapades av skaparen. Med andra ord, deras essens är att processen att skapa universum var en medveten och spiritualiserad handling, en manifestation av viljan hos ett högre sinne.
- Teorier om universums ursprung, byggda på grundval av vetenskapliga faktorer. Deras postulat avvisar kategoriskt både existensen av en skapare och möjligheten av ett medvetet skapande av världen. Sådana hypoteser bygger ofta på vad som kallas medelmåttighetsprincipen. De antar möjligheten attliv inte bara på vår planet, utan också på andra.
Kreationism - teorin om Skaparens skapelse av världen
Som namnet antyder är kreationism den religiösa teorin om universums ursprung. Denna världsbild är baserad på idén om skapandet av universum, planeten och människan av Gud eller Skaparen.
Idén var dominerande under lång tid, fram till slutet av 1800-talet, då processen att samla kunskap inom olika vetenskapsområden (biologi, astronomi, fysik) accelererade och evolutionsteorin fick stor spridning. Kreationism har blivit ett slags reaktion för kristna som håller fast vid konservativa åsikter om de upptäckter som görs. Den dominerande idén om evolutionär utveckling vid den tiden förstärkte bara de motsättningar som fanns mellan religiösa och andra teorier.
Vad är skillnaden mellan vetenskapliga och religiösa teorier
De huvudsakliga skillnaderna mellan teorierna för olika kategorier ligger främst i de termer som används av deras anhängare. Så, i vetenskapliga hypoteser, istället för skaparen - naturen, och istället för skapelsen - ursprung. Tillsammans med detta finns det frågor som på liknande sätt täcks av olika teorier eller till och med är helt duplicerade.
Teorier om universums ursprung, som tillhör motsatta kategorier, daterar själva dess utseende på olika sätt. Till exempel, enligt den vanligaste hypotesen (big bang-teorin) bildades universum för cirka 13 miljarder år sedan.
Däremot ger den religiösa teorin om universums ursprung helt andra siffror:
- Enligt Christiankällor var åldern för universum skapat av Gud vid tiden för Jesu Kristi födelse 3483-6984 år.
- Hinduismen antyder att vår värld är cirka 155 biljoner år gammal.
Kant och hans kosmologiska modell
Fram till 1900-talet var de flesta vetenskapsmän av åsikten att universum var oändligt. Denna egenskap karakteriserade de tid och rum. Dessutom, enligt deras åsikt, var universum statiskt och enhetligt.
Idén om universums oändlighet i rymden lades fram av Isaac Newton. Utvecklingen av detta antagande utfördes av Emmanuel Kant, som utvecklade teorin att det inte heller finns några tidsgränser. När han gick vidare, i teoretiska antaganden, utökade Kant universums oändlighet till antalet möjliga biologiska produkter. Detta postulat innebar att under förhållandena i den antika och vidsträckta världen, utan slut och början, kan det finnas ett oräkneligt antal möjliga alternativ, som ett resultat av vilka utseendet av alla biologiska arter är verkligt.
Baserat på denna teori om livsformers möjliga ursprung utvecklades Darwins teori senare. Observationer av stjärnhimlen och resultaten av astronomernas beräkningar bekräftade Kants kosmologiska modell.
Einsteins tankar
I början av 1900-talet publicerade Albert Einstein sin egen modell av universum. Enligt hans relativitetsteori äger två motsatta processer rum samtidigt i universum: expansion och sammandragning. Men hanhöll med de flesta forskares åsikt om universums stationaritet, så han introducerade konceptet med den kosmiska frånstötande kraften. Dess nedslag är utformat för att balansera stjärnornas attraktion och stoppa rörelseprocessen för alla himlakroppar för att upprätthålla universums statiska natur.
Universumsmodellen - enligt Einstein - har en viss storlek, men det finns inga gränser. En sådan kombination är endast möjlig när rymden är krökt på samma sätt som den sker i en sfär.
Karakteristiken för utrymmet för en sådan modell är:
- Tredimensionell.
- Stänger sig själv.
- homogenitet (avsaknad av centrum och kant), där galaxer är jämnt fördelade.
A. A. Friedman: Universum expanderar
Skaparen av den revolutionära expanderande modellen av universum, A. A. Fridman (USSR) byggde sin teori på basis av de ekvationer som kännetecknar den allmänna relativitetsteorin. Det är sant att den allmänt accepterade åsikten i den vetenskapliga världen på den tiden var vår världs statiska natur, så vederbörlig uppmärksamhet ägnades inte hans arbete.
Några år senare gjorde astronomen Edwin Hubble en upptäckt som bekräftade Friedmans idéer. Avlägsnandet av galaxer från den närliggande Vintergatan har upptäckts. Samtidigt har det faktum att deras rörelsehastighet är proportionell mot avståndet mellan dem och vår galax blivit obestridligt.
Denna upptäckt förklarar stjärnornas och galaxernas ständiga "reträtt" i förhållande till varandra, vilket leder till slutsatsen omuniversums expansion.
Äntligen erkändes Friedmans slutsatser av Einstein, senare nämnde han den sovjetiska vetenskapsmannens förtjänster som grundaren av hypotesen om universums expansion.
Det kan inte sägas att det finns motsägelser mellan denna teori och den allmänna relativitetsteorin, men med universums expansion måste det ha funnits en initial impuls som provocerade stjärnornas spridning. I analogi med explosionen kallades idén "Big Bang".
Stephen Hawking och den antropiska principen
Resultatet av Stephen Hawkings beräkningar och upptäckter var den antropocentriska teorin om universums ursprung. Dess skapare hävdar att existensen av en planet så väl förberedd för mänskligt liv inte kan vara oavsiktlig.
Stephen Hawkings teori om universums ursprung sörjer också för gradvis avdunstning av svarta hål, deras energiförlust och utsläpp av Hawking-strålning.
Som ett resultat av sökandet efter bevis identifierades och verifierades mer än 40 egenskaper, vars efterlevnad är nödvändig för utvecklingen av civilisationen. Den amerikanske astrofysikern Hugh Ross uppskattade sannolikheten för ett sådant oavsiktligt sammanträffande. Resultatet blev siffran 10-53.
Vårt universum inkluderar en biljon galaxer, vardera 100 miljarder stjärnor. Enligt forskarnas beräkningar borde det totala antalet planeter vara 1020. Denna siffra är 33 storleksordningar mindre än den tidigare beräknade. Därför kan ingen av planeterna i alla galaxer kombinera förhållanden som skulle vara lämpliga för spontan bildning.livet.
The Big Bang Theory: Universums uppkomst från en försumbar partikel
Forskare som stöder big bang-teorin delar hypotesen att universum är resultatet av en grand bang. Teorins huvudpostulat är påståendet att före denna händelse var alla element i det nuvarande universum inneslutna i en partikel som hade mikroskopiska dimensioner. Inne i den kännetecknades elementen av ett singulärt tillstånd där indikatorer som temperatur, densitet och tryck inte kunde mätas. De är oändliga. Materia och energi i detta tillstånd påverkas inte av fysikens lagar.
Orsaken till explosionen, som inträffade för 15 miljarder år sedan, kallas den instabilitet som uppstod inuti partikeln. Spridda små element markerade början på världen som vi känner idag.
I början var universum en nebulosa som bildades av små partiklar (mindre än en atom). Sedan, när de kombinerades, bildade de atomer, som fungerade som grunden för stjärngalaxer. Att svara på frågor om vad som hände före explosionen, såväl som vad som orsakade den, är de viktigaste uppgifterna för denna teori om universums ursprung.
Tabellen visar schematiskt stadierna av universums bildande efter big bang.
| Universums tillstånd | Timeline | Förväntad temperatur |
| Expansion (inflation) | Från 10-45till10-37 seconds | Mer1026K |
| Kvarkar och elektroner visas | 10-6 c | Över 1013 K |
| Protoner och neutroner bildas | 10-5 c | 1012K |
| Helium-, deuterium- och litiumkärnor bildas | Från 10-4 från till 3 min | Från 1011 till 109 K |
| Atomer bildade | 400 tusen år | 4000 K |
| Gasmolnet fortsätter att expandera | 15 miljoner år | 300 K |
| De första stjärnorna och galaxerna är födda | 1 miljard år | 20 K |
| Explosioner av stjärnor provocerar fram bildningen av tunga kärnor | 3 miljarder år | 10 K |
| Stjärnornas födelseprocess upphör | 10–15 miljarder år | 3 K |
| Energy of all stars är slut | 1014 år | 10-2 K |
| Svarta hål är uttömda och elementarpartiklar föds | 1040 år | -20 K |
| Avdunstning av alla svarta hål slutar | 10100 år | Från 10-60 till 10-40 K |
Som det följer av ovanstående data, fortsätter universum att expandera och svalna.
Den ständiga ökningen av avståndet mellan galaxer är huvudpostulatet: det som utmärker big bang-teorin. Uppkomsten av universum på detta sätt kan bekräftas av de bevis som hittats. Det finns också skäl föravslag.
Teorins problem
Med tanke på att big bang-teorin inte är bevisad i praktiken är det inte förvånande att det finns flera frågor som den inte kan besvara:
-
Singularitet. Detta ord betecknar universums tillstånd, komprimerat till en enda punkt. Problemet med big bang-teorin är omöjligheten att beskriva de processer som sker i materia och rymd i ett sådant tillstånd. Den allmänna relativitetslagen gäller inte här, så det är omöjligt att göra en matematisk beskrivning och ekvationer för modellering.
Den grundläggande omöjligheten att få svar på frågan om universums initiala tillstånd misskrediterar teorin från själva början. Hennes facklitteraturutställningar tenderar att skingra över eller bara nämna denna komplexitet i förbigående. Men för forskare som arbetar för att tillhandahålla en matematisk grund för big bang-teorin anses denna svårighet vara ett stort hinder.
- Astronomi. I detta område ställs big bang-teorin inför det faktum att den inte kan beskriva processen för galaxernas uppkomst. Baserat på moderna versioner av teorier är det möjligt att förutsäga hur ett homogent gasmoln uppträder. Samtidigt borde dess densitet vid det här laget vara ungefär en atom per kubikmeter. För att få något mer kan man inte göra utan att justera universums initiala tillstånd. Bristen på information och praktisk erfarenhet på detta område blir allvarliga hinder för ytterligare modellering.
Det finns också en diskrepans när det gäller beräknademassan av vår galax och de data som erhålls genom att studera graden av dess attraktion till Andromedagalaxen. Tydligen är vikten av vår galax tio gånger större än man tidigare trott.
Kosmologi och kvantfysik
Idag finns det inga kosmologiska teorier som inte skulle vara baserade på kvantmekanik. När allt kommer omkring handlar det om beskrivningen av beteendet hos atomära och subatomära partiklar. Skillnaden mellan kvantfysik och klassisk fysik (förklarad av Newton) är att den senare observerar och beskriver materiella objekt, medan den förra förutsätter en uteslutande matematisk beskrivning av själva observationen och mätningen. För kvantfysik är materiella värden inte föremål för forskning, här är observatören själv en del av situationen som studeras.
Baserat på dessa egenskaper har kvantmekaniken svårt att beskriva universum, eftersom betraktaren är en del av universum. Men på tal om universums uppkomst är det omöjligt att föreställa sig utomstående. Försök att utveckla en modell utan deltagande av en utomstående observatör kröntes med kvantteorin om universums ursprung av J. Wheeler.
Dess kärna är att det vid varje tidpunkt sker en splittring av universum och bildandet av ett oändligt antal kopior. Som ett resultat kan vart och ett av de parallella universum observeras, och observatörer kan se alla kvant alternativ. Samtidigt är den ursprungliga och nya världen verkliga.
Inflationsmönster
Den huvuduppgift som inflationsteorin är utformad för att lösa håller på att blisöka efter svar på frågor som lämnats outforskade av big bang-teorin och expansionsteorin. Nämligen:
- Varför expanderar universum?
- Vad är big bang?
För detta ändamål tillhandahåller den inflationära teorin om universums ursprung extrapolering av expansionen till nollpunkten i tiden, slutförandet av hela universums massa vid en punkt och bildandet av en kosmologisk singularitet, som ofta kallas big bang.
Det är uppenbart att den allmänna relativitetsteorin inte är relevant, som inte kan tillämpas i detta ögonblick. Som ett resultat kan endast teoretiska metoder, beräkningar och deduktioner tillämpas för att utveckla en mer allmän teori (eller "ny fysik") och lösa problemet med den kosmologiska singulariteten.
Nya alternativa teorier
Trots framgången med den kosmiska inflationsmodellen finns det forskare som motsätter sig den och kallar den ohållbar. Deras huvudargument är kritik mot de lösningar som teorin föreslår. Motståndare hävdar att de resulterande lösningarna lämnar vissa detaljer saknade, med andra ord, istället för att lösa problemet med initiala värden, draperar teorin dem bara skickligt.
Alternativ är flera exotiska teorier, vars idé är baserad på bildandet av initiala värden före big bang. Nya teorier om universums ursprung kan kortfattat beskrivas enligt följande:
- Strängteori. Dess anhängare föreslår, utöver de vanliga fyra dimensionerna av rum och tid, att införa ytterligare dimensioner. De skulle kunna spela en rolltidiga stadier av universum och för tillfället vara i ett kompakterat tillstånd. Som svar på frågan om orsaken till deras kompaktering, erbjuder forskare ett svar som säger att egenskapen hos supersträngar är T-dualitet. Därför "lindas" strängarna på ytterligare dimensioner och deras storlek är begränsad.
- Klideori. Det kallas också för M-teori. I enlighet med dess postulat, i början av universums bildande, finns det en kall statisk femdimensionell rumtid. Fyra av dem (rumsliga) har begränsningar, eller väggar - tre grenar. Vårt utrymme är en av väggarna, och den andra är dold. Den tredje trebranen är belägen i fyrdimensionell rymd, den är begränsad av två gränsbraner. Teorin anser att en tredje bran kolliderar med vår och frigör en stor mängd energi. Det är dessa förhållanden som blir gynnsamma för uppkomsten av en big bang.
Cykliska teorier förnekar det unika med big bang och hävdar att universum går från ett tillstånd till ett annat. Problemet med sådana teorier är ökningen av entropin, enligt termodynamikens andra lag. Följaktligen var varaktigheten av de tidigare cyklerna kortare, och ämnets temperatur var betydligt högre än under big bang. Sannolikheten att detta händer är extremt låg
Oavsett hur många teorier det finns om universums ursprung, har bara två av dem klarat tidens tand och övervunnit problemet med ständigt ökande entropi. De har utvecklats av forskarna Steinhardt-Turok och Baum-Frampton.
Dessa relativt nya teorier om universums ursprung lades fram på 80-talet av förra seklet. De har många följare som utvecklar modeller baserat på det, letar efter bevis på giltighet och arbetar för att lösa inkonsekvenser.
Strängteori
En av de mest populära bland teorierna om universums ursprung är strängteori. Innan du går vidare till beskrivningen av hennes idé är det nödvändigt att förstå begreppen för en av de närmaste konkurrenterna, standardmodellen. Den förutsätter att materia och interaktioner kan beskrivas som en viss uppsättning partiklar, indelade i flera grupper:
- Quarks.
- Leptons.
- Bosons.
Dessa partiklar är i själva verket universums byggstenar, eftersom de är så små att de inte kan delas upp i komponenter.
Ett utmärkande drag för strängteorin är påståendet att sådana tegelstenar inte är partiklar, utan ultramikroskopiska strängar som vibrerar. Samtidigt, som oscillerar vid olika frekvenser, blir strängarna analoger till olika partiklar som beskrivs i standardmodellen.
För att förstå teorin bör man inse att strängar inte är vilken materia som helst, de är energi. Därför drar strängteorin slutsatsen att alla element i universum är gjorda av energi.
Eld är en bra analogi. Att titta på den ger intryck av dess väsentlighet, men den kan inte röras.
Kosmologi för skolbarn
Teorier om universums ursprung studeras kort i skolor vid astronomilektioner. För studenterbeskriv de viktigaste teorierna om hur vår värld skapades, vad som händer med den nu och hur den kommer att utvecklas i framtiden.
Syftet med lektionerna är att bekanta barn med karaktären av bildandet av elementarpartiklar, kemiska grundämnen och himlakroppar. Teorier om universums ursprung för barn reduceras till en presentation av big bang-teorin. Lärare använder bildmaterial: diabilder, tabeller, affischer, illustrationer. Deras huvudsakliga uppgift är att väcka barns intresse för världen som omger dem.
