Ümbritseva maailma suurus ja mitmekesisus võivad hämmastada iga kujutlusvõimet. Kõik inimest ümbritsevad objektid ja objektid, teised inimesed, erinevat tüüpi taimed ja loomad, osakesed, mida saab näha ainult mikroskoobiga, aga ka arusaamatud täheparved: neid kõiki ühendab mõiste "universum".
Universumi tekketeooriaid on inimene välja töötanud pikka aega. Hoolimata isegi algse religiooni või teaduse kontseptsiooni puudumisest tekkis muistsete inimeste uudishimulikes peades küsimusi maailmakorra põhimõtete ja inimese positsiooni kohta teda ümbritsevas ruumis. Raske on kokku lugeda, kui palju teooriaid universumi tekke kohta tänapäeval eksisteerib, mõnda neist uurivad juhtivad maailmakuulsad teadlased, teised on aus alt öeldes fantastilised.
Kosmoloogia ja selle teema
Moodnekosmoloogia - universumi ehituse ja arengu teadus - peab selle päritolu küsimust üheks kõige huvitavamaks ja siiani ebapiisav alt uuritud mõistatuseks. Tähtede, galaktikate, päikesesüsteemide ja planeetide tekkele kaasa aidanud protsesside olemus, nende areng, universumi tekkimise allikas, samuti selle suurus ja piirid: see kõik on vaid lühike loetelu uuritud probleemidest kaasaegsete teadlaste poolt.
Maailma kujunemist puudutavale fundamentaalsele mõistatusele vastuste otsimine on viinud selleni, et tänapäeval on Universumi tekke, olemasolu ja arengu kohta erinevaid teooriaid. Spetsialistide põnevus vastuseid otsides, hüpoteese püstitades ja testides on õigustatud, sest usaldusväärne Universumi sünniteooria paljastab kogu inimkonnale elu olemasolu tõenäosuse teistes süsteemides ja planeetidel.
Universumi tekketeooriatel on teaduslike kontseptsioonide, individuaalsete hüpoteeside, usuõpetuste, filosoofiliste ideede ja müütide iseloom. Need on kõik tinglikult jagatud kahte põhikategooriasse:
- Teooriad, mille järgi Universumi lõi looja. Teisisõnu, nende olemus seisneb selles, et universumi loomise protsess oli teadlik ja spirituaalne tegevus, kõrgema meele tahte ilming.
- Teooriad universumi tekke kohta, mis on üles ehitatud teaduslike tegurite põhjal. Nende postulaadid lükkavad kategooriliselt tagasi nii looja olemasolu kui ka maailma teadliku loomise võimaluse. Sellised hüpoteesid põhinevad sageli nn keskpärasuse printsiibil. Nad eeldavad võimalustelu mitte ainult meie planeedil, vaid ka teistel.
Kreatsionism – maailma loomise teooria Looja poolt
Nagu nimigi viitab, on kreatsionism universumi tekke religioosne teooria. See maailmavaade põhineb kontseptsioonil Universumi, planeedi ja inimese loomisest Jumala või Looja poolt.
Idee oli domineeriv pikka aega, kuni 19. sajandi lõpuni, mil teadmiste kogumise protsess erinevates teadusvaldkondades (bioloogia, astronoomia, füüsika) kiirenes ja evolutsiooniteooria levis. Kreatsionismist on saanud omamoodi reaktsioon kristlastele, kes järgivad tehtavate avastuste suhtes konservatiivseid seisukohti. Sel ajal domineeriv evolutsioonilise arengu idee ainult süvendas religioossete ja muude teooriate vahel valitsenud vastuolusid.
Mis vahe on teaduslikel ja religioossetel teooriatel
Peamised erinevused erinevate kategooriate teooriate vahel seisnevad eelkõige nende järgijate kasutatavates terminites. Niisiis, teaduslikes hüpoteesides looja asemel loodus ja loomise asemel päritolu. Lisaks sellele on probleeme, mis on sarnaselt kaetud erinevate teooriatega või isegi täielikult dubleeritud.
Universumi tekketeooriad, mis kuuluvad vastandlikesse kategooriatesse, dateerivad selle ilmumist erineval viisil. Näiteks levinuima hüpoteesi (suure paugu teooria) kohaselt tekkis universum umbes 13 miljardit aastat tagasi.
Seevastu universumi tekke religioosne teooria annab hoopis teistsugused arvud:
- Kristiani sõnulallikate kohaselt oli Jumala loodud universumi vanus Jeesuse Kristuse sünni ajal 3483–6984 aastat.
- Hinduism viitab sellele, et meie maailm on umbes 155 triljonit aastat vana.
Kant ja tema kosmoloogiline mudel
Kuni 20. sajandini oli enamik teadlasi arvamusel, et universum on lõpmatu. Seda omadust iseloomustasid nad aega ja ruumi. Lisaks oli universum nende arvates staatiline ja ühtlane.
Idee Universumi lõpmatusest kosmoses esitas Isaac Newton. Selle oletuse väljatöötamise viis läbi Emmanuel Kant, kes töötas välja teooria, et ka ajalisi piiranguid pole. Edasi liikudes laiendas Kant teoreetilistes eeldustes universumi lõpmatust võimalike bioloogiliste produktide arvuni. See postulaat tähendas, et iidse ja tohutu maailma tingimustes, ilma lõpu ja alguseta, võib olla lugematu hulk võimalikke variante, mille tulemusena on iga bioloogilise liigi ilmumine reaalne.
Sellele eluvormide võimaliku päritolu teooriale tuginedes töötati hiljem välja Darwini teooria. Tähistaeva vaatlused ja astronoomide arvutuste tulemused kinnitasid Kanti kosmoloogilist mudelit.
Einsteini mõtted
20. sajandi alguses avaldas Albert Einstein oma universumi mudeli. Tema relatiivsusteooria järgi toimub Universumis korraga kaks vastandlikku protsessi: paisumine ja kokkutõmbumine. Siiski tanõustus enamiku teadlaste arvamusega Universumi statsionaarsuse kohta, mistõttu võttis ta kasutusele kosmilise tõukejõu mõiste. Selle mõju eesmärk on tasakaalustada tähtede külgetõmmet ja peatada kõigi taevakehade liikumisprotsess, et säilitada universumi staatilisus.
Universumi mudelil – Einsteini järgi – on teatud suurus, kuid piire pole. Selline kombinatsioon on teostatav ainult siis, kui ruum on kõverdatud samamoodi nagu sfääris.
Sellise mudeli ruumi omadused on järgmised:
- Kolmemõõtmeline.
- Ise sulgub.
- Homogeensus (keskkoha ja serva puudumine), milles galaktikad on ühtlaselt jaotunud.
A. A. Friedman: Universum paisub
Universumi revolutsiooniliselt laieneva mudeli looja A. A. Fridman (NSVL) ehitas oma teooria üles üldist relatiivsusteooriat iseloomustavate võrrandite alusel. Tõsi, tolleaegses teadusmaailmas üldtunnustatud arvamus oli meie maailma staatiline olemus, mistõttu tema tööle ei pööratud piisav alt tähelepanu.
Mõni aasta hiljem tegi astronoom Edwin Hubble avastuse, mis kinnitas Friedmani ideid. Avastati galaktikate eemaldamine lähedalasuvast Linnuteest. Samal ajal on ümberlükkamatuks muutunud tõsiasi, et nende liikumise kiirus on võrdeline nende ja meie galaktika vahelise kaugusega.
See avastus selgitab tähtede ja galaktikate pidevat "taandumist" üksteise suhtes, mis viib järelduseniuniversumi paisumine.
Lõpuks tunnustas Friedmani järeldusi Einstein, hiljem mainis ta nõukogude teadlase teeneid universumi paisumise hüpoteesi rajajana.
Ei saa öelda, et selle teooria ja üldise relatiivsusteooria vahel oleks vastuolusid, kuid Universumi paisumisega pidi siiski tulema algimpulss, mis kutsus esile tähtede hajumise. Analoogselt plahvatusega nimetati seda ideed "Suureks Pauguks".
Stephen Hawking ja antroopiline põhimõte
Stephen Hawkingi arvutuste ja avastuste tulemuseks oli antropotsentriline teooria universumi tekke kohta. Selle looja väidab, et inimeluks nii hästi ette valmistatud planeedi olemasolu ei saa olla juhuslik.
Stephen Hawkingi universumi tekketeooria näeb ette ka mustade aukude järkjärgulist aurustumist, nende energiakadu ja Hawkingi kiirguse emissiooni.
Tõendite otsimise tulemusena tuvastati ja kontrolliti üle 40 tunnuse, mille järgimine on vajalik tsivilisatsiooni arenguks. Ameerika astrofüüsik Hugh Ross hindas sellise tahtmatu kokkulangemise tõenäosust. Tulemuseks oli number 10-53.
Meie universumis on triljon galaktikat, igaühes 100 miljardit tähte. Teadlaste arvutuste kohaselt peaks planeetide koguarv olema 1020. See näitaja on 33 suurusjärku väiksem kui varem arvutatud. Seetõttu ei suuda ükski kõigi galaktikate planeetidest kombineerida tingimusi, mis sobiksid spontaanseks tekkeks.elu.
Suure Paugu teooria: Universumi tekkimine tühisest osakesest
Teadlased, kes toetavad Suure Paugu teooriat, jagavad hüpoteesi, et universum on suure paugu tulemus. Teooria põhipostulaadiks on väide, et enne seda sündmust olid kõik praeguse universumi elemendid suletud osakesesse, millel olid mikroskoopilised mõõtmed. Selle sees olles iseloomustas elemente ainulaadne olek, milles selliseid näitajaid nagu temperatuur, tihedus ja rõhk ei olnud võimalik mõõta. Neid on lõputult. Selles olekus ainet ja energiat füüsikaseadused ei mõjuta.
15 miljardit aastat tagasi toimunud plahvatuse põhjust nimetatakse ebastabiilsuseks, mis tekkis osakese sees. Laiali hajutatud pisikesed elemendid tähistasid tänapäeval tuntud maailma algust.
Alguses oli Universum udukogu, mille moodustasid väikesed (aatomist väiksemad) osakesed. Seejärel moodustasid nad kombineerimisel aatomid, mis olid tähegalaktikate aluseks. Selle universumi tekketeooria kõige olulisemad ülesanded on vastata küsimustele, mis juhtus enne plahvatust ja mis selle põhjustas.
Tabel kujutab skemaatiliselt universumi kujunemise etappe pärast suurt pauku.
| Universumi seisund | Ajaskaala | Eeldatav temperatuur |
| Laienemine (inflatsioon) | 10-45-10-37 sekundit | Veel1026K |
| Ilmuvad kvargid ja elektronid | 10-6 c | Üle 1013 K |
| Prootonid ja neutronid tekivad | 10-5 c | 1012K |
| Tekivad heelium-, deuteeriumi- ja liitiumituumad | 10-4 alates kuni 3 min | 1011 kuni 109 K |
| Aatomid tekkisid | 400 tuhat aastat | 4000 K |
| Gaasipilv jätkab laienemist | 15 miljonit aastat | 300 K |
| Esimesed tähed ja galaktikad on sündinud | 1 miljard aastat | 20 K |
| Tähtede plahvatused provotseerivad raskete tuumade moodustumist | 3 miljardit aastat | 10 K |
| Tähtede sünniprotsess peatub | 10–15 miljardit aastat | 3 K |
| Kõigi tähtede energia on ammendunud | 1014 aastat | 10-2 K |
| Mustad augud ammenduvad ja tekivad elementaarosakesed | 1040 aastat | -20 K |
| Kõigi mustade aukude aurustamine lõpeb | 10100 aastat | 10-60 kuni 10-40 K |
Nagu ül altoodud andmetest järeldub, jätkab universum paisumist ja jahtumist.
Galaktikatevahelise kauguse pidev suurenemine on peamine postulaat: mis eristab Suure Paugu teooriat. Universumi tekkimist sel viisil võivad leitud tõendid kinnitada. On ka põhjustkeeldumised.
Teooriaprobleemid
Arvestades, et suure paugu teooriat praktikas ei tõestata, pole üllatav, et on mitmeid küsimusi, millele see ei suuda vastata:
-
Singulaarsus. See sõna tähistab universumi olekut, mis on kokkusurutud ühte punkti. Suure paugu teooria probleem seisneb selles, et sellises olekus aines ja ruumis toimuvaid protsesse ei ole võimalik kirjeldada. Üldrelatiivsusseadus siin ei kehti, mistõttu on võimatu koostada matemaatilist kirjeldust ja modelleerimiseks võrrandeid.
Põhimõtteline võimatus saada vastust küsimusele Universumi algseisundi kohta diskrediteerib teooriat. päris algus. Tema mitteilukirjanduslikud ekspositsioonid kipuvad seda keerukust varjutama või mainivad seda ainult möödaminnes. Teadlaste jaoks, kes töötavad selle nimel, et luua Suure Paugu teooriale matemaatiline alus, peetakse seda raskust aga peamiseks takistuseks.
- Astronoomia. Selles valdkonnas seisab suure paugu teooria silmitsi tõsiasjaga, et see ei suuda kirjeldada galaktikate tekkeprotsessi. Teooriate kaasaegsete versioonide põhjal on võimalik ennustada, kuidas tekib homogeenne gaasipilv. Samal ajal peaks selle tihedus praeguseks olema umbes üks aatom kuupmeetri kohta. Et midagi enamat saada, ei saa ilma Universumi algseisundit reguleerimata. Teabe ja praktiliste kogemuste puudumine selles valdkonnas on tõsiseks takistuseks edasisel modelleerimisel.
Samuti on lahknevus arvutustesmeie galaktika mass ja andmed, mis on saadud selle Andromeeda galaktika külgetõmbekiiruse uurimisel. Ilmselt on meie galaktika kaal seni arvatust kümme korda suurem.
Kosmoloogia ja kvantfüüsika
Tänapäeval pole ühtegi kosmoloogilist teooriat, mis ei põhineks kvantmehaanikal. See tegeleb ju aatomi- ja alaatomosakeste käitumise kirjeldamisega. Kvantfüüsika ja klassikalise füüsika (selgitanud Newton) erinevus seisneb selles, et viimane vaatleb ja kirjeldab materiaalseid objekte, samas kui esimene eeldab vaatluse ja mõõtmise enda eranditult matemaatilist kirjeldust. Kvantfüüsika jaoks ei ole materiaalsed väärtused uurimise objektiks, siin on vaatleja ise osa uuritavast olukorrast.
Nende tunnuste põhjal on kvantmehaanikul raskusi universumi kirjeldamisega, kuna vaatleja on osa universumist. Rääkides aga universumi tekkimisest, on võimatu ette kujutada kõrvalisi isikuid. Katseid välja töötada mudel ilma välisvaatleja osaluseta kroonis J. Wheeler universumi tekke kvantteooriaga.
Selle olemus seisneb selles, et igal ajahetkel toimub universumi lõhenemine ja lõpmatu arvu koopiate moodustumine. Selle tulemusel saab vaadelda iga paralleeluniversumit ja vaatlejad näevad kõiki kvant alternatiive. Samal ajal on algne ja uus maailm reaalne.
Inflatsioonimuster
Peamine ülesanne, mille lahendamiseks inflatsiooniteooria on loodud, on saamasotsige vastuseid küsimustele, mis Suure Paugu teooria ja paisumise teooria tõttu on jäänud uurimata. Nimelt:
- Miks universum paisub?
- Mis on suur pauk?
Selleks näeb universumi tekke inflatsiooniteooria ette paisumise ekstrapoleerimise aja nullpunktini, kogu universumi massi järelduse ühes punktis ja kosmoloogilise moodustumise singulaarsus, mida sageli nimetatakse suureks pauguks.
Ilmne on üldrelatiivsusteooria ebaolulisus, mida praegu ei saa rakendada. Selle tulemusena saab üldisema teooria (või "uue füüsika") väljatöötamiseks ja kosmoloogilise singulaarsuse probleemi lahendamiseks rakendada ainult teoreetilisi meetodeid, arvutusi ja järeldusi.
Uued alternatiivsed teooriad
Vaatamata kosmilise inflatsiooni mudeli edule, on teadlasi, kes on sellele vastu, nimetades seda vastuvõetamatuks. Nende peamine argument on kriitika teooria pakutud lahenduste suhtes. Oponendid väidavad, et saadud lahendused jätavad mõned detailid puudu ehk teisisõnu algväärtuste probleemi lahendamise asemel laotab teooria need vaid oskuslikult üle.
Alternatiivid on mitmed eksootilised teooriad, mille idee põhineb algväärtuste kujunemisel enne suurt pauku. Uusi teooriaid universumi tekke kohta võib lühid alt kirjeldada järgmiselt:
- Stringiteooria. Selle järgijad teevad lisaks tavapärasele neljale ruumi- ja ajamõõtmele ettepaneku võtta kasutusele täiendavad mõõtmed. Nad võiksid oma rolli mängidaUniversumi varases staadiumis ja olla hetkel tihendatud olekus. Vastates küsimusele nende tihendamise põhjuse kohta, pakuvad teadlased vastuse, et superstringide omadus on T-duaalsus. Seetõttu on stringid "keeratud" lisamõõtmetele ja nende suurus on piiratud.
- Kliteooria. Seda nimetatakse ka M-teooriaks. Vastav alt selle postulaatidele on Universumi tekke alguses külm staatiline viiemõõtmeline aegruum. Neist neljal (ruumilisel) on piirangud või seinad - kolm-braan. Meie ruum on üks seintest ja teine on peidetud. Kolmas kolmikbraan asub neljamõõtmelises ruumis, see on piiratud kahe piirbraaniga. Teooria käsitleb kolmandat braani, mis põrkub meie omaga kokku ja vabastab suure hulga energiat. Just need tingimused muutuvad suure paugu tekkeks soodsaks.
Tsüklilised teooriad eitavad Suure Paugu ainulaadsust, väites, et universum liigub ühest olekust teise. Selliste teooriate probleem on termodünaamika teise seaduse kohaselt entroopia suurenemine. Järelikult oli eelmiste tsüklite kestus lühem ja aine temperatuur oluliselt kõrgem kui suure paugu ajal. Selle juhtumise tõenäosus on äärmiselt väike
Ükskõik kui palju teooriaid universumi tekke kohta on, on ainult kaks neist ajaproovile vastu pidanud ja järjest suureneva entroopia probleemist üle saanud. Need töötasid välja teadlased Steinhardt-Turok ja Baum-Frampton.
Need suhteliselt uued teooriad universumi tekke kohta esitati eelmise sajandi 80. aastatel. Neil on palju järgijaid, kes arendavad selle põhjal mudeleid, otsivad tõendeid paikapidavuse kohta ja töötavad ebakõlade lahendamise nimel.
Stringiteooria
Üks populaarsemaid universumi tekketeooria seas on stringiteooria. Enne tema idee kirjelduse juurde asumist on vaja mõista ühe lähima konkurendi, standardmudeli kontseptsioone. See eeldab, et ainet ja koostoimeid saab kirjeldada kui teatud osakeste kogumit, mis on jagatud mitmeks rühmaks:
- Kvargid.
- Leptons.
- Bosonid.
Need osakesed on tegelikult universumi ehituskivid, kuna need on nii väikesed, et neid ei saa osadeks jagada.
Stringiteooria eripäraks on väide, et sellised tellised ei ole osakesed, vaid ultramikroskoopilised stringid, mis vibreerivad. Samal ajal muutuvad stringid erinevatel sagedustel võnkudes erinevate standardmudelis kirjeldatud osakeste analoogideks.
Teooria mõistmiseks tuleks mõista, et stringid ei ole mingi mateeria, vaid energia. Seetõttu järeldab stringiteooria, et kõik universumi elemendid on valmistatud energiast.
Tuli on hea analoogia. Seda vaadates jääb mulje selle materiaalsusest, kuid seda ei saa puudutada.
Kosmoloogia koolilastele
Universumi tekketeooriaid uuritakse põgus alt koolides astronoomiatundides. Õpilastelekirjeldage peamisi teooriaid selle kohta, kuidas meie maailm kujunes, mis sellega praegu toimub ja kuidas see tulevikus areneb.
Tundide eesmärk on tutvustada lastele elementaarosakeste, keemiliste elementide ja taevakehade tekke olemust. Lastele mõeldud universumi tekketeooriad taandatakse Suure Paugu teooria esitluseks. Õpetajad kasutavad visuaalset materjali: slaidid, tabelid, plakatid, illustratsioonid. Nende peamine ülesanne on äratada lastes huvi neid ümbritseva maailma vastu.
