Katta portlash haqidagi tasavvurlar

Abstrakt
Maqola Katta portlash nazariyasining paydo bo'lish tarixiga bag'ishlangan va uni 15 milliard yil oldin sodir bo'lgan tushunarsiz xususiyatlarga ega gipotetik elementar zarrachaning portlashi tushunchasidan kosmosning o'zi portlashi g'oyasigacha modernizatsiya qilishga urinishlarga bag'ishlangan. uzoq galaktikalar orasida. Bu portlash, Katta portlash nazariyasiga ko'ra, koinotni tug'dirdi. Ushbu nazariyaning zaif tomonlari ko'rsatilgan. Biz Katta portlashning yangi gipotezasini taklif qildik, unda portlash markazi yo'q. Barion moddaning atomlarining atrofdagi fazoning qorong'u moddasi bilan o'zaro ta'siri tufayli ularning massasi, hajmi va aylanish tezligi vaqt o'tishi bilan o'sib boradi. Vaqt o'tishi bilan ortib boruvchi markazdan qochma kuchlarga va atrofdagi fazoning qorong'u materiyadagi bosimning cheklovchi kuchlariga qarshi turish natijasida markazdan qochma kuchlar atomlarni parchalash momenti keladi. Bu astronomik o'lchovlar bilan bir vaqtning o'zida butun koinotda sodir bo'lishi mumkin. Bu butun koinotning mohiyatini qo'zg'atadigan katta portlash bo'ladi. Ushbu portlashdan so'ng qorong'u materiyadan, kosmik jismlardan barionlarning tashkil etilishi, ularning massasi va o'lchamlari keyingi Katta portlashgacha bo'lgan sokin davr bo'ladi. Zamonaviy koinotning yoshi taxmin qilinadi va keyingi Katta portlashgacha bo'lgan vaqt oralig'i taxmin qilinadi.
Katta portlash haqidagi tasavvurlar
Hozirgi vaqtda astrofizika bizning koinotimiz "Katta portlash" natijasida paydo bo'lgan deb da'vo qilmoqda. Bu e'tiqod uzoq galaktikalarning astronomik kuzatishlaridan kelib chiqqan bo'lib, ularning spektrlarida katta qizil siljish kuzatilgan, bu esa bu galaktikalardan Yerdagi kuzatuvchiga keladigan yorug'lik to'lqin uzunligining oshishini anglatadi. Xabbl qonuni bu galaktikalargacha bo'lgan masofa bilan to'lqin uzunligi ortishi bilan bog'liq edi. Doppler qonuni asosida fizika uzoq galaktikalar spektrlaridagi kosmologik qizil siljishni ularning bir-biridan, shu jumladan Yerdagi kuzatuvchidan faol ravishda uzoqlashishi bilan bog'ladi. Bundan tashqari, uzoq o'tmishda Katta portlash bo'lgan degan ishonch, portlashdan keyin bizning davrimizga qadar saqlanib qolgan aniqlangan relikt nurlanish va tortishish to'lqinlari bilan tasdiqlanadi 2 Katta portlash nimadan iborat bo'lganligi haqida ikki nuqtai nazar mavjud. Gamow Katta Portlash nazariyasi (1946) nomi bilan tanilgan birinchisiga ko'ra, taxminan 15 milliard yil oldin o'ta zich elementar zarracha portlagan. Portlash mahsulotlaridan bizning koinotimiz hosil bo'ldi. O'shandan beri u doimiy ravishda kengayib bordi va buning natijasida galaktikalar tarqalib, spektrlarida qizil siljish bilan signal beradi. Vaqt o'tishi bilan, Yerdagi kuzatuvchidan masofa oshgani sayin, kengayish tezligi oshadi. Galaktikalar ko'rinadigan koinotning chetiga yaqinlashganda, yorug'lik to'lqin uzunligi Xabbl qonunida bashorat qilinganidan ancha tezroq ortadi. Koinotning tezlashtirilgan kengayishini kashf etgani uchun ushbu kashfiyot mualliflariga 2011 yilda Nobel mukofoti berildi. Ushbu o'ta zich elementar zarrachada materiya va energiya qanday bo'lganligi haqidagi savol tug'ildi. Portlashdan oldin bu zarracha atrofida nima bo'lgan va koinot qayerda kengayadi deb so'rash noto'g'ri hisoblanadi. Chunki koinotdagi fazo va vaqt ham Katta portlash natijasida vujudga kelgan. Protonlar, neytronlar, pozitronlar, elektronlar va boshqa uzoq umr ko'radigan elementar zarralar 15 milliard yil oldin hosil bo'lgan va bizning kunlarimizga o'zgarmagan holda etib kelgan deb taxmin qilinadi. Ikkinchi nuqtai nazar, eng katta yadroviy bombaning portlashi bo'lgan "kosmik tuxum" ning portlashi haqidagi g'oyalarning nochorligidan kelib chiqdi. Bu nuqtai nazar moddiy ob'ekt emas, balki "kosmos" portlagan degan fikrga asoslanadi. Shu bilan birga, bu g‘oya mualliflari o‘zlaricha, “kosmos” nima ekanligini va bo‘sh joyda nima portlashi mumkinligini tushuntirishdan ovora emas? Ushbu g'oyalar mualliflari bugungi kunda astrofizika kosmosni bo'sh, eng yaxshisi elektromagnit nurlanish bilan to'ldirilgan deb hisoblashini hisobga olishlari kerak. Kuzatish uchun mavjud bo'lgan bo'shliqda astronomlar yulduzlarning portlashlarini kuzatadilar, ammo yulduzlar orasidagi bo'shliqning portlashlarini kuzatmaydilar. Ikkinchi nuqtai nazarga ko'ra, kengayib borayotgan fazo galaktikalarni o'z ichiga oladi. Shu sababli, galaktikalar tarqaladi va Doppler qonuniga muvofiq, yorug'lik to'lqinining uzunligini uzaytirish orqali signal beradi. Shu bilan birga, moddiy ob'ektlarning makon bilan o'zaro ta'siri mexanizmi ishlab chiqilmagan. Ba'zida kosmik kengayish mualliflari va tarafdorlari kosmos kengayishi va galaktikalar o'z joylarida qolishi va tarqalib ketmasligi haqidagi fantastik g'oyalar bilan kelishib oldilar. Ularning ta'kidlashicha, kosmologik qizil siljish hech qanday tarzda Doppler effekti bilan bog'liq emas va bu holda uzoq galaktikalar spektrlarida qizil siljish nimaga olib kelishini tushuntirishdan bezovta qilmaydi? Shuning uchun, ikkinchi nuqtai nazar birinchisidan yaxshiroq emas.

Katta portlash

Astronomlar matematik modellarni kuzatishlar bilan birlashtirib, koinot qanday paydo bo'lganligi haqidagi amaliy nazariyalarni ishlab chiqadilar. Katta portlash nazariyasining matematik asoslari Albert Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasi va asosiy zarrachalarning standart nazariyalarini o'z ichiga oladi. Bugungi kunda NASA kosmik kemalari, masalan, Hubble kosmik teleskopi va Spitzer kosmik teleskopi koinotning kengayishini o'lchashda davom etmoqda. Maqsadlardan biri uzoq vaqtdan beri koinotning abadiy kengayishi yoki qachondir to'xtab qolishi, aylanib ketishi va "Katta inqiroz"da qulab tushishi haqida qaror qabul qilish edi.
Fon radiatsiyasi
Fizika nazariyalariga ko'ra, agar biz Katta portlashdan bir soniya o'tib koinotga qaraydigan bo'lsak, neytronlar, protonlar, elektronlar, antielektronlar (pozitronlar), fotonlar va 10 milliard graduslik dengizni ko'ramiz. neytrinolar. Keyin, vaqt o'tishi bilan biz koinotning sovishini, neytronlarning proton va elektronlarga parchalanishini yoki protonlar bilan birlashib deyteriyni (vodorod izotopi) hosil qilishini ko'rdik. U sovishda davom etar ekan, u oxir-oqibat neytral atomlarni hosil qilish uchun elektronlar yadrolar bilan birikadigan haroratga yetadi. Ushbu "rekombinatsiya" sodir bo'lishidan oldin, Koinot shaffof bo'lmagan bo'lar edi, chunki erkin elektronlar quyosh nuri bulutlardagi suv tomchilaridan tarqaladigan tarzda yorug'lik (fotonlar) tarqalishiga sabab bo'lar edi. Ammo erkin elektronlar neytral atomlarni hosil qilish uchun so'rilgach, koinot birdan shaffof bo'lib qoldi. O'sha fotonlarni - kosmik fon radiatsiyasi deb nomlanuvchi Katta portlashdan keyingi yorug'lik - bugungi kunda kuzatilishi mumkin.
Missiyalar kosmik fon radiatsiyasini o'rganadi
NASA kosmik fon radiatsiyasini o‘rganish bo‘yicha ikkita missiyani boshladi, koinot tug‘ilganidan atigi 400 000 yil o‘tib “chaqaloq suratlarini” oldi. Ulardan birinchisi Cosmic Background Explorer (COBE) edi. 1992 yilda COBE jamoasi kosmik fon radiatsiyasidagi dastlabki issiq va sovuq nuqtalarni xaritaga tushirganliklarini e'lon qildi. Bu dog'lar olamning dastlabki davridagi tortishish maydoni bilan bog'liq bo'lib, koinot bo'ylab yuzlab million yorug'lik yiliga cho'zilgan ulkan galaktikalar klasterlarining urug'larini hosil qiladi. Bu ish NASA doktori Jon C. Mather va Kaliforniya universitetidan Jorj F. Smootga 2006 yilda fizika bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi.
Kosmik fon nurlanishini tekshirish bo'yicha ikkinchi missiya Wilkinson Microware Anizotropy Probe (WMAP) edi. COBE bilan solishtirganda sezilarli darajada yaxshilangan piksellar soniga ega, WMAP butun osmonni o'rganib chiqdi, koinot bo'ylab deyarli bir xil tarqalgan mikroto'lqinli nurlanishning harorat farqlarini o'lchadi. Rasmda osmon xaritasi ko'rsatilgan, issiq hududlar qizil rangda, sovuqroq hududlar esa ko'k rangda. Ushbu dalillarni Olamning nazariy modellari bilan birlashtirib, olimlar olam "tekis" degan xulosaga kelishdi, ya'ni kosmologik masshtabda fazo geometriyasi Evklid geometriyasi qoidalariga javob beradi (masalan, parallel chiziqlar hech qachon uchrashmaydi, nisbati). aylana aylanasi diametri pi va boshqalar).
Uchinchi missiya, NASAning muhim ishtiroki bilan Yevropa kosmik agentligi boshchiligidagi Plank edi. 2009 yilda ishga tushirilgan. Plank mikroto'lqinli fon radiatsiyasining eng aniq xaritalarini yaratmoqda. Bir darajaning bir necha milliondan bir qismidagi harorat o'zgarishiga sezgir asboblar yordamida va to'liq osmonni 9 to'lqin uzunligi diapazonida xaritalash orqali u CMB haroratining o'zgarishini fundamental astrofizik chegaralar bilan belgilangan aniqlik bilan o'lchaydi.

Koinotning "chaqaloq surati". WMAP ning mikroto'lqinli fon radiatsiyasining harorati xaritasi 3K fonida kichik o'zgarishlarni (bir necha mikrogradus) ko'rsatadi. Issiq nuqtalar qizil rangda, sovuq joylar esa to'q ko'k rangda namoyon bo'ladi.
Inflyatsiya
Asl COBE natijalaridan kelib chiqqan va yuqori aniqlikdagi WMAP ma'lumotlari bilan saqlanib qolgan muammolardan biri bu koinotning juda bir xilligi edi. Qanday qilib olamning hech qachon bir-biri bilan aloqa qilmagan qismlari bir xil haroratda muvozanatga kelgan? Bu va boshqa kosmologik muammolarni hal qilish mumkin edi, agar Katta portlashdan keyin juda qisqa vaqt o'tgan bo'lsa, u erda koinot "inflyatsiya" deb ataladigan ajoyib kengayish portlashini boshdan kechirgan bo'lsa. Bunday inflyatsiya sodir bo'lishi uchun Katta portlash paytida koinot tabiati hali noma'lum energiyaning beqaror shakli bilan to'ldirilgan bo'lishi kerak. Uning tabiati qanday bo'lishidan qat'i nazar, inflyatsiya modeli bu ibtidoiy energiya koinot juda kichik bo'lganida paydo bo'lgan bir turdagi kvant shovqini tufayli kosmosda notekis taqsimlangan bo'lishini taxmin qiladi. Bu naqsh koinot materiyasiga o'tgan bo'lar edi va rekombinatsiya paytida erkin oqib chiqa boshlagan fotonlarda namoyon bo'ladi. Natijada, biz koinotning COBE va WMAP rasmlarida bunday naqshni ko'rishni va ko'rishni kutamiz.
Ammo bularning barchasi inflyatsiya nimadan kelib chiqqanligi haqidagi savolni javobsiz qoldiradi. Bu savolga javob berishning bir qiyinligi shundaki, inflyatsiya rekombinatsiyadan ancha oldin tugagan va shuning uchun rekombinatsiyadan oldin koinotning shaffofligi, aslida, o'sha qiziqarli juda erta voqealarga pardadir. Yaxshiyamki, koinotni kuzatishning fotonlarni umuman o'z ichiga olmaydigan usuli mavjud. Katta portlash paytidan boshlab bizga buzilmagan holda yetib borishi mumkin bo'lgan yagona ma'lum shakli bo'lgan tortishish to'lqinlari biz boshqa yo'l bilan ololmaydigan ma'lumotni olib yurishi mumkin. NASA va ESA tomonidan inflyatsiya davridagi tortishish to'lqinlarini qidiradigan bir nechta missiyalar ko'rib chiqilmoqda.
Qorong'u energiya
Hubble va COBEdan keyingi yillar davomida Katta portlashning surati asta-sekin aniqroq bo'ldi. Ammo 1996 yilda juda uzoq o'ta yangi yulduzlarni kuzatish rasmni keskin o'zgartirishni talab qildi. Har doim koinot materiyasi uning kengayish tezligini sekinlashtiradi deb taxmin qilingan. Massa tortishish kuchini yaratadi, tortishish tortishish hosil qiladi, tortishish kengayishni sekinlashtirishi kerak. Ammo o'ta yangi yulduzlarning kuzatuvlari shuni ko'rsatdiki, koinotning kengayishi sekinlashmasdan, balki tezlashmoqda. Materiyaga o'xshamaydigan va oddiy energiyaga o'xshamaydigan narsa galaktikalarni bir-biridan uzoqlashtirmoqda. Bu "narsa" qorong'u energiya deb nomlangan, ammo unga nom berish uni tushunish emas. Qorong'u energiya fizikaga noma'lum bo'lgan dinamik suyuqlikning bir turimi yoki u bo'sh fazoning vakuumining xususiyatimi yoki umumiy nisbiylikning qandaydir o'zgarishimi hali noma'lum.