І ГЛАВА
Към предговор: http://kosmos-21.blogspot.com/2011/06/blog-post.html
ИСТОРИЧЕСКО РАЗВИТИЕ НА КОСМОЛОГИЯТА[1]
АНТИЧНИ ПРЕДСТАВИ ЗА МИРОЗДАНИЕТО
Наивни схващания за произхода и устройството на света се срещат още в митовете на древните народи – Вавилон, Египет, Индия, Гърция и др. Според някои от тях Земята имала малко закръглена форма и плувала върху долните води на безбрежен океан, според други била крепена върху гърбовете на слонове, костенурки и т.н. Слънцето и Луната се движели с колесници или лодки по обсипания със звезди небесен свод (фиг. 1).
Фиг.1 а) Египтяните вярвали, че в първичния космически океан се родил богът на Слънцето, който по-късно започнал да се движи с ладия по небосвода. б) Индийските брамини поставяли Земята върху гърба на огромен слон, крепен от гигантска костенурка и пр. (Ако някои от илюстрациите не се виждат ясно, щракнете върху тях и те ще се увеличат.)
В представите на гръцките мъдреци Земята също била център на всемира. Тя имала формата на изпъкнал от едната си страна диск, стоящ на място във въздуха. Светът завършвал с прозрачна кристална сфера, върху която били разположени “неподвижните” звезди. Тази сфера се въртяла равномерно около невидима ос, минаваща през полюсите й. Единият от тях се намирал в района на Полярната звезда, а другият – някъде на юг. Пътят на Слънцето и Луната, както и сложните маршрути на планетите, астрономите от онова време чертаели върху глобуса на звездното небе. Питагорейците (около VI в. пр. Хр.) смятали Земята за кълбо. Като такава тя останала в съзнанието и на много от следващите мислители. Тилолай (VI – V в. пр. Хр.) ученик и последовател на Питагор, нарисувал друга картина на мирозданието. В центъра на Вселената, според него, горял огън, около който се движели десет тела: небето с неподвижните звезди, петте познати тогава планети, Слънцето, Луната, Земята и Противоземята (последната измислил, за да доведе броя на телата до съвършеното “божествено” число десет). Евдокс Книдски (IV в. пр. Хр.) изградил схема, която отново върнала Земята в центъра на света. Тя била заобиколена от 27 концентрични кристални сфери, движението на които достатъчно добре възпроизвеждало видимите премествания на планетите. За да бъде постигнато това нещо, осите на въртене на тези сфери били разположени в различни направления, така че сумираните движения на няколко такива кълба да дават наблюдавания път на небесното тяло. Аристарх Самоски, живял в Александрия през IV-III в. пр. Хр., изглежда е предложил първия хелиоцентричен модел. Той твърдял, че Слънцето е много по-голямо от Земята и около него се движат всички небесни тела. Най-добре подплатен с блестящи математически изчисления и съгласуван с наблюденията, обаче бил моделът на Клавдий Птолемей. Поради тази причина той се е задържал близо 1400 години – от средата на II в. сл. Хр. до към средата на ХVI век. Според него Земята стои на едно място и около нея обикалят Слънцето, Луната, планетите, както и сферата на “неподвижните” звезди.
НАУЧНИ КОСМОЛОГИЧНИ МОДЕЛИ
През 1543 г. Николай Коперник публикува труда си “За въртенето на небесните сфери”. В него изказва гениални догадки, с които отхвърля геоцентризма. Знаменитият учен приел Слънцето като средоточие на цялото мироздание.
Втората половина на ХVІІ век Исак Нютон открива закона за всемирното привличане и решава, че Вселената трябва да е безкрайна, хомогенно запълнена с небесни тела, за да се получи равномерно разпределяне на гравитацията. (В противен случай, т.е. при ограничена Вселена, силата на привличане няма да бъде уравновесена за външните обекти и след известно време тя ще събере всичкото вещество на едно място.) Но, ако неговото предположение е правилно, би трябвало да се наблюдават две необичайни явления. Първо, нощното небе да има яркостта на Слънцето, защото от всички посоки до Земята ще пристигат лъчите на безбройното множество звезди – фотометричен парадокс. Второ, силата на привличане ще бъде безкрайно голяма и ще поражда огромни ускорения. Такъв гравитационен парадокс също не се установява.
Карл Шарлие в началото на ХХ век предлага модел на йерархично построена безкрайна Вселена, в която не би трябвало да съществуват тези два космологични парадокса.[2] Но един такъв модел не би могъл да се възприеме макар и поради обстоятелството, че в него средната плътност на веществото в пространството клони към нула и освен това няма как да се въведе разширение, нито да се обясни реликтовото радиоизлъчване.
През 1948 г. Хърман Бонди, Томас Голд и Фред Хойл разработват така наречения стационарен модел. При него те въвеждат специално "С – поле", което сътворява вещество, така че средната плътност да не се променя вследствие на разширяването. Някои от поддръжниците на този възглед предполагат, че е възможно светът да е съществувал винаги (без да е бил създаван) в добре подреденото състояние, в което го виждаме и днес. Проведените тестове с далечни обекти (купове, радиогалактики) обаче не се съгласуват с изводите от стационарния модел. Тук отново не се дава отговор на въпроса за произхода на микровълновия фон, а и на редица други възражения.
(По-късно (1993) Фред Хойл, Джефри Бърбидж и Джаянт Нарликар създават друга версия на тази постановка, наречена космология на квазистационарното състояние, която също обуславя една вечна Вселена. Тя успява да обясни наличието на реликтовото излъчване, сегашната му температура, количеството на леките ядра и пр., но все още не може да намери необходимото потвърждение от наблюденията.)
Кратка история на хипотезата за "Големия взрив"
Хипотезата за “Големия взрив” все още е считана за най-перспективна от болшинството физици. Поради това ще се спрем по-подробно на космологичните данни, говорещи в нейна подкрепа, но няма да спестим и критиките на противниците.
Малко след като създава общата теория на относителността (ОТО), през 1917г. Алберт Айнщайн предлага модел на Вселената, който е в нейните рамки. Поради свои собствени философски и общонаучни съображения, Айнщайн е бил уверен, че Вселената може да се опише единствено от статичен модел, чийто глобални свойства не се променят с времето. За да получи такова решение, той въвежда в гравитационните уравнения космологичен член Λ (ламбда) с дименсия (размерност) на сила за компенсиране на гравитацията. Ламбда членът изразява съществуването на отрицателно налягане, пропорционално на разстоянието, но независещо от масата. По такъв начин той представлява един вид антигравитационна сила, която се противопоставя на привличането между телата и пречи на самосъбирането на веществото в света. Така Вселената, според Айнщайн, може да бъде винаги в равновесие, като при това е статична, затворена и крайна.
През 1922 г. Александър Фридман установява, че ако се изключи този неправомерно въведен Λ член, моделите според ОТО трябва да са нестационарни – свиващи се или разширяващи се. След няколко години (1929), Едуин Хъбъл открива червеното отместване в спектрите на далечните галактики, от което прави извода, че те се разбягват, т.е. Вселената се разширява.[3] От всичко това следва, че ако се върнем назад в миналото, преди някакъв определен интервал от време, радиусът на света може да е бил произволно малък. Още през 1927 г. белгийският йезуит Жорж Льометр предлага хипотезата, че в началото на Вселената стои експлозия на "първичен атом". Към средата на века (1948), Георги Гамов като изучава възможността за космологично обяснение на обилието от химични елементи, открива една обща закономерност – сред тях преобладават изотопи с неутронен излишък. Този факт го навежда на мисълта, че в първичното вещество продължително време са се запазвали свободни неутрони, за което пък е необходима висока температура. По такъв начин се заражда идеята за Горещата Вселена, която отначало е била с нищожен радиус и голяма плътност. Вследствие на избухването си (този акт по-късно е означен като “Големия взрив”) Вселената започва да разширява своите размери, като това продължава и до ден днешен. Гамов и неговите сътрудници успяват да пресметнат, че при непрекъснатото намаляване на първоначалната изключително висока температура, тя трябва да е достигнала в сегашната епоха до температура на лъчението около 5К.
През 1964г. Арно Пензиас и Робърт Уилсън откриват необясним радиошум, който веднага се интерпретира като лъчението, предсказано от Гамов. Това остатъчно радиоизлъчване се нарича космически микровълнов фон (КМФ). Регистрира се в диапазона 3мм. – 50см. и е с температура 2,7К.
Стандартният космологичен модел на Големия взрив описва еволюцията на Вселена, която още при самото си раждане е била монотонна (еднородна и изотропна). Но, ако в миналото не е имало никакви флуктуации (отклонения), т.е. при едно идеално хомогенно разпределение на материята, не е възможно развитието на каквито и да било характерни небесни структури. Яков Зелдович и неговите сътрудници разработват така наречената адиабатна теория за произхода на галактиките, според която още в ранните ери от възникването на света са се появили нееднородности. Те са представлявали пертурбации (смущения) в плътността вследствие на акустични вълни. Предполага се, че благодарение на тях са се формирали специфични образувания “питки” (от рус. блины) – дисковидни обекти, които са дали началото на галактическите струпвания.
През ноември 1989 г. космическата агенция на САЩ – NASA изстреля изкуственият спътник COBE (COsmic Background Explorer – Космически Фонов Изследовател). Той имаше за цел не само да регистрира микровълновото фоново лъчение, но и да търси флуктуации в него – ∆Т/Т, където Т е температурата на това лъчение. Спътникът COBE най-после успя да регистрира отдавна търсените флуктуации от порядъка на ∆Т/Т≈10-5. Счита се, че те потвърждават теоретичните предположения за създаването на нееднородности, които впоследствие са довели до образуването на едромащабните структури във Вселената – свръхкуповете и куповете от галактики.
Според общата теория на относителността, ако средната плътност на веществото и енергията (приема се, че са равномерно разпределени във Вселената) е по-голяма от дадена критична стойност, пространството се изкривява до такава степен, че се затваря в себе си. Траекториите, изминавани от всички тела (от частиците до галактиките) и дори светлинните лъчи се завъртат и всичко остава в рамките на една вселена, която има положителна кривина на пространството – фиг. 2а). Ако плътността е по-малка от критичната, вселената е изкривена наопаки (все едно нейната “повърхност” е огъната навън), т.е. има отрицателна кривина – фиг. 2б). При плътност точно равна на критичната, уравненията на ОТО ще ни покажат, че пространството е плоско, т.е. няма кривина – фиг. 2в). В първият случай говорим за затворена, във вторият – за отворена, а в третият – за плоска вселена.
Фиг.2 За да ни бъде по-лесно да разберем нещата нека приемем, че пространството вместо с три, е с две измерения. Тогава то се оприличава на някаква повърхност, която може да се изкривява. В такъв случай трябва да си представим галактиките като напълно плоски ципи (т.е. без дебелина), разположени върху него. Така получаваме двумерни аналози на трите вселени на Фридман: а) Затворена вселена, която съответства на повърхността на сфера. Тук две успоредни прави се пресичат. б) Отворена вселена с огъната навън повърхност. В нея успоредните прави се раздалечават. в) Плоска вселена, за която е в сила евклидовата геометрия. Тоест успоредните прави запазват разстоянието помежду си.
Ако Вселената е затворена, постепенно ще забавя разширяването си, докато в един миг спре. После ще започне да се свива, като увеличава все повече скоростта си, колабирайки към началната си точка. След това може да последва нов период на избухване, разширение и колапс и т.н. За един такъв кръговрат ще са необходими около сто милиарда години. Ричард Толман през 30-те години на двадесети век предлага най-известния модел на циклична вселена. Той обаче разбира, че тя ще има начало и край във времето, поради нарастването на ентропията.[4]
В случай, че Вселената е отворена или плоска, тя ще се разширява безкрайно. Галактиките ще се раздалечават все повече една от друга без обаче да увеличават обема и да променят структурата си за един период от около сто хиляди милиарда години.[5] После всички светила ще изгаснат, т.е. ще завършат пътя си като бели джуджета, неутронни звезди и черни дупки. Ще се разпаднат галактическите струпвания, куповете и дори асоциациите. Накрая, след близо 10116 години, всичкото вещество ще се превърне в лъчение и неутрино.[6]
Инфлационна космология
Класическата теория на Големия взрив обаче не е в състояние да се справи с редица предизвикателства, които се изправят пред нея. Към края на 1979 г. Алън Гут и Хенри Тай в една своя статия разработват т. нар. инфлационна космология, която отстранява някои от трудностите, стоящи пред стандартния модел.[7] Според тях, малко след началото, енергията на Вселената се носела от инфлатонно поле с отрицателно налягане. Благодарение на него за период около 10-35 секунди било предизвикано грандиозно избухване и Вселената се раздула експоненциално повече от 1030 пъти (все едно детско балонче за миг да добие размери, значително превишаващи тези на Млечния път).[8] Полето постепенно освобождавало съдържащата се в него енергия под формата на почти еднородно море от частици и лъчение, като по-нататък нещата се развили според конвенционалния сценарий (виж табл. 1).
Време след Големия взрив | Събитие | Години преди нашето време |
0 | Голям взрив (сингулярност)[9]. | 13,7 млрд. год. |
10-35 до 10-33 сек. | Инфлационна ера. | |
10-33 сек. | Кварк – глуонна плазма. | |
10-5 сек. | Кварките се свързват в протони и неутрони. | |
10-3 сек. | Синтезиране на водородни и хелиеви атоми. | |
1 до 3 мин. | Образуване на леките елементи до бор. | |
370 хил. год. | Вселената става прозрачна. Излъчва се КМФ. | |
200-500 млн. год. | Раждане на първите звезди и протогалактики. | 13,5-13,2 млрд. год. |
3,3 млрд. год. | Формиране на зрели галактики, квазари и на най-старите звезди в Млечния път. | 10,4 млрд. год. |
8,1 млрд. год. | Появява се Слънчевата система, включително Земята. | 5,6 млрд. год. |
Табл. 1
На първо място, инфлацията разрешава проблема за космическия хоризонт (сферата от най-далечните области, с които можем да обменяме светлинна информация за времето след взрива). Нека да си припомним, че температурата на микровълновото фоново лъчение е еднаква във всички посоки с фантастична точност (по-добра от една хилядна от градуса). Загадка е как области, от единия и другия край на космоса, които не са могли да взаимодействат помежду си, имат почти една и съща температура? Решението е, че в самото начало Вселената трябва да се е разширявала достатъчно бавно, за да може в голяма част от нея да бъде установена еднаква температура, а после импозантното раздуване разпръснало близките области надалеч (фиг. 3).
Фиг.3 При инфлация Вселената е по-малка веднага след Големия взрив, но значителна по-обширна в днешно време.
На второ място, може да се намери обяснение за плоския характер на пространството. През 80-те години на ХХ век физиците отчитат, че средната плътността на веществото и енергията е много близка до критичната, като съответно пространството няма съществена кривина. Пресмятанията показват, че за да съвпаднат наблюденията с теорията една секунда след взрива плътността на материята трябва да е била в рамките на една милионна от милиардната от процента от критичната. Стандартният модел не разполага с валиден механизъм, който да го съгласува с измерванията. Тук отново идва на помощ инфлацията с обяснението, че при колосалното разширение всяка остатъчна кривина на пространството е напълно изгладена и Вселената е станала плоска.
На трето място, даден е отговор на проблема с магнитните монополи (тежки елементарни частици, притежаващи само един магнитен полюс). Според класическият модел те трябва да са се образували в огромно количество в ранните етапи от развитието на мирозданието и сега да се намират в изобилие около нас. Но въпреки огромните и продължителни усилия на експериментаторите, все още не е намерен дори един-единствен магнитен монопол. Според изчисленията на А. Гут и Х. Тай тези частици могат да се раждат само в онзи свръх кратък интервал от време между началото на Вселената и момента на нейното раздуване. След като тя увеличила размерите си зашеметяващо число пъти, концентрацията на монополите намаляла също толкова пъти и затова техния брой в съвременния свят е нищожен.
Инфлационната космология обяснява в общи линии и строежа на Вселената. Според учените квантовите флуктуации на инфлатонното поле водят до образуването на нееднородности в малък мащаб, които отговарят за появата на концентрираните структури като звезди, галактики, купове и т.н. Друг триумф на теорията са предвижданията й за изменението на температурата на реликтовото лъчение от една точка на небето към друга, които забележително съвпадат с данните от базираните на спътници телескопи. Наблюденията на астрономите за относителните количества на разпръснатите из космоса леки елементи (водород, хелий, деутерий и литий), също почти се припокриват с изчисленията за процесите довели през първите няколко минути до синтезирането на техните ядра. Инфлацията предопределя и възможно най-ниското количество ентропия при стартирането на Вселената, което създава стрелата на времето и по-нататък е от решаващо значение за съществуването на живота. (Някои модели допускат наличието на огромен брой вселени, така че нашата е като песъчинка сред огромната шир на космическата пустиня.)
Тъмната страна на Вселената
Както отбелязахме, според измерванията и теорията пространството около нас е плоско. Но многобройните астрономически проучвания говорят, че наблюдаваното количество вещество и енергия в космоса осигуряват само 4 % от критичната плътност. Тогава откъде да намерим останалите 96%? От десетилетия обаче се трупат свидетелства, че Вселената притежава съществена тъмна страна. Още през 30-те години на ХХ век Фриц Цвики и Синклер Смит стигат до извода, че в някои галактични струпвания има несветеща материя, чиято допълнителна гравитация запазва куповете в единство. По-късните работи на Кент Форд, Вера Рубин и нейните сътрудници потвърждават, че и много от галактиките трябва да са потопени в кълбо от невидимо вещество, за да могат да задържат звездите си. Последните изчисления показват, че тъмната материя осигурява някъде около 23% от критичната плътност, но тя не може да се състои от протони и неутрони, а само от такива частици, които безпрепятствено преминават през плътна среда (неутрино, различни екзотични обекти и пр.).
Неотдавнашни експерименти дават сериозни доказателства за наличието на маса у неутриното, но според сметките то е твърде леко за целта. Друго обещаващо предложение включва предвижданите в теорията на струните суперсиметрични частици с големи маси, особено фотино, зино и хигсино. От известно време редица научни колективи със специално проектирани детектори усилено търсят следи от масивни слабо взаимодействащи частици тъмна материя. Не трябва обаче да забравяме, че за тях Земята е “прозрачна” – затова нищо чудно, че още не са регистрирани. Все пак физиците се надяват, че не след дълго в сегашните или бъдещите ускорители ще бъде установена тяхната природа.[10]
През 1998 г. две групи астрономи, едната под ръководството на Саул Пърлмутър от Националната лаборатория “Лорънс” в Бъркли, а другата оглавявана от Брайън Шмит от Австралийския национален университет, съобщиха за сензационно откритие. При наблюдение на свръхнови от тип Іа, намиращи се в галактики на различни разстояния от Земята, двата екипа стигат до съвсем неочаквано заключение: разширението на Вселената не само, че не се забавя (както предвижда теорията), а напротив – нараства.[11] Учените правят извода, че установеното от тях ускоряващо се разширение се дължи на тъмна енергия, която добавя точно липсващите 73% от критичната плътност (фиг. 4).
Фиг.4 Еволюция на Вселената според инфлационната космология. През първите 7 млрд. години скоростта на разширяване се забавя, а след това постепенно започва да нараства, от което физиците предполагат наличието на т. нар. тъмна енергия.
Все още не е изяснено и каква е тази тъмна енергия, която отблъсква галактиките, т.е. играе ролята на космологичната константа, предвидена от Айнщайн, само че с много по-голяма стойност. Едни въвеждат ново инфлатонно поле, причиняващо значително по-умерен тласък навън, който обаче трае не частица от секундата, а милиарди години. Други не са убедени, че данните показват ускоряване и чакат да бъдат извършени по-точни проучвания. Затова учените от лабораторията “Лорънс” в Бъркли са предложили да бъде изведен нов спътников телескоп, способен да измери двадесет пъти повече свръхнови от изследваните в досегашните наземни наблюдения. Той не само ще може да потвърди резултата, че 73% от Вселената е тъмна енергия, но би трябвало да установи и нейната природа. Проектът е наречен SNAP (Super Nova/Acceleration Probe – Сонда Свръхнови/Ускорение). Има и такива, които смятат, че данните могат да се обяснят, ако силата на гравитацията се отклонява от обичайното поведение, когато става дума за извънредно големи разстояния, от космичен мащаб.
По съвместен проект на NASA и Принстънския университет през 2001г. беше изведен в орбита спътникът WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe – Сонда за Микровълнова Анизотропия “Уилкинсън”), който измери реликтовото лъчение с около 40 пъти по-голяма точност и разделителна способност от COBE. В началото на 2003г. са анализирани резултатите от него и благодарение на потока от най-точни данни полето от космологични предположения беше прочистено. Като единствени претенденти останаха инфлацията (в многобройните й варианти) и цикличният модел на Стайнхарт-Турок (виж 4 и 7 заб.). Последният предвижда ускорителното разширение на пространството, докато при инфлацията то изглежда като нескопосана добавка. Ако обаче ускоряването на галактиките не бъде потвърдено, инфлационният модел може да оцелее, но тогава отново ще възникне загадката около недостигащите 73% от енергийния бюджет на Вселената.
През месец май 2009г. Европейската Космическа Агенция изведе на орбита обсерваторията „Хершел” заедно с телескопа “Планк”, който има 10 пъти по-добра разделителна способност от WMAP. Планира се и друг спътников експеримент – CMBPol (Cosmic Microwave Background Polarization experiment – Експеримент за Поляризацията на Космическия Микровълнов Фон). Според редица инфлационни модели, гравитационните вълни от Големия взрив трябва да са оставили отпечатък върху поляризацията на реликтовото лъчение. Затова тези спътници няма просто да отчитат отклоненията в температурата му, но ще измерват и неговата поляризация (средната посока на спиновете на регистрираните микровълнови фотони). Тук нещата стоят точно обратно, т.е. при засичане на първични гравитационни вълни ще се изключи цикличния подход, а ще се потвърди инфлационния апарат.
В следващите десетина години се очаква да се внесе яснота дали някой от досега предлаганите космологични модели трябва да бъде предпочетен или ще се наложи да се разработват други варианти за раждането на света.
Като следваме етапите, отразени в таблицата ще изтъкнем само някои от по-основните недостатъци на стандартния сценарий.[12]
Сингуларното начало изисква от космологията строго решение, което инфлацията не е в състояние да даде, защото все още няма добра интеграция в теорията на струните и затова не е част от сливането на квантовата механика и общата теория на относителността.
Никой не може да каже откъде по-нататък се появява инфлатонно поле, с подходяща форма на потенциалната енергия за възникване на инфлацията. Не знаем и точните параметри на избухването – кога се случва, колко време трае, какво количество енергия преобразува в частици и лъчение и пр. Затова няма как да се избегне и впечатлението, че физиците просто нагласяват своите концепции, така че да съвпаднат с астрономическите наблюдения.
Според теорията, първичната Вселена била съставена изцяло от лъчение с висока енергия, създаващо спонтанно частици и античастици. Някъде около една микросекунда след взрива температурата спаднала под 1013К. Кварките и антикварките намалили скоростта си и били залавяни от силното взаимодействие, което ги слепвало в групи по три – образуващи съответно бариони и антибариони. Според статистическите закони обаче броят им задължително трябва да е бил еднакъв и неизбежните удари между тях са щели да водят до пълна анихилация. Енергията на получаващото се лъчение постепенно ще се е разреждала при разширяването на Вселената, поради което не биха се раждали нови двойки частици. Т.е. в днешно време изобщо не би могло да съществува вещество.
Някой обаче е решил, че през онази епоха, незнайно защо се е получил дисбаланс – на всеки милиард антибариони се падали милиард и един бариони. След като големият фойерверк свършил, оцелелите бариони се превърнали в протони и неутрони, от които впоследствие били изградени всички атомни ядра.[13]
Най-фундаменталните проблеми на теорията обаче се отнасят до невероятно сложното построение на атомите, звездите и космическите системи. (На тях ще се спрем в следващите глави на книгата.) Затова не бива да ни учудва мнението на критиците, че макар да решава някои второстепенни въпроси, съвременната хипотеза за “Големия взрив”, всъщност не може да намери задоволително обяснение за произхода на Вселената.
Как се съгласуват данните от космологичната картина на света с разказа в началото на книгата Битие?
Микровълновото фоново лъчение най-вероятно е остатък от онази светлина огряла космическите простори през първия ден от сътворението. Нейният произход не е свързан със Слънцето и звездите, защото те са били създадени едва на четвъртия ден. Затова е възможно флуктуациите в реликтовия фон да се дължат именно на внезапната поява на всички небесни тела (според ОТО гравитацията влияе на електромагнитните вълни). Ако приемем, че червеното отместване в спектрите на галактиките действително се дължи на разбягването им, то не е задължително да екстраполираме нещата назад във времето до една точка. Вселената може да е създадена с нейната пространствена структура, като е придадено ускорение на галактиките, което да противостои на общата притегателна сила, стремяща се да събере веществото.[14] Изобщо най-доброто обяснение за фината настройка на всемира си остава разбирането, че Бог е нагласил оптимално всички параметри на Вселената, така че в нея да може да съществува човекът.
БЕЛЕЖКИ:
[1] Космологията е наука за устройството, произхода и развитието на Вселената. Тя се занимава не само с проблемите, свързани с образуването на небесните системи (планетни, звездни, галактични и пр.), но и с въпросите относно пространство-времето – кривина, изменяемост, разширение и т.н.
[2] Подобни идеи за йерархични (островни) вселени са предлагани още от Имануил Кант (1755) и Йохан Ламберт (1760).
[3] През 1918 г. страсбургският астроном Карл Вилхелм Вирц измерва систематично червено отместване на някои “мъглявини” и го нарича K-корекция. Пет години по-късно (1923), като изследва цефеиди, Едуин Хъбъл доказва, че “спиралните мъглявини”, в които те се намират всъщност са галактики извън нашия Млечен път. По-нататък – 1929 г., на базата на своите наблюдения от обсерваторията Маунт Уилсън, Хъбъл представя емпирични данни, че галактиките се раздалечават във всички посоки и пръв изказва предположения за възрастта и скоростта на разширение на Вселената.
[4] Някои физици смятат, че ако в първите моменти вселената не е монотонна, а преминава през хаотично състояние, тя всеки път ще се ражда различна и би могла да осцилира (пулсира) дори безброй пъти.
В началото на ХХІ век Пол Стайнхарт и Нийл Турок, в рамките на теорията на струните, разработват едно радикално въплъщение на цикличната космология, този път с плоска вселена. Те изказват предположението, че нашият свят е трибрана, която през няколко трилиона години се сблъсква с друга успоредна вселена – трибрана. “Взривът” от удара дава началото на всеки нов космологичен цикъл.
[5] Естествено възниква въпросът няма ли раздуващото се пространство да увеличи разстоянията между звездите в галактиките, между градивните частици на телата и дори между протоните, неутроните и електроните в атомите? Отговорът е “не”. Гравитационното, електромагнитното и ядреното взаимодействия, които държат събрани тези структури, са много по-големи от разтеглящата сила на пространството, затова и никой от посочените обекти не се уголемява. Само в свръхгалактичен мащаб разширяването на пространството кара галактиките да се разбягват, защото (поради голямата отдалеченост) силите на привличане между тях са сравнително малки.
[6] През 1975 г. Стивън Хокинг установи, че дори една черна дупка трябва да излъчва електромагнитни вълни и неутрино, в резултат на което тя постепенно се “изпарява”.
[7] Една година по-рано (1978) руските физици Генадий Чибисов и Андрей Линде стигат до идеята за инфлация, но при подробен анализ съзират, че тя страда от някои проблеми и затова не публикуват работата си. Днес теоретиците са предложили различни версии на инфлация – стара, нова, разширена, топла, хибридна, подпомогната, хаотична, хиперестествена, вечна и мн. др.
[8] Сравнението с балончето и Млечния път, е само за да добием представа колко голямо е числото 1030. Всъщност някои физици изчисляват, че е достатъчно раздуването да се е случило в зрънце с нищожни размери, например 10-27 см. В такъв случай диаметърът на Вселената след инфлационната ера ще е едва около 10 метра.
[9] Изразът “Големият взрив” се използва, за да обозначи събитие, случило се в самия момент нула, което е поставило началото на съществуването на Вселената. Но тъй като уравненията спират да действат малко преди момента нула, никой няма представа какво точно е било това събитие. За да получим по-ясен поглед към този етап е необходимо общата теория на относителността да се слее с квантовата механика. Много учени смятат, че един сравнително нов подход на име теория на струните може да постигне това обединение и да се справи с екстремните условия на невероятни горещина и плътност от най-ранните моменти на всемира.
[10] Построеният наскоро в Женева, Швейцария гигантски ускорител на елементарни частици, наречен Голям адронен колайдър (LHC – Large Hadron Collider), влезе в експлоатация 2008 г., но ще заработи с пълния си капацитет през 2010 г. Възлагат се големи надежди, че тази машина ще бъде достатъчно мощна, за да открие частиците суперпартньори, да разбули тайната около тъмната материя и да даде косвено потвърждение относно теорията на струните.
[11] Механизмът, водещ до образуването на тези свръхнови е следният: Малко, но плътно бяло джудже изсмуква вещество от повърхността на близка нормална звезда. Когато масата му достигне определена критична стойност (около 1,4 пъти тази на Слънцето), в него стартира верижна термоядрена реакция, при която джуджето се взривява като свъхнова от тип Іа. Тъй като критична маса е точно определена, действителната яркост на подобни експлозии е винаги почти една и съща. Поради това свръхновите от тип Іа се използват като стандартни свещи в астрономията, т.е. по наблюдаваната им яркост се определя разстоянието до тях.
[12] Понеже не описахме подробно цикличната космология няма как да изброим и възраженията относно нейните модели. Необходимо е да отбележим обаче, че последните също са твърде спекулативни и страдат от не по-малко значими проблеми.
[13] Руският физик Андрей Сахаров предполага, че при Големия взрив е имало нарушение на т. нар. СР-симетрия, което е довело до превес на материята. Но все още няма никакво теоретично обяснение за произхода на подобна аномалия. В космоса се откриват съвсем малки количества антиматерия (освен няколкото потока от нея близо до ядрото на Млечния път).
[14] Ако бяхме видели младия Адам да се разхожда из едемската градина, връщайки лентата назад, сигурно щяхме да помислим, че той преди е бил юноша, дете, бебе и е започнал развитието си от една оплодена яйцеклетка. Дарвин по подобен начин решил, че чинките от Галапагоските острови вероятно имат общ прародител, произхождащ от по-нисши животни, които на свой ред са еволюирали от още по-примитивни и пр. Така като се опитвал да проследи историята на организмите, накрая стигнал до основната протоклетка, зародила се в световния океан. Според Библията – Вселената, живите същества и човекът са били създадени в завършен вид. Тоест в научните теории е възможно ние, основавайки се на своя опит, да провеждаме една неправомерна екстраполация назад във времето до някаква начална точка, която в действителност никога не е съществувала.
Няма коментари:
Публикуване на коментар