20-asr boshlarida Albert Eynshteyn ismli yosh olim yorugʻlik va massaning xossalarini hamda ularning bir-biri bilan qanday bogʻliqligini koʻrib chiqdi. Uning mulohazalari natijasi nisbiylik nazariyasi edi. Uning ishi zamonaviy fizika va astronomiyani bugungi kungacha o'zgartirgan. Har bir talaba massa va energiya qanday bog'liqligini tushunish uchun o'zining mashhur E=MC2 tenglamasini o'rganadi. Bu koinot mavjudligining asosiy faktlaridan biridir.
Kosmologik doimiylik nima?
Eynshteynning umumiy nisbiylik uchun tenglamalari qanchalik chuqur boʻlsa, ular muammo keltirdi. U koinotda massa va yorug'lik qanday mavjudligini, ularning o'zaro ta'siri qanday qilib statik (ya'ni kengaymaydigan) olamga olib kelishi mumkinligini tushuntirishga harakat qildi. Afsuski, uning tenglamalari uning qisqarishi yoki kengayishini va bu abadiy davom etishini, lekin oxir-oqibat qisqarish nuqtasiga yetishini bashorat qilgan.
Bu unga toʻgʻri kelmadi, shuning uchun Eynshteyn tortishish kuchini ushlab turish usulini tushuntirishi kerak edi,statik olamni tushuntirish uchun. Axir, o'z davrining ko'pgina fiziklari va astronomlari shunchaki shunday deb taxmin qilishgan. Shunday qilib, Eynshteyn "kosmologik konstanta" deb ataladigan Fudge omilini ixtiro qildi, bu tenglamalarni tartibga solib, kengaymaydigan va qisqarmaydigan koinotga olib keldi. U kosmos vakuumidagi energiya zichligini bildiruvchi "lambda" (yunoncha harf) belgisini o'ylab topdi. U kengayishni nazorat qiladi va uning etishmasligi bu jarayonni to'xtatadi. Endi kosmologik nazariyani tushuntirish uchun omil kerak edi.
Qanday hisoblash mumkin?
Albert Eynshteyn 1915-yil 25-noyabrda umumiy nisbiylik nazariyasining (GR) birinchi versiyasini ommaga taqdim etdi. Eynshteynning asl tenglamalari quyidagicha ko'rinardi:
Zamonaviy dunyoda kosmologik konstanta:
Bu tenglama nisbiylik nazariyasini tavsiflaydi. Bundan tashqari, doimiy lambda a'zosi deb ham ataladi.
Galaktikalar va kengayayotgan koinot
Kosmologik konstanta hamma narsani u kutganidek tuzatmadi. Aslida, bu ishladi, lekin faqat bir muddat. Kosmologik doimiy muammo hal etilmagan.
Bu yana bir yosh olim Edvin Xabbl uzoq galaktikalardagi oʻzgaruvchan yulduzlarni chuqur kuzatishgacha davom etdi. Ularning miltillashi bu kosmik tuzilmalargacha bo'lgan masofani va boshqalarni ko'rsatdi.
Xabblning ishi namoyish etildinafaqat koinot boshqa ko'plab galaktikalarni o'z ichiga olgan, balki u kengayib borayotgani ma'lum bo'ldi va endi biz bu jarayonning tezligi vaqt o'tishi bilan o'zgarishini bilamiz. Bu Eynshteynning kosmologik doimiyligini sezilarli darajada nolga tushirdi va buyuk olim o'z taxminlarini qayta ko'rib chiqishga majbur bo'ldi. Tadqiqotchilar undan butunlay voz kechishmagan. Biroq, keyinchalik Eynshteyn umumiy nisbiylik nazariyasiga o'zining doimiyligini qo'shishni hayotidagi eng katta xato deb atadi. Lekin shundaymi?
Yangi kosmologik konstanta
1998 yilda Hubble kosmik teleskopi bilan ishlaydigan, uzoqdagi o'ta yangi yulduzlarni o'rganuvchi olimlar jamoasi mutlaqo kutilmagan narsani payqashdi: koinotning kengayishi tezlashmoqda. Bundan tashqari, jarayonning sur'ati ular kutgandek emas va o'tmishda bo'lgan.
Koinot massa bilan to'lganligini hisobga olsak, kengayish juda kichik bo'lsa ham, sekinlashishi mantiqiy tuyuladi. Shunday qilib, bu kashfiyot tenglamalar va Eynshteynning kosmologik konstantasi bashorat qilgan narsaga ziddek tuyuldi. Astronomlar kengayishning aniq tezlashishini qanday tushuntirishni tushunishmadi. Nega, bu qanday yuz bermoqda?
Savollarga javoblar
Tezlanish va u haqidagi kosmologik tushunchalarni tushuntirish uchun olimlar asl nazariya gʻoyasiga qaytishdi.
Ularning so'nggi taxminlari qorong'u energiya deb ataladigan narsaning mavjudligini inkor etmaydi. Bu ko'rinmaydigan va sezilmaydigan narsa, lekin uning ta'sirini o'lchash mumkin. Bu qorong'ulik bilan bir xilmateriya: uning ta'siri yorug'lik va ko'rinadigan materiyaga qanday ta'sir qilishiga qarab aniqlanishi mumkin.
Astronomlar bu qorong'u energiya nima ekanligini hali bilmasligi mumkin. Biroq, ular bu koinotning kengayishiga ta'sir qilishini bilishadi. Ushbu jarayonlarni tushunish uchun kuzatish va tahlil qilish uchun ko'proq vaqt kerak bo'ladi. Balki kosmologik nazariya unchalik yomon fikr emasdir? Axir, buni qorong'u energiya mavjudligini taxmin qilish bilan izohlash mumkin. Ko'rinishidan, bu haqiqat va olimlar qo'shimcha tushuntirishlarni izlashlari kerak.
Boshida nima boʻldi?
Eynshteynning asl kosmologik modeli sferik geometriyaga ega statik bir hil model edi. Materiyaning tortishish ta'siri bu tuzilishda tezlanishni keltirib chiqardi, buni Eynshteyn tushuntira olmadi, chunki o'sha paytda koinot kengayib borayotgani ma'lum emas edi. Shuning uchun olim umumiy nisbiylik tenglamalariga kosmologik doimiylikni kiritdi. Bu doimiy moddaning tortishish kuchiga qarshi turish uchun qo'llaniladi va shuning uchun u tortishish kuchiga qarshi ta'sir sifatida tasvirlangan.
Omega Lambda
Kosmologik konstantaning oʻrniga tadqiqotchilar koʻpincha unga bogʻliq boʻlgan energiya zichligi va koinotning kritik zichligi oʻrtasidagi munosabatga murojaat qilishadi. Bu qiymat odatda quyidagicha belgilanadi: Ōś. Yassi olamda Ō uning energiya zichligining bir qismiga to'g'ri keladi, bu ham kosmologik konstanta bilan izohlanadi.
E'tibor bering, bu ta'rif hozirgi davrning kritik zichligi bilan bog'liq. Vaqt o'tishi bilan u o'zgaradi, lekin zichlikenergiya, kosmologik doimiylik tufayli, koinot tarixi davomida o'zgarishsiz qoladi.
Keling, zamonaviy olimlar bu nazariyani qanday ishlab chiqishlarini ko'rib chiqamiz.
Kosmologik dalil
Tezlanayotgan koinotning hozirgi tadqiqi hozirda juda faol boʻlib, juda koʻp turli xil tajribalar turli vaqt shkalalari, uzunlik oʻlchovlari va jismoniy jarayonlarni qamrab oladi. Kosmologik CDM modeli yaratildi, unda Olam tekis va quyidagi xususiyatlarga ega:
- energiya zichligi, bu barion moddalarning taxminan 4% ni tashkil qiladi;
- 23% qorong'u materiya;
- kosmologik konstantaning 73%.
Kosmologik konstantani hozirgi ahamiyatiga olib kelgan kritik kuzatish natijasi standart sham sifatida ishlatiladigan uzoq Ia tipidagi (0<z<1) oʻta yangi yulduzlarning sekinlashayotgan koinotda kutilganidan kuchsizroq ekanligining kashfiyoti boʻldi. O'shandan beri ko'plab guruhlar bu natijani ko'proq o'ta yangi yulduzlar va kengroq qizil siljishlar bilan tasdiqladi.
Keling, batafsilroq tushuntiramiz. Hozirgi kosmologik tafakkurda o'ta yuqori qizil siljish (z>1) o'ta yangi yulduzlar kutilganidan ko'ra yorqinroq ekanligi haqidagi kuzatuvlar alohida ahamiyatga ega, bu bizning hozirgi tezlanish davrimizgacha bo'lgan sekinlashuv vaqtidan kutilayotgan belgidir. 1998 yilda o'ta yangi yulduzlar natijalari e'lon qilinishidan oldin, nisbatan tez sur'atlar bilan o'tishga yo'l ochgan bir nechta dalillar mavjud edi.o'ta yangi yulduzlar yordamida koinotning tezlashishi nazariyasini qabul qilish. Xususan, ulardan uchtasi:
- Koinot eng qadimgi yulduzlardan yoshroq bo'lib chiqdi. Ularning evolyutsiyasi yaxshi o'rganilgan va ularni globulyar klasterlarda va boshqa joylarda kuzatishlar eng qadimgi shakllanishlarning yoshi 13 milliard yildan ortiq ekanligini ko'rsatadi. Biz buni koinotning bugungi kengayish tezligini o'lchab, Katta portlash davriga qarab, uning yoshi bilan solishtirishimiz mumkin. Agar koinot hozirgi tezligigacha sekinlashsa, u holda uning yoshi hozirgi tezligiga tezlashganidan kamroq bo'lar edi. Yassi, faqat materiyadan iborat koinotning yoshi taxminan 9 milliard yil bo'ladi, bu eng qadimgi yulduzlardan bir necha milliard yil yoshroq ekanligini hisobga olsak, asosiy muammo. Boshqa tomondan, kosmologik doimiylikning 74% ga ega bo'lgan tekis koinotning yoshi taxminan 13,7 milliard yil bo'ladi. Shunday qilib, u hozir tezlashayotganini ko'rib, yosh paradoksini hal qildi.
- Olisdagi galaktikalar juda koʻp. Ularning soni allaqachon koinotning kengayishining sekinlashishini baholashga urinishlarda keng qo'llanilgan. Ikki qizil siljish orasidagi bo'shliq miqdori kengayish tarixiga qarab farq qiladi (ma'lum bir qattiq burchak uchun). Ikki qizil siljish orasidagi galaktikalar sonini kosmos hajmining o'lchovi sifatida ishlatib, kuzatuvchilar koinotning sekinlashishi haqidagi bashoratlarga qaraganda uzoqdagi ob'ektlar juda katta ko'rinishini aniqladilar. Yo galaktikalarning yorqinligi yoki ularning birlik hajmdagi soni vaqt o'tishi bilan kutilmagan tarzda rivojlandi yoki biz hisoblagan hajmlar noto'g'ri edi. Tezlashtiruvchi materiya mumkinGalaktika evolyutsiyasining g'alati nazariyasini qo'zg'atmasdan kuzatishlarni tushuntirib berar edi.
- Koinotning kuzatilishi mumkin bo'lgan tekisligi (to'liq bo'lmagan dalillarga qaramay). Koinotning yoshi taxminan 380 000 yil bo'lganidan beri kosmik mikroto'lqinli fonda (CMB) harorat o'zgarishini o'lchashdan foydalanib, u bir necha foizgacha fazoviy tekis ekanligi haqida xulosa chiqarish mumkin. Ushbu ma'lumotlarni koinotdagi materiya zichligini aniq o'lchash bilan birlashtirib, u kritik zichlikning atigi 23% ga ega ekanligi ayon bo'ladi. Yo'qolgan energiya zichligini tushuntirishning bir usuli kosmologik doimiylikni qo'llashdir. Ma'lum bo'lishicha, uning ma'lum bir miqdori shunchaki o'ta yangi yulduz ma'lumotlarida kuzatilgan tezlanishni tushuntirish uchun kerak. Bu koinotni tekis qilish uchun zarur bo'lgan omil edi. Shunday qilib, kosmologik konstanta materiya zichligi va CMB kuzatuvlari o'rtasidagi aniq qarama-qarshilikni hal qildi.
Nima gap?
Koʻrilgan savollarga javob berish uchun quyidagilarni koʻrib chiqing. Keling, kosmologik konstantaning fizik ma'nosini tushuntirishga harakat qilaylik.
Biz GR-1917 tenglamasini olamiz va gab metrik tensorini qavs ichidan chiqaramiz. Shuning uchun, qavslar ichida biz ifodaga ega bo'lamiz (R / 2 - L). R qiymati indekslarsiz ifodalanadi - bu odatiy, skalyar egrilik. Agar siz barmoqlar ustida tushuntirsangiz - bu aylana / shar radiusining o'zaro nisbati. Yassi boʻshliq R=0 ga mos keladi.
Ushbu talqinda l ning noldan farqli qiymati bizning Olamimiz egri ekanligini bildiradi.o'z-o'zidan, shu jumladan hech qanday tortishish yo'qligida. Biroq, ko'pchilik fiziklar bunga ishonmaydilar va kuzatilgan egrilikning qandaydir ichki sabablari bo'lishi kerak, deb hisoblashadi.
Qorong'u materiya
Bu atama koinotdagi faraziy materiya uchun ishlatiladi. U standart Big Bang kosmologik modeli bilan bog'liq ko'plab muammolarni tushuntirish uchun mo'ljallangan. Astronomlarning hisob-kitoblariga ko'ra, koinotning taxminan 25 foizi qorong'u materiyadan iborat (ehtimol, neytrinolar, aksionlar yoki zaif o'zaro ta'sir qiluvchi massiv zarralar [WIMP] kabi nostandart zarralardan yig'ilgan). Ularning modellarida koinotning 70% yanada noaniq qorong'u energiyadan iborat bo'lib, oddiy materiya uchun atigi 5% qoldi.
Kreatsionistik kosmologiya
1915-yilda Eynshteyn oʻzining umumiy nisbiylik nazariyasini nashr etish muammosini hal qildi. U anomal presessiya tortishish kuchi fazo va vaqtni qanday buzishi va sayyoralar harakatini, ayniqsa, fazoning egriligi eng aniq boʻlgan massiv jismlarga yaqin boʻlganida boshqarishi natijasi ekanligini koʻrsatdi.
Nyuton tortishish kuchi sayyoralar harakatining unchalik aniq tavsifi emas. Ayniqsa, fazoning egriligi Evklid tekisligidan uzoqlashganda. Va umumiy nisbiylik kuzatilgan xatti-harakatni deyarli aniq tushuntiradi. Shunday qilib, ba'zilar Quyosh atrofidagi ko'rinmas materiya halqasida joylashgan deb taxmin qilgan qorong'u materiya va Vulkan sayyorasining o'zi ham anomaliyani tushuntirish uchun kerak emas edi.
Xulosa
Ilk kunlardakosmologik doimiylik ahamiyatsiz bo'lar edi. Keyingi paytlarda materiyaning zichligi mohiyatan nolga teng bo'ladi va koinot bo'sh bo'ladi. Biz o'sha qisqa kosmologik davrda yashayapmiz, materiya ham, vakuum ham o'xshash kattalikda.
Materiya komponenti ichida, koʻrinishidan, ikkala barion va nobarion manbaning hissasi bor, ularning ikkalasi ham solishtirish mumkin (hech boʻlmaganda ularning nisbati vaqtga bogʻliq emas). Bu nazariya oʻzining gʻayritabiiyligi ostida chayqaladi, lekin shunga qaramay marra chizigʻini raqobatchilardan oldinroq kesib oʻtadi, shuning uchun u maʼlumotlarga juda mos tushadi.
Ushbu stsenariyni tasdiqlash (yoki rad etish) bilan bir qatorda, kelgusi yillarda kosmologlar va fiziklar uchun asosiy vazifa koinotimizning bu noxush koʻrinadigan tomonlari shunchaki hayratlanarli tasodiflarmi yoki aslida biz yaratgan asosiy tuzilmani aks ettiradimi, tushunish boʻladi. hali tushunmadim.
Agar omadimiz kelsa, hozir g'ayritabiiy tuyulgan hamma narsa fundamental fizikani chuqurroq tushunish uchun kalit bo'lib xizmat qiladi.
