Ааламдын теориялары жана моделдери
Аалам – бул биз билген мейкиндиктин, убакыттын, материянын жана энергиянын жыйындысы. Адамдар түнкү асманды карап баштагандан бери, ааламдын келип чыгышы, формасы жана тагдыры жөнүндөгү суроолор кызыгууну арттырды. Заманбап илимде ааламды түшүнүү теориялар жана моделдер аркылуу курулат — эки байланыштуу, бирок айырмаланган түшүнүктөр. Теория – бул далилдер менен бекемделген жана кубулуштарды алдын ала айта алган түшүндүрмө алкак, ал эми модель – бул ошол теорияга негизделген ааламдын белгилүү бир бөлүгүн сүрөттөө үчүн колдонулган структуралаштырылган (көбүнчө математикалык) чагылдыруу . Бул макалада заманбап космологияны калыптандырган негизги теориялардын жана моделдердин айрымдары талкууланат.
1. Классикалык космологиядан заманбап космологияга чейин
Алгачкы мезгилдерде аалам жөнүндөгү көз караштарга философия жана чектелген байкоолор чоң таасир эткен . Птолемейдин геоборбордук модели Жерди ааламдын борборуна койгон, ал эми Коперниктин гелиоборбордук модели борборду Күнгө жылдырган. Бул өзгөрүүлөр жөнөкөй көрүнгөнү менен, алар илимий төңкөрүштү башташкан: ааламды математика жана системалуу байкоо жүргүзүү аркылуу түшүнүүгө болот эле.
Андан кийин Ньютон бүткүл дүйнөлүк тартылуу күчүн киргизип, планеталардын жана кулап түшкөн объектилердин кыймылын бирдей мыйзамдар менен түшүндүргөн. Бирок, Ньютондун космологиясы өтө чоң масштабдарга колдонулганда көйгөйгө туш болгон: эгерде аалам чексиз жана бир тектүү болсо, анда тартылуу күчү анын кыйрашына алып келиши керек болчу. Бул чыңалуу салыштырмалуулук теориясына жол ачкан.
2. Жалпы салыштырмалуулук теориясы: Заманбап космологиянын пайдубалы
Альберт Эйнштейн өзүнүн Жалпы салыштырмалуулук теориясы (1915) менен биздин тартылуу күчүн түшүнүүбүздү өзгөрттү. Ньютондун тартылуу күчүнүн ордуна, тартылуу күчү масса жана энергиядан улам пайда болгон мейкиндик-убакыттын ийрилиги катары каралат. Бул принцип абдан маанилүү, анткени космостук масштабдагы ааламды классикалык механика менен жетиштүү түрдө түшүндүрүүгө мүмкүн эмес.
Жалпы салыштырмалуулук теориясы окумуштууларга ааламдын динамикалык математикалык моделин түзүүгө мүмкүндүк берет: аалам анын материя-энергия курамына жараша кеңейиши же кыскарышы мүмкүн. Эйнштейн өзү башында статикалык ааламды ойлоп тапкан, ошондуктан ал космологиялык константаны кошкон. Бирок, кийинки байкоолор аалам чындыгында кеңейип жатканын көрсөттү, бул кеңейүү динамикасын космологиянын борбордук элементине айлантат.
3. Чоң жарылуу модели: Ааламдын келип чыгышы жана эволюциясы
Чоң жарылуу модели биз байкаган ааламдын келип чыгышынын эң кеңири кабыл алынган түшүндүрмөсү болуп саналат . Анын негизги идеясы аалам өтө ысык жана тыгыз абалда башталып, андан кийин миллиарддаган жылдар бою кеңейип жана муздап калган дегенге негизделген. Чоң жарылуу бош мейкиндиктеги "жарылуу" эмес, тескерисинче, мейкиндиктин өзүнүн кеңейиши болгон.
Бул моделди үч негизги байкоо жүргүзүү далили колдойт. Биринчиден, Эдвин Хабблдын байкоолору галактикалар бири-биринен алыстап баратканын көрсөттү; галактика канчалык алыс болсо, ал ошончолук тез алыстап баратат окшойт. Экинчиден, 1965-жылы ачылган космостук микротолкундуу фон (КМФ) алгачкы ааламдын "жылуулук белгиси" болуп саналат. Үчүнчүдөн, суутек, гелий жана литий сыяктуу жеңил элементтердин көптүгү Чоң жарылуу нуклеосинтезинин божомолдоруна дал келет.
Чоң жарылуу бардык суроолорго, айрыкча "t=0до эмне болгон" же баштапкы себеп деген суроого жооп бере бербейт. Бирок, ааламдын алгачкы баскычтарынан азыркы учурга чейинки эволюциясынын модели катары ал күчтүү жана заманбап телескоптук маалыматтар менен тынымсыз жаңыланып турат.
4. Космостук инфляция модели: Ааламдын жылмакайлыгын түшүндүрүү
Космостук инфляция модели стандарттык Чоң жарылуудагы бир нече көйгөйлөрдү чечүү үчүн киргизилген, мисалы, горизонт маселеси (эмне үчүн CMB асманда бирдей көрүнөт, бирок эң четки аймактар "байланышууга" үлгүрбөшү керек болчу) жана тегиздик маселеси (эмне үчүн ааламдын геометриясы тегиздикке абдан жакын көрүнөт ).
Инфляция Чоң жарылуудан кийинки бир секунддун биринчи бөлүгүндө аалам тез, экспоненциалдуу кеңейүүгө дуушар болгон деп божомолдойт. Бул кеңейүү ааламды "жалпак кылып", азыр бири-бирине абдан жакын жайгашкан аймактарды бир калыпта болууга жетиштүү узун кылып койгон. Инфляция ошондой эле кийинчерээк галактикалар жана галактика кластерлери сыяктуу чоңураак түзүлүштөрдүн прекурсорлоруна айланган кичинекей кванттык флуктуацияларды алдын ала айтат - бул CMBдеги кичинекей анизотропиянын схемасына туура келет.
5. Караңгы материя: "Жоголгон" тартылуу күчүн түшүндүрүүчү модель
Астрономдор галактикалардын айлануу ылдамдыгын өлчөшкөндө, алар таң калыштуу натыйжага туш болушту: галактикалардын четиндеги жылдыздар, эгерде көрүнгөн зат гана болгондо күтүлгөндөн алда канча тез кыймылдап жатышкан. Ушул сыяктуу кубулуштар гравитациялык линзалоодо жана галактика кластерлеринин динамикасында да кездешет. Муну түшүндүрүү үчүн, заманбап космология жарык чыгарбаган, бирок тартылуу күчү бар "караңгы заттын" компонентин киргизет.
Караңгы заттын моделдери космостук түзүлүштүн пайда болушу үчүн абдан маанилүү. Караңгы зат болбосо, галактикалардын пайда болушу бир топ жайыраак болмок, бул бүгүнкү күндө биз көрүп жаткан структуралык үлгүлөрдү түшүндүрүүнү кыйындатат. Тартылуу күчүнүн күчтүү далилдерине карабастан, караңгы затты түзгөн бөлүкчөлөр али түз ачыла элек. Потенциалдуу талапкерлерди аныктоо үчүн көптөгөн жер астындагы эксперименттер жана астрономиялык байкоолор жүрүп жатат.
6. Караңгы энергия: Аалам эмне үчүн тезирээк кеңейүүдө?
1990-жылдардын аягында Ia тибиндеги суперновалардын байкоолору ааламдын кеңейиши тартылуу күчүнөн улам жайлабай, тескерисинче, тездеп баратканын көрсөттү. Бул ылдамданууну түшүндүрүү үчүн окумуштуулар терс басымды жаратуучу жана ылдамдатылган кеңейүүнү шарттаган энергиянын бир түрү болгон караңгы энергиянын бар экенин айтышкан.
Караңгы энергиянын эң жөнөкөй моделдеринин бири - бул кайрадан пайда болгон космологиялык туруктуу (Ламбда, Λ). Ушул алкакта бүгүнкү күндө эң кеңири колдонулган космологиялык модель - ΛCDM (Ламбда муздак караңгы зат), ал аалам караңгы энергиядан (болжол менен 68%), муздак караңгы заттан (болжол менен 27%) жана кадимки заттан (болжол менен 5%) турат деп болжолдойт. Бул модель космостук микротолкундуу фонду, ири масштабдуу түзүлүштү жана космостук эволюцияны түшүндүрүүдө абдан ийгиликтүү болду, бирок караңгы энергиянын табияты табышмак бойдон калууда.
7. Ааламдын геометриялык модели: жалпак, ачык же жабык
Жалпы салыштырмалуулук теориясы ааламдын жалпы энергия-зат тыгыздыгына жараша ар кандай геометрияларга ээ болушуна мүмкүндүк берет. Жөнөкөй сөз менен айтканда, үч мүмкүнчүлүк бар: жабык аалам (оң ийрилик), жалпак аалам (нөл ийрилик) же ачык аалам (терс ийрилик). CMB маалыматтары, айрыкча WMAP жана Planck сыяктуу миссиялардан алынган маалыматтар, ааламдын жалпак абалга абдан жакын экенин көрсөтүп турат.
Бул геометрия ааламдын узак мөөнөттүү тагдыры менен байланыштуу. Жабык аалам "Чоң кыйроо" (кыскартуу) менен аякташы мүмкүн, ал эми ачык же жалпак аалам кеңейүүнү улантууга умтулат. Бирок, караңгы энергиянын болушу менен келечектеги сценарийлер татаалдашып, анын ичинде кеңейүү бир топ тездесе, "Чоң тоңуу" (үзгүлтүксүз муздатуу) же ал тургай "Чоң айрылуу" ыктымалдыгы да бар.
8. Кванттык теория жана тартылуу күчү: Бардык нерсенин теориясын издөө
Жалпы салыштырмалуулук теориясы чоң масштабдарда абдан ийгиликтүү, ал эми кванттык механика кичинекей масштабдарда мыкты. Заманбап физикадагы эң чоң кыйынчылык - бул экөөнү кванттык тартылуу теориясында бириктирүү. Айрым белгилүү ыкмалар - кыл теориясы жана циклдик кванттык тартылуу күчү. Кыл теориясы фундаменталдык бөлүкчөлөр бир өлчөмдүү "кылдарды" титиретет деп айтат, ал эми циклдик кванттык тартылуу күчү мейкиндик-убакытты өзүн кванттоого аракет кылат.
Космология контекстинде кванттык тартылуу күчү ааламдын алгачкы шарттарын, мисалы, инфляцияга чейинки же ал тургай Чоң жарылуунун сингулярдуулугунун физикалык маанисин түшүнүү үчүн абдан маанилүү. Бир нече альтернативдүү моделдер пайда болду, мисалы, "секирүүчү космология", ал аалам баштапкы сингулярдуулуксуз кеңейүү жана кысылуу циклдеринен өткөн деп болжолдойт.
Корутунду
Аалам жөнүндөгү теориялар жана моделдер байкоолор жана технология өнүккөн сайын өнүгүп жатат. Жалпы салыштырмалуулук теориясы заманбап космологиянын негизи болуп саналат, ал эми Чоң жарылуу жана инфляция моделдери анын келип чыгышын жана алгачкы эволюциясын түшүндүрөт. Караңгы материя жана караңгы энергия галактикалардын динамикасын жана алардын тездетилген кеңейишин түшүнүү үчүн алкак болуп саналат, бирок алардын так табияты түшүндүрүлө элек. Ошол эле учурда, кванттык тартылуу теориясын издөө мейкиндик менен убакыттын келип чыгышы жөнүндөгү терең суроолорго жооп берүү үчүн маанилүү кадам болуп саналат.
Космология ааламды түшүнүү жөн гана жылдыздар менен галактикаларды карап чыгуу эмес, ошондой эле ырааттуу, текшерилүүчү жана тынымсыз өркүндөтүлгөн түшүндүрмөлөрдү түзүү экенин көрсөтөт. Аалам жөнүндө канчалык көп билсек, адамдын билими жөнөкөй моделдерден баштап, чындыктын өзүн тереңирээк түшүнүүгө чейинки прогрессивдүү процесс экени ошончолук айкын болот.
