Назарияҳо ва моделҳои коинот
Коинот маҷмӯи фазо, вақт, материя ва энергияест, ки мо онҳоро медонем. Аз замони оғози нигоҳ кардан ба осмони шабона, саволҳо дар бораи пайдоиш, шакл ва сарнавишти коинот кунҷковиро афзун кардаанд. Дар илми муосир, фаҳмиши коинот тавассути назарияҳо ва моделҳо - ду мафҳуми марбут, вале фарқкунанда - сохта мешавад. Назария чаҳорчӯбаи тавзеҳотӣ аст, ки бо далелҳо дастгирӣ карда мешавад ва қодир аст падидаҳоро пешгӯӣ кунад, дар ҳоле ки модел намояндагии сохторӣ (аксар вақт математикӣ) аст, ки барои тавсифи қисмати мушаххаси коинот дар асоси он назария истифода мешавад. Дар ин мақола баъзе аз назарияҳо ва моделҳои асосие, ки космологияи муосирро ташаккул медиҳанд, баррасӣ мешаванд.
1. Аз космологияи классикӣ то космологияи муосир
Дар замонҳои қадим, назарияҳо дар бораи коинот аз фалсафа ва мушоҳидаҳои маҳдуд таъсири сахт доштанд. Модели геосентрикии Птолемей Заминро дар маркази коинот ҷойгир кард, дар ҳоле ки модели гелиосентрии Коперник марказро ба сӯи Офтоб кӯчонд. Гарчанде ки ин тағйирот содда ба назар мерасиданд, онҳо боиси инқилоби илмӣ шуданд: коинотро тавассути математика ва мушоҳидаҳои системавӣ фаҳмидан мумкин буд.
Сипас Нютон ҷозибаи умумиҷаҳониро ҷорӣ кард ва ҳаракати сайёраҳо ва ашёи афтандаро бо қонунҳои якхела шарҳ дод. Аммо, кайҳоншиносии Нютон ҳангоми татбиқ ба миқёсҳои хеле калон бо мушкилот рӯбарӯ шуд: агар коинот беохир ва якхела мебуд, кашиши ҷозиба бояд боиси фурӯпошии он мешуд. Ин шиддат роҳро барои назарияи нисбият ҳамвор кард.
2. Назарияи умумии нисбӣ: Асоси космологияи муосир
Алберт Эйнштейн бо назарияи умумии нисбият (1915) тарзи дарки ҷозибаро тағйир дод. Ба ҷои қувваи ҷозибаи Нютон, ҷозиба ҳамчун каҷравии фазо-вақт, ки аз масса ва энергия ба вуҷуд меояд, баррасӣ мешавад. Ин принсип муҳим аст, зеро коинот дар миқёси кайҳонӣ бо механикаи классикӣ ба таври кофӣ шарҳ дода намешавад.
Назарияи нисбии умумӣ ба олимон имкон медиҳад, ки модели математикии динамикии коинотро созанд: коинотро вобаста ба миқдори модда-энергияи худ васеъ ё кӯтоҳ кардан мумкин аст. Худи Эйнштейн дар аввал коиноти статикиро пешбинӣ карда буд, аз ин рӯ ӯ як доимии космологӣ илова кард. Аммо, мушоҳидаҳои баъдӣ нишон доданд, ки коинотро воқеан васеъ мекунад ва динамикаи васеъшавиро ба унсури марказии космология табдил медиҳад.
3. Модели таркиши бузург: пайдоиш ва эволютсияи коинот
Модели "Бангиши бузург" шарҳи маъмултарин барои пайдоиши коинотест, ки мо мушоҳида мекунем. Идеяи асосии он дар он аст, ки коинот дар ҳолати хеле гарм ва зич оғоз ёфта, сипас дар тӯли миллиардҳо сол васеъ ва хунук шудааст. "Бангиши бузург" "таркиш" дар фазои холӣ набуд, балки васеъшавии худи фазо буд.
Се далели асосии мушоҳидавӣ ин моделро дастгирӣ мекунанд. Аввалан, мушоҳидаҳои Эдвин Ҳаббл нишон доданд, ки галактикаҳо аз якдигар дур мешаванд; ҳар қадар галактика дуртар бошад, ҳамон қадар тезтар ба назар мерасад, ки дур мешавад. Дуюм, заминаи микроволновкаи кайҳонӣ (CMB), ки соли 1965 кашф шудааст, "имзои гармӣ"-и коиноти ибтидоӣ аст. Сеюм, фаровонии унсурҳои сабук ба монанди гидроген, гелий ва литий бо пешгӯиҳои нуклеосинтези Бузург мувофиқ аст.
Таркиши Бузург ба ҳама чиз, бахусус ба саволи "чӣ дар t=0 рух дод" ё сабаби аввалия, ҷавоб намедиҳад. Аммо, ҳамчун модели таҳаввулоти коинот аз марҳилаҳои аввалини он то имрӯз, он пуриқтидор аст ва пайваста бо маълумоти муосири телескоп нав карда мешавад.
4. Модели таварруми кайҳонӣ: Шарҳи ҳамвории коинот
Модели таварруми кайҳонӣ барои ҳалли якчанд масъалаҳо дар таркиши бузурги стандартӣ, ба монанди мушкилоти уфуқ (чаро CMB дар осмон яксон ба назар мерасад, ҳарчанд минтақаҳои шадид набояд вақт барои "муошират" дошта бошанд) ва мушкилоти ҳамворӣ (чаро геометрияи коинот ба ҳамвор хеле наздик ба назар мерасад) муаррифӣ карда шуд.
Таваррум пешниҳод мекунад, ки дар қисмати аввали сония пас аз таркиши Бузург, коинот васеъшавии босуръат ва экспоненсиалиро аз сар гузаронд. Ин васеъшавӣ коинотро "ҳамвор" кард ва минтақаҳоеро, ки замоне ба ҳам наздик буданд, ба қадри кофӣ дароз кард, то якрангӣ ба даст оранд. Таваррум инчунин ноустувории ночизи квантиро пешгӯӣ мекунад, ки баъдтар пешгузаштаҳои сохторҳои калонтар ба монанди галактикаҳо ва кластерҳои галактика шуданд - чизе, ки бо намунаи анизотропияи хурд дар CMB мувофиқат мекунад.
5. Материяи торик: Моделе барои шарҳ додани қувваи ҷозибаи "гумшуда"
Вақте ки ситорашиносон суръати гардиши галактикаҳоро чен карданд, онҳо натиҷаи ҳайратангезеро пайдо карданд: ситорагон дар канори галактикаҳо нисбат ба он чизе, ки агар танҳо материяи намоён мавҷуд мебуд, интизор мерафт, хеле тезтар ҳаракат мекарданд. Падидаҳои монанд дар линзасозии гравитатсионӣ ва динамикаи кластерҳои галактикаҳо рух медиҳанд. Барои шарҳ додани ин, космологияи муосир ҷузъи "материяи торик"-ро муаррифӣ мекунад, ки моддаест, ки рӯшноӣ намебарорад, аммо қувваи ҷозиба дорад.
Моделҳои моддаи торик барои ташаккули сохтори кайҳонӣ муҳиманд. Бе моддаи торик, ташаккули галактикаҳо хеле сусттар мешуд, ки шарҳи нақшҳои сохтории имрӯзаро душвор мегардонад. Бо вуҷуди далелҳои қавии ҷозиба, зарраҳое, ки моддаи торикро ташкил медиҳанд, ҳанӯз мустақиман кашф нашудаанд. Таҷрибаҳои сершумори зеризаминӣ ва мушоҳидаҳои астрономӣ барои муайян кардани номзадҳои эҳтимолӣ идома доранд.
6. Энергияи торик: Чаро коинот тезтар васеъ мешавад?
Дар охири солҳои 1990-ум, мушоҳидаҳои навтаринҳои навъи Ia нишон доданд, ки васеъшавии коинот аз сабаби ҷозиба суст намешавад, балки суръат мегирад. Барои шарҳ додани ин суръатбахшӣ, олимон мавҷудияти энергияи торикро пешниҳод карданд, ки як навъи энергияест, ки фишори манфиро ба вуҷуд меорад ва васеъшавии суръатбахшро ба вуҷуд меорад.
Яке аз соддатарин моделҳои энергияи торик доимии космологӣ (Lambda, Λ) мебошад, ки аз нав эҳё шудааст. Дар ин чаҳорчӯба, модели космологии маъмултарин имрӯз ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter) мебошад, ки иддао мекунад, ки коинот аз энергияи торик (тақрибан 68%), моддаи торикии хунук (тақрибан 27%) ва моддаи оддӣ (тақрибан 5%) иборат аст. Ин модел дар шарҳи заминаи микроволновкаи кайҳонӣ, сохтори миқёси калон ва эволютсияи кайҳонӣ хеле муваффақ буд, гарчанде ки табиати энергияи торик то ҳол як сир боқӣ мемонад.
7. Модели геометрии Коинот: ҳамвор, кушода ё пӯшида
Назарияи нисбии умумӣ ба коинот имкон медиҳад, ки вобаста ба зичии умумии энергия-материяи он геометрияҳои гуногун дошта бошад. Ба ибораи оддӣ, се имкон вуҷуд дорад: коиноти пӯшида (каҷравии мусбат), коиноти ҳамвор (каҷравии сифрӣ) ё коиноти кушода (каҷравии манфӣ). Маълумоти CMB, махсусан аз миссияҳо ба монанди WMAP ва Planck, нишон медиҳанд, ки коинот ба ҳамвор хеле наздик аст.
Ин геометрия бо сарнавишти дарозмуддати коинот алоқаманд аст. Коиноти пӯшида метавонад бо "Кранчи бузург" (фурӯпошии бузург) анҷом ёбад, дар ҳоле ки коиноти кушода ё ҳамвор майл ба васеъшавӣ дорад. Аммо, бо мавҷудияти энергияи торик, сенарияҳои оянда мураккабтар мешаванд, аз ҷумла эҳтимолияти "Яхкунии бузург" (хунукшавии доимӣ) ё ҳатто "Рипи бузург" дар сурати суръат гирифтани васеъшавӣ.
8. Назарияи квантӣ ва ҷозиба: Дар ҷустуҷӯи назарияи ҳама чиз
Назарияи нисбии умумӣ дар миқёсҳои калон хеле муваффақ аст, дар ҳоле ки механикаи квантӣ дар миқёсҳои хурд бартарӣ дорад. Мушкилоти бузургтарин дар физикаи муосир муттаҳид кардани ин ду дар назарияи ҷозибаи квантӣ мебошад. Баъзе аз равишҳои маъруф назарияи сатрҳо ва ҷозибаи квантии ҳалқавӣ мебошанд. Назарияи сатрҳо изҳор медорад, ки зарраҳои асосӣ "сатрҳои" якченакаеро меларзанд, дар ҳоле ки ҷозибаи квантии ҳалқавӣ кӯшиш мекунад, ки худи фазову замонро квантӣ кунад.
Дар заминаи космология, ҷозибаи квантӣ барои фаҳмидани шароити аввалини коинот, ба монанди пеш аз таваррум ё ҳатто маънои физикии сингулярияти Биг Бенг, муҳим аст. Якчанд моделҳои алтернативӣ пайдо шудаанд, ба монанди "космологияи ҷаҳиш", ки иддао мекунад, ки коинот давраҳои васеъшавӣ ва ихтисоршавиро бидуни сингулярияти ибтидоӣ аз сар гузаронидааст.
Хулоса
Назарияҳо ва моделҳо дар бораи коинот бо пешрафти мушоҳидаҳо ва технология таҳаввул меёбанд. Назарияи нисбии умумӣ асоси космологияи муосир аст, дар ҳоле ки моделҳои таркиши бузург ва таваррум пайдоиши он ва эволютсияи аввали онро шарҳ медиҳанд. Материяи торик ва энергияи торик чаҳорчӯбаеро барои фаҳмидани динамикаи галактикаҳо ва густариши суръатбахши онҳо фароҳам меоранд, гарчанде ки табиати дақиқи онҳо ҳанӯз нофаҳмо боқӣ мемонад. Дар айни замон, ҷустуҷӯи назарияи ҷозибаи квантӣ як қадами муҳим барои посух додан ба саволҳои амиқ дар бораи пайдоиши фазо ва вақт мебошад.
Космология нишон медиҳад, ки дарки коинот на танҳо ба ситорагон ва галактикаҳо нигоҳ кардан, балки ба сохтани шарҳҳои мувофиқ, санҷидашаванда ва пайваста такмилёфта низ дахл дорад. Ҳар қадар мо дар бораи коинот бештар маълумот гирем, ҳамон қадар равшантар мешавад, ки дониши инсон як раванди пешрафта аст - аз моделҳои оддӣ то фаҳмиши амиқтари худи воқеият.
