Как родилась вселенная во вселенной

Как появилась Вселенная?

Как появилась Вселенная?

Одним из основных вопросов, которые не выходят из сознания человека, всегда был и является вопрос: «как появилась Вселенная?». Конечно же, однозначного ответа на данный вопрос нет, и вряд ли будет получен в скором времени, однако наука работает в этом направлении и формирует некую теоретическую модель зарождения нашей Вселенной. Прежде всего следует рассмотреть основные свойства Вселенной, которые должна описываться в рамках космологической модели:

• Модель должна учитывать наблюдаемые расстояния между объектами, а также скорость и направление их движения. Подобные расчеты основываются на законе Хаббла: cz =H₀D, где z – красное смещение объекта, D – расстояния до этого объекта, c – скорость света.
• Возраст Вселенной в модели должен превышать возраст самых старых в мире объектов.
• Модель должна учитывать первоначальное обилие элементов.
• Модель должна учитывать наблюдаемую крупномасштабную структуру Вселенной.
• Модель должна учитывать наблюдаемый реликтовый фон.

Крупномасштабная структура Вселенной

Далее рассмотрим подробнее наиболее популярные в научном сообществе концепции зарождения мира.

Краткая история Вселенной

Рассмотрим кратко общепризнанную теорию возникновения и ранней эволюции Вселенной, которая поддерживается большинством ученых. Сегодня под теорией Большого взрыва подразумевают комбинацию модели горячей Вселенной с Большим взрывом. И хотя данные концепции сперва существовали независимо друг от друга, в результате их объединение удалось объяснить первоначальный химический состав Вселенной, а также наличие реликтового излучения.

Согласно данной теории, Вселенная возникла около 13,77 млрд лет назад из некоторого плотного разогретого объекта — сингулярное состояние, плохо поддающееся описанию в рамках современной физики. Проблема космологической сингулярности, помимо всего прочего, в том, что при ее описании большинство физических величин, вроде плотности и температуры, стремятся к бесконечности. При этом, известно, что при бесконечной плотности энтропия (мера хаоса) должна устремляться к нулю, что никак не совмещается с бесконечной температурой.

Сингулярность в представлении художника

• • Первые 10 -43 секунды после Большого Взрыва называют этапом квантового хаоса. Природа мироздания на этом этапе существования не поддается описанию в рамках известной нам физики. Происходит распад непрерывного единого пространства-времени на кванты.

Материалы по теме

Планковские единицы

• Планковский момент – момент окончания квантового хаоса, который выпадает на 10 -43 секунду. В этот момент параметры Вселенной равнялись планковским величинам, вроде планковской температуры (около 10 32 К). В момент планковской эпохи все четыре фундаментальные взаимодействия (слабое, сильное, электромагнитное и гравитационное) являлись объединенными в некое одно взаимодействие. Рассматривать планковский момент как некоторый продолжительный период – не представляется возможным, так как с параметрами меньше планковских современная физика не работает.
• Стадия инфляции. Следующей стадией истории Вселенной стала инфляционная стадия. В первый момент инфляции от единого суперсимметричного поля (ранее включающего поля фундаментальных взаимодействий) отделилось гравитационное взаимодействие. В этот период вещество обладает отрицательным давлением, что вызывает экспоненциальный рост кинетической энергии Вселенной. Проще говоря, в данный период Вселенная стала очень быстро раздуваться, а ближе концу энергия физических полей переходит в энергию обычных частиц. В конце данной стадии значительно повышается температура вещества и излучения. Вместе с окончанием стадии инфляции выделяется и сильное взаимодействие. Также в этот момент возникает барионная асимметрия Вселенной.
• Стадия радиационного доминирования. Следующая стадия развития Вселенной, которая включает несколько этапов. На этой стадии температура Вселенной начинает понижаться, образуются кварки, затем адроны и лептоны. В эпоху нуклеосинтеза происходит образование начальных химических элементов, синтезируется гелий. Однако, излучение все еще преобладает над веществом.
• Эпоха доминирования вещества. Спустя 10 000 лет энергия вещества постепенно превосходит энергию излучения и происходит их разделения. Вещество начинает доминировать над излучением, возникает реликтовый фон. Также разделение вещества с излучением значительно усилило изначальные неоднородности в распределении вещества, в результате чего начали образовываться галактики и сверхгалактики. Законны Вселенной пришли к тому виду, в котором мы наблюдаем их сегодня.

Вышеописанная картина сложена из нескольких основополагающих теорий и дает общие представление о формировании Вселенной на ранних этапах ее существования.

Откуда появилась Вселенная?

Если Вселенная возникла из космологической сингулярности, то откуда взялась сама сингулярность? На данный вопрос дать точный ответ, пока, невозможно. Рассмотрим некоторые космологические модели, затрагивающие «рождение Вселенной».

Циклические модели

Данные модели строятся на утверждении, что Вселенная существовала всегда и со временем лишь меняется ее состояние, переходя от расширения к сжатию – и обратно.

• Модель Стейнхардта-Турока. Данная модель строится на теории струн (М-теории), так как использует такой объект как «брана». Согласно этой модели видимая Вселенная располагается внутри 3-бране, которая периодически, раз в несколько триллионов лет, сталкивается с другой 3-браной, что вызывает подобие Большого Взрыва. Далее наша 3-брана начинает отдаляться от другой и расширяться. В какой-то момент доля темной энергии получает первенство и скорость расширения 3-браны растет. Колоссальное расширение рассеивает вещество и излучение настолько, что мир становится почти однородным и пустым. В конце концов происходит повторное столкновение 3-бран, в результате чего наша возвращается к начальной фазе своего цикла, вновь зарождая нашу «Вселенную».

• Теория Лориса Баума и Пола Фрэмптона также гласит о цикличности Вселенной. Согласно их теории последняя после Большого Взрыва будет расширяться за счет темной энергии до тех пор, пока не приблизится к моменту «распада» самого пространства-времени – Большой Разрыв. Как известно, в «замкнутой системе энтропия не убывает» (второе начало термодинамики). Из этого утверждения следует, что Вселенная не может вернуться к исходному состоянию, так как во время такого процесса энтропия должна убывать. Однако эта проблема решается рамках данной теории. Согласно теории Баума и Фрэмптона за миг до Большого Разрыва Вселенная распадается на множество «лоскутов», каждый из которых обладает довольно малым значением энтропии. Испытывая ряд фазовых переходов, данные «лоскуты» бывшей Вселенной порождают материю и развиваются аналогично первоначальной Вселенной. Эти новые миры не взаимодействуют друг с другом, так как разлетаются со скоростью больше скорости света. Таким образом, ученые избежали и космологической сингулярности, с которой начинается рождение Вселенной согласно большинству космологических теорий. То есть в момент конца своего цикла Вселенная распадается на множество других невзаимодействующих миров, которые станут новыми вселенными.
• Конформная циклическая космология – циклическая модель Роджера Пенроуза и Ваагна Гурзадяна. Согласно данной модели Вселенная способна перейти в новый цикл, не нарушая второе начало термодинамики. Данная теория опирается на предположение, что черные дыры уничтожают поглощенную информацию, что неким образом «законно» понижает энтропию Вселенной. Тогда каждый такой цикл существования Вселенной начинается с подобия Большого Взрыва и заканчивается сингулярностью.

Инфографика конформной циклической космологии

‘ alt=»yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7 — Как появилась Вселенная?» title=»Как появилась Вселенная?»>

Другие модели возникновения Вселенной

Среди других гипотез, объясняющих появление видимой Вселенной наиболее популярны две следующие:

• Хаотическая теория инфляции — теория Андрея Линде. Согласно данной теории существует некоторое скалярное поле, которое неоднородно во всем своем объеме. То есть в различных областях вселенной скалярное поле имеет разное значение. Тогда в областях, где поле слабое – ничего не происходит, в то время как области с сильных полем начинают расширяться (инфляция) за счет его энергии, образуя при этом новые вселенные. Такой сценарий подразумевает существование множества миров, возникших неодновременно и имеющих свой набор элементарных частиц, а, следовательно, и законов природы.
• Теория Ли Смолина – предполагает, что Большой Взрыв не является началом существования Вселенной, а – лишь фазовым переходом между двумя ее состояниями. Так как до Большого Взрыва Вселенная существовала в форме космологической сингулярности, близкой по своей природе к сингулярности черной дыры, Смолин предполагает, что Вселенная могла возникнуть из черной дыры.

Рождение Вселенной из черной дыры

Итоги

Несмотря на то, что циклические и другие модели отвечают на ряд вопросов, ответы на которые не может дать теория Большого Взрыва, в том числе проблема космологической сингулярности. Все же в комплекте с инфляционной теорией Большой Взрыв более цельно объясняет возникновение Вселенной, а также сходится с множеством наблюдений.

Сегодня исследователи продолжают интенсивно изучать возможные сценарии зарождения Вселенной, однако, дать неопровержимый ответ на вопрос «Как появилась Вселенная?» — вряд ли удастся в ближайшем будущем. На это есть две причины: прямое доказательство космологических теорий практически невозможно, лишь косвенное; даже теоретически нет возможности получить точную информацию о мире до момента Большого Взрыва. По этим двум причинам ученым остается лишь выдвигать гипотезы и строить космологические модели, которые максимально верно будут описывать природу наблюдаемой нами Вселенной.
‘ alt=»yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7 — Как появилась Вселенная?» title=»Как появилась Вселенная?»>

Похожие статьи

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Источник

Как появилась Вселенная?

Как мы можем объяснить возникновение Вселенной? Если она появилась, значит получается, что когда-то не было ничего, возможно ли это? Может ли наш мозг представить это «ничего»? И как из ничего может что-то появиться?

Либрариум познакомит Вас с самыми известными теориями появление Вселенной, а Вы сами решите, какой готовы придерживаться.

Теория Большого Взрыва

Данная теория является самой известной и распространенной моделью происхождения нашей Вселенной.

Согласно этой теории, около 14 миллиардов назад не было ни пространства, ни времени, а масса вся была сосредоточена в одной маленькой точке с большой плотностью — в сингулярности. Причиной возникновения взрыва может являться появление неоднородности, из-за которой и произошел Большой Взрыв, который создал целую Вселенную.

На сегодняшний день Теория Большого Взрыва является более правдоподобной, хоть и имеет ряд нерешенных проблем.

1. Теория Большого Взрыва основана на общей теории относительности, которая допускает, что некоторые части разлетелись со скоростями больше скорости света;
2. В этой теории границы и открытость Вселенной рассматриваются довольно абстрактно;
3. Ни один закон физики не может объяснить момент возникновения Вселенной с помощью Взрыва.

Теория мультивселенной

Что, если наша Вселенная появилась из другой, более взрослой Вселенной?

Мультивселенная – научная концепция предполагающая наличие множества параллельных вселенных.

Стивеном Хокингом и Томасом Хертогом была разработана теоретическая модель, в которой Вселенная расширяется бесконечно. Они представили ее в виде двумерной голограммы.

Они пришли к выводу, что скорей всего физические законы в этих вселенных одинаковые, а различия незначительные. Например, в одной Вселенной Ваша любимая рубашка белого цвета, а в другой сиреневого.

Ученые полагают, что другие Вселенные должны быть замечены по своему излучению, которое обволакивает всю нашу Вселенную.

Теория белых и черных дыр

Существуют модели, которые пытаются объяснить образование сингулярности до появление Большого Взрыва. Такой теорией является «теория белых и черных дыр».

Возможно Вы думаете, что черные дыры — это всего лишь космические объекты, которые поглощают в себя все, что находится в близком для них окружении, однако именно они являются главными кандидатами первоначального сжатия. По этой причине наша расширяющаяся Вселенная вполне может быть белой дырой — выходным отверстием черной дыры, и каждая черная дыра в нашей Вселенной может вмещать в себя отдельную вселенную.

Теория циклической Вселенной

Теория, которая предполагает, что Вселенная проходит через повторяющиеся циклы большого взрыва и последующих расширений. Общая идея состоит в том, что «большой взрыв» был не началом Вселенной, а скорее переходной фазой.

Мираж четырехмерной черной дыры

В 2013 году группа ученых провела исследование, с помощью которого можно предположить, что Вселенная могла возникнуть из обломков, выброшенных из коллапсировавшей четырехмерной звезды или черной дыры.

Ученые, участвовавшие в исследовании, считают, главное ограничение Теории Большого Взрыва — это как раз таки объяснение температурного равновесия, обнаруженного во Вселенной.

Модель «четырехмерной черной дыры» космоса объясняет, почему температура во Вселенной почти равномерна.

Теория плазменной Вселенной

Наше понимание Вселенной сформировано с помощью информации о гравитации, расширении, теории относительности. Но важно отметить, что ученые, изучающие космос, уже долгое время рассматривают альтернативу гравитации.

Теория плазменной Вселенной предполагает, что электромагнитные силы и плазма играют очень важную роль во Вселенной вместо гравитации. Основная идея заключается в том, что астрономическое тело, включая Солнце, звезды и галактики, является результатом какого-либо электрического процесса.

Модель построена на предположении, что Вселенная поддерживает равные количества материи и антивещества. Согласно теории, такая плазма должна образовывать большие участки вещества и антивещества по всей Вселенной.

Однако современная физика элементарных частиц опровергает данную теорию.

Вопросы без ответа

1. Вопрос о форме Вселенной является важным открытым вопросом космологии;
2. Неизвестно, является ли Вселенная глобально пространственно плоской ;
3. Также неизвестно, является ли Вселенная односвязной или многосвязной . Согласно стандартной модели расширения, Вселенная не имеет пространственных границ, но может быть пространственно конечна;
4. Существуют предположения, что Вселенная изначально родилась вращающейся . Классическим представлением о зарождении является идея об изотропности Большого взрыва, то есть о распространении энергии одинаково во все стороны. Однако появилась и получила некоторое подтверждение конкурирующая гипотеза о наличии изначального момента вращения Вселенной.

Какой теории придерживаетесь Вы?

Источник