Տիեզերքի ցիկլային մոդել. նյութի դեգեներացիան տեղի է ունենում անվերջ

2024 Հեղինակ: Seth Attwood | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-16 16:08

2000-ականների սկզբին Փրինսթոնի համալսարանի երկու ֆիզիկոս առաջարկեցին տիեզերական մոդել, ըստ որի Մեծ պայթյունը եզակի իրադարձություն չէ, սակայն տիեզերական ժամանակաշրջանը գոյություն է ունեցել տիեզերքի ծնվելուց շատ առաջ։

Ցիկլային մոդելում տիեզերքն անցնում է անսահման ինքնապահպանվող ցիկլով: 1930-ականներին Ալբերտ Էյնշտեյնը առաջ քաշեց այն գաղափարը, որ տիեզերքը կարող է զգալ մեծ պայթյունների և մեծ սեղմումների անվերջանալի ցիկլ: Մեր տիեզերքի ընդլայնումը կարող է լինել նախորդ տիեզերքի փլուզման արդյունք: Այս մոդելի շրջանակներում կարելի է ասել, որ Տիեզերքը վերածնվել է իր նախորդի մահից։ Եթե այդպես է, ապա Մեծ պայթյունը եզակի բան չէր, դա ընդամենը մեկ աննշան պայթյուն է անսահման թվով այլ պայթյունների մեջ: Ցիկլային տեսությունը պարտադիր չէ, որ փոխարինի Մեծ պայթյունի տեսությանը, ավելի շուտ, այն փորձում է պատասխանել այլ հարցերի. օրինակ՝ ի՞նչ է տեղի ունեցել Մեծ պայթյունից առաջ և ինչու՞ է Մեծ պայթյունը հանգեցրել արագ ընդլայնման ժամանակաշրջանի:

Տիեզերքի նոր ցիկլային մոդելներից մեկն առաջարկվել է Փոլ Շտայնհարդտի և Նիլ Տյուրոկի կողմից 2001 թվականին։ Սթայնհարդը նկարագրել է այս մոդելը իր հոդվածում, որը կոչվում էր «Համաշխարհի ցիկլային մոդել»: Լարերի տեսության մեջ թաղանթը կամ «բրանը» մի առարկա է, որը գոյություն ունի մի շարք չափումներով։ Ըստ Steinhardt-ի և Turok-ի՝ երեք տարածական չափերը, որոնք մենք տեսնում ենք, համապատասխանում են այս բրաններին: Երկու 3D բրաններ կարող են գոյություն ունենալ զուգահեռաբար՝ առանձնացված լրացուցիչ, թաքնված հարթությամբ: Այս բրանները, որոնք կարելի է համարել մետաղական թիթեղներ, կարող են շարժվել այս լրացուցիչ հարթության երկայնքով և բախվել միմյանց՝ ստեղծելով Մեծ պայթյուն, հետևաբար նաև տիեզերքներ (ինչպես մերը): Երբ դրանք բախվում են, իրադարձությունները զարգանում են ըստ ստանդարտ Մեծ պայթյունի մոդելի. ստեղծվում են տաք նյութ և ճառագայթում, տեղի է ունենում արագ ինֆլյացիա, այնուհետև ամեն ինչ սառչում է, և ձևավորվում են այնպիսի կառույցներ, ինչպիսիք են գալակտիկաները, աստղերը և մոլորակները: Այնուամենայնիվ, Շտայնհարդը և Տուրոկը պնդում են, որ այդ բրանների միջև, որոնք նրանք անվանում են միջբրան, միշտ էլ որոշակի փոխազդեցություն կա. այն միավորում է դրանք՝ ստիպելով նրանց նորից բախվել և առաջացնել հաջորդ Մեծ պայթյունը:

Steinhardt-ի և Turok-ի մոդելը, այնուամենայնիվ, վիճարկում է Մեծ պայթյունի մոդելի որոշ ենթադրություններ: Օրինակ, ըստ նրանց, Մեծ պայթյունը ոչ թե տարածության և ժամանակի սկիզբն էր, այլ ավելի շուտ անցում էվոլյուցիայի ավելի վաղ փուլից: Եթե խոսենք Big Bang մոդելի մասին, ապա այն ասում է, որ այս իրադարձությունը նշանավորեց տարածության և ժամանակի անմիջական սկիզբը որպես այդպիսին։ Բացի այդ, բախվող բրանների այս ցիկլում Տիեզերքի լայնածավալ կառուցվածքը պետք է որոշվի սեղմման փուլով. այսինքն՝ դա տեղի է ունենում նախքան նրանց բախվելը և հաջորդ Մեծ պայթյունը: Համաձայն Մեծ պայթյունի տեսության՝ տիեզերքի լայնածավալ կառուցվածքը որոշվում է արագ ընդլայնման (ինֆլյացիայի) ժամանակաշրջանով, որը տեղի է ունեցել պայթյունից անմիջապես հետո։ Ավելին, Մեծ պայթյունի մոդելը չի կանխատեսում, թե որքան ժամանակ գոյություն կունենա տիեզերքը, իսկ Շտայնհարդտի մոդելում յուրաքանչյուր ցիկլի տեւողությունը մոտ մեկ տրիլիոն տարի է։

Տիեզերքի ցիկլային մոդելի լավն այն է, որ, ի տարբերություն Մեծ պայթյունի մոդելի, այն կարող է բացատրել այսպես կոչված տիեզերական հաստատունը: Այս հաստատունի մեծությունն ուղղակիորեն կապված է Տիեզերքի արագացված ընդլայնման հետ. այն բացատրում է, թե ինչու է տիեզերքն այդքան արագ ընդլայնվում: Ըստ դիտարկումների՝ տիեզերական հաստատունի արժեքը շատ փոքր է։Մինչև վերջերս ենթադրվում էր, որ դրա արժեքը 120 կարգով փոքր է, քան կանխատեսվում էր ստանդարտ Մեծ պայթյունի տեսության կողմից: Դիտարկման և տեսության այս տարբերությունը վաղուց եղել է ժամանակակից տիեզերագիտության ամենամեծ խնդիրներից մեկը: Սակայն ոչ վաղ անցյալում Տիեզերքի ընդլայնման վերաբերյալ նոր տվյալներ են ստացվել, որոնց համաձայն այն ավելի արագ է ընդլայնվում, քան նախկինում ենթադրվում էր։ Մնում է սպասել նոր դիտարկումների և արդեն իսկ ստացված տվյալների հաստատմանը (կամ հերքմանը)։

1979 թվականի Նոբելյան մրցանակակիր Սթիվեն Վայնբերգը փորձում է բացատրել մոդելի դիտարկման և կանխատեսման միջև եղած տարբերությունը՝ օգտագործելով այսպես կոչված անտրոպիկ սկզբունքը։ Ըստ նրա՝ տիեզերական հաստատունի արժեքը պատահական է և տարբերվում է Տիեզերքի տարբեր մասերում։ Մենք չպետք է զարմանանք, որ մենք ապրում ենք այնպիսի հազվագյուտ տարածքում, որտեղ մենք դիտում ենք այս հաստատունի փոքր արժեքը, քանի որ միայն այս արժեքով կարող են զարգանալ աստղերը, մոլորակները և կյանքը: Որոշ ֆիզիկոսներ, սակայն, չեն բավարարվում այս բացատրությամբ՝ ապացույցների բացակայության պատճառով, որ այս արժեքը տարբեր է դիտելի Տիեզերքի այլ շրջաններում:

Նմանատիպ մոդել մշակել է ամերիկացի ֆիզիկոս Լարի Էբոթը 1980-ականներին։ Այնուամենայնիվ, նրա մոդելում տիեզերական հաստատունի նվազումը մինչև ցածր արժեքներ այնքան երկար էր, որ Տիեզերքի ամբողջ նյութը նման ժամանակահատվածում կցրվեր տարածության մեջ՝ այն փաստորեն թողնելով դատարկ: Ըստ Շտայնհարդտի և Տյուրոկի Տիեզերքի ցիկլային մոդելի, տիեզերական հաստատունի արժեքի այդքան փոքր լինելու պատճառն այն է, որ այն ի սկզբանե շատ մեծ է եղել, սակայն ժամանակի ընթացքում յուրաքանչյուր նոր ցիկլով այն նվազում է։ Այսինքն՝ յուրաքանչյուր մեծ պայթյունի ժամանակ Տիեզերքում «զրոյացվում է» նյութի և ճառագայթման քանակը, բայց ոչ տիեզերական հաստատունը։ Շատ ցիկլերի ընթացքում դրա արժեքը նվազել է, և այսօր մենք դիտում ենք հենց այս արժեքը (5, 98 x 10-10 J / m3):

Հարցազրույցներից մեկում Նիլ Թյուրոկը խոսել է իր և Սթայնհարդտի ցիկլային տիեզերքի մոդելի մասին հետևյալ կերպ.

«Մենք առաջարկել ենք մեխանիզմ, որով գերլարերի տեսությունը և M-տեսությունը (քվանտային գրավիտացիայի մեր լավագույն համակցված տեսությունները) թույլ են տալիս տիեզերքին անցնել Մեծ պայթյունի միջով: Բայց հասկանալու համար, թե արդյոք մեր ենթադրությունը լիովին համահունչ է, անհրաժեշտ է հետագա տեսական աշխատանք»:

Գիտնականները հույս ունեն, որ տեխնոլոգիաների զարգացման հետ մեկտեղ հնարավորություն կստեղծվի փորձարկել այս տեսությունը մյուսների հետ միասին։ Այսպիսով, ըստ ստանդարտ տիեզերաբանական մոդելի (ΛCDM), Մեծ պայթյունից անմիջապես հետո հաջորդեց մի ժամանակաշրջան, որը հայտնի է որպես գնաճ, որը տիեզերքը լցրեց գրավիտացիոն ալիքներով: 2015 թվականին գրանցվեց գրավիտացիոն ալիքի ազդանշան, որի ձևը համընկավ երկու սև խոռոչների միաձուլման վերաբերյալ Հարաբերականության ընդհանուր տեսության կանխատեսման հետ (GW150914): 2017 թվականին այս հայտնագործության համար Նոբելյան մրցանակի են արժանացել ֆիզիկոսներ Քիփ Թորնը, Ռայներ Վայսը և Բարի Բարիշը։ Նաև հետագայում, գրավիտացիոն ալիքներ են գրանցվել, որոնք առաջացել են երկու նեյտրոնային աստղերի միաձուլման դեպքից (GW170817): Այնուամենայնիվ, տիեզերական գնաճի գրավիտացիոն ալիքները դեռ չեն գրանցվել։ Ավելին, Շտայնհարդը և Տյուրոկը նշում են, որ եթե իրենց մոդելը ճիշտ է, ապա նման գրավիտացիոն ալիքները չափազանց փոքր կլինեն «հայտնաբերելու համար»: