Veličina i raznolikost okolnog svijeta može zadiviti svaku maštu. Svi predmeti i predmeti koji okružuju osobu, druge ljude, razne vrste biljaka i životinja, čestice koje se mogu vidjeti samo mikroskopom, kao i neshvatljiva zvjezdana jata: sve ih objedinjuje koncept "Svemira".
Teoriju o nastanku svemira čovjek je dugo razvijao. Unatoč nepostojanju čak ni početnog koncepta religije ili znanosti, u znatiželjnim umovima starih ljudi postavljala su se pitanja o principima svjetskog poretka i o položaju osobe u prostoru koji ga okružuje. Teško je izbrojati koliko teorija o nastanku Svemira danas postoji, neke od njih proučavaju vodeći svjetski poznati znanstvenici, druge su iskreno fantastične.
Kozmologija i njezin predmet
Modernokozmologija – znanost o ustrojstvu i razvoju svemira – smatra pitanje njegova nastanka jednim od najzanimljivijih i još uvijek nedovoljno proučavanih misterija. Priroda procesa koji su pridonijeli nastanku zvijezda, galaksija, solarnih sustava i planeta, njihov razvoj, izvor nastanka svemira, kao i njegova veličina i granice: sve je to samo kratak popis proučavanih problema modernih znanstvenika.
Potraga za odgovorima na temeljnu zagonetku o nastanku svijeta dovela je do toga da danas postoje različite teorije o nastanku, postojanju, razvoju Svemira. Uzbuđenje stručnjaka u potrazi za odgovorima, izgradnjom i testiranjem hipoteza je opravdano, jer će pouzdana teorija rođenja svemira otkriti cijelom čovječanstvu vjerojatnost postojanja života u drugim sustavima i planetima.
Teorije o nastanku svemira imaju karakter znanstvenih koncepata, pojedinačnih hipoteza, religijskih učenja, filozofskih ideja i mitova. Svi su uvjetno podijeljeni u dvije glavne kategorije:
- Teorije prema kojima je Svemir stvorio Stvoritelj. Drugim riječima, njihova je suština da je proces stvaranja Univerzuma bio svjesno i produhovljeno djelovanje, manifestacija volje višeg uma.
- Teorije o podrijetlu svemira, izgrađene na temelju znanstvenih čimbenika. Njihovi postulati kategorički odbacuju i postojanje stvoritelja i mogućnost svjesnog stvaranja svijeta. Takve se hipoteze često temelje na onome što se naziva principom osrednjosti. Oni pretpostavljaju mogućnostživot ne samo na našoj planeti, već i na drugima.
Kreacionizam - teorija stvaranja svijeta od strane Stvoritelja
Kao što ime govori, kreacionizam je religiozna teorija o podrijetlu svemira. Ovaj svjetonazor temelji se na konceptu stvaranja svemira, planeta i čovjeka od strane Boga ili Stvoritelja.
Ideja je bila dominantna dugo vremena, sve do kraja 19. stoljeća, kada se ubrzao proces gomilanja znanja u različitim područjima znanosti (biologija, astronomija, fizika), a evolucijska teorija je postala široko rasprostranjena. Kreacionizam je postao svojevrsna reakcija kršćana koji se drže konzervativnih stajališta o otkrićima. Dominantna ideja evolucijskog razvoja u to vrijeme samo je pojačala proturječnosti koje su postojale između religijskih i drugih teorija.
Koja je razlika između znanstvenih i religijskih teorija
Glavne razlike između teorija različitih kategorija leže prvenstveno u terminima koje koriste njihovi pristaše. Dakle, u znanstvenim hipotezama umjesto tvorca - priroda, a umjesto stvaranja - podrijetlo. Uz to, postoje pitanja koja su na sličan način pokrivena različitim teorijama ili čak potpuno duplicirana.
Teorije o nastanku svemira, koje pripadaju suprotnim kategorijama, datiraju samu pojavu na različite načine. Na primjer, prema najčešćoj hipotezi (teoriji velikog praska), Svemir je nastao prije oko 13 milijardi godina.
Nasuprot tome, religijska teorija nastanka svemira daje potpuno različite brojeve:
- Prema Christianuizvora, starost svemira koji je stvorio Bog u vrijeme rođenja Isusa Krista bila je 3483-6984 godina.
- Hinduizam sugerira da je naš svijet star otprilike 155 trilijuna godina.
Kant i njegov kozmološki model
Do 20. stoljeća većina znanstvenika je bila mišljenja da je svemir beskonačan. Ovom kvalitetom karakteriziraju vrijeme i prostor. Osim toga, po njihovom mišljenju, Svemir je bio statičan i ujednačen.
Ideju o beskonačnosti svemira u svemiru iznio je Isaac Newton. Razvoj ove pretpostavke proveo je Emmanuel Kant, koji je razvio teoriju da također nema vremenskih ograničenja. Idući dalje, u teorijskim pretpostavkama, Kant je proširio beskonačnost svemira na broj mogućih bioloških proizvoda. Ovaj postulat je značio da u uvjetima antičkog i ogromnog svijeta, bez kraja i početka, može postojati bezbroj mogućih opcija, zbog čega je pojava bilo koje biološke vrste stvarna.
Na temelju ove teorije o mogućem podrijetlu životnih oblika, Darwinova teorija je kasnije razvijena. Promatranja zvjezdanog neba i rezultati astronomskih proračuna potvrdili su Kantov kozmološki model.
Einsteinove misli
Početkom 20. stoljeća Albert Einstein objavio je vlastiti model svemira. Prema njegovoj teoriji relativnosti, u Svemiru se istovremeno odvijaju dva suprotna procesa: širenje i stezanje. Međutim, onsložio se s mišljenjem većine znanstvenika o stacionarnosti Svemira, pa je uveo pojam kozmičke odbojne sile. Njegov je utjecaj osmišljen tako da uravnoteži privlačnost zvijezda i zaustavi proces kretanja svih nebeskih tijela kako bi se održala statična priroda Svemira.
Model svemira - prema Einsteinu - ima određenu veličinu, ali nema granica. Takva kombinacija je izvediva samo kada je prostor zakrivljen na isti način kao što se događa u sferi.
Karakteristike prostora takvog modela su:
- Trodimenzionalno.
- Zatvara se.
- Homogenost (nedostatak centra i ruba), u kojoj su galaksije ravnomjerno raspoređene.
A. A. Friedman: Svemir se širi
Tvorac revolucionarnog modela svemira koji se širi, A. A. Fridman (SSSR) izgradio je svoju teoriju na temelju jednadžbi koje karakteriziraju opću teoriju relativnosti. Istina, općeprihvaćeno mišljenje u tadašnjem znanstvenom svijetu bilo je statičnost našeg svijeta, pa se njegovom radu nije poklanjala dužna pažnja.
Nekoliko godina kasnije, astronom Edwin Hubble došao je do otkrića koje je potvrdilo Friedmanove ideje. Otkriveno je uklanjanje galaksija iz obližnje Mliječne staze. U isto vrijeme, činjenica da je brzina njihovog kretanja proporcionalna udaljenosti između njih i naše galaksije postala je nepobitna.
Ovo otkriće objašnjava stalno "povlačenje" zvijezda i galaksija jedna u drugu, što dovodi do zaključka oširenje svemira.
Konačno, Friedmanove zaključke prepoznao je Einstein, kasnije je spomenuo zasluge sovjetskog znanstvenika kao utemeljitelja hipoteze o širenju svemira.
Ne može se reći da postoje kontradikcije između ove teorije i opće teorije relativnosti, međutim, s širenjem svemira, morao je postojati početni impuls koji je izazvao raspršivanje zvijezda. Po analogiji s eksplozijom, ideja je nazvana "Big Bang".
Stephen Hawking i antropski princip
Rezultat proračuna i otkrića Stephena Hawkinga bila je antropocentrična teorija nastanka svemira. Njegov tvorac tvrdi da postojanje planeta tako dobro pripremljenog za ljudski život ne može biti slučajno.
Teorija Stephena Hawkinga o podrijetlu svemira također predviđa postupno isparavanje crnih rupa, njihov gubitak energije i emisiju Hawkingovog zračenja.
Kao rezultat potrage za dokazima, identificirano je i provjereno više od 40 karakteristika čije je poštivanje neophodno za razvoj civilizacije. Američki astrofizičar Hugh Ross procijenio je vjerojatnost takve nenamjerne slučajnosti. Rezultat je bio broj 10-53.
Naš svemir uključuje trilijun galaksija, od kojih svaka ima 100 milijardi zvijezda. Prema izračunima znanstvenika, ukupan broj planeta trebao bi biti 1020. Ova brojka je 33 reda veličine manja od prethodno izračunate. Stoga niti jedan od planeta u svim galaksijama ne može kombinirati uvjete koji bi bili prikladni za spontano stvaranje.život.
Teorija velikog praska: Nastanak svemira iz zanemarive čestice
Znanstvenici koji podržavaju teoriju velikog praska dijele hipotezu da je svemir rezultat velikog praska. Glavni postulat teorije je tvrdnja da su prije ovog događaja svi elementi sadašnjeg Svemira bili zatvoreni u česticu koja je imala mikroskopske dimenzije. Dok su bili unutar njega, elementi su bili obilježeni jedinstvenim stanjem u kojem se ne mogu mjeriti pokazatelji poput temperature, gustoće i tlaka. Oni su beskrajni. Na materiju i energiju u ovom stanju ne utječu zakoni fizike.
Uzrok eksplozije, koja se dogodila prije 15 milijardi godina, naziva se nestabilnost koja je nastala unutar čestice. Raštrkani sićušni elementi označili su početak svijeta koji danas poznajemo.
U početku, Svemir je bio maglica formirana od sićušnih čestica (manjih od atoma). Zatim su, kada su se spojili, formirali atome, koji su služili kao osnova zvjezdanih galaksija. Odgovaranje na pitanja o tome što se dogodilo prije eksplozije, kao i što ju je izazvalo, najvažniji su zadaci ove teorije o podrijetlu svemira.
Tablica shematski prikazuje faze formiranja svemira nakon velikog praska.
| Stanje svemira | vremenska crta | Očekivana temperatura |
| Proširenje (inflacija) | Od 10-45do10-37 sekunde | Više1026K |
| Pojavljuju se kvarkovi i elektroni | 10-6 c | Preko 1013 K |
| Nastaju protoni i neutroni | 10-5 c | 1012K |
| Nastaju jezgre helija, deuterija i litija | Od 10-4 od do 3 min | Od 1011 do 109 K |
| formirani atomi | 400 tisuća godina | 4000 K |
| Plinski oblak se nastavlja širiti | 15 milijuna godina | 300 K |
| Rađaju se prve zvijezde i galaksije | 1 milijarda godina | 20 K |
| Eksplozije zvijezda izazivaju stvaranje teških jezgri | 3 milijarde godina | 10 K |
| Proces rađanja zvijezda se zaustavlja | 10-15 milijardi godina | 3 K |
| Energija svih zvijezda je potrošena | 1014 godina | 10-2 K |
| Crne rupe se iscrpljuju i rađaju se elementarne čestice | 1040 godina | -20 K |
| Završava isparavanje svih crnih rupa | 10100 godina | Od 10-60 do 10-40 K |
Kao što slijedi iz gornjih podataka, Svemir se nastavlja širiti i hladiti.
Stalno povećanje udaljenosti između galaksija glavni je postulat: ono što razlikuje teoriju velikog praska. Nastanak svemira na ovaj način može se potvrditi pronađenim dokazima. Postoje i razlozi zaodbijanja.
Problematika teorije
S obzirom da teorija velikog praska nije dokazana u praksi, nije iznenađujuće da postoji nekoliko pitanja na koja ne može odgovoriti:
-
Singularnost. Ova riječ označava stanje svemira, komprimirano u jednu točku. Problem teorije velikog praska je nemogućnost opisa procesa koji se odvijaju u materiji i prostoru u takvom stanju. Ovdje ne vrijedi opći zakon relativnosti, pa je nemoguće napraviti matematički opis i jednadžbe za modeliranje.
Temeljna nemogućnost dobivanja odgovora na pitanje o početnom stanju Svemira diskreditira teoriju od sam početak. Njezina nefikcijska izlaganja imaju tendenciju zataškavati ili samo usputno spominjati ovu složenost. Međutim, za znanstvenike koji rade na pružanju matematičke osnove za teoriju velikog praska, ova se poteškoća prepoznaje kao velika prepreka.
- Astronomija. U ovom području teorija velikog praska suočava se s činjenicom da ne može opisati proces nastanka galaksija. Na temelju modernih verzija teorija, moguće je predvidjeti kako se pojavljuje homogeni oblak plina. Istovremeno, njegova bi gustoća do sada trebala biti oko jedan atom po kubnom metru. Da bi se dobilo nešto više, ne može se učiniti bez prilagođavanja početnog stanja Svemira. Nedostatak informacija i praktičnog iskustva u ovom području postaju ozbiljne prepreke daljnjem modeliranju.
Također postoji neslaganje u smislu izračunamasu naše galaksije i podatke dobivene proučavanjem brzine njezina privlačenja u galaksiju Andromeda. Očigledno je težina naše galaksije deset puta veća nego što se prije mislilo.
Kozmologija i kvantna fizika
Danas ne postoje kozmološke teorije koje se ne bi temeljile na kvantnoj mehanici. Uostalom, bavi se opisom ponašanja atomskih i subatomskih čestica. Razlika između kvantne fizike i klasične fizike (koju je izložio Newton) je u tome što potonja promatra i opisuje materijalne objekte, dok prva pretpostavlja isključivo matematički opis samog promatranja i mjerenja. Za kvantnu fiziku materijalne vrijednosti nisu predmet istraživanja, ovdje je i sam promatrač dio proučavane situacije.
Na temelju ovih značajki, kvantna mehanika ima poteškoća s opisivanjem svemira, jer je promatrač dio svemira. Međutim, govoreći o nastanku svemira, nemoguće je zamisliti autsajdere. Pokušaji razvoja modela bez sudjelovanja vanjskog promatrača okrunjeni su kvantnom teorijom nastanka svemira J. Wheelera.
Njegova bit je da u svakom trenutku dolazi do cijepanja Svemira i stvaranja beskonačnog broja kopija. Kao rezultat, svaki od paralelnih Svemira može se promatrati, a promatrači mogu vidjeti sve kvantne alternative. U isto vrijeme, izvorni i novi svijet su stvarni.
Uzorak inflacije
Glavni zadatak koji teorija inflacije treba riješiti je postajanjetražiti odgovore na pitanja koja su ostala neistražena u teoriji velikog praska i teoriji ekspanzije. Naime:
- Zašto se svemir širi?
- Što je veliki prasak?
U tu svrhu, inflacijska teorija nastanka svemira predviđa ekstrapolaciju širenja na nultu točku u vremenu, zaključak cjelokupne mase svemira u jednoj točki i formiranje kozmološke singularnost, koja se često naziva velikim praskom.
Očigledna je irelevantnost opće teorije relativnosti, koja se u ovom trenutku ne može primijeniti. Kao rezultat toga, samo teorijske metode, izračuni i dedukcije mogu se primijeniti za razvoj općenitije teorije (ili "nove fizike") i rješavanje problema kozmološke singularnosti.
Nove alternativne teorije
Unatoč uspjehu modela kozmičke inflacije, postoje znanstvenici koji mu se protive, nazivajući ga neodrživim. Njihov glavni argument je kritika rješenja predloženih u teoriji. Protivnici tvrde da rezultirajućim rješenjima nedostaju neki detalji, drugim riječima, umjesto rješavanja problema početnih vrijednosti, teorija ih samo vješto prekriva.
Alternativa je nekoliko egzotičnih teorija, čija se ideja temelji na formiranju početnih vrijednosti prije velikog praska. Nove teorije o nastanku svemira mogu se ukratko opisati na sljedeći način:
- Teorija struna. Njegovi sljedbenici predlažu da se, uz uobičajene četiri dimenzije prostora i vremena, uvedu dodatne dimenzije. Mogli bi igrati uloguranim fazama svemira, i trenutno biti u zbijenom stanju. Odgovarajući na pitanje o razlogu njihove kompaktifikacije, znanstvenici nude odgovor da je svojstvo superstruna T-dualnost. Stoga su žice "namotane" na dodatne dimenzije i njihova je veličina ograničena.
- Teorija o mekinjama. Naziva se i M-teorija. U skladu sa svojim postulatima, na početku formiranja Svemira postoji hladni statični petodimenzionalni prostor-vrijeme. Četiri od njih (prostorna) imaju ograničenja, odnosno zidove - trobrane. Naš prostor je jedan od zidova, a drugi je skriven. Treća trobrana nalazi se u četverodimenzionalnom prostoru, ograničena je s dvije granične brane. Teorija smatra da se treća brana sudara s našom i oslobađa veliku količinu energije. Upravo ti uvjeti postaju povoljni za nastanak velikog praska.
Cikličke teorije poriču jedinstvenost velikog praska, tvrdeći da svemir ide iz jednog stanja u drugo. Problem s takvim teorijama je povećanje entropije, prema drugom zakonu termodinamike. Posljedično, trajanje prethodnih ciklusa bilo je kraće, a temperatura tvari znatno viša nego tijekom velikog praska. Vjerojatnost da se to dogodi je iznimno mala
Bez obzira koliko postoji teorija o nastanku svemira, samo dvije od njih su izdržale test vremena i prevladale problem sve veće entropije. Razvili su ih znanstvenici Steinhardt-Turok i Baum-Frampton.
Ove relativno nove teorije o nastanku svemira iznesene su 80-ih godina prošlog stoljeća. Imaju mnogo sljedbenika koji razvijaju modele na temelju toga, traže dokaze valjanosti i rade na rješavanju nedosljednosti.
Teorija struna
Jedna od najpopularnijih među teorijama nastanka svemira je teorija struna. Prije nego što prijeđemo na opis njezine ideje, potrebno je razumjeti koncepte jednog od najbližih konkurenata, standardnog modela. Pretpostavlja se da se materija i interakcije mogu opisati kao određeni skup čestica, podijeljenih u nekoliko grupa:
- Quarks.
- Leptoni.
- Bozoni.
Ove su čestice, zapravo, građevni blokovi svemira, budući da su toliko male da se ne mogu podijeliti na komponente.
Izrazita karakteristika teorije struna je tvrdnja da takve cigle nisu čestice, već ultramikroskopske žice koje vibriraju. U isto vrijeme, oscilirajući na različitim frekvencijama, žice postaju analozi raznih čestica opisanih u standardnom modelu.
Da bismo razumjeli teoriju, treba shvatiti da žice nisu nikakva materija, one su energija. Stoga teorija struna zaključuje da su svi elementi svemira napravljeni od energije.
Vatra je dobra analogija. Gledajući ga ostavlja dojam njegove materijalnosti, ali ga se ne može dirati.
Kozmologija za školarce
Teorije o nastanku svemira nakratko se proučavaju u školama na satovima astronomije. Za studenteopišite glavne teorije o tome kako je nastao naš svijet, što se s njim događa sada i kako će se razvijati u budućnosti.
Svrha lekcija je upoznavanje djece s prirodom nastanka elementarnih čestica, kemijskih elemenata i nebeskih tijela. Teorije o nastanku svemira za djecu svode se na prikaz teorije velikog praska. Učitelji koriste vizualni materijal: slajdove, tablice, postere, ilustracije. Njihov glavni zadatak je probuditi interes djece za svijet koji ih okružuje.
