Kainatın kosmoloji modeli onun hazırkı mövcudluğunun səbəblərini izah etməyə çalışan riyazi təsvirdir. O, həmçinin zamanla təkamülü təsvir edir.
Kainatın müasir kosmoloji modelləri ümumi nisbilik nəzəriyyəsinə əsaslanır. Bu, hazırda genişmiqyaslı izahat üçün ən yaxşı təqdimatı təmin edir.
Kainatın ilk elmi əsaslı kosmoloji modeli
Eynşteyn cazibə hipotezi olan ümumi nisbilik nəzəriyyəsindən maddə ilə dolu kosmosu idarə edən tənliklər yazır. Lakin Albert bunun statik olması lazım olduğunu düşünürdü. Beləliklə, Eynşteyn nəticə əldə etmək üçün tənliklərinə kainatın daimi kosmoloji modeli adlanan termini daxil etdi.
Sonradan, Edvin Hubble sistemini nəzərə alaraq, o, bu fikrə qayıdacaq və kosmosun effektiv şəkildə genişlənə biləcəyini anlayacaq. Tam olaraqKainat A. Eynşteynin kosmoloji modelindəki kimi görünür.
Yeni fərziyyələr
Ondan qısa müddət sonra Kainatın kosmoloji modelini hazırlayan rusiyalı hollandiyalı de Sitter Fridman və Belçikalı Lemaitre qeyri-statik elementləri bilicilərin mühakiməsinə təqdim edir. Onlar Eynşteynin nisbilik tənliklərini həll etmək üçün lazımdır.
De Sitter kosmosu boş sabitə uyğundursa, Fridmanın kosmoloji modelinə görə, Kainat onun daxilindəki maddənin sıxlığından asılıdır.
Əsas fərziyyə
Yerin kosmosun mərkəzində və ya hər hansı imtiyazlı yerdə dayanması üçün heç bir səbəb yoxdur.
Bu, kainatın klassik kosmoloji modelinin ilk nəzəriyyəsidir. Bu fərziyyəyə görə kainat belə hesab olunur:
- Homojen, yəni kosmoloji miqyasda hər yerdə eyni xüsusiyyətlərə malikdir. Təbii ki, daha kiçik bir təyyarədə, məsələn, Günəş sisteminə və ya Qalaktikadan kənar bir yerə baxsanız, fərqli vəziyyətlər var.
- İzotrop, yəni insanın hara baxmasından asılı olmayaraq hər istiqamətdə eyni xüsusiyyətlərə malikdir. Xüsusilə də boşluq bir istiqamətdə düzlənmədiyi üçün.
İkinci zəruri fərziyyə fizika qanunlarının universallığıdır. Bu qaydalar hər yerdə və hər zaman eynidir.
Kainatın məzmununu mükəmməl maye kimi qəbul etmək başqa bir fərziyyədir. Onun komponentlərinin xarakterik ölçüləri onları ayıran məsafələrlə müqayisədə əhəmiyyətsizdir.
Parametrlər
Çoxları soruşur: "Kosmoloji modeli təsvir edinKainat." Bunun üçün Fridman-Lemaitre sisteminin əvvəlki fərziyyəsinə uyğun olaraq təkamülü tam xarakterizə edən üç parametrdən istifadə olunur:
- Genişlənmə sürətini təmsil edən Hubble sabiti.
- Tədqiq olunan Kainatın ρ ilə müəyyən sıxlıq arasındakı nisbəti ölçən kütlə sıxlığı parametri Hubble sabiti ilə əlaqəli olan kritik ρc adlanır. Bu parametrin cari dəyəri Ω0 ilə işarələnib.
- Λ ilə işarələnmiş kosmoloji sabit cazibə qüvvəsinə əks qüvvədir.
Maddənin sıxlığı onun təkamülünü proqnozlaşdırmaq üçün əsas parametrdir: əgər o, çox keçilməzdirsə (Ω0> 1), cazibə qüvvəsi genişlənməyə qalib gələ biləcək. kosmos orijinal vəziyyətinə qayıdacaq.
Əks halda artım həmişəlik davam edəcək. Bunu yoxlamaq üçün nəzəriyyəyə uyğun olaraq Kainatın kosmoloji modelini təsvir edin.
İntuitiv olaraq aydındır ki, insan içindəki maddənin miqdarına uyğun olaraq kosmosun təkamülünü dərk edə bilər.
Böyük rəqəm qapalı kainata gətirib çıxaracaq. İlkin vəziyyətində bitəcək. Az miqdarda maddə sonsuz genişlənmə ilə açıq kainata gətirib çıxaracaq. Ω0=1 dəyəri xüsusi bir boşluq halına gətirib çıxarır.
Kritik sıxlığın mənası ρc təqribən 6 x 10–27 kq/m3, yəni hər kubmetrə iki hidrogen atomu.
Bu çox aşağı rəqəm niyə müasir olduğunu izah edirkainatın quruluşunun kosmoloji modeli boş məkanı nəzərdə tutur və bu o qədər də pis deyil.
Qapalı yoxsa açıq kainat?
Kainatın içindəki maddənin sıxlığı onun həndəsəsini müəyyən edir.
Yüksək keçirməzlik üçün müsbət əyriliyə malik qapalı məkan əldə edə bilərsiniz. Lakin sıxlığın kritikdən aşağı olması ilə açıq kainat yaranacaq.
Qeyd etmək lazımdır ki, qapalı tip mütləq bitmiş ölçüyə malikdir, düz və ya açıq kainat isə sonlu və ya sonsuz ola bilər.
İkinci halda, üçbucağın bucaqlarının cəmi 180°-dən azdır.
Qapalı yerdə (məsələn, Yerin səthində) bu rəqəm həmişə 180°-dən böyükdür.
İndiyə qədər edilən bütün ölçmələr məkanın əyriliyini aşkar edə bilməyib.
Kainatın kosmoloji modelləri qısaca
Bumeranq topundan istifadə edərək fosil radiasiyasının ölçülməsi düz kosmik fərziyyəni bir daha təsdiqləyir.
Düz fəza fərziyyəsi eksperimental məlumatlarla ən yaxşı uyğun gəlir.
WMAP və Planck peyki tərəfindən aparılan ölçmələr bu fərziyyəni təsdiqləyir.
Beləliklə, kainat düz olardı. Amma bu fakt insanlığı iki sual qarşısında qoyur. Düzdürsə, bu o deməkdir ki, maddə sıxlığı kritik Ω0=1 bərabərdir. Lakin kainatdakı ən böyük, görünən maddə bu keçilməzliyin yalnız 5%-ni təşkil edir.
Qalaktikaların doğulması kimi, yenidən qaranlıq maddəyə çevrilmək lazımdır.
Kainatın Yaşı
Alimlər biləronun Hubble sabitinin əksi ilə mütənasib olduğunu göstərin.
Beləliklə, bu sabitin dəqiq tərifi kosmologiya üçün kritik problemdir. Son ölçmələr göstərir ki, kosmos indi 7 ilə 20 milyard il arasındadır.
Lakin kainat mütləq ən qədim ulduzlarından daha yaşlı olmalıdır. Və onların 13-16 milyard il arasında olduğu təxmin edilir.
Təxminən 14 milyard il əvvəl kainat təklik kimi tanınan sonsuz kiçik bir sıx nöqtədən bütün istiqamətlərdə genişlənməyə başladı. Bu hadisə Böyük Partlayış kimi tanınır.
Növbəti yüz minlərlə il ərzində davam edən sürətli inflyasiyanın başlanğıcının ilk bir neçə saniyəsində əsas hissəciklər meydana çıxdı. Hansı ki, sonradan maddəni meydana gətirəcək, lakin bəşəriyyətin bildiyi kimi, o, hələ mövcud deyildi. Bu dövrdə Kainat qeyri-şəffaf idi, həddindən artıq isti plazma və güclü radiasiya ilə dolu idi.
Lakin genişləndikcə onun temperaturu və sıxlığı tədricən azalır. Plazma və radiasiya nəticədə kainatdakı ən sadə, ən yüngül və bol elementlər olan hidrogen və heliumu əvəz etdi. Cazibə qüvvəsi bu sərbəst üzən atomları ilk ulduzların və qalaktikaların yarandığı ilkin qaza birləşdirmək üçün bir neçə yüz milyon əlavə il çəkdi.
Zamanın başlanğıcı ilə bağlı bu izahat Lambda sistemi - soyuq qaranlıq maddə kimi tanınan Big Bang kosmologiyasının standart modelindən götürülüb.
Kainatın kosmoloji modelləri birbaşa müşahidələrə əsaslanır. Onlar etməyə qadirdirlərsonrakı tədqiqatlarla təsdiqlənə bilən və ümumi nisbiliyə əsaslanan proqnozlar, çünki bu nəzəriyyə müşahidə edilən geniş miqyaslı davranışlara ən yaxşı uyğunluğu verir. Kosmoloji modellər də iki əsas fərziyyəyə əsaslanır.
Yer kainatın mərkəzində yerləşmir və xüsusi yer tutmur, ona görə də geniş miqyasda kosmos bütün istiqamətlərdə və hər yerdən eyni görünür. Yerdə tətbiq olunan eyni fizika qanunları zamandan asılı olmayaraq bütün kosmosda tətbiq olunur.
Beləliklə, bəşəriyyətin bu gün müşahidə etdiyi şeylər, bu fenomenin nə qədər uzaq olmasından asılı olmayaraq, keçmişi, indini izah etmək və ya təbiətdəki gələcək hadisələri proqnozlaşdırmaq üçün istifadə edilə bilər.
İnanılmaz, insanlar səmaya baxdıqca keçmişə daha çox baxırlar. Bu, Qalaktikaların daha gənc olduqları dövrlərə ümumi baxışa imkan verir ki, biz onların daha yaxın və buna görə də daha yaşlı olanlara nisbətən necə inkişaf etdiyini daha yaxşı başa düşə bilək. Təbii ki, bəşəriyyət inkişafının müxtəlif mərhələlərində eyni Qalaktikaları görə bilməz. Lakin Qalaktikaları müşahidə etdiklərinə əsasən kateqoriyalara qruplaşdıraraq yaxşı fərziyyələr yarana bilər.
İlk ulduzların kainatın başlanğıcından qısa müddət sonra qaz buludlarından əmələ gəldiyinə inanılır. Standart Big Bang Modeli, bu sistemlərə mavi rəng verən gənc isti cisimlərlə dolu ən erkən qalaktikaları tapmaq mümkün olduğunu göstərir. Model də bunu proqnozlaşdırırilk ulduzlar daha çox idi, lakin müasirlərdən daha kiçik idi. Və kiçik qalaktikalar nəhayət böyük ada kainatlarını əmələ gətirdikcə sistemlər iyerarxik olaraq indiki ölçülərinə çatdı.
Maraqlıdır ki, bu proqnozların çoxu təsdiqlənib. Məsələn, hələ 1995-ci ildə Hubble Kosmik Teleskopu ilk dəfə zamanın başlanğıcına dərindən nəzər saldıqda, gənc kainatın Süd yolundan otuz-əlli dəfə kiçik olan solğun mavi qalaktikalarla dolu olduğunu kəşf etdi.
Standart Big Bang Modeli də bu birləşmələrin hələ də davam etdiyini proqnozlaşdırır. Ona görə də bəşəriyyət qonşu qalaktikalarda da bu fəaliyyətin sübutunu tapmalıdır. Təəssüf ki, son vaxtlara qədər Samanyolu yaxınlığındakı ulduzlar arasında enerjili birləşmələrə dair çox az dəlil var idi. Bu, standart böyük partlayış modelində problem idi, çünki o, kainatın anlaşılmasının natamam və ya yanlış ola biləcəyini təklif edirdi.
Yalnız 20-ci əsrin ikinci yarısında kosmosun necə əmələ gəldiyinə dair ağlabatan modellər yaratmaq üçün kifayət qədər fiziki sübutlar toplandı. Hazırkı standart böyük partlayış sistemi üç əsas eksperimental məlumat əsasında hazırlanıb.
Kainatın Genişlənməsi
Təbiətin əksər modellərində olduğu kimi, o, ardıcıl təkmilləşdirmələrə məruz qalmış və gələcək tədqiqatları gücləndirən əhəmiyyətli problemlər yaratmışdır.
Kosmologiyanın maraqlı tərəflərindən birimodelləşdirmə ondan ibarətdir ki, o, kainat üçün kifayət qədər dəqiq saxlanılmalı olan bir sıra parametrlər balansını ortaya qoyur.
Suallar
Kainatın standart kosmoloji modeli böyük partlayışdır. Və onu dəstəkləyən sübutlar böyük olsa da, o, problemsiz deyil. "Yaradılış anı" kitabında Trefil bu sualları yaxşı göstərir:
- Anti maddə problemi.
- Qalaktikanın formalaşmasının mürəkkəbliyi.
- Horizon problemi.
- Yastılıq sualı.
Antimaddə Problemi
Zərrəciklər dövrünün başlamasından sonra. Kainatdakı çox sayda hissəcikləri dəyişdirə biləcək heç bir məlum proses yoxdur. Kosmosun millisaniyələri köhnəldiyi zaman maddə ilə antimaddə arasındakı tarazlıq əbədi olaraq sabitləşdi.
Kainatdakı standart maddə modelinin əsas hissəsi cüt istehsal ideyasıdır. Bu, elektron-pozitron cütlərinin doğulmasını nümayiş etdirir. Yüksək ömürlü rentgen şüaları və ya qamma şüaları ilə tipik atomlar arasında qarşılıqlı əlaqənin adi növü fotonun enerjisinin böyük hissəsini elektrona və onun antihissəcikinə, pozitrona çevirir. Hissəcik kütlələri Eynşteynin E=mc2 münasibətinə uyğundur. Yaranan uçurum bərabər sayda elektron və pozitrona malikdir. Buna görə də, bütün kütləvi istehsal prosesləri cütləşdirilsəydi, Kainatda eyni miqdarda maddə və antimaddə olardı.
Təbiətin maddəyə münasibətində müəyyən asimmetriya olduğu aydındır. Tədqiqatın perspektivli sahələrindən birizəif qarşılıqlı təsirlə hissəciklərin parçalanmasında CP simmetriyasının pozulmasıdır. Əsas eksperimental sübut neytral kaonların parçalanmasıdır. Onlar SR simmetriyasının bir qədər pozulmasını göstərirlər. Kaonların elektronlara çevrilməsi ilə bəşəriyyət maddə ilə antimaddə arasında aydın fərqə malikdir və bu, kainatda maddənin üstünlüyünün açarlarından biri ola bilər.
Böyük Adron Kollayderində yeni kəşf - D-mezonun və onun antihissəciklərinin parçalanma sürətindəki fərq 0,8% təşkil edir ki, bu da antimaddə məsələsinin həllinə daha bir töhfə ola bilər.
Qalaktikanın formalaşması problemi
Genişlənən kainatdakı təsadüfi nizamsızlıqlar ulduzların əmələ gəlməsi üçün kifayət deyil. Sürətli genişlənmənin mövcudluğunda, cazibə qüvvəsi genişlənmənin özü tərəfindən yaradılan hər hansı bir ağlabatan turbulentlik nümunəsi ilə qalaktikaların meydana gəlməsi üçün çox yavaşdır. Kainatın geniş miqyaslı quruluşunun necə yarana biləcəyi sualı kosmologiyada həll edilməmiş əsas problem olmuşdur. Buna görə də elm adamları qalaktikaların varlığını izah etmək üçün 1 millisaniyəlik bir müddətə baxmaq məcburiyyətində qalırlar.
Horizon Problem
Göydə əks istiqamətlərdən mikrodalğalı fon radiasiyası 0,01% daxilində eyni temperaturla xarakterizə olunur. Lakin onların şüalandığı kosmos sahəsi 500 min il daha yüngül tranzit vaxt idi. Beləliklə, onlar açıq istilik tarazlığını yaratmaq üçün bir-birləri ilə əlaqə saxlaya bilmədilər - onlar kənarda idilər.üfüq.
Bu vəziyyət həm də "izotropiya problemi" adlanır, çünki kosmosda bütün istiqamətlərdən hərəkət edən fon şüalanması demək olar ki, izotropdur. Sual vermənin bir yolu kosmosun yerdən əks istiqamətdə olan hissələrinin temperaturunun demək olar ki, eyni olduğunu söyləməkdir. Bəs onlar ünsiyyət qura bilmirlərsə, bir-birləri ilə necə istilik tarazlığında ola bilərlər? WMAP tərəfindən təklif edildiyi kimi, Hubble sabitindən meqaparsek başına 71 km/s-dən əldə edilən 14 milyard il geriyə dönmə müddəti nəzərə alınarsa, kainatın bu uzaq hissələrinin bir-birindən 28 milyard işıq ili məsafədə olduğu fərq edilir. Bəs niyə onlar eyni temperatura malikdirlər?
Üfüq problemini anlamaq üçün sadəcə kainatın ikiqat yaşında olmağınız lazımdır, lakin Schramm-ın qeyd etdiyi kimi, problemə daha əvvəlki prizmadan baxsanız, o, daha da ciddiləşir. Fotonların həqiqətən buraxıldığı vaxt onlar kainatın 100 dəfə yaşı və ya 100 dəfə səbəb-nəticə etibarilə əlil olmuş olardılar.
Bu problem 1980-ci illərin əvvəllərində Alan Qut tərəfindən irəli sürülən inflyasiya fərziyyəsinə səbəb olan istiqamətlərdən biridir. İnflyasiya baxımından üfüq sualının cavabı budur ki, Böyük Partlayış prosesinin lap əvvəlində kainatın ölçüsünü 1020 artıran inanılmaz dərəcədə sürətli inflyasiya dövrü olmuşdur. 1030 . Bu o deməkdir ki, müşahidə olunan boşluq hazırda bu genişləndirmənin içərisindədir. Görünən radiasiya izotropdur,çünki bütün bu boşluq kiçik həcmdən “şişirilir” və demək olar ki, eyni ilkin şərtlərə malikdir. Bu, kainatın hissələrinin niyə bir-biri ilə heç vaxt ünsiyyət qura bilməyəcəyi qədər uzaq olduğunu izah etməyin bir yoludur.
Yastılıq problemi
Kainatın müasir kosmoloji modelinin formalaşması çox genişdir. Müşahidələr göstərir ki, kosmosdakı maddə miqdarı, şübhəsiz ki, onda birdən çox və genişlənməni dayandırmaq üçün lazım olan kritik miqdardan da azdır. Burada yaxşı bir bənzətmə var - yerdən atılan top yavaşlayır. Kiçik bir asteroidlə eyni sürətlə o, heç vaxt dayanmayacaq.
Sistemdən bu nəzəri atışın başlanğıcında, sonsuz məsafədə sıfıra enərək, əbədi getmək üçün doğru sürətlə atıldığı görünə bilər. Ancaq zaman keçdikcə bu, daha aydın oldu. Kimsə 20 milyard illik səyahətdən sonra kiçik bir miqdar da olsa sürət pəncərəsini qaçırdısa, yenə də topun lazımi sürətlə atıldığı görünürdü.
Yastılıqdan hər hansı sapma zamanla şişirdilir və kainatın bu mərhələsində kiçik nizamsızlıqlar əhəmiyyətli dərəcədə artmalı idi. Əgər hazırkı kosmosun sıxlığı kritik həddə çox yaxın görünürsə, o, əvvəlki dövrlərdə düzə daha da yaxın olmalıdır. Alan Qut Robert Dikkin mühazirəsini onu inflyasiya yoluna salan təsirlərdən biri hesab edir. Robert bunu qeyd etdikainatın hazırkı kosmoloji modelinin düz olması, böyük partlayışdan sonra saniyədə 10-14 dəfə bir hissəyə qədər düz olmasını tələb edərdi. Kaufmann təklif edir ki, ondan dərhal sonra sıxlıq kritik birinə, yəni 50 onluq yerlərə bərabər olmalı idi.
1980-ci illərin əvvəllərində Alan Qut təklif etdi ki, Plank dövründən 10–43 saniyədən sonra çox sürətli genişlənmənin qısa bir dövrü var. Bu inflyasiya modeli həm düzlük problemi, həm də üfüq problemi ilə məşğul olmağın bir yolu idi. Əgər kainat 20-30 böyüklük sırası ilə şişirdisə, o zaman sıx bağlı sayıla bilən son dərəcə kiçik bir həcmin xüsusiyyətləri bu gün məlum kainatda yayılaraq həm həddindən artıq düzlüyə, həm də son dərəcə izotrop təbiətə kömək etdi.
Kainatın müasir kosmoloji modellərini qısaca belə təsvir etmək olar.
