20-րդ դարասկզբին Ալբերտ Էյնշտեյն անունով մի երիտասարդ գիտնական ուսումնասիրեց լույսի և զանգվածի հատկությունները և թե ինչպես են դրանք կապված միմյանց հետ: Նրա մտորումների արդյունքը հարաբերականության տեսությունն էր։ Նրա աշխատանքը փոխեց ժամանակակից ֆիզիկան և աստղագիտությունը այնպես, որ զգացվում է այսօր: Յուրաքանչյուր ուսանող ուսումնասիրում է իր հայտնի E=MC2 հավասարումը հասկանալու համար, թե ինչպես են զանգվածը և էներգիան փոխկապակցված: Սա տիեզերքի գոյության հիմնարար փաստերից մեկն է։
Ի՞նչ է տիեզերական հաստատունը:
Ինչքան էլ որ Էյնշտեյնի ընդհանուր հարաբերականության հավասարումներն էին, նրանք խնդիր էին ներկայացնում: Նա փորձում էր բացատրել, թե ինչպես են զանգվածը և լույսը գոյություն ունեն տիեզերքում, ինչպես նրանց փոխազդեցությունը կարող է հանգեցնել ստատիկ (այսինքն՝ ոչ ընդլայնվող) տիեզերքի: Ցավոք, նրա հավասարումները կանխատեսում էին, որ այն կա՛մ կկծկվի, կա՛մ կընդլայնվի, և դա կշարունակի ընդմիշտ, բայց ի վերջո կհասնի մի կետի, որտեղ կծկվի:
Դա իրեն ճիշտ չէր թվում, ուստի Էյնշտեյնը ստիպված էր բացատրել գրավիտացիան պահելու միջոց,բացատրել ստատիկ տիեզերքը: Ի վերջո, իր ժամանակի ֆիզիկոսների և աստղագետների մեծ մասը պարզապես ենթադրում էր, որ դա այդպես է: Այսպիսով, Էյնշտեյնը հայտնագործեց Ֆաջի գործոնը, որը կոչվում է «տիեզերական հաստատուն», որը կարգի բերեց հավասարումները և հանգեցրեց մի տիեզերքի, որը ոչ ընդլայնվում է, ոչ կծկվում: Նա հանդես եկավ «լամբդա» (հունարեն տառ) նշանով, որը նշանակում է էներգիայի խտությունը տարածության վակուումում։ Այն վերահսկում է ընդլայնումը, և դրա բացակայությունը կանգնեցնում է այս գործընթացը։ Այժմ տիեզերաբանական տեսությունը բացատրելու համար անհրաժեշտ էր գործոն:
Ինչպե՞ս հաշվել?
Ալբերտ Էյնշտեյնը 1915 թվականի նոյեմբերի 25-ին հանրությանը ներկայացրեց հարաբերականության ընդհանուր տեսության (ՀՀ) առաջին տարբերակը։ Էյնշտեյնի սկզբնական հավասարումները այսպիսի տեսք ունեին՝
Ժամանակակից աշխարհում տիեզերաբանական հաստատունը հետևյալն է՝
Այս հավասարումը նկարագրում է հարաբերականության տեսությունը: Նաև հաստատունը կոչվում է նաև լամբդայի անդամ:
Գալակտիկաները և ընդարձակվող Տիեզերքը
Տիեզերական հաստատունը չշտկեց իրերն այնպես, ինչպես նա սպասում էր: Իրականում դա ստացվեց, բայց միայն որոշ ժամանակով։ Տիեզերական հաստատունի խնդիրը չի լուծվել։
Սա շարունակվեց այնքան ժամանակ, մինչև մեկ այլ երիտասարդ գիտնական՝ Էդվին Հաբլը, կատարեց հեռավոր գալակտիկաների փոփոխական աստղերի խորը դիտարկում: Նրանց թարթումը բացահայտեց այս տիեզերական կառույցների հեռավորությունները և ավելին։
Հաբլի աշխատանքը ցույց է տվելոչ միայն այն, որ տիեզերքը ներառում էր բազմաթիվ այլ գալակտիկաներ, այլ, ինչպես պարզվեց, այն ընդլայնվում էր, և այժմ մենք գիտենք, որ այս գործընթացի արագությունը փոխվում է ժամանակի ընթացքում: Սա հիմնականում նվազեցրեց Էյնշտեյնի տիեզերական հաստատունը զրոյի, և մեծ գիտնականը ստիպված էր վերանայել իր ենթադրությունները: Հետազոտողները ամբողջությամբ չեն հրաժարվել դրանից: Այնուամենայնիվ, Էյնշտեյնը ավելի ուշ իր կյանքի ամենամեծ սխալն անվանեց իր հաստատունը հարաբերականության ընդհանուր տեսությանն ավելացնելը: Բայց արդյոք դա:
Տիեզերական նոր հաստատուն
1998-ին գիտնականների խումբը, որն աշխատում էր Hubble տիեզերական աստղադիտակի հետ, ուսումնասիրելով հեռավոր գերնոր աստղերը, նկատեց միանգամայն անսպասելի բան. տիեզերքի ընդլայնումն արագանում է: Ավելին, գործընթացի տեմպը այն չէ, ինչ նրանք սպասում էին և եղել է նախկինում։
Հաշվի առնելով, որ տիեզերքը լցված է զանգվածով, տրամաբանական է թվում, որ ընդլայնումը պետք է դանդաղի, նույնիսկ եթե այն այդքան փոքր լիներ: Այսպիսով, այս հայտնագործությունը կարծես հակասում էր այն, ինչ կանխատեսում էին հավասարումները և Էյնշտեյնի տիեզերաբանական հաստատունը։ Աստղագետները չհասկացան, թե ինչպես բացատրել ընդլայնման ակնհայտ արագացումը: Ինչո՞ւ, ինչպե՞ս է դա տեղի ունենում:
Հարցերի պատասխաններ
Արագացումը և դրա մասին տիեզերաբանական պատկերացումները բացատրելու համար գիտնականները վերադարձել են սկզբնական տեսության գաղափարին:
Նրանց վերջին ենթադրությունները չեն բացառում մութ էներգիա կոչվող մի բանի գոյությունը: Դա մի բան է, որը հնարավոր չէ տեսնել կամ զգալ, բայց դրա ազդեցությունը կարելի է չափել: Դա նույնն է, ինչ մութընյութ. դրա ազդեցությունը կարող է որոշվել նրանով, թե ինչպես է այն ազդում լույսի և տեսանելի նյութի վրա:
Աստղագետները գուցե դեռ չգիտեն, թե ինչ է այս մութ էներգիան: Այնուամենայնիվ, նրանք գիտեն, որ դա ազդում է տիեզերքի ընդլայնման վրա: Այս գործընթացները հասկանալու համար ավելի շատ ժամանակ է պահանջվում դիտարկման և վերլուծության համար: Միգուցե տիեզերագիտական տեսությունն ի վերջո այդքան էլ վատ գաղափար չէ՞։ Ի վերջո, դա կարելի է բացատրել ենթադրելով, որ մութ էներգիա գոյություն ունի: Ըստ երևույթին, դա ճիշտ է, և գիտնականները պետք է փնտրեն լրացուցիչ բացատրություններ:
Ինչ եղավ սկզբում?
Էյնշտեյնի սկզբնական տիեզերաբանական մոդելը գնդաձև երկրաչափությամբ ստատիկ միատարր մոդել էր: Նյութի գրավիտացիոն ազդեցությունն այս կառուցվածքում առաջացրել է արագացում, ինչը Էյնշտեյնը չի կարողացել բացատրել, քանի որ այն ժամանակ հայտնի չէր, որ տիեզերքը ընդլայնվում է։ Հետևաբար, գիտնականը տիեզերական հաստատունը ներմուծեց հարաբերականության ընդհանուր տեսության իր հավասարումների մեջ։ Այս հաստատունը կիրառվում է նյութի գրավիտացիոն ձգողականությանը հակազդելու համար, ուստի այն նկարագրվել է որպես հակագրավիտացիոն էֆեկտ։
Օմեգա Լամբդա
Տիեզերական հաստատունի փոխարեն հետազոտողները հաճախ անդրադառնում են դրանով պայմանավորված էներգիայի խտության և տիեզերքի կրիտիկական խտության փոխհարաբերություններին: Այս արժեքը սովորաբար նշվում է հետևյալ կերպ. ΩΛ: Հարթ տիեզերքում ΩΛ-ին համապատասխանում է նրա էներգիայի խտության մի մասը, որը բացատրվում է նաև տիեզերական հաստատունով։
Նշեք, որ այս սահմանումը կապված է ներկայիս դարաշրջանի կրիտիկական խտության հետ: Ժամանակի ընթացքում փոխվում է, բայց խտությունըէներգիան, շնորհիվ տիեզերական հաստատունի, մնում է անփոփոխ տիեզերքի պատմության ընթացքում:
Եկեք ավելի մանրամասն քննարկենք, թե ինչպես են ժամանակակից գիտնականները զարգացնում այս տեսությունը:
Տիեզերական ապացույց
Արագացող տիեզերքի ներկայիս ուսումնասիրությունն այժմ շատ ակտիվ է, բազմաթիվ տարբեր փորձերով, որոնք ընդգրկում են շատ տարբեր ժամանակային սանդղակներ, երկարության սանդղակներ և ֆիզիկական գործընթացներ: Ստեղծվել է Տիեզերական ՄԶՄ մոդել, որում Տիեզերքը հարթ է և ունի հետևյալ բնութագրերը՝
- էներգիայի խտությունը, որը կազմում է բարիոնային նյութի մոտ 4%-ը;
- 23% մութ նյութ;
- Տիեզերական հաստատունի 73%-ը։
Կրիտիկական դիտողական արդյունքը, որը տիեզերական հաստատունը հասցրեց իր ներկայիս նշանակությանը, բացահայտումն էր, որ հեռավոր տիպի Ia (0<z<1) գերնոր աստղերը, որոնք օգտագործվում էին որպես ստանդարտ մոմեր, ավելի թույլ էին, քան սպասվում էր դանդաղող տիեզերքում: Այդ ժամանակից ի վեր շատ խմբեր հաստատել են այս արդյունքը ավելի շատ գերնոր աստղերով և կարմիր տեղաշարժերի ավելի լայն շրջանակով:
Բացատրենք ավելի մանրամասն։ Ընթացիկ տիեզերագիտական մտածողության մեջ առանձնահատուկ նշանակություն ունեն այն դիտարկումները, որ չափազանց բարձր կարմիր տեղաշարժով (z>1) գերնոր աստղերն ավելի պայծառ են, քան սպասվում էր, ինչը նշան է, որը ակնկալվում է դանդաղման ժամանակից մինչև մեր ընթացիկ արագացման շրջանը: Մինչ գերնոր աստղերի արդյունքների հրապարակումը 1998 թվականին, արդեն կային մի քանի տող ապացույցներ, որոնք ճանապարհ էին հարթում համեմատաբար արագՏիեզերքի արագացման տեսության ընդունումը գերնոր աստղերի օգնությամբ: Մասնավորապես դրանցից երեքը՝
- Տիեզերքը պարզվեց, որ ավելի երիտասարդ է, քան ամենածեր աստղերը: Նրանց էվոլյուցիան լավ ուսումնասիրված է, և դրանց դիտարկումները գնդաձև կլաստերներում և այլուր ցույց են տալիս, որ ամենահին գոյացությունները ավելի քան 13 միլիարդ տարեկան են: Մենք կարող ենք դա համեմատել տիեզերքի տարիքի հետ՝ չափելով նրա ընդլայնման արագությունը այսօր և հետք բերելով Մեծ պայթյունի ժամանակին: Եթե տիեզերքը դանդաղեցներ մինչև իր ներկայիս արագությունը, ապա տարիքը ավելի փոքր կլիներ, քան եթե այն արագանար մինչև իր ներկայիս արագությունը: Հարթ, միայն նյութով տիեզերքը կլինի մոտ 9 միլիարդ տարեկան, ինչը լուրջ խնդիր է, եթե հաշվի առնենք, որ այն մի քանի միլիարդ տարով երիտասարդ է ամենահին աստղերից: Մյուս կողմից, տիեզերական հաստատունի 74%-ով հարթ տիեզերքը մոտ 13,7 միլիարդ տարեկան կլինի: Այսպիսով, տեսնելով, որ նա այժմ արագանում է, լուծվեց տարիքային պարադոքսը:
- Չափազանց շատ հեռավոր գալակտիկաներ: Նրանց թիվն արդեն լայնորեն օգտագործվել է Տիեզերքի ընդլայնման դանդաղումը գնահատելու փորձերում: Երկու կարմիր տեղաշարժերի միջև տարածության քանակը տարբերվում է՝ կախված ընդլայնման պատմությունից (տվյալ ամուր անկյան համար): Օգտագործելով երկու կարմիր տեղաշարժերի միջև գտնվող գալակտիկաների թիվը որպես տարածության ծավալի չափ՝ դիտորդները պարզել են, որ հեռավոր մարմինները չափազանց մեծ են թվում դանդաղող տիեզերքի կանխատեսումների համեմատ: Կա՛մ գալակտիկաների պայծառությունը, կա՛մ դրանց թիվը մեկ միավորի ծավալով ժամանակի ընթացքում զարգացել է անսպասելի ձևերով, կա՛մ մեր հաշվարկած ծավալները սխալ են եղել: Արագացնող նյութը կարող էրկբացատրեր դիտարկումները՝ չառաջացնելով գալակտիկաների էվոլյուցիայի որևէ տարօրինակ տեսություն։
- Տիեզերքի դիտելի հարթությունը (չնայած թերի ապացույցներին): Օգտագործելով տիեզերական միկրոալիքային ֆոնի (CMB) ջերմաստիճանի տատանումների չափումները, այն ժամանակներից, երբ տիեզերքը եղել է մոտ 380,000 տարեկան, կարելի է եզրակացնել, որ այն տարածականորեն հարթ է մինչև մի քանի տոկոս: Համակցելով այս տվյալները տիեզերքում նյութի խտության ճշգրիտ չափման հետ՝ պարզ է դառնում, որ այն ունի կրիտիկական խտության միայն մոտ 23%-ը: Բացակայող էներգիայի խտությունը բացատրելու եղանակներից մեկը տիեզերական հաստատունի կիրառումն է: Ինչպես պարզվեց, դրա որոշակի քանակությունը պարզապես անհրաժեշտ է բացատրելու գերնոր աստղերի տվյալների մեջ նկատվող արագացումը։ Սա պարզապես այն գործոնն էր, որն անհրաժեշտ էր տիեզերքը հարթ դարձնելու համար: Հետևաբար, տիեզերական հաստատունը լուծեց նյութի խտության և CMB-ի դիտարկումների ակնհայտ հակասությունը:
Ի՞նչն է իմաստը?
Ծագող հարցերին պատասխանելու համար հաշվի առեք հետևյալը. Փորձենք բացատրել տիեզերական հաստատունի ֆիզիկական նշանակությունը։
Վերցնում ենք GR-1917 հավասարումը և փակագծերից դուրս դնում gab մետրիկ տենզորը: Հետևաբար, փակագծերի ներսում կունենանք արտահայտությունը (R / 2 - Λ): R-ի արժեքը ներկայացված է առանց ինդեքսների. սա սովորական, սկալյար կորություն է: Եթե դուք բացատրում եք մատների վրա, սա շրջանագծի / ոլորտի շառավղի փոխադարձ է: Հարթ տարածությունը համապատասխանում է R=0.
Այս մեկնաբանության մեջ Λ-ի ոչ զրոյական արժեքը նշանակում է, որ մեր Տիեզերքը կոր էինքնին, ներառյալ ցանկացած ձգողականության բացակայության դեպքում: Այնուամենայնիվ, ֆիզիկոսների մեծ մասը չի հավատում դրան և կարծում է, որ դիտարկված կորությունը պետք է ունենա ինչ-որ ներքին պատճառ:
Մութ նյութ
Այս տերմինն օգտագործվում է տիեզերքի հիպոթետիկ նյութի համար: Այն նախագծված է բացատրելու Մեծ պայթյունի ստանդարտ տիեզերական մոդելի բազմաթիվ խնդիրներ: Աստղագետները հաշվարկել են, որ տիեզերքի մոտ 25%-ը կազմված է մութ նյութից (հնարավոր է՝ հավաքված ոչ ստանդարտ մասնիկներից, ինչպիսիք են նեյտրինոները, աքսիոնները կամ թույլ փոխազդող զանգվածային մասնիկները [WIMP])։ Եվ նրանց մոդելներում Տիեզերքի 70%-ը բաղկացած է ավելի անհասկանալի մութ էներգիայից՝ թողնելով միայն 5%-ը սովորական նյութի համար։
Կրեացիոնիստական տիեզերագիտություն
1915 թվականին Էյնշտեյնը լուծեց հարաբերականության իր ընդհանուր տեսության հրապարակման խնդիրը։ Նա ցույց տվեց, որ անոմալ պրեսեսիան հետևանք է այն բանի, թե ինչպես է գրավիտացիան աղավաղում տարածությունն ու ժամանակը և վերահսկում մոլորակների շարժումները, երբ դրանք հատկապես մոտ են զանգվածային մարմիններին, որտեղ տարածության կորությունն առավել ցայտուն է:
Նյուտոնյան ձգողականությունը մոլորակների շարժման այնքան էլ ճշգրիտ նկարագրություն չէ: Հատկապես, երբ տարածության կորությունը հեռանում է էվկլիդեսյան հարթությունից։ Իսկ հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը գրեթե ճշգրիտ բացատրում է դիտարկվող վարքը։ Այսպիսով, ոչ մութ նյութը, որը ոմանք ենթադրում են, որ գտնվում էր Արեգակի շուրջ նյութի անտեսանելի օղակում, ոչ էլ հենց Վուլկան մոլորակը, պետք չէին բացատրել անոմալիան::
Եզրակացություններ
Վաղ օրերինտիեզերական հաստատունը աննշան կլիներ: Հետագայում նյութի խտությունը ըստ էության կզրոյի, իսկ տիեզերքը դատարկ կլինի: Մենք ապրում ենք այն կարճ տիեզերական դարաշրջանում, երբ և՛ նյութը, և՛ վակուումը համեմատելի մեծության են:
Նյութերի բաղադրիչի շրջանակներում, ըստ երևույթին, կան ներդրումներ և՛ բարիոններից, և՛ ոչ բարիոնային աղբյուրից, երկուսն էլ համեմատելի են (համենայն դեպս, դրանց հարաբերակցությունը կախված չէ ժամանակից): Այս տեսությունը տատանվում է իր անբնականության ծանրության տակ, բայց, այնուամենայնիվ, անցնում է ավարտի գիծը մրցակից առաջ, այնքան լավ է այն համապատասխանում տվյալներին:
Այս սցենարը հաստատելուց (կամ հերքելուց) բացի, առաջիկա տարիներին տիեզերագետների և ֆիզիկոսների գլխավոր մարտահրավերը կլինի հասկանալը, թե արդյոք մեր տիեզերքի այս տհաճ թվացող կողմերը պարզապես զարմանալի զուգադիպություններ են, թե իրականում արտացոլում են մեր հիմնական կառուցվածքը։ դեռ չեմ հասկանում։
Եթե մեր բախտը բերի, այն ամենը, ինչ հիմա անբնական է թվում, կծառայի որպես հիմնարար ֆիզիկայի ավելի խորը ըմբռնման բանալին:
