საიდან დაიწყო ყველაფერი? როგორ გაჩნდა ეს ყველაფერი?

სადაც არ უნდა გავიხედოთ, ვხედავთ ვარსკვლავებს, გალაქტიკებს, გაზის გიგანტურ ღრუბლებს, მტვერსა და რადიაციას. არ აქვს მნიშვნელობა სად და როგორ ვიყურებით, სამყარო სავსეა მატერიით და ენერგიით. ამის ფონზე, ბუნებრივია ვარაუდი, რომ ეს ყველაფერი საიდანღაც გაჩნდა.

თუ გვსურს ვიცოდეთ პასუხი ყველაზე დიდ კითხვაზე, საიდან წარმოიშვა სამყარო, ეს სამყაროს უნდა ვკითხოთ და მასვე მოვუსმინოთ.

დღეს სამყარო, როგორც ამას ჩვენ ვხედავთ, ფართოვდება, ხდება ნაკლებად მკვრივი და ცივდება. დიდი ხნის წინ, სამყარო უფრო პატარა, მკვრივი და ცხელი იყო. ჩნდება შეკითხვა, რამდენად უკან შეგვიძლია გახედვა? პასუხია, რაც შეიძლება შორს: სამყაროს უმცირეს ზომამდე, უსასრულო სიმკვრივესა და ტემპერატურამდე — ერთი სიტყვით, სინგულარობამდე. ეს იდეა, სივრცის, დროისა და სამყაროს "ერთი წერტილიდან" დაწყების შესახებ, ცნობილია როგორც დიდი აფეთქება.

თუმცა, თუ სამყაროს საკმარისად დავაკვირდით, აღმოვაჩინეთ, რომ ის სხვა ამბავს გვიყვება. სტატიაში სწორედ ასეთ მიზეზებს მიმოვიხილავთ, რის მიხედვითაც, დიდი აფეთქება არ იყო ის პირველადი მოვლენა, რასაც სამყაროს გაჩენა მოჰყვა.

ასევე: შემდეგი პოდკასტი: დიდი აფეთქება — როგორ გაჩნდა სამყარო

დიდი აფეთქების თოერიის დაბადება და გრავიტაციის როლი

სამეცნიერო თეორიების უმეტესობის მსგავსად, დიდი აფეთქების წარმოშობას ფესვები აქვს როგორც თეორიულ, ასევე ექსპერიმენტულ/დაკვირვებად სფეროებში. თეორიის მხრივ, აინშტაინმა წარმოადგინა ფარდობითობის ზოგადი თეორია 1915 წელს: გრავიტაციის ახალი თეორია, რომელმაც ნიუტონის უნივერსალური გრავიტაციის თეორია დაამხო. მიუხედავად იმისა, რომ აინშტაინის თეორია იყო ბევრად უფრო რთული, სულ ცოტა ხანში ის დადასტურდა კიდევაც:

1 — 1916 წელს კარლ შვარცშილდმა იპოვა ახსნა წერტილოვანი მასისთვის, რომელიც აღწერს არაბრუნავ შავ ხვრელს — გრავიტაციული რადიუსი.

2 — 1917 წელს ვილემ დე სიტერმა იპოვა გამოსავალი ცარიელი სამყაროსთვის კოსმოლოგიური მუდმივით, რომელიც აღწერს ექსპონენციალურად გაფართოებულ სამყაროს.

3 — 1921 წელს ედუარდ კასნერმა იპოვა გამოსავალი, რომელიც აღწერს მატერიისა და რადიაციისგან თავისუფალ სამყაროს, რომელიც არის ანიზოტროპული: განსხვავებული სხვადასხვა მიმართულებით

4 — ალექსანდრე ფრიდმანმა აღმოაჩინა გამოსავალი იზოტროპული (ყველა მიმართულებით იგივე) და ერთგვაროვანი (იგივე ყველა ადგილას) სამყაროსთვის, სადაც იყო ნებისმიერი და ყველა სახის ენერგია, მატერიისა და რადიაციის ჩათვლით.

ეს უკანასკნელი ძალიან დამაჯერებელი იყო ორი მიზეზის გამო: ერთი ის არის, რომ ის სამყაროს ყველაზე დიდ მასშტაბებში აღწერდა, სადაც ყველაფერი მსგავსია — ყველგან და ყველა მიმართულებით. და მეორე, თუ თქვენ გამოიყენებთ ფრიდმანის განტოლებებს, აღმოაჩენთ, რომ მისი აღწერილი სამყარო არ შეიძლება იყოს სტატიკური, არამედ უნდა გაფართოვდეს ან შეიკუმშოს.

ეს უკანასკნელი ფაქტი ბევრმა აღიარა, მათ შორის აინშტაინმა, მაგრამ იგი არ იქნა განსაკუთრებით სერიოზულად მიღებული, სანამ კონკრეტული მტკიცებულებები არ გამოჩნდა მის სასარგებლოდ.

სამყაროს გაფართოების აღმოჩენა და დიდი აფეთქების ქვაკუთხედი

1910-იან წლებში ასტრონომმა ვესტო სლიფერმა დაიწყო გარკვეული ნისლეულების დაკვირვება, რომლებიც, როგორც ზოგს მიაჩნდა, იყო გალაქტიკები ჩვენი ირმის ნახტომის გარეთ. დაკვირვებამ აჩვენა, რომ ისინი სწრაფად მოძრაობდნენ: ბევრად უფრო სწრაფად, ვიდრე ჩვენი გალაქტიკის სხვა ობიექტები. მეტიც, მათი უმრავლესობა ჩვენ გვშორდებოდა.

შემდგომში, 1920-იან წლებში, ედვინ ჰაბლმა დაიწყო ამ ნისლეულებში ცალკეული ვარსკვლავების გამოკვლევა და საბოლოოდ განსაზღვრა მათი ჩვენგან დაშორება. ისინი არა მხოლოდ გაცილებით შორს იყვნენ ვიდრე ჩვენი გალაქტიკა, არამედ რაც უფრო შორს იყვნენ, მით უფრო სწრაფად გვშორდებოდნენ. აშკარა იყო სამყარო ფართოვდებოდა!

ასევე: ასტრონომებმა სამყაროს პირველი მოლეკულა დააფიქსირეს

ჟორჟ ლემეტრი პირველი იყო, რომელმაც 1927 წელს ეს ოფიციალურად მიიღო. გაფართოების აღმოჩენისთანავე, მან გააკეთა ექსტრაპოლაცია უკან, თეორიის თანახმად, თქვენ შეგიძლიათ იხილოთ რაც შეიძლება უფრო შორეული წარსული, ის რასაც მან უწოდა პირველყოფილი ატომი. მისი თქმით, თავიდან სამყარო იყო მატერიისა და რადიაციის ცხელი, მკვრივი და სწრაფად გაფართოებადი ერთიანობა და ყველაფერი ჩვენს ირგვლივ წარმოიშვა ამ პირველყოფილი მდგომარეობიდან.

ეს იდეა შემდგომში სხვებმა შეიმუშავეს დამატებითი პროგნოზების შესაქმნელად:

1 — სამყარო, როგორც ჩვენ დღეს ვხედავთ მას, უფრო განვითარებულია, ვიდრე ეს იყო წარსულში. რაც უფრო შორს ვიყურებით სივრცეში, მით უფრო შორს ვიყურებით ასევე დროში. ამრიგად, საგნები, რომლებსაც ჩვენ შორს დავინახავთ, უნდა იყოს უფრო ახალგაზრდა, ნაკლებად გრავიტაციულად მოქნილი, ნაკლებად მასიური, ნაკლები მძიმე ელემენტებით და ნაკლებად განვითარებული სტრუქტურით. უნდა არსებობდეს კიდეც წერტილი, რომლის მიღმაც არცერთი ვარსკვლავი და გალაქტიკა არ არსებობს.

2 — რაღაც მომენტში, გამოსხივება იმდენად ცხელი იყო, რომ ნეიტრალური ატომები სტაბილურად ვერ წარმოიქმნებოდა, რადგან ძალიან დიდი ტემპერატურა ნებისმიერ ელექტრონს ბირთვიდან "აძევებდა".

3 — უკიდურესად ადრეულ პერიოდში სამყარო იმდენად ცხელი იქნებოდა, რომ ატომის ბირთვებიც კი დაიშლებოდა — დიდი აფეთქების ნუკლეოსინთეზი. აქედან გამომდინარე, გაჩნდა ვარაუდი, რომ არსებობდა სულ მცირე მსუბუქი ელემენტების პოპულაცია და მათი იზოტოპები ვრცელდებოდა მთელ სამყაროში ვარსკვლავების წარმოქმნამდე.

გაფართოებად სამყაროსთან ერთად, ეს ოთხი ამოსავალი წერტილი გახდა დიდი აფეთქების ქვაკუთხედი. სამყაროს ფართომასშტაბიანი სტრუქტურის ზრდა და ევოლუცია დიდი აფეთქების პროგნოზებს ემთხვევა. გამოსხივების მსგავსი აღმოჩენები, იყო მთავარი მტკიცებულება, რომელიც ადასტურებდა დიდ აფეთქებას და ანადგურებდა მის "კონკურენტებს". ეს ნიშნავდა, რომ ფიზიკის მოვლენები, რომელიც მოხდა ცხელი დიდი აფეთქების ადრეულ სტადიაზე, აისახა სამყაროზე, რამაც მოგვცა საშუალება გამოგვეცადა იმ დროიდან ჩვენი მოდელები, თეორიები და სამყაროს გაგება.

სინამდვილეში, დიდი აფეთქების ყველაზე ადრეული შესამჩნევი ანაბეჭდი არის კოსმოსური ნეიტრინოს ფონი, რომლის ეფექტები ვლინდება როგორც კოსმოსურ მიკროტალღოვან ფონზე (დიდი აფეთქების დარჩენილი რადიაცია), ასევე სამყაროს ფართომასშტაბიან სტრუქტურაში. ეს ფონი ჩნდება მხოლოდ ~1 წამიდან დიდი აფეთქების შემდეგ.

პირველ წამამდე

დროის ამ უმცირეს მონაკვეთში მონაცემების გაზომვა ურთულესი და ძალიან სახიფათო საქმეა. ყოველივე ამის შემდეგ, თუ ჩვენ შეგვიძლია დავინახოთ დიდი აფეთქება 13,8 მილიარდი წლის წინ, მაშინ, როდესაც სამყარო 1 წელზე პატარა ასაკის იყო, რა ზიანი მოაქვს სულ ერთი წამის უკან დაბრუნებას? მთელი პრობლემა სწორედ ამ 0 წამამდე დასვლაშია — იგივე სინგულარობამდე მიღწევაში. მიზეზი, რის გამოც ეს პრობლემურია, არის ის, რომ სინგულარობის დაწყებას — უსასრულოდ მაღალ ტემპერატურაზე, სიმკვრივესა და მოცულობაზე — უდიდესი შედეგები უნდა ჰქონდეს ჩვენს სამყაროზე. ეს საწყისი პროცესები კი დაკვირვებადი ვერ არის.

ასევე: დიდი აფეთქების პირველ მიკროწამზე ახალი ფაქტორები გამოიკვეთა

მაგალითად, თუ სამყარო დაიწყო სინგულარობიდან, მაშინ ის უნდა გაჩენილიყო (მატერიის და ენერგიის გაერთიანებით) "საგნების" ზუსტი ბალანსით და დაბალანსებული იყოს გაფართოების მაჩვენებელი. შესაბამისად, სულ ცოტათი მეტი მატერია რომ ყოფილიყო, სამყარო აქამდე კოლაფსირდებოდა. ხოლო ცოტა ნაკლები რომ ყოფილიყო, ყველაფერი ისე სწრაფად გაფართოვდებოდა, რომ სამყარო გაცილებით დიდი იქნებოდა, ვიდრე დღეს არის.

რასაც ჩვენ ვაკვირდებით არის ის, რომ სამყაროს საწყისი გაფართოების სიჩქარე და მასში არსებული მატერიისა და ენერგიის მთლიანი რაოდენობა ბალანსდება იმდენად სრულყოფილად, რამდენადაც ჩვენ შეგვიძლია გავზომოთ. რატომ?

თუ დიდი აფეთქება დაიწყო სინგულარობიდან, ჩვენ არ გვაქვს მისი ახსნა; ჩვენ უბრალოდ უნდა დავამტკიცოთ, რომ "სამყარო ასე დაიბადა". დიდი აფეთქება არ არის სამყაროს დასაწყისი, ეს ჩვენი თეორიული გაგების ბოლო წერტილია.

მეტიც, სამყაროში, რომელმაც მიაღწია ისეთ მაღალ ტემპერატურას, როგორიც დიდი აფეთქების დროს, უნდა იყოს ნარჩენი მაღალი ენერგიის რელიქვიები, მაგნიტური მონოპოლების მსგავსად, მაგრამ ჩვენ მათ ექსპერიმენტულად კოსმოსში ვერ ვხედავთ. ასევე მოსალოდნელია, რომ სამყაროში განსხვავებული ტემპერატურა უნდა იყოს რეგიონებში, რომლებიც ერთმანეთთან მიზეზობრივად არის დაშორებული (მოწყვეტილი). ე.ი. ისინი საპირისპირო მიმართულებით არიან სივრცეში ჩვენი დაკვირვების საზღვრებში. მიუხედავად ამისა, სამყაროს აქვს თანაბარი ტემპერატურა ყველგან 99,99%+ სიზუსტით.

ჩვენ შეგვიძლია ვთქვათ, "სამყარო ასე დაიბადა და ამიტომაც არის ასე", მაგრამ მეცნიერები ყოველთვის დასკვნების ახსნას ცდილობენ და რაღაცას ზუსტი ინფორმაციის გარეშე ურყევ ჭეშმარიტებად ვერ გამოვაცხადებთ.

კოსმოსური ინფლაცია

სწორედ აქ შემოდის საქმეში კოსმოსური ინფლაცია. ინფლაცია გვეუბნება: რა თქმა უნდა, ექსტრაპოლატირება მოახდინეთ დიდ აფეთქებაზე ძალიან ადრეულ, ძალიან ცხელ, ძალიან მკვრივ, ძალიან ერთგვაროვან მდგომარეობამდე, მაგრამ თავი დაანებეთ იმ მომენტს რასაც სინგულარობას ვეძახით, იქ ვერ დაბრუნდებით! თუ გსურთ, რომ სამყაროს ჰქონდეს გაფართოების სიჩქარე და მასში მატერიისა და ენერგიის მთლიანი რაოდენობა დაბალანსდეს, თქვენ დაგჭირდებათ რაიმე გზა მისი ამგვარად ჩამოყალიბებისთვის. იგივე ითქმის სამყაროში ყველგან თანაბარ ტემპერატურაზე.

თუ გსურთ თავიდან აიცილოთ მაღალი ენერგიის ნარჩენები, თქვენ გჭირდებათ რაიმე გზა, რაც სხვა ენერგიებსაც აგაცილებთ და შემდეგ აგაცილებთ ახლის შექმნასაც, თუკი სამყაროს კვლავ ძველებურად გაცხელებას აუკრძალავთ.

ინფლაცია ამას ახერხებს იმ პერიოდის პოსტულაციით, დიდ აფეთქებამდე, სადაც სამყარო დომინირებდა დიდი კოსმოლოგიური მუდმივობით. იგივე გამოსავალი დე სიტერმა აღმოაჩინა ჯერ კიდევ 1917 წელს. ამის ფონზე, თუ ვივარაუდუბთ, რომ კვანტური რყევები წარმოიქმნა და გავრცელდა სამყაროში ინფლაციის დროს, ეს ახდენს ახალ პროგნოზებს, თუ რა სახის არასრულყოფილებებით დაიწყებოდა სამყარო.

მას შემდეგ რაც ეს ჰიპოთეზა გაჩნდა 1980-იან წლებში, ინფლაცია ალტერნატივის წინააღმდეგ სხვადასხვა გზით იქნა შემოწმებული. როდესაც ინფლაციას და სინგულარობას ვადარებთ შემდეგს ვიღებთ:

1 — ინფლაცია ასახავს დიდი აფეთქების ყველა შედეგს. არაფერია ისეთი რასაც დიდი აფეთქება ეყრდნობა და ინფლაციაც ვერ დაეყრდნობა.

2 — ინფლაცია გვთავაზობს განმარტებებს იმ თავსატეხებისთვის, რა დროსაც დიდ აფეთქებას პასუხის გაცემა უჭირს.

3 — იმ პროგნოზებიდან, სადაც ინფლაცია და დიდი აფეთქება განსხვავდებიან ოთხი უკვე გამოცდილია. ამ ოთხ ფრონტზე ინფლაციას 4-დან 4 ქულა აქვს, ხოლო დიდ აფეთქებას 0.

საბოლოოდ ყველაფერი საინტერესო ხდება, თუ გადავხედავთ "დასაწყისის" იდეას. ვინაიდან სამყაროს მატერიით ან რადიაციით — რასაც ჩვენ ვიღებთ დიდი აფეთქებით — ყოველთვის შეუძლია ექსტრაპოლაციით დაუბრუნდეს სინგულარობას, ინფლაციურ სამყაროს ეს არ შეუძლია. მისი ექსპონენციალური ხასიათის გამო, მაშინაც კი, თუ საათს ყველაზე შორეულ წარსულისკენ დაატრიალებთ, სივრცე მხოლოდ უსასრულო მცირე ზომებს და უსასრულო ტემპერატურასა და სიმკვრივეს მიუახლოვდება. ეს ნიშნავს, რომ ინფლაციას ფიზიკურად ვერ მივყავართ სინგულარობამდე. იდეა, რომ "სამყარო დაიწყო სინგულარობიდან და სწორედ ეს იყო დიდი აფეთქება", უნდა გადაფასდეს იმ მომენტში, როდესაც მივხვდით, რომ ინფლაციური ეტაპი წინ უსწრებდა ცხელ, მკვრივ და მატერიითა და რადიაციით სავსე ფაზას, რომელშიც ჩვენ დღეს ვცხოვრობთ.

ეს ახალი სურათი გვაძლევს სამ მნიშვნელოვან ინფორმაციას სამყაროს წარმოშობის შესახებ, რომელიც ეწინააღმდეგება სამყაროს გაჩენის ტრადიციულ გაგებას:

პირველი — დიდი აფეთქების თავდაპირველი ცნება, სადაც სამყარო წარმოიშვა უსასრულოდ ცხელი, მკვრივი და მცირე სინგულარობიდან, რის შემდეგაც გაფართოვდა და გაცივდა არასწორია. ეს ხედვა ჯერ კიდევ მეტწილად სწორია, მაგრამ არსებობს პრობლემა, თუ რამდენად უკან შეგვიძლია მისი ექსტრაპოლაცია.

მეორე — დაკვირვებებმა შემოგვთავაზა ის მდგომარეობა, რაც მოხდა დიდ აფეთქებამდე, საუბარია კოსმოსურ ინფლაციაზე. თავად დიდი აფეთქების წინ, ადრეულმა სამყარომ გაიარა ექსპონენციალური ზრდის ფაზა, სადაც სამყაროს ნებისმიერი არსებული კომპონენტი ფაქტიურად "გაბერილი იყო". როდესაც ინფლაცია დასრულდა, სამყარო გაცხელდა მაღალ, მაგრამ არა უსასრულოდ მაღალ ტემპერატურაზე, რამაც მოგვცა ცხელი, მკვრივი და გაფართოებული სამყარო, რომელიც გადაიზარდა იმად, სადაც ჩვენ ვცხოვრობთ დღეს.

მესამე — დაბოლოს ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაქტორი: ჩვენ აღარ შეგვიძლია ვილაპარაკოთ რაიმე სახის ცოდნაზე ან ნდობაზე იმის შესახებ, თუ როგორ წარმოიშვა თავად სამყარო. ინფლაციის მახასიათებლიდან გამომდინარე, ის აქრობს ნებისმიერ ინფორმაციას, რომელიც მოვიდა ბოლო მომენტამდე, ანუ ჩვენთვის "სამყაროს დასაწყისამდე" — სადაც ის დასრულდა და წარმოშვა ჩვენი "ცხელი" დიდი აფეთქება. ინფლაცია შეიძლება გაგრძელდეს სამუდამოდ, მას შეიძლება წინ უსწრებდეს სხვა არა სინგულარული ფაზა, ან შეიძლება წინ უსწრებდეს ფაზა, რომელიც წარმოიშვა სინგულარობიდან.

შესაბამისად, სანამ არ დადგება მომენტი, როდესაც ჩვენ აღმოვაჩენთ, თუ როგორ უნდა ამოვიღოთ სამყაროსგან კიდევ უფრო მეტი ინფორმაცია, ჩვენ სხვა არჩევანი არ გვაქვს, გარდა იმისა, რომ თვალი გავუსწოროთ ჩვენს "უმეცრებას".

ამ მომენტისთვის შეგვიძლია ვთქვათ, რომ დიდი აფეთქება ნამდვილად მოხდა ძალიან დიდი ხნის წინ, მაგრამ ის არ იყო ყველაფრის დასაწყისი, როგორც ეს აქამდე გვეგონა.

თუ სტატიაში განხილული თემა და მეცნიერების სფერო შენთვის საინტერესოა, შემოგვიერთდი ჯგუფში, სადაც ვლაპარაკობთ მეცნიერებასა და ტექნოლოგიებზე.