Wielkość i różnorodność otaczającego świata może zadziwić każdą wyobraźnię. Wszystkie przedmioty i przedmioty otaczające człowieka, innych ludzi, różne rodzaje roślin i zwierząt, cząstki, które można zobaczyć tylko pod mikroskopem, a także niezrozumiałe gromady gwiazd: wszystkie one są zjednoczone pojęciem „Wszechświata”.
Teorie powstania Wszechświata były opracowywane przez człowieka od dawna. Mimo braku nawet początkowej koncepcji religii czy nauki, w dociekliwych umysłach starożytnych ludzi pojawiły się pytania o zasady porządku światowego oraz o pozycję człowieka w otaczającej go przestrzeni. Trudno zliczyć, ile teorii powstania Wszechświata istnieje dzisiaj, niektóre z nich są badane przez czołowych naukowców światowej sławy, inne są po prostu fantastyczne.
Kosmologia i jej przedmiot
Nowoczesnekosmologia - nauka o budowie i rozwoju wszechświata - za jedną z najciekawszych i wciąż niedostatecznie zbadanych zagadek uważa kwestię jego powstania. Charakter procesów, które przyczyniły się do powstania gwiazd, galaktyk, układów słonecznych i planet, ich rozwój, źródło powstania Wszechświata, a także jego wielkość i granice: to tylko krótka lista badanych zagadnień przez współczesnych naukowców.
Poszukiwanie odpowiedzi na fundamentalną zagadkę powstawania świata doprowadziło do tego, że istnieją dziś różne teorie powstania, istnienia, rozwoju Wszechświata. Ekscytacja specjalistów szukających odpowiedzi, budujących i testujących hipotezy jest uzasadniona, ponieważ wiarygodna teoria narodzin Wszechświata ujawni całej ludzkości prawdopodobieństwo istnienia życia w innych układach i planetach.
Teorie powstania Wszechświata mają charakter koncepcji naukowych, indywidualnych hipotez, nauk religijnych, idei filozoficznych i mitów. Wszystkie są warunkowo podzielone na dwie główne kategorie:
- Teorie, według których Wszechświat został stworzony przez twórcę. Innymi słowy, ich istotą jest to, że proces tworzenia Wszechświata był świadomym i uduchowionym działaniem, manifestacją woli wyższego umysłu.
- Teorie powstania Wszechświata zbudowane na podstawie czynników naukowych. Ich postulaty kategorycznie odrzucają zarówno istnienie twórcy, jak i możliwość świadomego tworzenia świata. Takie hipotezy często opierają się na tak zwanej zasadzie przeciętności. Zakładają możliwośćżycie nie tylko na naszej planecie, ale także na innych.
Kreacjonizm - teoria stworzenia świata przez Stwórcę
Jak sama nazwa wskazuje, kreacjonizm jest religijną teorią powstania wszechświata. Ten światopogląd opiera się na koncepcji stworzenia Wszechświata, planety i człowieka przez Boga lub Stwórcę.
Pomysł dominował przez długi czas, aż do końca XIX wieku, kiedy przyspieszył proces gromadzenia wiedzy z różnych dziedzin nauki (biologii, astronomii, fizyki) i upowszechniła się teoria ewolucji. Kreacjonizm stał się rodzajem reakcji chrześcijan wyznających konserwatywne poglądy na dokonywane odkrycia. Dominująca w tym czasie idea ewolucyjnego rozwoju tylko zintensyfikowała sprzeczności, jakie istniały między teoriami religijnymi i innymi teoriami.
Jaka jest różnica między teoriami naukowymi a religijnymi
Główne różnice między teoriami różnych kategorii tkwią przede wszystkim w terminach używanych przez ich zwolenników. A więc w hipotezach naukowych zamiast stwórcy - natura, a zamiast stworzenia - pochodzenie. Wraz z tym istnieją kwestie, które są podobnie ujęte w różnych teoriach lub nawet całkowicie zduplikowane.
Teorie powstania Wszechświata, należące do przeciwstawnych kategorii, datują samo jego pojawienie się na różne sposoby. Na przykład, zgodnie z najpowszechniejszą hipotezą (teorią Wielkiego Wybuchu), Wszechświat powstał około 13 miliardów lat temu.
W przeciwieństwie do tego, religijna teoria pochodzenia wszechświata podaje zupełnie inne liczby:
- Według Christianaźródła, wiek wszechświata stworzonego przez Boga w czasie narodzin Jezusa Chrystusa wynosił 3483-6984 lata.
- Hinduizm sugeruje, że nasz świat ma około 155 bilionów lat.
Kant i jego model kosmologiczny
Do XX wieku większość naukowców uważała, że wszechświat jest nieskończony. Ta cecha charakteryzowała czas i przestrzeń. Ponadto, ich zdaniem, Wszechświat był statyczny i jednolity.
Ideę nieskończoności Wszechświata w kosmosie przedstawił Izaak Newton. Rozwój tego założenia przeprowadził Emmanuel Kant, który rozwinął teorię, że nie ma również ograniczeń czasowych. Idąc dalej, w założeniach teoretycznych Kant rozszerzył nieskończoność wszechświata o liczbę możliwych produktów biologicznych. Postulat ten sprawił, że w warunkach starożytnego i rozległego świata, bez końca i początku, może istnieć niezliczona ilość możliwych opcji, w wyniku których pojawienie się dowolnego gatunku biologicznego jest realne.
W oparciu o tę teorię możliwego pochodzenia form życia, później rozwinęła się teoria Darwina. Obserwacje gwiaździstego nieba i wyniki obliczeń astronomów potwierdziły kosmologiczny model Kanta.
Przemyślenia Einsteina
Na początku XX wieku Albert Einstein opublikował swój własny model wszechświata. Zgodnie z jego teorią względności we Wszechświecie jednocześnie zachodzą dwa przeciwstawne procesy: rozszerzanie i kurczenie. Jednak onzgodził się z opinią większości naukowców o stacjonarności Wszechświata, wprowadził więc pojęcie kosmicznej siły odpychającej. Jego wpływ ma na celu zrównoważenie przyciągania gwiazd i zatrzymanie procesu ruchu wszystkich ciał niebieskich w celu utrzymania statycznej natury Wszechświata.
Model Wszechświata - według Einsteina - ma określoną wielkość, ale nie ma granic. Taka kombinacja jest możliwa tylko wtedy, gdy przestrzeń jest zakrzywiona w taki sam sposób, jak w sferze.
Cechy przestrzeni takiego modelu to:
- Trójwymiarowy.
- Zamyka się samo.
- Jednorodność (brak środka i krawędzi), w której galaktyki są równomiernie rozmieszczone.
A. A. Friedman: Wszechświat się rozszerza
Twórca rewolucyjnego, rozszerzającego się modelu Wszechświata, A. A. Fridman (ZSRR) zbudował swoją teorię na podstawie równań charakteryzujących ogólną teorię względności. Prawdą jest, że ogólnie przyjęta opinia w ówczesnym świecie naukowym dotyczyła statycznego charakteru naszego świata, więc jego pracy nie poświęcono należytej uwagi.
Kilka lat później astronom Edwin Hubble dokonał odkrycia, które potwierdziło idee Friedmana. Odkryto usuwanie galaktyk z pobliskiej Drogi Mlecznej. Jednocześnie fakt, że prędkość ich ruchu jest proporcjonalna do odległości między nimi a naszą galaktyką, stał się niepodważalny.
To odkrycie wyjaśnia ciągłe „cofanie się” gwiazd i galaktyk względem siebie, co prowadzi do wniosku oekspansja wszechświata.
Wreszcie wnioski Friedmana zostały uznane przez Einsteina, później wspomniał o zasługach radzieckiego naukowca jako twórcy hipotezy o ekspansji Wszechświata.
Nie można powiedzieć, że istnieją sprzeczności między tą teorią a ogólną teorią względności, jednak wraz z ekspansją Wszechświata musiał istnieć początkowy impuls, który wywołał rozpraszanie gwiazd. Przez analogię do eksplozji pomysł nazwano „Wielkim Wybuchem”.
Stephen Hawking i zasada antropiczna
Wynikiem obliczeń i odkryć Stephena Hawkinga była antropocentryczna teoria powstania Wszechświata. Jej twórca twierdzi, że istnienie tak dobrze przygotowanej do życia planety nie może być przypadkowe.
Teoria Stephena Hawkinga o pochodzeniu wszechświata przewiduje również stopniowe odparowywanie czarnych dziur, utratę ich energii i emisję promieniowania Hawkinga.
W wyniku poszukiwań dowodów zidentyfikowano i zweryfikowano ponad 40 cech, których przestrzeganie jest niezbędne dla rozwoju cywilizacji. Amerykański astrofizyk Hugh Ross oszacował prawdopodobieństwo takiego niezamierzonego zbiegu okoliczności. Wynikiem był numer 10-53.
Nasz wszechświat obejmuje bilion galaktyk, każda po 100 miliardów gwiazd. Według obliczeń naukowców całkowita liczba planet powinna wynosić 1020. Ta liczba jest o 33 rzędy wielkości mniejsza niż poprzednio obliczona. Dlatego żadna z planet we wszystkich galaktykach nie może łączyć warunków, które byłyby odpowiednie do spontanicznego formowania.życie.
Teoria Wielkiego Wybuchu: Powstanie Wszechświata z nieistotnej cząstki
Naukowcy popierający teorię Wielkiego Wybuchu podzielają hipotezę, że wszechświat jest wynikiem Wielkiego Wybuchu. Głównym postulatem teorii jest twierdzenie, że przed tym wydarzeniem wszystkie elementy obecnego Wszechświata były zamknięte w cząsteczce o mikroskopijnych wymiarach. W jego wnętrzu elementy charakteryzowały się osobliwym stanem, w którym nie można było zmierzyć takich wskaźników jak temperatura, gęstość i ciśnienie. Są nieskończone. Prawa fizyki nie mają wpływu na materię i energię.
Przyczyna eksplozji, która miała miejsce 15 miliardów lat temu, nazywana jest niestabilnością, która powstała wewnątrz cząstki. Rozrzucone maleńkie elementy oznaczały początek świata, który znamy dzisiaj.
Na początku Wszechświat był mgławicą utworzoną z maleńkich cząstek (mniejszych od atomu). Następnie, po połączeniu, utworzyły atomy, które służyły jako podstawa galaktyk gwiezdnych. Odpowiedzi na pytania o to, co wydarzyło się przed wybuchem, a także co go spowodowało, to najważniejsze zadania tej teorii powstania Wszechświata.
Tabela schematycznie przedstawia etapy powstawania wszechświata po Wielkim Wybuchu.
| Stan Wszechświata | Oś czasu | Oczekiwana temperatura |
| Rozwój (inflacja) | Od 10-45do10-37 sekundy | Więcej1026K |
| Pojawiają się kwarki i elektrony | 10-6 c | Powyżej 1013 K |
| Tworzą się protony i neutrony | 10-5 c | 1012K |
| Tworzą się jądra helu, deuteru i litu | Od 10-4 od do 3 min | Od 1011 do 109 K |
| Uformowane atomy | 400 tysięcy lat | 4000 K |
| Chmura gazowa nadal się rozwija | 15 milionów lat | 300 K |
| Narodziny pierwszych gwiazd i galaktyk | 1 miliard lat | 20 K |
| Wybuchy gwiazd wywołują powstawanie ciężkich jąder | 3 miliardy lat | 10 K |
| Proces narodzin gwiazd zatrzymuje się | 10-15 miliardów lat | 3 K |
| Energia wszystkich gwiazd jest wyczerpana | 1014lata | 10-2 K |
| Czarne dziury są wyczerpane i powstają cząstki elementarne | 1040lata | -20 K |
| Kończy się parowanie wszystkich czarnych dziur | 10100lata | Od 10-60 do 10-40 K |
Jak wynika z powyższych danych, Wszechświat nadal się rozszerza i ochładza.
Stały wzrost odległości między galaktykami to główny postulat: to, co wyróżnia teorię Wielkiego Wybuchu. Powstanie wszechświata w ten sposób potwierdzają znalezione dowody. Są też podstawy do tegoodmowy.
Problematyka teorii
Biorąc pod uwagę, że teoria Wielkiego Wybuchu nie jest sprawdzona w praktyce, nie dziwi fakt, że istnieje kilka pytań, na które nie jest w stanie odpowiedzieć:
-
osobliwość. To słowo oznacza stan wszechświata skompresowany do jednego punktu. Problemem teorii Wielkiego Wybuchu jest niemożność opisania procesów zachodzących w materii i przestrzeni w takim stanie. Ogólne prawo względności nie ma tu zastosowania, więc niemożliwe jest wykonanie opisu matematycznego i równań do modelowania.
Fundamentalna niemożność uzyskania odpowiedzi na pytanie o stan początkowy Wszechświata dyskredytuje teorię z Sam początek. Jej ekspozycje non-fiction mają tendencję do przemilczania lub wspominania o tej złożoności mimochodem. Jednak dla naukowców pracujących nad stworzeniem matematycznych podstaw teorii Wielkiego Wybuchu ta trudność jest uznawana za główną przeszkodę.
- Astronomia. W tym obszarze teoria Wielkiego Wybuchu staje w obliczu faktu, że nie jest w stanie opisać procesu powstawania galaktyk. Na podstawie współczesnych wersji teorii można przewidzieć, jak pojawi się jednorodna chmura gazu. Jednocześnie jego gęstość powinna teraz wynosić około jednego atomu na metr sześcienny. Aby uzyskać coś więcej, nie można obejść się bez dostosowania początkowego stanu Wszechświata. Brak informacji i praktycznego doświadczenia w tym zakresie staje się poważną przeszkodą w dalszym modelowaniu.
Istnieje również rozbieżność w zakresie obliczeńmasa naszej galaktyki i dane uzyskane przez badanie tempa jej przyciągania do galaktyki Andromedy. Najwyraźniej waga naszej galaktyki jest dziesięć razy większa niż wcześniej sądzono.
Kosmologia i fizyka kwantowa
Dzisiaj nie ma teorii kosmologicznych, które nie opierałyby się na mechanice kwantowej. W końcu zajmuje się opisem zachowania cząstek atomowych i subatomowych. Różnica między fizyką kwantową a fizyką klasyczną (wykładaną przez Newtona) polega na tym, że ta ostatnia obserwuje i opisuje obiekty materialne, podczas gdy ta pierwsza zakłada wyłącznie matematyczny opis samej obserwacji i pomiaru. Dla fizyki kwantowej wartości materialne nie są przedmiotem badań, tutaj sam obserwator jest częścią badanej sytuacji.
Na podstawie tych cech mechanika kwantowa ma trudności z opisaniem Wszechświata, ponieważ obserwator jest częścią Wszechświata. Mówiąc jednak o powstaniu wszechświata, nie sposób wyobrazić sobie obcych. Próby opracowania modelu bez udziału obserwatora z zewnątrz zostały zwieńczone kwantową teorią powstania Wszechświata J. Wheelera.
Jego istotą jest to, że w każdym momencie następuje rozszczepienie Wszechświata i powstanie nieskończonej liczby kopii. W rezultacie każdy z równoległych Wszechświatów może być obserwowany, a obserwatorzy mogą zobaczyć wszystkie alternatywy kwantowe. Jednocześnie oryginalne i nowe światy są prawdziwe.
Wzór inflacji
Głównym zadaniem, które ma rozwiązać teoria inflacji, staje sięszukaj odpowiedzi na pytania, które nie zostały zbadane przez teorię Wielkiego Wybuchu i teorię ekspansji. Mianowicie:
- Dlaczego wszechświat się rozszerza?
- Co to jest wielki wybuch?
W tym celu inflacyjna teoria powstania Wszechświata przewiduje ekstrapolację ekspansji do punktu zerowego w czasie, zawarcie całej masy Wszechświata w jednym punkcie i utworzenie kosmologicznego osobliwość, którą często określa się mianem wielkiego wybuchu.
Oczywiste jest nieistotność ogólnej teorii względności, której w tej chwili nie można zastosować. W rezultacie tylko teoretyczne metody, obliczenia i dedukcje mogą być zastosowane do opracowania bardziej ogólnej teorii (lub „nowej fizyki”) i rozwiązania problemu kosmologicznej osobliwości.
Nowe alternatywne teorie
Pomimo sukcesu modelu kosmicznej inflacji, są naukowcy, którzy sprzeciwiają się temu, nazywając go nie do utrzymania. Ich głównym argumentem jest krytyka rozwiązań proponowanych przez teorię. Przeciwnicy argumentują, że w wyniku rozwiązania brakuje pewnych szczegółów, innymi słowy, zamiast rozwiązać problem wartości początkowych, teoria jedynie umiejętnie je udrapuje.
Alternatywnie jest kilka egzotycznych teorii, których idea opiera się na tworzeniu wartości początkowych przed Wielkim Wybuchem. Nowe teorie powstania wszechświata można krótko opisać w następujący sposób:
- Teoria strun. Jego zwolennicy proponują, oprócz zwykłych czterech wymiarów przestrzeni i czasu, wprowadzenie dodatkowych wymiarów. Mogliby odegrać rolęwe wczesnych stadiach Wszechświata, a w tej chwili być w stanie zagęszczonym. Odpowiadając na pytanie o przyczynę ich zagęszczenia, naukowcy oferują odpowiedź mówiącą, że właściwością superstrun jest T-dwoistość. Dlatego struny są "nawijane" na dodatkowe wymiary, a ich rozmiar jest ograniczony.
- Teoria otrębów. Jest również nazywany M-teorią. Zgodnie z jej postulatami na początku powstawania Wszechświata istnieje zimna, statyczna pięciowymiarowa czasoprzestrzeń. Cztery z nich (przestrzenne) mają ograniczenia, czyli ściany - trójbrany. Nasza przestrzeń to jedna ze ścian, a druga jest ukryta. Trzecia trójbrana znajduje się w przestrzeni czterowymiarowej, jest ograniczona dwiema braćmi brzegowymi. Teoria zakłada, że trzecia membrana zderza się z naszą i uwalnia dużą ilość energii. To właśnie te warunki sprzyjają pojawieniu się wielkiego wybuchu.
Teorie cykliczności zaprzeczają wyjątkowości Wielkiego Wybuchu, twierdząc, że wszechświat przechodzi z jednego stanu do drugiego. Problemem z takimi teoriami jest wzrost entropii, zgodnie z drugą zasadą termodynamiki. W konsekwencji czas trwania poprzednich cykli był krótszy, a temperatura substancji znacznie wyższa niż podczas Wielkiego Wybuchu. Prawdopodobieństwo takiego zdarzenia jest bardzo niskie
Bez względu na to, ile jest teorii na temat pochodzenia wszechświata, tylko dwie z nich przetrwały próbę czasu i pokonały problem stale rosnącej entropii. Zostały opracowane przez naukowców Steinhardt-Turok i Baum-Frampton.
Te stosunkowo nowe teorie powstania wszechświata zostały przedstawione w latach 80. ubiegłego wieku. Mają wielu obserwujących, którzy opracowują na ich podstawie modele, szukają dowodów na słuszność i pracują nad rozwiązywaniem niespójności.
Teoria strun
Jedną z najpopularniejszych teorii pochodzenia wszechświata jest teoria strun. Przed przystąpieniem do opisu jej pomysłu konieczne jest zrozumienie koncepcji jednego z najbliższych konkurentów, modelu standardowego. Zakłada, że materię i oddziaływania można opisać jako pewien zbiór cząstek, podzielony na kilka grup:
- Kwarki.
- Leptony.
- Bozony.
Te cząstki są w rzeczywistości budulcem wszechświata, ponieważ są tak małe, że nie można ich podzielić na składniki.
Wyróżniającą cechą teorii strun jest twierdzenie, że takie cegły nie są cząstkami, ale ultramikroskopowymi strunami, które wibrują. Jednocześnie, oscylując z różnymi częstotliwościami, struny stają się analogami różnych cząstek opisanych w modelu standardowym.
Aby zrozumieć teorię, należy zdać sobie sprawę, że struny to nie materia, to energia. Dlatego teoria strun stwierdza, że wszystkie elementy wszechświata są zbudowane z energii.
Ogień to dobra analogia. Patrzenie na niego sprawia wrażenie jego materialności, ale nie można go dotknąć.
Kosmologia dla uczniów
Teorie powstania Wszechświata są krótko badane w szkołach na lekcjach astronomii. Dla uczniówopisz główne teorie dotyczące tego, jak powstał nasz świat, co się z nim dzieje teraz i jak będzie się rozwijał w przyszłości.
Celem zajęć jest zapoznanie dzieci z naturą powstawania cząstek elementarnych, pierwiastków chemicznych i ciał niebieskich. Teorie powstania wszechświata dla dzieci sprowadzają się do prezentacji teorii Wielkiego Wybuchu. Nauczyciele wykorzystują materiały wizualne: slajdy, tabele, plakaty, ilustracje. Ich głównym zadaniem jest rozbudzenie zainteresowania dzieci otaczającym je światem.
