Ce a explodat, cum a explodat și ce a provocat explozia
Din punctul de vedere al cosmologiei inflaționiste, trebuie să recunoaștem că Universul ne-a ajuns pentru nimic.
Într-o zi în cea mai obișnuită zi de iarnă din 1980, în jurul prânzului, stăteam într-o audiență aglomerată din Harvard, ascultând cel mai uimitor raport din tot ceea ce am vizitat de mai mulți ani. Un tânăr fizician de la Stanford, Alan Guth, a vorbit despre o nouă teorie a originii universului.
Cu această notă, încep să post aici extrase din cartea minunată a lui Alexander Vilenkin "Lumea multor lumi"
Fizicieni în căutare de universuri paralele.
Mai devreme nu m-am întâlnit cu Gut, dar știam cât de neașteptat acest om de știință necunoscut anterior a devenit brusc o celebritate. Doar cu o lună mai devreme a aparținut tribului nomad al "postdoks" - cercetători tineri, întrerupți de contracte temporare, sperând într-o singură zi să se distingă și să se stabilească într-o slujbă permanentă într-o universitate. Pentru Gut, nu a fost cel mai bun mod: la vârsta de 32 de ani el era deja prea bătrân pentru acest trib tinar, iar fluxul de propuneri contractuale începea să se usuce. Atunci a venit un gând bun la el, schimbând totul.
Gut sa dovedit a fi un tânăr mobil slab, de mulți ani de rătăciri "post-Dokovsk", care nu au pierdut entuziasmul băiat. El a arătat imediat că nu încerca să respingă teoria Big Bang-ului. Nu era nevoie. Pozițiile acestei teorii erau foarte puternice, iar dovezile în favoarea sa sunt foarte convingătoare.
Cel mai puternic argument este expansiunea universului, descoperită în 1929 de către Edwin Hubble. A descoperit că galaxiile îndepărtate se îndepărtează de noi. Dacă urmărim mișcarea galaxiilor înapoi în timp, atunci într-un anumit punct din trecut ei se îmbină împreună, ceea ce indică originea explozivă a universului.
O altă confirmare importantă a Big Bang-ului este radiația cosmică a microundelor. Spațiul este umplut cu unde electromagnetice cu aceeași frecvență ca și în cuptoarele cu microunde convenționale. Intensitatea acestei radiații scade odată cu expansiunea universului, astfel încât acum vedem doar o strălucire slabă a mingii de foc primare cu incandescență.
Teoria Big Bang servește cosmologilor să studieze modul în care această minge de foc a crescut și sa răcit, ca și nucleele atomice și cât de mari spirale ale galaxiilor au ieșit din nori de gaze neforme. Rezultatele acestor studii au fost perfect coordonate cu observațiile astronomice, ceea ce a lăsat puțină îndoială că teoria se dezvoltă în direcția cea bună. Cu toate acestea, ea a descris doar consecințele Big Bang-ului și nu a spus nimic despre el - în cuvintele lui Gut însuși, "ce" a explodat ", cum a" explodat "și ce a provocat" explozia ".
În plus față de tot, după o examinare mai atentă, Big Bang-ul arată foarte ciudat. Imaginați-vă un vârf pe vârf: cea mai mică împingere - și va cădea. Așa a fost și cu Big Bang-ul. Lumea imensă din jurul nostru, plină de galaxii, se formează numai cu condiția ca energia exploziei primare să fie reconciliată cu o precizie de neimaginat. O abatere neglijabilă duce la o catastrofă cosmologică: fie că mingea de foc se prăbușește sub propria gravitație, fie că universul este aproape gol.
Cosmologia Big Bang-ului doar postulează faptul că bolidul posedă proprietățile necesare. Printre fizicieni, opinia dominantă a fost că știința poate descrie modul în care universul sa dezvoltat dintr-o configurație inițială dată, dar încearcă să înțeleagă de ce totul a început tocmai cu această stare particulară, sunt dincolo de sfera fizicii. Întrebările legate de această stare inițială au fost considerate "filosofii", care în limba fizică înseamnă pierderea timpului. Cu toate acestea, această opinie nu a făcut Big Bang mai puțin misterios.
Și acum, Gut ne-a spus că vălul secretului care înconjoară Big Bang-ul poate fi ridicat. O nouă teorie ar putea să-i dezvăluie natura și să explice de ce principalul foc de foc a fost atât de bine reglat. Publicul sa liniștit. Toată lumea a fost intrigată.
Noua teorie a oferit Big Bang-ului o explicație neobișnuit de simplă: universul a fost umflat cu gravitație respingătoare! Un rol-cheie în teorie a fost jucat de o materie super-densă ipotetică cu proprietăți extrem de neobișnuite. Cel mai neobișnuit dintre ei a fost că a dat naștere unui câmp gravitațional puternic repulsiv. Guth a sugerat că în universul timpuriu a existat o anumită cantitate de materie. Nu avea nevoie de mult: o bucată mică era suficientă.
Fig. 1.1. O bucată de materie gravitațională respingătoare.
O repulsie gravitațională internă ar face ca această piesă să se extindă foarte rapid. Dacă aceasta ar consta în materie obișnuită, densitatea sa va cădea cu expansiunea, dar materia neobișnuită antigravită se comportă destul de diferit: cea de-a doua proprietate-cheie este densitatea constantă, astfel încât masa totală este proporțională cu volumul pe care îl ocupă. Pe măsură ce mărimea piesei crește, masa crește, astfel încât gravitația ei respingătoare devine mai puternică și se extinde mai repede. Perioada scurtă a unei expansiuni atât de accelerată, pe care Guth o numește inflație, poate crește o mică piesă originală, la proporții monstruoase, care depășesc întregul univers observat astăzi.
Creșterea puternică a masei în cursul inflației poate privi, la prima vedere, cea mai fundamentală lege a naturii - principiul conservării energiei. Conform celebrului model Einstein E = mc 2, energia este proporțională cu masa. (Aici E este energia, m este masa și c este viteza luminii.) Se pare că energia bucății umflate trebuie să crească de multe ori, în timp ce legea conservării energiei presupune menținerea ei constantă. Acest paradox dispare dacă luăm în considerare contribuția la energia pe care o dă gravitatea. De mult timp a fost cunoscut faptul că energia gravitațională este întotdeauna negativă. Anterior nu părea atât de importantă, dar acum a dobândit o semnificație cu adevărat cosmică. În timp ce energia pozitivă a materiei este în creștere, ea compensează energia gravitațională negativă din ce în ce mai mare. Energia totală rămâne constantă, conform legii conservării.
Pentru a asigura perioada de completare a inflației, Guth a introdus condiția ca materia gravitațională respingătoare să fie instabilă. La dezintegrare, energia sa generează o minge de foc fierbinte a particulelor elementare. Continuă să se extindă în funcție de inerție, dar acum constă în materie obișnuită, gravitatea devine atractivă și expansiunea se încetinește treptat. Momentul degradării problemei antigravității marchează sfârșitul inflației și în această teorie joacă rolul Big Bang-ului.
Frumusețea acestei idei a fost că într-o singură lovitură, inflația a explicat de ce universul este atât de mare, de ce se extinde și de ce la început a fost atât de fierbinte.
Universul vast expansiv a ieșit din aproape nimic. Tot ce era necesar era o piesă microscopică de material gravitațional respingător. Gut a recunoscut sincer că nu știa de unde a venit piesa, dar a fost greu să negi realizările sale. "Se spune adesea că nu se poate obține nimic din nimic", a spus el, "dar pe termen lung universul ne-ar fi putut fi dat de nimic".
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: