Величието и разнообразието на заобикалящия свят могат да удивят всяко въображение. Всички предмети и предмети около човек, други хора, различни видове растения и животни, частици, които могат да се видят само с микроскоп, както и неразбираеми звездни купове: всички те са обединени от концепцията за "Вселената".
Теориите за произхода на Вселената са разработвани от човека от дълго време. Въпреки липсата дори на първоначалната концепция за религия или наука, в любознателните умове на древните хора възникват въпроси за принципите на световния ред и за позицията на човек в пространството, което го заобикаля. Трудно е да се преброят колко теории за произхода на Вселената съществуват днес, някои от тях се изучават от водещи световноизвестни учени, други са откровено фантастични.
Космология и нейният предмет
Модеренкосмологията - науката за устройството и развитието на Вселената - разглежда въпроса за нейния произход като една от най-интересните и все още недостатъчно проучени мистерии. Естеството на процесите, допринесли за появата на звезди, галактики, слънчеви системи и планети, тяхното развитие, източникът на появата на Вселената, както и нейният размер и граници: всичко това е само кратък списък от изследвани въпроси от съвременни учени.
Търсенето на отговорите на основната загадка за формирането на света доведе до факта, че днес съществуват различни теории за произхода, съществуването, развитието на Вселената. Вълнението на специалистите, търсещи отговори, изграждане и тестване на хипотези, е оправдано, защото една надеждна теория за раждането на Вселената ще разкрие на цялото човечество вероятността за съществуване на живот в други системи и планети.
Теориите за произхода на Вселената имат характер на научни концепции, индивидуални хипотези, религиозни учения, философски идеи и митове. Всички те са условно разделени на две основни категории:
- Теории, според които Вселената е създадена от създателя. С други думи, тяхната същност е, че процесът на създаване на Вселената е съзнателно и одухотворено действие, проявление на волята на по-висшия разум.
- Теории за произхода на Вселената, изградени на базата на научни фактори. Техните постулати категорично отхвърлят както съществуването на създател, така и възможността за съзнателно създаване на света. Такива хипотези често се основават на това, което се нарича принцип на посредствеността. Те предполагат възможността заживот не само на нашата планета, но и на другите.
Креационизъм - теорията за създаването на света от Създателя
Както подсказва името, креационизмът е религиозната теория за произхода на Вселената. Този мироглед се основава на концепцията за създаването на Вселената, планетата и човека от Бог или Създателя.
Идеята е доминираща дълго време, до края на 19-ти век, когато процесът на натрупване на знания в различни области на науката (биология, астрономия, физика) се ускорява и еволюционната теория става широко разпространена. Креационизмът се превърна в своеобразна реакция на християните, които се придържат към консервативните възгледи за направените открития. Доминиращата идея за еволюционното развитие по това време само засилва противоречията, които съществуваха между религиозните и други теории.
Каква е разликата между научните и религиозните теории
Основните разлики между теориите на различните категории се крият предимно в термините, използвани от техните привърженици. И така, в научните хипотези, вместо създателя - природата, а вместо творението - произхода. Заедно с това има проблеми, които по подобен начин са обхванати от различни теории или дори напълно дублирани.
Теориите за произхода на Вселената, принадлежащи към противоположни категории, датират самата й поява по различни начини. Например, според най-разпространената хипотеза (теорията за Големия взрив), Вселената се е образувала преди около 13 милиарда години.
Обратно, религиозната теория за произхода на Вселената дава напълно различни числа:
- Според Кристиянизточници, възрастта на вселената, създадена от Бог по време на раждането на Исус Христос, е 3483-6984 години.
- Хиндуизмът предполага, че нашият свят е на приблизително 155 трилиона години.
Кант и неговият космологичен модел
До 20-ти век повечето учени бяха на мнение, че Вселената е безкрайна. Това качество те характеризираха времето и пространството. Освен това, според тях, Вселената е статична и еднородна.
Идеята за безкрайността на Вселената в космоса е предложена от Исак Нютон. Развитието на това предположение е извършено от Еманюел Кант, който развива теорията, че също няма времеви ограничения. Продължавайки по-нататък, в теоретичните предположения, Кант разширява безкрайността на Вселената до броя на възможните биологични продукти. Този постулат означаваше, че в условията на древния и необятен свят, без край и начало, може да има безброй възможни варианти, в резултат на които появата на всеки биологичен вид е реална.
Въз основа на тази теория за възможния произход на формите на живот, теорията на Дарвин е разработена по-късно. Наблюденията на звездното небе и резултатите от изчисленията на астрономите потвърдиха космологичния модел на Кант.
Мислите на Айнщайн
В началото на 20-ти век Алберт Айнщайн публикува свой собствен модел на Вселената. Според неговата теория на относителността във Вселената протичат едновременно два противоположни процеса: разширяване и свиване. Той обачесе съгласи с мнението на повечето учени за стационарността на Вселената, така че той въведе концепцията за космическата отблъскваща сила. Въздействието му е предназначено да балансира привличането на звездите и да спре процеса на движение на всички небесни тела, за да поддържа статичната природа на Вселената.
Моделът на Вселената - според Айнщайн - има определен размер, но няма граници. Такава комбинация е възможна само когато пространството е извито по същия начин, както се случва в сфера.
Характеристиките на пространството на такъв модел са:
- Триизмерен.
- Затваря се.
- Хомогенност (липса на център и ръб), при която галактиките са равномерно разпределени.
A. А. Фридман: Вселената се разширява
Създателят на революционния разширяващ се модел на Вселената, А. А. Фридман (СССР) изгражда своята теория въз основа на уравненията, характеризиращи общата теория на относителността. Вярно е, че общоприетото мнение в научния свят от онова време беше статичната природа на нашия свят, така че не беше обърнато дължимото внимание на работата му.
Няколко години по-късно астрономът Едуин Хъбъл прави откритие, което потвърждава идеите на Фридман. Открито е премахването на галактики от близкия Млечен път. В същото време фактът, че скоростта на тяхното движение е пропорционална на разстоянието между тях и нашата галактика, стана неоспорим.
Това откритие обяснява постоянното "оттегляне" на звездите и галактиките една спрямо друга, което води до заключението заразширяване на вселената.
Накрая заключенията на Фридман бяха признати от Айнщайн, по-късно той спомена заслугите на съветския учен като основател на хипотезата за разширяването на Вселената.
Не може да се каже, че има противоречия между тази теория и общата теория на относителността, но с разширяването на Вселената трябва да е имало първоначален импулс, който е провокирал разсейването на звездите. По аналогия с експлозията идеята беше наречена "Големият взрив".
Стивън Хокинг и антропният принцип
Резултатът от изчисленията и откритията на Стивън Хокинг беше антропоцентричната теория за произхода на Вселената. Създателят му твърди, че съществуването на планета, толкова добре подготвена за човешки живот, не може да бъде случайно.
Теорията на Стивън Хокинг за произхода на Вселената също предвижда постепенното изпаряване на черните дупки, загубата им на енергия и излъчването на радиация на Хокинг.
В резултат на търсенето на доказателства бяха идентифицирани и проверени повече от 40 характеристики, спазването на които е необходимо за развитието на цивилизацията. Американският астрофизик Хю Рос оцени вероятността от такова неволно съвпадение. Резултатът беше числото 10-53.
Нашата вселена включва трилион галактики, всяка от 100 милиарда звезди. Според изчисленията на учените общият брой планети трябва да бъде 1020. Тази цифра е с 33 порядъка по-малка от изчислената по-рано. Следователно нито една от планетите във всички галактики не може да комбинира условия, които биха били подходящи за спонтанно образуване.живот.
Теорията за Големия взрив: Възникването на Вселената от незначителна частица
Учените, които подкрепят теорията за големия взрив, споделят хипотезата, че Вселената е резултат от голям взрив. Основният постулат на теорията е твърдението, че преди това събитие всички елементи на настоящата Вселена са били затворени в частица, която има микроскопични размери. Докато са вътре в него, елементите се характеризират с единично състояние, в което показатели като температура, плътност и налягане не могат да бъдат измерени. Те са безкрайни. Материята и енергията в това състояние не се влияят от законите на физиката.
Причината за експлозията, възникнала преди 15 милиарда години, се нарича нестабилност, възникнала вътре в частицата. Разпръснати малки елементи белязаха началото на света, който познаваме днес.
В началото Вселената беше мъглявина, образувана от малки частици (по-малки от атом). След това, когато се комбинират, те образуват атоми, които послужиха за основа на звездните галактики. Отговорите на въпроси за това какво се е случило преди експлозията, както и какво я е причинило, са най-важните задачи на тази теория за произхода на Вселената.
Таблицата изобразява схематично етапите на формирането на Вселената след Големия взрив.
| Състоянието на Вселената | Timeline | Очаквана температура |
| Разширяване (надуване) | От 10-45до 10-37 секунди | Още1026K |
| Появяват се кварки и електрони | 10-6 c | Над 1013 K |
| Образуват се протони и неутрони | 10-5 c | 1012K |
| Образуват се ядра на хелий, деутерий и литий | От 10-4 от до 3 минути | От 1011 до 109 K |
| Образувани са атоми | 400 хиляди години | 4000 K |
| Газовият облак продължава да се разширява | 15 милиона години | 300 K |
| Първите звезди и галактики се раждат | 1 милиард години | 20 K |
| Експлозии на звезди провокират образуването на тежки ядра | 3 милиарда години | 10 K |
| Процесът на раждането на звездите спира | 10-15 милиарда години | 3 K |
| Енергията на всички звезди е изчерпана | 1014 години | 10-2 K |
| Черните дупки се изчерпват и се раждат елементарни частици | 1040 години | -20 K |
| Изпаряването на всички черни дупки завършва | 10100 години | От 10-60 до 10-40 K |
Както следва от горните данни, Вселената продължава да се разширява и охлажда.
Постоянното увеличаване на разстоянието между галактиките е основният постулат: това, което отличава теорията за големия взрив. Възникването на Вселената по този начин може да бъде потвърдено от намерените доказателства. Има и основания заоткази.
Проблематика на теорията
Като се има предвид, че теорията за големия взрив не е доказана на практика, не е изненадващо, че има няколко въпроса, на които тя не може да отговори:
-
Сингуларност. Тази дума обозначава състоянието на Вселената, компресирана до една точка. Проблемът на теорията за Големия взрив е невъзможността да се опишат процесите, протичащи в материята и пространството в такова състояние. Общият закон на относителността не се прилага тук, така че е невъзможно да се направи математическо описание и уравнения за моделиране.
Фундаменталната невъзможност да се получи отговор на въпроса за първоначалното състояние на Вселената дискредитира теорията от самото начало. Нейните нехудожествени изложения са склонни да премълчават или само мимоходом споменават тази сложност. Въпреки това, за учените, които работят за осигуряване на математическа основа за теорията за Големия взрив, тази трудност се признава като основна пречка.
- Астрономия. В тази област теорията за Големия взрив е изправена пред факта, че не може да опише процеса на възникване на галактиките. Въз основа на съвременните версии на теории е възможно да се предвиди как се появява хомогенен облак от газ. В същото време неговата плътност към момента трябва да бъде около един атом на кубичен метър. За да получите нещо повече, човек не може да направи без коригиране на първоначалното състояние на Вселената. Липсата на информация и практически опит в тази област се превръщат в сериозни пречки за по-нататъшното моделиране.
Има също несъответствие по отношение на изчисленитемасата на нашата галактика и данните, получени чрез изследване на скоростта на нейното привличане към галактиката Андромеда. Очевидно теглото на нашата галактика е десет пъти по-голямо, отколкото се смяташе преди.
Космология и квантова физика
Днес няма космологични теории, които да не се основават на квантовата механика. В крайна сметка, той се занимава с описанието на поведението на атомните и субатомните частици. Разликата между квантовата физика и класическата физика (изложена от Нютон) е, че втората наблюдава и описва материални обекти, докато първата предполага изключително математическо описание на самото наблюдение и измерване. За квантовата физика материалните ценности не са обект на изследване, тук самият наблюдател е част от изучаваната ситуация.
Въз основа на тези характеристики, квантовата механика изпитва затруднения при описването на Вселената, тъй като наблюдателят е част от Вселената. Въпреки това, говорейки за появата на Вселената, е невъзможно да си представим външни хора. Опитите за разработване на модел без участието на външен наблюдател бяха увенчани с квантовата теория за произхода на Вселената от Дж. Уилър.
Същността му е, че във всеки момент от времето има разцепване на Вселената и образуване на безкраен брой копия. В резултат на това всяка от паралелните вселени може да бъде наблюдавана и наблюдателите могат да видят всички квантови алтернативи. В същото време оригиналният и новият свят са реални.
Модел на инфлация
Основната задача, която теорията на инфлацията е предназначена да реши, се превръщатърсене на отговори на въпроси, останали неизследвани от теорията за големия взрив и теорията за разширението. А именно:
- Защо вселената се разширява?
- Какво е големият взрив?
За тази цел инфлационната теория за произхода на Вселената предвижда екстраполиране на разширяването до нулевия момент във времето, завършване на цялата маса на Вселената в една точка и образуване на космологичен сингулярност, която често се нарича Големият взрив.
Очевидна е неуместността на общата теория на относителността, която в момента не може да се приложи. В резултат на това могат да се прилагат само теоретични методи, изчисления и изчисления за разработване на по-обща теория (или "нова физика") и решаване на проблема за космологичната сингулярност.
Нови алтернативни теории
Въпреки успеха на модела на космическата инфлация, има учени, които му се противопоставят, наричайки го несъстоятелен. Основният им аргумент е критика на решенията, предложени от теорията. Противниците твърдят, че получените решения оставят липсващи някои детайли, с други думи, вместо да реши проблема с началните стойности, теорията само умело ги драпира.
Алтернатива са няколко екзотични теории, чиято идея се основава на формирането на първоначални стойности преди Големия взрив. Новите теории за произхода на Вселената могат да бъдат описани накратко по следния начин:
- Теория на струните. Неговите привърженици предлагат, освен обичайните четири измерения на пространството и времето, да се въведат допълнителни измерения. Те биха могли да играят роляранните етапи на Вселената и в момента да бъдат в компактно състояние. Отговаряйки на въпроса каква е причината за тяхното компактиране, учените предлагат отговор, че свойството на суперструните е Т-дуалност. Следователно струните се „навиват“на допълнителни размери и размерът им е ограничен.
- Теория за триците. Нарича се още М-теория. В съответствие с неговите постулати в началото на формирането на Вселената съществува студено статично петизмерно пространство-време. Четири от тях (пространствени) имат ограничения, или стени - трибрани. Нашето пространство е една от стените, а втората е скрита. Третата трибрана е разположена в четириизмерно пространство, тя е ограничена от две гранични брани. Теорията разглежда трета брана, която се сблъсква с нашата и отделя голямо количество енергия. Именно тези условия стават благоприятни за появата на голям взрив.
Цикличните теории отричат уникалността на Големия взрив, твърдейки, че Вселената преминава от едно състояние в друго. Проблемът с подобни теории е увеличаването на ентропията, според втория закон на термодинамиката. Следователно продължителността на предишните цикли е по-кратка, а температурата на веществото е значително по-висока, отколкото по време на Големия взрив. Вероятността това да се случи е изключително малка
Без значение колко теории има за произхода на Вселената, само две от тях са издържали изпитанието на времето и са преодолели проблема с непрекъснато нарастващата ентропия. Те са разработени от учените Steinhardt-Turok и Baum-Frampton.
Тези сравнително нови теории за произхода на Вселената бяха изтъкнати през 80-те години на миналия век. Те имат много последователи, които разработват модели въз основа на него, търсят доказателства за валидност и работят за разрешаване на несъответствия.
Теория на струните
Една от най-популярните сред теориите за произхода на Вселената е теорията на струните. Преди да преминете към описанието на нейната идея, е необходимо да разберете концепциите на един от най-близките конкуренти, стандартния модел. Предполага се, че материята и взаимодействията могат да бъдат описани като определен набор от частици, разделени на няколко групи:
- Quarks.
- Лептони.
- бозони.
Тези частици всъщност са градивните елементи на Вселената, тъй като са толкова малки, че не могат да бъдат разделени на компоненти.
Отличителна черта на теорията на струните е твърдението, че такива тухли не са частици, а ултрамикроскопични струни, които вибрират. В същото време, осцилирайки на различни честоти, струните стават аналози на различни частици, описани в стандартния модел.
За да разберем теорията, трябва да разберем, че струните не са никаква материя, те са енергия. Следователно теорията на струните стига до заключението, че всички елементи на Вселената са направени от енергия.
Огънят е добра аналогия. Гледането му създава впечатление за неговата материалност, но не може да се докосне.
Космология за ученици
Теориите за произхода на Вселената се изучават накратко в училищата на уроци по астрономия. За студентиопишете основните теории за това как се е формирал нашия свят, какво се случва с него сега и как ще се развива в бъдеще.
Целта на уроците е да запознаят децата с естеството на образуването на елементарни частици, химични елементи и небесни тела. Теориите за произхода на Вселената за деца се свеждат до представяне на теорията за Големия взрив. Учителите използват визуален материал: слайдове, таблици, плакати, илюстрации. Основната им задача е да събудят интереса на децата към света, който ги заобикаля.
