Kehebatan dan kepelbagaian dunia sekeliling boleh memukau mana-mana imaginasi. Semua objek dan objek yang mengelilingi seseorang, orang lain, pelbagai jenis tumbuhan dan haiwan, zarah yang hanya boleh dilihat dengan mikroskop, serta gugusan bintang yang tidak dapat difahami: semuanya disatukan oleh konsep "Alam Semesta".
Teori asal usul Alam Semesta telah dibangunkan oleh manusia sejak sekian lama. Walaupun ketiadaan konsep awal agama atau sains, dalam fikiran orang-orang purba yang ingin tahu timbul persoalan tentang prinsip-prinsip susunan dunia dan tentang kedudukan seseorang dalam ruang yang mengelilinginya. Sukar untuk mengira berapa banyak teori tentang asal usul Alam Semesta yang wujud hari ini, sebahagian daripadanya sedang dikaji oleh saintis terkemuka dunia, yang lain adalah benar-benar hebat.
Kosmologi dan subjeknya
Modenkosmologi - sains struktur dan perkembangan alam semesta - menganggap persoalan asal usulnya sebagai salah satu misteri yang paling menarik dan masih kurang dipelajari. Sifat proses yang menyumbang kepada kemunculan bintang, galaksi, sistem suria dan planet, perkembangannya, sumber kemunculan Alam Semesta, serta saiz dan sempadannya: semua ini hanyalah senarai pendek isu yang dikaji oleh saintis moden.
Pencarian untuk jawapan kepada teka-teki asas tentang pembentukan dunia telah membawa kepada fakta bahawa hari ini terdapat pelbagai teori tentang asal usul, kewujudan, perkembangan Alam Semesta. Keterujaan pakar yang mencari jawapan, membina dan menguji hipotesis adalah wajar, kerana teori kelahiran Alam Semesta yang boleh dipercayai akan mendedahkan kepada semua manusia kebarangkalian kewujudan kehidupan dalam sistem dan planet lain.
Teori asal usul Alam Semesta mempunyai watak konsep saintifik, hipotesis individu, ajaran agama, idea falsafah dan mitos. Kesemuanya dibahagikan secara bersyarat kepada dua kategori utama:
- Teori mengikut mana Alam Semesta dicipta oleh pencipta. Dalam erti kata lain, intipati mereka ialah proses penciptaan Alam Semesta adalah tindakan sedar dan rohani, manifestasi kehendak minda yang lebih tinggi.
- Teori asal usul Alam Semesta, dibina berdasarkan faktor saintifik. Postulat mereka secara mutlak menolak kedua-dua kewujudan pencipta dan kemungkinan penciptaan dunia yang sedar. Hipotesis sedemikian selalunya berdasarkan apa yang dipanggil prinsip mediocrity. Mereka menganggap kemungkinankehidupan bukan sahaja di planet kita, tetapi juga di planet lain.
Penciptaanisme - teori penciptaan dunia oleh Pencipta
Seperti namanya, penciptaan ialah teori agama tentang asal usul alam semesta. Pandangan dunia ini berdasarkan konsep penciptaan Alam Semesta, planet dan manusia oleh Tuhan atau Pencipta.
Idea itu dominan untuk masa yang lama, sehingga akhir abad ke-19, apabila proses pengumpulan pengetahuan dalam pelbagai bidang sains (biologi, astronomi, fizik) dipercepatkan, dan teori evolusi menjadi meluas. Penciptaan telah menjadi sejenis reaksi penganut Kristian yang berpegang kepada pandangan konservatif terhadap penemuan yang dibuat. Idea dominan perkembangan evolusi pada masa itu hanya memperhebatkan percanggahan yang wujud antara teori agama dan teori lain.
Apakah perbezaan antara teori saintifik dan agama
Perbezaan utama antara teori pelbagai kategori terletak terutamanya pada istilah yang digunakan oleh penganutnya. Jadi, dalam hipotesis saintifik, bukannya pencipta - alam semula jadi, dan bukannya penciptaan - asal usul. Seiring dengan ini, terdapat isu yang sama diliputi oleh teori yang berbeza atau bahkan diduplikasi sepenuhnya.
Teori tentang asal usul Alam Semesta, yang tergolong dalam kategori yang bertentangan, tarikh kemunculannya dengan cara yang berbeza. Contohnya, menurut hipotesis yang paling biasa (teori big bang), Alam Semesta telah terbentuk kira-kira 13 bilion tahun yang lalu.
Sebaliknya, teori agama tentang asal usul alam semesta memberikan nombor yang sama sekali berbeza:
- Menurut Kristiansumber, umur alam semesta yang dicipta oleh Tuhan pada masa kelahiran Yesus Kristus ialah 3483-6984 tahun.
- Hinduisme menunjukkan bahawa dunia kita berusia lebih kurang 155 trilion tahun.
Kant dan model kosmologinya
Sehingga abad ke-20, kebanyakan saintis berpendapat bahawa alam semesta adalah tidak terhingga. Kualiti ini mereka mencirikan masa dan ruang. Selain itu, pada pendapat mereka, Alam Semesta adalah statik dan seragam.
Idea tentang infiniti Alam Semesta di angkasa telah dikemukakan oleh Isaac Newton. Perkembangan andaian ini dilakukan oleh Emmanuel Kant, yang mengembangkan teori bahawa tidak ada had masa juga. Bergerak lebih jauh, dalam andaian teori, Kant memperluaskan infiniti alam semesta kepada bilangan produk biologi yang mungkin. Postulat ini bermaksud bahawa dalam keadaan dunia purba dan luas, tanpa penghujung dan permulaan, boleh terdapat sejumlah besar pilihan yang mungkin, akibatnya penampilan mana-mana spesies biologi adalah nyata.
Berdasarkan teori kemungkinan asal usul bentuk kehidupan ini, teori Darwin kemudiannya dikembangkan. Pemerhatian langit berbintang dan hasil pengiraan ahli astronomi mengesahkan model kosmologi Kant.
Pemikiran Einstein
Pada awal abad ke-20, Albert Einstein menerbitkan model alam semestanya sendiri. Menurut teori relativitinya, dua proses bertentangan berlaku serentak di Alam Semesta: pengembangan dan penguncupan. Namun, diabersetuju dengan pendapat kebanyakan saintis tentang pegun Alam Semesta, jadi dia memperkenalkan konsep daya tolakan kosmik. Kesannya direka untuk mengimbangi tarikan bintang dan menghentikan proses pergerakan semua benda angkasa untuk mengekalkan sifat statik Alam Semesta.
Model Alam Semesta - menurut Einstein - mempunyai saiz tertentu, tetapi tiada sempadan. Gabungan sedemikian hanya boleh dilaksanakan apabila ruang melengkung dengan cara yang sama seperti yang berlaku dalam sfera.
Ciri-ciri ruang model sedemikian ialah:
- Tiga dimensi.
- Menutup sendiri.
- Kehomogenan (kekurangan pusat dan tepi), di mana galaksi diagihkan sama rata.
A. A. Friedman: Alam Semesta sedang berkembang
Pencipta model revolusioner mengembang Alam Semesta, A. A. Fridman (USSR) membina teorinya berdasarkan persamaan yang mencirikan teori umum relativiti. Benar, pendapat yang diterima umum dalam dunia saintifik pada masa itu adalah sifat statik dunia kita, jadi perhatian sewajarnya tidak diberikan kepada kerjanya.
Beberapa tahun kemudian, ahli astronomi Edwin Hubble membuat penemuan yang mengesahkan idea Friedman. Penyingkiran galaksi dari Bima Sakti yang berdekatan telah ditemui. Pada masa yang sama, hakikat bahawa kelajuan pergerakan mereka adalah berkadar dengan jarak antara mereka dan galaksi kita telah menjadi tidak dapat dinafikan.
Penemuan ini menerangkan "berundur" berterusan bintang dan galaksi dalam hubungan antara satu sama lain, yang membawa kepada kesimpulan tentangpengembangan alam semesta.
Akhirnya, kesimpulan Friedman diiktiraf oleh Einstein, kemudiannya dia menyebut kebaikan saintis Soviet sebagai pengasas hipotesis pengembangan Alam Semesta.
Tidak boleh dikatakan bahawa terdapat percanggahan antara teori ini dan teori relativiti umum, namun, dengan pengembangan Alam Semesta, pasti ada dorongan awal yang mencetuskan penyebaran bintang. Dengan analogi dengan letupan itu, idea itu dipanggil "Big Bang".
Stephen Hawking dan Prinsip Anthropic
Hasil pengiraan dan penemuan Stephen Hawking ialah teori antroposentrik tentang asal usul Alam Semesta. Penciptanya mendakwa bahawa kewujudan planet yang disediakan dengan baik untuk kehidupan manusia tidak boleh berlaku secara tidak sengaja.
Teori Stephen Hawking tentang asal usul alam semesta juga menyediakan penyejatan secara beransur-ansur lubang hitam, kehilangan tenaga mereka dan pancaran sinaran Hawking.
Hasil pencarian bukti, lebih daripada 40 ciri telah dikenal pasti dan disahkan, yang pematuhannya perlu untuk pembangunan tamadun. Ahli astrofizik Amerika Hugh Ross menganggarkan kebarangkalian kejadian yang tidak disengajakan itu. Hasilnya ialah nombor 10-53.
Alam semesta kita merangkumi satu trilion galaksi, 100 bilion bintang setiap satu. Mengikut pengiraan saintis, jumlah bilangan planet hendaklah 1020. Angka ini adalah 33 pesanan magnitud lebih kecil daripada yang dikira sebelumnya. Oleh itu, tiada planet dalam semua galaksi boleh menggabungkan keadaan yang sesuai untuk pembentukan spontan.kehidupan.
Teori Big Bang: Kemunculan Alam Semesta daripada zarah yang boleh diabaikan
Para saintis yang menyokong teori letupan besar berkongsi hipotesis bahawa alam semesta adalah hasil daripada letupan besar. Postulat utama teori ini ialah penegasan bahawa sebelum peristiwa ini, semua unsur Alam Semesta semasa telah dikurung dalam zarah yang mempunyai dimensi mikroskopik. Semasa di dalamnya, unsur-unsur dicirikan oleh keadaan tunggal di mana penunjuk seperti suhu, ketumpatan dan tekanan tidak dapat diukur. Mereka tidak berkesudahan. Jirim dan tenaga dalam keadaan ini tidak dipengaruhi oleh undang-undang fizik.
Punca letupan, yang berlaku 15 bilion tahun dahulu, dipanggil ketidakstabilan yang timbul di dalam zarah. Unsur-unsur kecil yang bertaburan menandakan permulaan dunia yang kita kenal hari ini.
Pada mulanya, Alam Semesta ialah nebula yang dibentuk oleh zarah-zarah kecil (lebih kecil daripada atom). Kemudian, apabila digabungkan, mereka membentuk atom, yang berfungsi sebagai asas galaksi bintang. Menjawab soalan tentang apa yang berlaku sebelum letupan, serta apa yang menyebabkannya, adalah tugas paling penting dalam teori asal usul Alam Semesta ini.
Jadual secara skematik menggambarkan peringkat-peringkat pembentukan alam semesta selepas letupan besar.
| Keadaan Alam Semesta | Garis Masa | Suhu dijangka |
| Peluasan (inflasi) | Dari 10-45hingga10-37 saat | Lagi1026K |
| Kuar dan elektron muncul | 10-6 c | Lebih 1013 K |
| Proton dan neutron terbentuk | 10-5 c | 1012K |
| Helium, deuterium dan nukleus litium terbentuk | Dari 10-4 daripada hingga 3 min | Dari 1011 hingga 109 K |
| Atom terbentuk | 400 ribu tahun | 4000 K |
| Awan gas terus berkembang | 15 juta tahun | 300 K |
| Bintang dan galaksi pertama dilahirkan | 1 bilion tahun | 20 K |
| Letupan bintang mencetuskan pembentukan nukleus berat | 3 bilion tahun | 10 K |
| Proses kelahiran bintang terhenti | 10-15 bilion tahun | 3 K |
| Tenaga semua bintang habis | 1014 tahun | 10-2 K |
| Lubang hitam telah habis dan zarah asas lahir | 1040 tahun | -20 K |
| Penyejatan semua lubang hitam berakhir | 10100 tahun | Dari 10-60 hingga 10-40 K |
Seperti mengikuti daripada data di atas, Alam Semesta terus mengembang dan sejuk.
Peningkatan berterusan dalam jarak antara galaksi adalah postulat utama: apa yang membezakan teori big bang. Kemunculan alam semesta dengan cara ini boleh disahkan oleh bukti yang ditemui. Terdapat juga alasan untukpenafian.
Masalah teori
Memandangkan teori big bang tidak dibuktikan dalam amalan, tidak hairanlah terdapat beberapa soalan yang tidak dapat dijawab:
-
Ketunggalan. Perkataan ini menandakan keadaan alam semesta, dimampatkan kepada satu titik. Masalah teori big bang ialah kemustahilan untuk menerangkan proses yang berlaku dalam jirim dan ruang dalam keadaan sedemikian. Undang-undang umum relativiti tidak terpakai di sini, jadi adalah mustahil untuk membuat huraian matematik dan persamaan untuk pemodelan.
Kemustahilan asas untuk mendapatkan jawapan kepada soalan tentang keadaan awal Alam Semesta mencemarkan teori daripada awal-awal lagi. Eksposisi bukan fiksyennya cenderung untuk mengilap atau hanya menyebut kerumitan ini secara sepintas lalu. Walau bagaimanapun, bagi saintis yang berusaha menyediakan asas matematik untuk teori big bang, kesukaran ini diiktiraf sebagai halangan utama.
- Astronomi. Di kawasan ini, teori big bang berhadapan dengan fakta bahawa ia tidak dapat menggambarkan proses asal usul galaksi. Berdasarkan versi teori moden, adalah mungkin untuk meramalkan bagaimana awan gas homogen muncul. Pada masa yang sama, ketumpatannya sekarang hendaklah kira-kira satu atom setiap meter padu. Untuk mendapatkan sesuatu yang lebih, seseorang tidak boleh melakukannya tanpa menyesuaikan keadaan awal Alam Semesta. Kekurangan maklumat dan pengalaman praktikal dalam bidang ini menjadi halangan serius untuk pemodelan selanjutnya.
Terdapat juga percanggahan dari segi pengiraanjisim galaksi kita dan data yang diperoleh dengan mengkaji kadar tarikannya terhadap galaksi Andromeda. Nampaknya, berat galaksi kita sepuluh kali lebih besar daripada yang difikirkan sebelumnya.
Kosmologi dan fizik kuantum
Hari ini tiada teori kosmologi yang tidak berdasarkan mekanik kuantum. Lagipun, ia berkaitan dengan perihalan kelakuan zarah atom dan subatom. Perbezaan antara fizik kuantum dan fizik klasik (dijelaskan oleh Newton) ialah fizik kuantum memerhati dan menerangkan objek material, manakala yang pertama menganggap penerangan matematik secara eksklusif tentang pemerhatian dan pengukuran itu sendiri. Bagi fizik kuantum, nilai material bukanlah subjek kajian, di sini pemerhati sendiri adalah sebahagian daripada situasi yang dikaji.
Berdasarkan ciri-ciri ini, mekanik kuantum mengalami kesukaran untuk menerangkan Alam Semesta, kerana pemerhati adalah sebahagian daripada Alam Semesta. Walau bagaimanapun, bercakap tentang kemunculan alam semesta, adalah mustahil untuk membayangkan orang luar. Percubaan untuk membangunkan model tanpa penyertaan pemerhati luar telah dinobatkan dengan teori kuantum asal usul Alam Semesta oleh J. Wheeler.
Intipatinya ialah pada setiap saat terdapat perpecahan Alam Semesta dan pembentukan salinan yang tidak terhingga. Akibatnya, setiap Alam Semesta selari boleh diperhatikan, dan pemerhati boleh melihat semua alternatif kuantum. Pada masa yang sama, dunia asal dan baharu adalah nyata.
Corak inflasi
Tugas utama yang dirancang untuk diselesaikan oleh teori inflasi adalah menjadicari jawapan kepada soalan yang belum diterokai oleh teori big bang dan teori pengembangan. Iaitu:
- Mengapa alam semesta mengembang?
- Apakah big bang itu?
Untuk tujuan ini, teori inflasi asal usul Alam Semesta menyediakan ekstrapolasi pengembangan kepada titik sifar dalam masa, kesimpulan keseluruhan jisim Alam Semesta pada satu titik dan pembentukan kosmologi. ketunggalan, yang sering dirujuk sebagai letupan besar.
Jelas adalah ketidakrelevanan teori umum relativiti, yang tidak boleh digunakan pada masa ini. Akibatnya, hanya kaedah teori, pengiraan dan potongan boleh digunakan untuk membangunkan teori yang lebih umum (atau "fizik baharu") dan menyelesaikan masalah ketunggalan kosmologi.
Teori alternatif baharu
Walaupun kejayaan model inflasi kosmik, terdapat saintis yang menentangnya, menyebutnya tidak boleh dipertahankan. Hujah utama mereka ialah kritikan terhadap penyelesaian yang dicadangkan oleh teori tersebut. Penentang berpendapat bahawa penyelesaian yang terhasil meninggalkan beberapa butiran yang hilang, dalam erti kata lain, daripada menyelesaikan masalah nilai awal, teori itu hanya menutupnya dengan mahir.
Alternatif ialah beberapa teori eksotik, ideanya berdasarkan pembentukan nilai awal sebelum letupan besar. Teori-teori baharu tentang asal usul alam semesta boleh dihuraikan secara ringkas seperti berikut:
- Teori rentetan. Penganutnya mencadangkan, sebagai tambahan kepada empat dimensi biasa ruang dan masa, untuk memperkenalkan dimensi tambahan. Mereka boleh memainkan perananperingkat awal Alam Semesta, dan pada masa ini berada dalam keadaan padat. Menjawab soalan tentang sebab pemadatan mereka, saintis menawarkan jawapan yang mengatakan bahawa sifat superstrings ialah T-dualiti. Oleh itu, rentetan "luka" pada dimensi tambahan dan saiznya terhad.
- Teori dedak. Ia juga dipanggil teori M. Selaras dengan postulatnya, pada permulaan pembentukan Alam Semesta, terdapat ruang masa lima dimensi statik yang sejuk. Empat daripada mereka (spatial) mempunyai sekatan, atau dinding - tiga branes. Ruang kami adalah salah satu dinding, dan yang kedua tersembunyi. Tiga brane ketiga terletak di ruang empat dimensi, ia dihadkan oleh dua brane sempadan. Teori ini menganggap bran ketiga berlanggar dengan kita dan melepaskan sejumlah besar tenaga. Keadaan inilah yang menjadi baik untuk kemunculan letupan besar.
Teori kitaran menafikan keunikan letupan besar, dengan mendakwa bahawa alam semesta pergi dari satu keadaan ke keadaan lain. Masalah dengan teori sedemikian ialah peningkatan entropi, mengikut undang-undang kedua termodinamik. Akibatnya, tempoh kitaran sebelumnya adalah lebih pendek, dan suhu bahan jauh lebih tinggi daripada semasa letupan besar. Kemungkinan perkara ini berlaku adalah sangat rendah
Tidak kira berapa banyak teori yang ada tentang asal usul alam semesta, hanya dua daripadanya telah bertahan dalam ujian masa dan mengatasi masalah entropi yang semakin meningkat. Ia dibangunkan oleh saintis Steinhardt-Turok dan Baum-Frampton.
Teori-teori yang agak baru tentang asal usul alam semesta ini dikemukakan pada tahun 80-an abad yang lalu. Mereka mempunyai ramai pengikut yang membangunkan model berdasarkannya, mencari bukti kesahihan dan berusaha untuk menyelesaikan ketidakkonsistenan.
Teori rentetan
Salah satu teori asal usul alam semesta yang paling popular ialah teori rentetan. Sebelum meneruskan penerangan ideanya, adalah perlu untuk memahami konsep salah satu pesaing terdekat, model standard. Ia mengandaikan bahawa jirim dan interaksi boleh digambarkan sebagai set zarah tertentu, dibahagikan kepada beberapa kumpulan:
- Kuar.
- Lepton.
- Bosons.
Zarah-zarah ini, sebenarnya, adalah blok binaan alam semesta, kerana ia sangat kecil sehingga tidak boleh dibahagikan kepada komponen.
Ciri tersendiri bagi teori rentetan ialah penegasan bahawa bata tersebut bukan zarah, tetapi rentetan ultramikroskopik yang bergetar. Pada masa yang sama, berayun pada frekuensi yang berbeza, rentetan menjadi analog bagi pelbagai zarah yang diterangkan dalam model standard.
Untuk memahami teori, seseorang harus sedar bahawa rentetan bukanlah sebarang perkara, ia adalah tenaga. Oleh itu, teori rentetan menyimpulkan bahawa semua unsur alam semesta diperbuat daripada tenaga.
Api ialah analogi yang baik. Melihatnya memberikan kesan materialitinya, tetapi ia tidak boleh disentuh.
Kosmologi untuk murid sekolah
Teori asal usul Alam Semesta dipelajari secara ringkas di sekolah-sekolah pada pelajaran astronomi. Untuk pelajarhuraikan teori utama tentang bagaimana dunia kita terbentuk, apa yang berlaku padanya sekarang dan bagaimana ia akan berkembang pada masa hadapan.
Tujuan pelajaran adalah untuk membiasakan kanak-kanak dengan sifat pembentukan zarah asas, unsur kimia dan badan angkasa. Teori asal usul alam semesta untuk kanak-kanak dikurangkan kepada pembentangan teori big bang. Guru menggunakan bahan visual: slaid, jadual, poster, ilustrasi. Tugas utama mereka adalah untuk membangkitkan minat kanak-kanak terhadap dunia yang mengelilingi mereka.
