3. Ο χώρος γύρω από τη Γη είναι γεμάτος με φόντο μικροκυμάτων

4. Η ηλικία της Γης, των μετεωριτών και των παλαιότερων άστρων δεν είναι μεγάλη

5. Σε ολόκληρο το παρατηρήσιμο Σύμπαν, από τα κοντινά αστέρια μέχρι τους πιο μακρινούς γαλαξίες, για κάθε 10 άτομα υδρογόνου υπάρχει 1 άτομο ηλίου. Φαίνεται απίστευτο ότι οι τοπικές συνθήκες θα μπορούσαν να είναι παντού πανομοιότυπες. Η δύναμη του μοντέλου Big Bang είναι ότι προβλέπει την ίδια αναλογία μεταξύ ηλίου και υδρογόνου παντού.

6. Σε περιοχές του Σύμπαντος που είναι απομακρυσμένες από εμάς σε χώρο και χρόνο, υπάρχουν περισσότεροι ενεργοί γαλαξίες και κβάζαρ από ό,τι κοντά μας. Αυτό δείχνει την εξέλιξη του Σύμπαντος και έρχεται σε αντίθεση με τη θεωρία του ακίνητου Σύμπαντος.

Ήταν κάτω από τέτοιες συνθήκες αφάνταστα υψηλής θερμοκρασίας και πυκνότητας που έγινε η γέννηση του Σύμπαντος. Επιπλέον, αυτό θα μπορούσε να είναι μια γέννηση με την κυριολεκτική έννοια: ορισμένοι κοσμολόγοι (ας πούμε, ο Ya.B. Zeldovich στην ΕΣΣΔ και ο L. Parker στις ΗΠΑ) πίστευαν ότι τα σωματίδια και τα φωτόνια ακτίνων γάμμα γεννήθηκαν εκείνη την εποχή από το βαρυτικό πεδίο . Από τη σκοπιά της φυσικής, αυτή η διαδικασία θα μπορούσε να λάβει χώρα εάν η ιδιομορφία ήταν ανισότροπη, δηλ. το βαρυτικό πεδίο ήταν ανομοιόμορφο. Σε αυτή την περίπτωση, οι παλιρροϊκές βαρυτικές δυνάμεις θα μπορούσαν να «τραβήξουν» πραγματικά σωματίδια από το κενό, δημιουργώντας έτσι την ύλη του Σύμπαντος.

Μελετώντας τις διεργασίες που συνέβησαν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, καταλαβαίνουμε ότι οι φυσικές μας θεωρίες είναι ακόμα πολύ ατελείς. Η θερμική εξέλιξη του πρώιμου Σύμπαντος εξαρτάται από τη δημιουργία τεράστιων στοιχειωδών σωματιδίων, αδρονίων, για τα οποία η πυρηνική φυσική γνωρίζει ακόμα λίγα. Πολλά από αυτά τα σωματίδια είναι ασταθή και βραχύβια. Ο Ελβετός φυσικός R. Hagedorn πιστεύει ότι μπορεί να υπάρχει μεγάλη ποικιλία αδρονίων αυξανόμενης μάζας, τα οποία θα μπορούσαν να σχηματιστούν σε αφθονία σε θερμοκρασία της τάξης του 10

Σύμφωνα με μια άλλη άποψη, ο αριθμός των τύπων μαζικών στοιχειωδών σωματιδίων είναι περιορισμένος, επομένως η θερμοκρασία και η πυκνότητα κατά την εποχή των αδρονίων θα έπρεπε να έχουν φτάσει σε άπειρες τιμές. Κατ' αρχήν, αυτό μπορούσε να επαληθευτεί: εάν τα συστατικά των κουάρκ αδρονίων ήταν σταθερά σωματίδια, τότε ένας ορισμένος αριθμός κουάρκ και αντικουάρκ θα έπρεπε να είχε διατηρηθεί από εκείνη την καυτή εποχή. Αλλά η αναζήτηση για κουάρκ ήταν μάταιη. πιθανότατα να είναι ασταθείς. Εκ . επίσης ΔΗΜΟΤΙΚΕΣ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ.

Μετά το πρώτο χιλιοστό του δευτερολέπτου της διαστολής του Σύμπαντος, η ισχυρή (πυρηνική) αλληλεπίδραση έπαψε να παίζει καθοριστικό ρόλο σε αυτήν: η θερμοκρασία έπεσε τόσο πολύ που οι ατομικοί πυρήνες σταμάτησαν να καταρρέουν. Περαιτέρω φυσικές διεργασίες προσδιορίστηκαν από την ασθενή αλληλεπίδραση, υπεύθυνη για τη δημιουργία σωματιδίων φωτός - λεπτόνια (δηλαδή ηλεκτρόνια, ποζιτρόνια, μεσόνια και νετρίνα) υπό την επίδραση της θερμικής ακτινοβολίας. Όταν, κατά τη διάρκεια της διαστολής, η θερμοκρασία ακτινοβολίας έπεσε στους 10 περίπου

Η επόμενη φάση διαστολής, η εποχή των φωτονίων, χαρακτηρίζεται από την απόλυτη κυριαρχία της θερμικής ακτινοβολίας. Για κάθε πρωτόνιο ή ηλεκτρόνιο που διατηρείται, υπάρχουν ένα δισεκατομμύριο φωτόνια. Στην αρχή αυτά ήταν γάμμα κβάντα, αλλά καθώς το Σύμπαν επεκτεινόταν, έχασαν ενέργεια και έγιναν ακτίνες Χ, υπεριώδεις, οπτικές, υπέρυθρες και, τελικά, τώρα έχουν γίνει ραδιοκβάντα, τα οποία δεχόμαστε ως ραδιόφωνο φόντου μαύρου σώματος (λείψανο). εκπομπή.

1. Το πρόβλημα της μοναδικότητας: πολλοί αμφιβάλλουν για την εφαρμογή της γενικής σχετικότητας, η οποία δίνει μια ιδιομορφία στο παρελθόν. Προτείνονται εναλλακτικές κοσμολογικές θεωρίες απαλλαγμένες από τη μοναδικότητα.

2. Το πρόβλημα της ισοτροπίας του Σύμπαντος σχετίζεται στενά με την ιδιομορφία. Φαίνεται περίεργο ότι η επέκταση που ξεκίνησε από μια μοναδική κατάσταση αποδείχθηκε τόσο ισότροπη. Είναι πιθανό, ωστόσο, ότι η αρχικά ανισότροπη διαστολή σταδιακά έγινε ισότροπη υπό την επίδραση των δυνάμεων διάχυσης.

3. Ομογενές στις μεγαλύτερες κλίμακες, σε μικρότερες κλίμακες το Σύμπαν είναι πολύ ετερογενές (γαλαξίες, σμήνη γαλαξιών). Είναι δύσκολο να καταλάβουμε πώς η βαρύτητα από μόνη της θα μπορούσε να οδηγήσει στην εμφάνιση μιας τέτοιας δομής. Επομένως, οι κοσμολόγοι διερευνούν τις δυνατότητες ανομοιογενών μοντέλων Big Bang.

4. Τέλος, μπορεί κανείς να αναρωτηθεί, ποιο είναι το μέλλον του Σύμπαντος; Για να απαντήσετε, πρέπει να γνωρίζετε τη μέση πυκνότητα της ύλης στο Σύμπαν. Εάν υπερβεί μια ορισμένη κρίσιμη τιμή, τότε η γεωμετρία του χωροχρόνου είναι κλειστή και στο μέλλον το Σύμπαν σίγουρα θα συστέλλεται. Το κλειστό Σύμπαν δεν έχει όρια, αλλά ο όγκος του είναι πεπερασμένος. Εάν η πυκνότητα είναι κάτω από την κρίσιμη, τότε το Σύμπαν είναι ανοιχτό και θα διαστέλλεται για πάντα. Το ανοιχτό Σύμπαν είναι άπειρο και έχει μόνο μία μοναδικότητα στην αρχή. Μέχρι στιγμής, οι παρατηρήσεις συμφωνούν καλύτερα με το μοντέλο του ανοιχτού σύμπαντος.

Το πιο ριζοσπαστικό είναι ότι στην αρχή επικρατούσε χάος. Η διαστολή του πρώιμου Σύμπαντος ήταν εξαιρετικά ανισότροπη και ανομοιογενής, αλλά στη συνέχεια οι διαδικασίες διάχυσης εξομάλυνσαν την ανισοτροπία και έφεραν τη διαστολή πιο κοντά στο μοντέλο Friedmann-Lemaitre. Η μοίρα των ανομοιογενειών είναι πολύ περίεργη: αν το πλάτος τους ήταν μεγάλο, τότε αναπόφευκτα έπρεπε να καταρρεύσουν σε μαύρες τρύπες με μάζα που καθορίζεται από τον τρέχοντα ορίζοντα. Ο σχηματισμός τους θα μπορούσε να είχε ξεκινήσει ακριβώς από την εποχή του Planck, έτσι ώστε το Σύμπαν να μπορούσε να έχει πολλές μικρές μαύρες τρύπες με μάζες έως και 10

Το πρωτογενές χάος θα μπορούσε να περιέχει διαταραχές οποιασδήποτε κλίμακας και πλάτους. το μεγαλύτερο από αυτά, με τη μορφή ηχητικών κυμάτων, θα μπορούσε να έχει επιβιώσει από την εποχή του πρώιμου Σύμπαντος μέχρι την εποχή της ακτινοβολίας, όταν η ύλη ήταν ακόμα αρκετά ζεστή ώστε να εκπέμπει, να απορροφά και να διαχέει ακτινοβολία. Αλλά με το τέλος αυτής της εποχής, το ψυχρό πλάσμα ανασυνδυάστηκε και έπαψε να αλληλεπιδρά με την ακτινοβολία. Η πίεση και η ταχύτητα του ήχου στο αέριο έπεσαν, με αποτέλεσμα τα ηχητικά κύματα να μετατραπούν σε κρουστικά κύματα, συμπίεση του αερίου και προκαλώντας την κατάρρευσή του σε γαλαξίες και σμήνη. Ανάλογα με τον τύπο των αρχικών κυμάτων, οι υπολογισμοί προβλέπουν μια πολύ διαφορετική εικόνα, η οποία δεν αντιστοιχεί πάντα στην παρατηρούμενη. Για να διαλέξετε μεταξύ πιθανών επιλογών για κοσμολογικά μοντέλα, μια φιλοσοφική ιδέα γνωστή ως ανθρωπική αρχή είναι σημαντική: από την αρχή, το Σύμπαν θα έπρεπε να είχε τέτοιες ιδιότητες που επέτρεπαν το σχηματισμό γαλαξιών, αστεριών, πλανητών και ευφυούς ζωής πάνω τους. Διαφορετικά δεν θα υπήρχε κανείς να σπουδάσει κοσμολογία.

Μια εναλλακτική άποψη είναι ότι δεν μπορούμε να μάθουμε περισσότερα για την αρχική δομή του σύμπαντος από όσα παρέχουν οι παρατηρήσεις. Σύμφωνα με αυτή τη συντηρητική προσέγγιση, το νεαρό Σύμπαν δεν μπορεί να θεωρηθεί χαοτικό, αφού είναι πλέον πολύ ισότροπο και ομοιογενές. Αυτές οι αποκλίσεις από την ομοιομορφία που παρατηρούμε με τη μορφή γαλαξιών θα μπορούσαν να αναπτυχθούν υπό την επίδραση της βαρύτητας από ανομοιογένειες μικρής αρχικής πυκνότητας. Ωστόσο, μελέτες για τη μεγάλης κλίμακας κατανομή των γαλαξιών (που πραγματοποιήθηκαν κυρίως από τον J. Peebles στο Πρίνστον) δεν φαίνεται να υποστηρίζουν αυτή την ιδέα. Μια άλλη ενδιαφέρουσα πιθανότητα είναι ότι τα σμήνη μαύρων τρυπών που γεννήθηκαν κατά την εποχή του αδρονίου θα μπορούσαν να γίνουν οι αρχικές διακυμάνσεις για το σχηματισμό γαλαξιών.

Για να είναι κλειστό το Σύμπαν, η μέση πυκνότητα της ύλης σε αυτό πρέπει να υπερβαίνει μια ορισμένη κρίσιμη τιμή. Η εκτίμηση της πυκνότητας για ορατή και αόρατη ύλη είναι πολύ κοντά σε αυτήν την τιμή.

Η κατανομή των γαλαξιών στο διάστημα είναι πολύ ετερογενής. Η Τοπική μας Ομάδα γαλαξιών, η οποία περιλαμβάνει τον Γαλαξία, την Ανδρομέδα και αρκετούς μικρότερους γαλαξίες, βρίσκεται στην περιφέρεια ενός τεράστιου συστήματος γαλαξιών γνωστού ως Υπερσμήνος της Παρθένου, το κέντρο του οποίου συμπίπτει με το σμήνος γαλαξιών της Παρθένου. Εάν η μέση πυκνότητα του κόσμου είναι υψηλή και το Σύμπαν είναι κλειστό, τότε θα πρέπει να παρατηρηθεί μια ισχυρή απόκλιση από την ισότροπη διαστολή, που προκαλείται από την έλξη των γαλαξιών μας και των γειτονικών μας προς το κέντρο του Υπερσμήνους. Στο ανοιχτό Σύμπαν αυτή η απόκλιση είναι ασήμαντη. Οι παρατηρήσεις είναι πιο συνεπείς με το ανοιχτό μοντέλο.

Μεγάλο ενδιαφέρον για τους κοσμολόγους είναι το περιεχόμενο στην κοσμική ύλη του βαριού ισοτόπου του υδρογόνου δευτερίου, το οποίο σχηματίστηκε κατά τις πυρηνικές αντιδράσεις τις πρώτες στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Η περιεκτικότητα σε δευτέριο αποδείχθηκε εξαιρετικά ευαίσθητη στην πυκνότητα της ύλης σε εκείνη την εποχή, και συνεπώς στη δική μας. Ωστόσο, η «δοκιμή δευτερίου» δεν είναι εύκολο να πραγματοποιηθεί, γιατί είναι απαραίτητο να εξεταστεί η πρωταρχική ουσία, η οποία δεν βρίσκεται στα έγκατα των αστεριών από τη στιγμή της κοσμολογικής σύνθεσης, όπου το δευτερίου καίγεται εύκολα. Η μελέτη εξαιρετικά μακρινών γαλαξιών έδειξε ότι η περιεκτικότητα σε δευτέριο αντιστοιχεί σε χαμηλή πυκνότητα ύλης και, επομένως, σε ένα ανοιχτό μοντέλο του Σύμπαντος.

1. Το μοντέλο, συμμετρικό ως προς την ύλη και την αντιύλη, προϋποθέτει την ίση παρουσία αυτών των δύο τύπων ύλης στο Σύμπαν. Αν και είναι προφανές ότι ο Γαλαξίας μας δεν περιέχει πρακτικά αντιύλη, τα γειτονικά αστρικά συστήματα θα μπορούσαν κάλλιστα να αποτελούνται εξ ολοκλήρου από αυτήν. Επιπλέον, η ακτινοβολία τους θα ήταν ακριβώς η ίδια με αυτή των κανονικών γαλαξιών. Ωστόσο, σε προηγούμενες εποχές διαστολής, όταν η ύλη και η αντιύλη βρίσκονταν σε στενότερη επαφή, ο αφανισμός τους θα έπρεπε να είχε δημιουργήσει ισχυρή ακτινοβολία γάμμα. Οι παρατηρήσεις δεν το ανιχνεύουν, γεγονός που καθιστά απίθανο το συμμετρικό μοντέλο.

2. Το μοντέλο Cold Big Bang υποθέτει ότι η διαστολή ξεκίνησε σε θερμοκρασία απόλυτου μηδέν. Είναι αλήθεια ότι σε αυτή την περίπτωση, πρέπει να συμβεί πυρηνική σύντηξη και να θερμάνει την ύλη, αλλά η ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων δεν μπορεί πλέον να σχετίζεται άμεσα με τη Μεγάλη Έκρηξη, αλλά πρέπει να εξηγηθεί με κάποιον άλλο τρόπο. Αυτή η θεωρία είναι ελκυστική επειδή η ύλη σε αυτήν υπόκειται σε κατακερματισμό, και αυτό είναι απαραίτητο για να εξηγηθεί η μεγάλης κλίμακας ετερογένεια του Σύμπαντος.

3. Το ακίνητο κοσμολογικό μοντέλο υποθέτει τη συνεχή γέννηση της ύλης. Το κύριο δόγμα αυτής της θεωρίας, γνωστής ως Ιδανική Κοσμολογική Αρχή, δηλώνει ότι το Σύμπαν ήταν πάντα και θα παραμείνει όπως είναι τώρα. Οι παρατηρήσεις το διαψεύδουν.

4. Εξετάζονται τροποποιημένες εκδοχές της θεωρίας της βαρύτητας του Αϊνστάιν. Για παράδειγμα, η θεωρία των K. Bruns και R. Dicke από το Πρίνστον είναι γενικά συνεπής με τις παρατηρήσεις εντός του ηλιακού συστήματος. Το μοντέλο Bruns-Dicke, καθώς και το πιο ριζοσπαστικό μοντέλο F. Hoyle, στο οποίο ορισμένες θεμελιώδεις σταθερές αλλάζουν με το χρόνο, έχουν σχεδόν τις ίδιες κοσμολογικές παραμέτρους στην εποχή μας με το μοντέλο της Μεγάλης Έκρηξης.

5. Με βάση την τροποποιημένη θεωρία του Αϊνστάιν, ο J. Lemaitre το 1925 κατασκεύασε ένα κοσμολογικό μοντέλο που συνδυάζει τη Μεγάλη Έκρηξη με μια μακρά ήσυχη φάση, κατά την οποία θα μπορούσαν να σχηματιστούν γαλαξίες. Ο Αϊνστάιν ενδιαφέρθηκε για αυτή τη δυνατότητα να δικαιολογήσει το αγαπημένο του κοσμολογικό μοντέλο ενός στατικού σύμπαντος, αλλά όταν ανακαλύφθηκε η διαστολή του σύμπαντος, την εγκατέλειψε δημόσια.

Υπόθεση ενός πολύφυλλου μοντέλου του Σύμπαντος

Πρόλογος του συγγραφέα του ιστότοπου:Για την προσοχή των αναγνωστών του ιστότοπου "Η γνώση είναι δύναμη" προσφέρουμε αποσπάσματα από το 29ο κεφάλαιο του βιβλίου "Απομνημονεύματα" του Andrei Dmitrievich Sakharov. Ο ακαδημαϊκός Ζαχάρωφ μιλά για το έργο στον τομέα της κοσμολογίας, το οποίο πραγματοποίησε αφότου άρχισε να συμμετέχει ενεργά σε δραστηριότητες για τα ανθρώπινα δικαιώματα - ιδιαίτερα στην εξορία του Γκόρκι. Αυτό το υλικό έχει αναμφισβήτητο ενδιαφέρον για το θέμα "Το Σύμπαν", που συζητείται σε αυτό το κεφάλαιο του ιστότοπού μας. Θα εξοικειωθούμε με την υπόθεση ενός πολύφυλλου μοντέλου του Σύμπαντος και άλλα προβλήματα της κοσμολογίας και της φυσικής. ...Και, φυσικά, ας θυμηθούμε το πρόσφατο τραγικό παρελθόν μας.

Ακαδημαϊκός Andrei Dmitrievich SAKHAROV (1921-1989).

Στη Μόσχα της δεκαετίας του '70 και στο Γκόρκι, συνέχισα τις προσπάθειές μου να σπουδάσω φυσική και κοσμολογία. Κατά τη διάρκεια αυτών των χρόνων δεν μπόρεσα να προωθήσω σημαντικά νέες ιδέες και συνέχισα να αναπτύσσω εκείνες τις κατευθύνσεις που είχαν ήδη παρουσιαστεί στα έργα μου της δεκαετίας του '60 (και περιγράφονται στο πρώτο μέρος αυτού του βιβλίου). Αυτή είναι πιθανώς η τύχη των περισσότερων επιστημόνων όταν φτάνουν ένα συγκεκριμένο όριο ηλικίας για αυτούς. Ωστόσο, δεν χάνω την ελπίδα ότι ίσως κάτι άλλο θα «λάμψει» για μένα. Ταυτόχρονα, πρέπει να πω ότι η απλή παρατήρηση της επιστημονικής διαδικασίας, στην οποία εσείς οι ίδιοι δεν συμμετέχετε, αλλά ξέρετε τι είναι τι, φέρνει βαθιά εσωτερική χαρά. Υπό αυτή την έννοια, δεν είμαι «άπληστος».

Το 1974 το έκανα και το 1975 δημοσίευσα μια εργασία στην οποία ανέπτυξα την ιδέα ενός μηδενικού Lagrangian του βαρυτικού πεδίου, καθώς και τις μεθόδους υπολογισμού που είχα χρησιμοποιήσει σε προηγούμενες εργασίες. Ταυτόχρονα, αποδείχτηκε ότι κατέληξα στη μέθοδο που είχε προτείνει πριν από πολλά χρόνια ο Vladimir Aleksandrovich Fok και μετά ο Julian Schwinger. Ωστόσο, το συμπέρασμά μου και η ίδια η διαδρομή κατασκευής, οι μέθοδοι ήταν εντελώς διαφορετικές. Δυστυχώς, δεν μπόρεσα να στείλω τη δουλειά μου στον Φοκ - πέθανε ακριβώς τότε.

Στη συνέχεια ανακάλυψα κάποια λάθη στο άρθρο μου. Άφησε αδιευκρίνιστο το ερώτημα εάν η «επαγόμενη βαρύτητα» (ο σύγχρονος όρος που χρησιμοποιείται αντί του όρου «μηδέν Λαγκρανγκ») δίνει το σωστό πρόσημο της σταθεράς βαρύτητας σε οποιαδήποτε από τις επιλογές που εξέτασα.<...>

Τρία έργα - ένα που δημοσιεύτηκε πριν την απέλασή μου και δύο μετά την απέλασή μου - είναι αφιερωμένα σε κοσμολογικά προβλήματα. Στην πρώτη εργασία, συζητώ τους μηχανισμούς της ασυμμετρίας του βαρυονίου. Κάποιο ενδιαφέρον, ίσως, είναι γενικές σκέψεις σχετικά με την κινητική των αντιδράσεων που οδηγούν στην ασυμμετρία του βαρυονίου του Σύμπαντος. Ωστόσο, ειδικά σε αυτή την εργασία, συλλογίζομαι στο πλαίσιο της παλιάς μου υπόθεσης για την ύπαρξη ενός «συνδυασμένου» νόμου διατήρησης (το άθροισμα των αριθμών των κουάρκ και των λεπτονίων διατηρείται). Έγραψα ήδη στο πρώτο μέρος των απομνημονεύσεών μου πώς κατέληξα σε αυτή την ιδέα και γιατί τώρα τη θεωρώ λάθος. Γενικά, αυτό το μέρος της δουλειάς μου φαίνεται ανεπιτυχές. Μου αρέσει πολύ περισσότερο το κομμάτι της δουλειάς για το οποίο γράφω πολύφυλλο μοντέλο του Σύμπαντος . Αυτή είναι μια υπόθεση ότι η κοσμολογική διαστολή του Σύμπαντος αντικαθίσταται από συμπίεση, μετά μια νέα διαστολή με τέτοιο τρόπο ώστε οι κύκλοι συμπίεσης - διαστολής να επαναλαμβάνονται άπειρες φορές. Τέτοια κοσμολογικά μοντέλα έχουν από καιρό προσελκύσει την προσοχή. Τα αποκαλούσαν διάφοροι συγγραφείς "παλμικό"ή "ταλαντευόμενος"μοντέλα του Σύμπαντος. Μου αρέσει περισσότερο ο όρος "πολύφυλλο μοντέλο" . Φαίνεται πιο εκφραστικό, περισσότερο σύμφωνο με το συναισθηματικό και φιλοσοφικό νόημα της μεγαλειώδους εικόνας της επαναλαμβανόμενης επανάληψης των κύκλων της ύπαρξης.

Όσο θεωρείτο η διατήρηση, το πολύφυλλο μοντέλο αντιμετώπισε, ωστόσο, μια ανυπέρβλητη δυσκολία που απορρέει από έναν από τους θεμελιώδεις νόμους της φύσης - τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής.

Υποχώρηση. Στη θερμοδυναμική, εισάγεται ένα συγκεκριμένο χαρακτηριστικό της κατάστασης των σωμάτων, που ονομάζεται. Ο μπαμπάς μου θυμήθηκε κάποτε ένα παλιό επιστημονικό βιβλίο με τίτλο «Η βασίλισσα του κόσμου και η σκιά της». (Δυστυχώς, ξέχασα ποιος είναι ο συγγραφέας αυτού του βιβλίου.) Η βασίλισσα είναι, φυσικά, η ενέργεια και η σκιά είναι η εντροπία. Σε αντίθεση με την ενέργεια, για την οποία υπάρχει νόμος διατήρησης, για την εντροπία ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής θεσπίζει το νόμο της αύξησης (ακριβέστερα, της μη μείωσης). Οι διεργασίες στις οποίες η συνολική εντροπία των σωμάτων δεν μεταβάλλεται ονομάζονται (θεωρούνται) αναστρέψιμες. Ένα παράδειγμα αναστρέψιμης διαδικασίας είναι η μηχανική κίνηση χωρίς τριβή. Οι αναστρέψιμες διεργασίες είναι μια αφαίρεση, μια περιοριστική περίπτωση μη αναστρέψιμων διεργασιών που συνοδεύονται από αύξηση της συνολικής εντροπίας των σωμάτων (κατά την τριβή, μεταφορά θερμότητας κ.λπ.). Μαθηματικά, η εντροπία ορίζεται ως μια ποσότητα της οποίας η αύξηση είναι ίση με την εισροή θερμότητας διαιρούμενη με την απόλυτη θερμοκρασία (υποτίθεται επιπλέον - πιο συγκεκριμένα, προκύπτει από γενικές αρχές - ότι η εντροπία σε απόλυτο μηδέν θερμοκρασία και η εντροπία του κενού είναι ίσες στο μηδέν).

Αριθμητικό παράδειγμα για σαφήνεια. Ένα συγκεκριμένο σώμα με θερμοκρασία 200 βαθμών μεταφέρει 400 θερμίδες κατά την ανταλλαγή θερμότητας σε ένα δεύτερο σώμα με θερμοκρασία 100 βαθμών. Η εντροπία του πρώτου σώματος μειώθηκε κατά 400/200, δηλ. κατά 2 μονάδες και η εντροπία του δεύτερου σώματος αυξήθηκε κατά 4 μονάδες. Η συνολική εντροπία αυξήθηκε κατά 2 μονάδες, σύμφωνα με την απαίτηση του δεύτερου νόμου. Σημειώστε ότι αυτό το αποτέλεσμα είναι συνέπεια του γεγονότος ότι η θερμότητα μεταφέρεται από ένα θερμότερο σώμα σε ένα ψυχρότερο.

Μια αύξηση της συνολικής εντροπίας κατά τη διάρκεια διεργασιών μη ισορροπίας οδηγεί τελικά σε θέρμανση της ουσίας. Ας στραφούμε στην κοσμολογία, στα πολύφυλλα μοντέλα. Αν υποθέσουμε ότι ο αριθμός των βαρυονίων είναι σταθερός, τότε η εντροπία ανά βαρυόνιο θα αυξάνεται επ' αόριστον. Η ουσία θα θερμαίνεται απεριόριστα με κάθε κύκλο, δηλ. οι συνθήκες στο Σύμπαν δεν θα επαναληφθούν!

Η δυσκολία εξαλείφεται εάν εγκαταλείψουμε την υπόθεση διατήρησης του φορτίου βαρυονίου και θεωρήσουμε, σύμφωνα με την ιδέα μου για το 1966 και την επακόλουθη ανάπτυξή του από πολλούς άλλους συγγραφείς, ότι το φορτίο βαρυονίου προκύπτει από την «εντροπία» (δηλ. ουδέτερη θερμή ύλη). στα πρώτα στάδια της κοσμολογικής διαστολής του Σύμπαντος. Σε αυτή την περίπτωση, ο αριθμός των βαρυονίων που σχηματίζονται είναι ανάλογος της εντροπίας σε κάθε κύκλο διαστολής-συμπίεσης, δηλ. οι συνθήκες για την εξέλιξη της ύλης και το σχηματισμό δομικών μορφών μπορεί να είναι περίπου οι ίδιες σε κάθε κύκλο.

Επινόησα για πρώτη φορά τον όρο «μοντέλο πολλαπλών φύλλων» σε μια εργασία του 1969. Στα πρόσφατα άρθρα μου χρησιμοποιώ τον ίδιο όρο με ελαφρώς διαφορετική έννοια. Το αναφέρω εδώ προς αποφυγή παρεξηγήσεων.

Το πρώτο από τα τρία τελευταία άρθρα (1979) εξέτασε ένα μοντέλο στο οποίο ο χώρος θεωρείται επίπεδος κατά μέσο όρο. Υποτίθεται επίσης ότι η κοσμολογική σταθερά του Αϊνστάιν δεν είναι μηδέν και είναι αρνητική (αν και πολύ μικρή σε απόλυτη τιμή). Στην περίπτωση αυτή, όπως δείχνουν οι εξισώσεις της θεωρίας της βαρύτητας του Αϊνστάιν, η κοσμολογική διαστολή αναπόφευκτα δίνει τη θέση της στη συμπίεση. Επιπλέον, κάθε κύκλος επαναλαμβάνει πλήρως τον προηγούμενο ως προς τα μέσα χαρακτηριστικά του. Είναι σημαντικό το μοντέλο να είναι χωρικά επίπεδο. Μαζί με την επίπεδη γεωμετρία (Ευκλείδεια γεωμετρία), τα ακόλουθα δύο έργα είναι επίσης αφιερωμένα στην εξέταση της γεωμετρίας του Lobachevsky και της γεωμετρίας μιας υπερσφαίρας (ένα τρισδιάστατο ανάλογο μιας δισδιάστατης σφαίρας). Σε αυτές τις περιπτώσεις όμως προκύπτει ένα άλλο πρόβλημα. Η αύξηση της εντροπίας οδηγεί σε αύξηση της ακτίνας του Σύμπαντος στις αντίστοιχες στιγμές κάθε κύκλου. Με παρέκταση στο παρελθόν, διαπιστώνουμε ότι κάθε δεδομένος κύκλος θα μπορούσε να έχει προηγηθεί μόνο από έναν πεπερασμένο αριθμό κύκλων.

Στην «τυποποιημένη» (μονόφυλλη) κοσμολογία υπάρχει ένα πρόβλημα: τι υπήρχε πριν από τη στιγμή της μέγιστης πυκνότητας; Σε κοσμολογίες πολλαπλών φύλλων (εκτός από την περίπτωση ενός χωρικά επίπεδου μοντέλου), αυτό το πρόβλημα δεν μπορεί να αποφευχθεί - το ερώτημα μεταφέρεται στη στιγμή της έναρξης της επέκτασης του πρώτου κύκλου. Μπορεί κανείς να θεωρήσει ότι η αρχή της επέκτασης του πρώτου κύκλου ή, στην περίπτωση του καθιερωμένου μοντέλου, ο μόνος κύκλος είναι η Στιγμή της Δημιουργίας του Κόσμου, και επομένως το ερώτημα του τι συνέβη πριν από αυτό βρίσκεται πέρα ​​από το πεδίο εφαρμογής της επιστημονικής έρευνας. Ωστόσο, ίσως, το ίδιο -ή, κατά τη γνώμη μου, πιο δικαιολογημένη και γόνιμη είναι μια προσέγγιση που επιτρέπει την απεριόριστη επιστημονική έρευνα του υλικού κόσμου και του χωροχρόνου. Ταυτόχρονα, προφανώς, δεν υπάρχει θέση για την Πράξη της Δημιουργίας, αλλά η βασική θρησκευτική έννοια της θείας έννοιας του Είναι δεν επηρεάζεται από την επιστήμη και βρίσκεται πέρα ​​από τα όριά της.

Γνωρίζω δύο εναλλακτικές υποθέσεις που σχετίζονται με το υπό συζήτηση πρόβλημα. Ένα από αυτά, μου φαίνεται, εκφράστηκε για πρώτη φορά από εμένα το 1966 και αποτέλεσε αντικείμενο σειράς διευκρινίσεων σε επόμενες εργασίες. Αυτή είναι η υπόθεση «στροφή του βέλους του χρόνου». Σχετίζεται στενά με το λεγόμενο πρόβλημα αναστρεψιμότητας.

Όπως έγραψα ήδη, εντελώς αναστρέψιμες διεργασίες δεν υπάρχουν στη φύση. Η τριβή, η μεταφορά θερμότητας, η εκπομπή φωτός, οι χημικές αντιδράσεις, οι διαδικασίες ζωής χαρακτηρίζονται από μη αναστρέψιμη, μια εντυπωσιακή διαφορά μεταξύ του παρελθόντος και του μέλλοντος. Εάν κινηματογραφήσουμε κάποια μη αναστρέψιμη διαδικασία και μετά παίξουμε την ταινία προς την αντίθετη κατεύθυνση, θα δούμε στην οθόνη κάτι που δεν μπορεί να συμβεί στην πραγματικότητα (για παράδειγμα, ένας σφόνδυλος που περιστρέφεται με αδράνεια αυξάνει την ταχύτητα περιστροφής του και τα ρουλεμάν κρυώνουν). Ποσοτικά, η μη αναστρεψιμότητα εκφράζεται σε μια μονοτονική αύξηση της εντροπίας. Ταυτόχρονα, τα άτομα, τα ηλεκτρόνια, οι ατομικοί πυρήνες κ.λπ. που αποτελούν μέρος όλων των σωμάτων. κινούνται σύμφωνα με τους νόμους της μηχανικής (κβαντική, αλλά αυτό δεν είναι σημαντικό εδώ), οι οποίοι είναι πλήρως αναστρέψιμοι στο χρόνο (στην κβαντική θεωρία πεδίου - με ταυτόχρονη ανάκλαση CP, βλέπε στο πρώτο μέρος). Η ασυμμετρία των δύο κατευθύνσεων του χρόνου (η παρουσία του «βέλους του χρόνου», όπως λένε) με τη συμμετρία των εξισώσεων κίνησης έχει προσελκύσει από καιρό την προσοχή των δημιουργών της στατιστικής μηχανικής. Η συζήτηση αυτού του ζητήματος ξεκίνησε τις τελευταίες δεκαετίες του περασμένου αιώνα και μερικές φορές ήταν αρκετά θερμή. Η λύση που λίγο-πολύ ικανοποιούσε όλους ήταν η υπόθεση ότι η ασυμμετρία οφειλόταν στις αρχικές συνθήκες κίνησης και στη θέση όλων των ατόμων και των πεδίων «στο απείρως μακρινό παρελθόν». Αυτές οι αρχικές συνθήκες πρέπει να είναι «τυχαίες» με κάποια καλά καθορισμένη έννοια.

Όπως πρότεινα (το 1966 και πιο ρητά το 1980), στις κοσμολογικές θεωρίες που έχουν καθορισμένο χρονικό σημείο, αυτές οι τυχαίες αρχικές συνθήκες δεν πρέπει να αποδοθούν στο απείρως μακρινό παρελθόν (t -> - ∞), αλλά σε αυτό το επιλεγμένο σημείο (t = 0).

Τότε αυτόματα σε αυτό το σημείο η εντροπία έχει μια ελάχιστη τιμή και όταν κινείται προς τα εμπρός ή προς τα πίσω από αυτήν εγκαίρως, η εντροπία αυξάνεται. Αυτό είναι που ονόμασα «η στροφή του βέλους του χρόνου». Δεδομένου ότι όταν γυρίζει το βέλος του χρόνου, όλες οι διαδικασίες, συμπεριλαμβανομένων των πληροφοριακών διαδικασιών (συμπεριλαμβανομένων των διαδικασιών ζωής), αντιστρέφονται, δεν προκύπτουν παράδοξα. Οι παραπάνω ιδέες για την αντιστροφή του βέλους του χρόνου, από όσο γνωρίζω, δεν έχουν αναγνωριστεί στον επιστημονικό κόσμο. Αλλά μου φαίνονται ενδιαφέροντα.

Η περιστροφή του βέλους του χρόνου αποκαθιστά τη συμμετρία των δύο κατευθύνσεων του χρόνου που ενυπάρχουν στις εξισώσεις κίνησης στην κοσμολογική εικόνα του κόσμου!

Το 1966-1967 Υπέθεσα ότι στο σημείο καμπής του βέλους του χρόνου, εμφανίζεται η ανάκλαση CPT. Αυτή η υπόθεση ήταν ένα από τα σημεία εκκίνησης της δουλειάς μου για την ασυμμετρία του βαρυονίου. Εδώ θα παρουσιάσω μια άλλη υπόθεση (χεράκι είχαν οι Κίρζνιτς, Λίντε, Γκουτ, Τέρνερ και άλλοι· εδώ έχω μόνο την παρατήρηση ότι υπάρχει στροφή του βέλους του χρόνου).

Οι σύγχρονες θεωρίες υποθέτουν ότι το κενό μπορεί να υπάρχει σε διάφορες καταστάσεις: σταθερό, με ενεργειακή πυκνότητα ίση με μηδέν με μεγάλη ακρίβεια. και ασταθής, έχοντας τεράστια θετική ενεργειακή πυκνότητα (αποτελεσματική κοσμολογική σταθερά). Η τελευταία κατάσταση ονομάζεται μερικές φορές "ψευδές κενό".

Μία από τις λύσεις στις εξισώσεις της γενικής σχετικότητας για τέτοιες θεωρίες είναι η εξής. Το Σύμπαν είναι κλειστό, δηλ. σε κάθε στιγμή αντιπροσωπεύει μια «υπέρσφαιρα» πεπερασμένου όγκου (μια υπερσφαίρα είναι ένα τρισδιάστατο ανάλογο της δισδιάστατης επιφάνειας μιας σφαίρας· μια υπερσφαίρα μπορεί να φανταστεί «ενσωματωμένη» στον τετραδιάστατο ευκλείδειο χώρο, ακριβώς όπως ένα δισδιάστατο η διαστατική σφαίρα είναι «ενσωματωμένη» στον τρισδιάστατο χώρο). Η ακτίνα της υπερσφαίρας έχει μια ελάχιστη πεπερασμένη τιμή σε κάποια χρονική στιγμή (ας τη συμβολίσουμε t = 0) και αυξάνεται με την απόσταση από αυτό το σημείο, τόσο προς τα εμπρός όσο και προς τα πίσω στο χρόνο. Η εντροπία είναι μηδέν για ένα ψευδές κενό (όπως για κάθε κενό γενικά) και όταν απομακρύνεται από το σημείο t = 0 προς τα εμπρός ή προς τα πίσω στο χρόνο, αυξάνεται λόγω της αποσύνθεσης του ψευδούς κενού, μετατρέποντας σε μια σταθερή κατάσταση πραγματικού κενού . Έτσι, στο σημείο t = 0 το βέλος του χρόνου περιστρέφεται (αλλά δεν υπάρχει κοσμολογική συμμετρία CPT, η οποία απαιτεί άπειρη συμπίεση στο σημείο ανάκλασης). Ακριβώς όπως στην περίπτωση της συμμετρίας CPT, όλα τα διατηρημένα φορτία εδώ είναι επίσης ίσα με μηδέν (για έναν ασήμαντο λόγο - στο t = 0 υπάρχει μια κατάσταση κενού). Επομένως, σε αυτήν την περίπτωση είναι επίσης απαραίτητο να υποθέσουμε τη δυναμική εμφάνιση της παρατηρούμενης ασυμμετρίας βαρυονίου, που προκαλείται από την παραβίαση της αναλλοίωτης CP.

Μια εναλλακτική υπόθεση σχετικά με την προϊστορία του Σύμπαντος είναι ότι στην πραγματικότητα δεν υπάρχει ένα ή δύο Σύμπαν (όπως - με κάποια έννοια της λέξης - στην υπόθεση της στροφής του βέλους του χρόνου), αλλά πολλά ριζικά διαφορετικά μεταξύ τους και προκύπτουν από κάποιο «πρωτεύοντα» χώρο (ή τα συστατικά του σωματίδια, αυτό μπορεί να είναι απλώς ένας διαφορετικός τρόπος να το πούμε). Άλλα Σύμπαν και ο πρωταρχικός χώρος, αν έχει νόημα να μιλήσουμε γι' αυτό, μπορεί, ειδικότερα, να έχουν, σε σύγκριση με το Σύμπαν «μας», διαφορετικό αριθμό «μακροσκοπικών» χωρικών και χρονικών διαστάσεων - συντεταγμένων (στο Σύμπαν μας - τρεις χωρικές και μια χρονική διάσταση· σε άλλα Σύμπαντα, όλα μπορεί να είναι διαφορετικά!) Σας ζητώ να μην δίνετε ιδιαίτερη προσοχή στο επίθετο «μακροσκοπικό» που περικλείεται σε εισαγωγικά. Συνδέεται με την υπόθεση της «συμπαγοποίησης», σύμφωνα με την οποία οι περισσότερες διαστάσεις συμπυκνώνονται, δηλ. έκλεισε στον εαυτό του σε πολύ μικρή κλίμακα.

Δομή του «Μέγα Σύμπαντος»

Υποτίθεται ότι δεν υπάρχει αιτιώδης σύνδεση μεταξύ διαφορετικών Σύμπανων. Αυτό ακριβώς δικαιολογεί την ερμηνεία τους ως ξεχωριστά Σύμπαντα. Ονομάζω αυτή τη μεγαλειώδη δομή «Μέγα Σύμπαν». Αρκετοί συγγραφείς έχουν συζητήσει παραλλαγές τέτοιων υποθέσεων. Συγκεκριμένα, η υπόθεση των πολλαπλών γεννήσεων κλειστών (περίπου υπερσφαιρικών) Συμπάντων υπερασπίζεται σε ένα από τα έργα του ο Ya.B. Ζέλντοβιτς.

Οι ιδέες του Mega Universe είναι εξαιρετικά ενδιαφέρουσες. Ίσως η αλήθεια να βρίσκεται ακριβώς προς αυτή την κατεύθυνση. Για μένα, σε κάποιες από αυτές τις κατασκευές υπάρχει, ωστόσο, μια ασάφεια κάπως τεχνικής φύσης. Είναι αρκετά αποδεκτό να υποθέσουμε ότι οι συνθήκες σε διαφορετικές περιοχές του χώρου είναι εντελώς διαφορετικές. Αλλά οι νόμοι της φύσης πρέπει απαραίτητα να είναι οι ίδιοι παντού και πάντα. Η φύση δεν μπορεί να είναι σαν τη Βασίλισσα στην Αλίκη στη Χώρα των Θαυμάτων του Κάρολ, που άλλαξε αυθαίρετα τους κανόνες του παιχνιδιού του κροκέ. Η ύπαρξη δεν είναι παιχνίδι. Οι αμφιβολίες μου αφορούν εκείνες τις υποθέσεις που επιτρέπουν ένα διάλειμμα στη συνέχεια χωροχρόνου. Είναι αποδεκτές τέτοιες διαδικασίες; Δεν αποτελούν παραβίαση των νόμων της φύσης στα κρίσιμα σημεία, και όχι των «συνθηκών ύπαρξης»; Επαναλαμβάνω, δεν είμαι σίγουρος ότι πρόκειται για βάσιμες ανησυχίες. Ίσως πάλι, όπως και στο ζήτημα της διατήρησης του αριθμού των φερμιονίων, ξεκινώ από πολύ στενή σκοπιά. Επιπλέον, υποθέσεις όπου η γέννηση των Συμπάντων συμβαίνει χωρίς να σπάσει η συνέχεια είναι αρκετά νοητές.

Η υπόθεση ότι η αυθόρμητη γέννηση πολλών, και ίσως άπειρου αριθμού Συμπάντων που διαφέρουν στις παραμέτρους τους, και ότι το Σύμπαν που μας περιβάλλει διακρίνεται μεταξύ πολλών κόσμων ακριβώς από την προϋπόθεση για την εμφάνιση της ζωής και της νοημοσύνης, ονομάζεται «ανθρωπική αρχή ” (AP). Ο Zeldovich γράφει ότι η πρώτη εκτίμηση του AP που είναι γνωστή σε αυτόν στο πλαίσιο ενός διαστελλόμενου Σύμπαντος ανήκει στο Idlis (1958). Στην έννοια του πολύφυλλου Σύμπαντος, η ανθρωπική αρχή μπορεί επίσης να παίξει ρόλο, αλλά για την επιλογή μεταξύ διαδοχικών κύκλων ή των περιοχών τους. Αυτή η πιθανότητα συζητείται στο έργο μου «Πολλαπλά Μοντέλα του Σύμπαντος». Μία από τις δυσκολίες των μοντέλων πολλαπλών φύλλων είναι ότι ο σχηματισμός «μαύρων οπών» και η συγχώνευσή τους σπάει τη συμμετρία στο στάδιο συμπίεσης τόσο πολύ που είναι εντελώς ασαφές εάν οι συνθήκες του επόμενου κύκλου είναι κατάλληλες για το σχηματισμό εξαιρετικά οργανωμένων δομές. Από την άλλη πλευρά, σε αρκετά μεγάλους κύκλους συμβαίνουν οι διαδικασίες της αποσύνθεσης του βαρυονίου και της εξάτμισης της μαύρης τρύπας, οδηγώντας στην εξομάλυνση όλων των ανομοιογενειών πυκνότητας. Υποθέτω ότι η συνδυασμένη δράση αυτών των δύο μηχανισμών - ο σχηματισμός μαύρων οπών και η ευθυγράμμιση των ανομοιογενειών - οδηγεί σε μια διαδοχική αλλαγή «ομαλότερων» και πιο «διαταραγμένων» κύκλων. Ο κύκλος μας υποτίθεται ότι είχε προηγηθεί ένας «ομαλός» κύκλος κατά τον οποίο δεν σχηματίστηκαν μαύρες τρύπες. Για να είμαστε συγκεκριμένοι, μπορούμε να θεωρήσουμε ένα κλειστό Σύμπαν με ένα «ψεύτικο» κενό στο σημείο καμπής του βέλους του χρόνου. Η κοσμολογική σταθερά σε αυτό το μοντέλο μπορεί να θεωρηθεί ίση με μηδέν· η αλλαγή από διαστολή σε συμπίεση συμβαίνει απλώς λόγω της αμοιβαίας έλξης της συνηθισμένης ύλης. Η διάρκεια των κύκλων αυξάνεται λόγω της αύξησης της εντροπίας με κάθε κύκλο και ξεπερνά κάθε δεδομένο αριθμό (τείνει στο άπειρο), έτσι ώστε να πληρούνται οι προϋποθέσεις για τη διάσπαση των πρωτονίων και την εξάτμιση των «μαύρων οπών».

Τα πολύφυλλα μοντέλα παρέχουν μια απάντηση στο λεγόμενο παράδοξο των μεγάλων αριθμών (μια άλλη πιθανή εξήγηση είναι η υπόθεση των Guth et al., η οποία περιλαμβάνει ένα μακρύ στάδιο «φουσκώματος», βλέπε Κεφάλαιο 18).

Ένας πλανήτης στα περίχωρα ενός μακρινού σφαιρικού αστρικού σμήνος. Καλλιτέχνης © Don Dixon

Γιατί ο συνολικός αριθμός πρωτονίων και φωτονίων σε ένα Σύμπαν πεπερασμένου όγκου είναι τόσο πολύ μεγάλος, αν και πεπερασμένος; Και μια άλλη μορφή αυτής της ερώτησης, που σχετίζεται με την «ανοικτή» εκδοχή, είναι γιατί ο αριθμός των σωματιδίων είναι τόσο μεγάλος σε εκείνη την περιοχή του άπειρου κόσμου του Λομπατσέφσκι, ο όγκος του οποίου είναι της τάξης του Α 3 (Α είναι η ακτίνα καμπυλότητας )?

Η απάντηση που δίνει το πολύφυλλο μοντέλο είναι πολύ απλή. Υποτίθεται ότι πολλοί κύκλοι έχουν ήδη περάσει από το t = 0· κατά τη διάρκεια κάθε κύκλου, η εντροπία (δηλαδή ο αριθμός των φωτονίων) αυξήθηκε και, κατά συνέπεια, μια αυξανόμενη περίσσεια βαρυονίου δημιουργήθηκε σε κάθε κύκλο. Ο λόγος του αριθμού των βαρυονίων προς τον αριθμό των φωτονίων σε κάθε κύκλο είναι σταθερός, αφού καθορίζεται από τη δυναμική των αρχικών σταδίων της διαστολής του Σύμπαντος σε έναν δεδομένο κύκλο. Ο συνολικός αριθμός κύκλων αφού t = 0 είναι ακριβώς τέτοιος ώστε να προκύπτει ο παρατηρούμενος αριθμός φωτονίων και βαρυονίων. Δεδομένου ότι ο αριθμός τους αυξάνεται εκθετικά, για τον απαιτούμενο αριθμό κύκλων δεν θα έχουμε καν τόσο μεγάλη τιμή.

Ένα υποπροϊόν της δουλειάς μου του 1982 είναι μια φόρμουλα για την πιθανότητα βαρυτικής συνένωσης μαύρων οπών (χρησιμοποιήθηκε η εκτίμηση στο βιβλίο των Zeldovich και Novikov).

Μια άλλη ενδιαφέρουσα πιθανότητα, ή μάλλον ένα όνειρο, σχετίζεται με μοντέλα με πολλά φύλλα. Ίσως ένα εξαιρετικά οργανωμένο μυαλό, που αναπτύσσει δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια χρόνια κατά τη διάρκεια ενός κύκλου, βρίσκει έναν τρόπο να μεταδώσει σε κωδικοποιημένη μορφή μερικές από τις πιο πολύτιμες πληροφορίες που έχει στους κληρονόμους του στους επόμενους κύκλους, χωρισμένες από αυτόν τον κύκλο στο χρόνο με ένα περίοδος υπερπυκνής κατάστασης;.. Αναλογία - μετάδοση από έμβια όντα από γενιά σε γενιά γενετικής πληροφορίας, «συμπιεσμένης» και κωδικοποιημένης στα χρωμοσώματα του πυρήνα ενός γονιμοποιημένου κυττάρου. Αυτή η πιθανότητα, φυσικά, είναι απολύτως φανταστική και δεν τόλμησα να γράψω γι' αυτήν σε επιστημονικά άρθρα, αλλά στις σελίδες αυτού του βιβλίου έδωσα ελεύθερα τα χέρια στον εαυτό μου. Αλλά ανεξάρτητα από αυτό το όνειρο, η υπόθεση ενός πολυφύλλου μοντέλου του Σύμπαντος μου φαίνεται σημαντική σε μια φιλοσοφική κοσμοθεωρία.

Αγαπητοί επισκέπτες!

Κανένας φυσικός σήμερα δεν αμφισβητεί την ειδική θεωρία της σχετικότητας και μόνο λίγοι αμφισβητούν τις βασικές αρχές της γενικής θεωρίας της σχετικότητας. Είναι αλήθεια ότι η γενική θεωρία της σχετικότητας αφήνει πολλά σημαντικά προβλήματα άλυτα. Δεν υπάρχει επίσης καμία αμφιβολία ότι οι παρατηρήσεις και τα πειράματα που υποστηρίζουν αυτή τη θεωρία είναι λίγα και όχι πάντα πειστικά. Αλλά ακόμα κι αν δεν υπήρχαν καθόλου στοιχεία, η γενική σχετικότητα θα εξακολουθούσε να είναι εξαιρετικά ελκυστική λόγω των μεγάλων απλουστεύσεων που εισάγει στη φυσική.

Απλοποιήσεις; Μπορεί να φαίνεται παράξενο να χρησιμοποιείται αυτή η λέξη σε σχέση με μια θεωρία που χρησιμοποιεί τα μαθηματικά τόσο προχωρημένα που κάποιος είπε κάποτε ότι δεν μπορούσαν να την καταλάβουν περισσότεροι από δώδεκα άνθρωποι σε ολόκληρο τον κόσμο (παρεμπιπτόντως, αυτός ο αριθμός ήταν σαφώς υποτιμημένος ακόμη και όταν αυτή η γνώμη ήταν γενικά αποδεκτό).

Η μαθηματική συσκευή της θεωρίας της σχετικότητας είναι πράγματι πολύπλοκη, αλλά αυτή η πολυπλοκότητα αντισταθμίζεται από την εξαιρετική απλοποίηση της συνολικής εικόνας. Για παράδειγμα, η μείωση της βαρύτητας και της αδράνειας στο ίδιο φαινόμενο είναι αρκετή για να καταστήσει τη γενική θεωρία της σχετικότητας την πιο γόνιμη κατεύθυνση στη διαμόρφωση μιας άποψης για τον κόσμο.

Ο Αϊνστάιν εξέφρασε αυτή την ιδέα το 1921 όταν έδωσε διάλεξη για τη σχετικότητα στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον: Η ικανότητα να εξηγείται η αριθμητική ισότητα της αδράνειας και της βαρύτητας με την ενότητα της φύσης τους δίνει στη γενική θεωρία της σχετικότητας, κατά τη γνώμη μου, τέτοια πλεονεκτήματα έναντι των εννοιών της κλασικής μηχανικής που, σε σύγκριση, όλες οι δυσκολίες που συναντώνται εδώ πρέπει να θεωρούνται μικρές. ...»

Επιπλέον, η θεωρία της σχετικότητας έχει αυτό που οι μαθηματικοί θέλουν να αποκαλούν «κομψότητα». Αυτό είναι ένα είδος καλλιτεχνικής δουλειάς. «Κάθε λάτρης της ομορφιάς», είπε κάποτε ο Lorenz, «πρέπει να εύχεται να αποδειχθεί σωστό».

Σε αυτό το κεφάλαιο, οι σταθερά καθιερωμένες πτυχές της θεωρίας της σχετικότητας θα παραμεριστούν και ο αναγνώστης θα βυθιστεί σε μια περιοχή έντονης συζήτησης, μια περιοχή όπου οι απόψεις είναι κάτι περισσότερο από εικασίες που πρέπει να γίνουν αποδεκτές ή να απορριφθούν με βάση επιστημονική απόδειξη.

Τι είναι το Σύμπαν στο σύνολό του; Γνωρίζουμε ότι η Γη είναι ο τρίτος πλανήτης από τον Ήλιο σε ένα σύστημα εννέα πλανητών και ότι ο Ήλιος είναι ένα από τα περίπου εκατό δισεκατομμύρια αστέρια που αποτελούν τον Γαλαξία μας. Γνωρίζουμε ότι στην περιοχή του διαστήματος που μπορεί να διερευνηθεί από τα πιο ισχυρά τηλεσκόπια, υπάρχουν διάσπαρτοι άλλοι γαλαξίες, ο αριθμός των οποίων πρέπει επίσης να ανέρχεται σε δισεκατομμύρια. Αυτό συνεχίζεται επ' αόριστον;

Είναι άπειρος ο αριθμός των γαλαξιών; Ή μήπως ο χώρος έχει ακόμα πεπερασμένες διαστάσεις; (Ίσως θα έπρεπε να πούμε «ο χώρος μας», γιατί αν ο χώρος μας είναι περιορισμένος, τότε ποιος θα πει ότι δεν υπάρχουν άλλοι περιορισμένοι χώροι;)

Οι αστρονόμοι εργάζονται σκληρά για να απαντήσουν σε αυτές τις ερωτήσεις. Κατασκευάζουν τα λεγόμενα μοντέλα του Σύμπαντος - φανταστικές εικόνες του κόσμου, αν θεωρηθεί ως σύνολο. Στις αρχές του δέκατου ένατου αιώνα, πολλοί αστρονόμοι υπέθεσαν ότι το σύμπαν ήταν απεριόριστο και περιείχε έναν άπειρο αριθμό ήλιων. Ο χώρος θεωρήθηκε ευκλείδειος. Οι άμεσες βροχές πήγαν στο άπειρο προς όλες τις κατευθύνσεις. Εάν ένα διαστημόπλοιο ξεκινούσε προς οποιαδήποτε κατεύθυνση και κινούνταν σε ευθεία γραμμή, το ταξίδι του θα διαρκούσε για πάντα και δεν θα έφτανε ποτέ στα σύνορα. Αυτή η άποψη ανάγεται στους αρχαίους Έλληνες. Τους άρεσε να λένε ότι αν ένας πολεμιστής έριχνε το δόρυ του όλο και πιο μακριά στο διάστημα, δεν θα μπορούσε ποτέ να φτάσει στο τέλος. Αν φανταζόταν ένα τέτοιο τέλος, τότε ο πολεμιστής μπορούσε να σταθεί εκεί και να ρίξει το δόρυ ακόμα πιο μακριά!

Υπάρχει μια σημαντική αντίρρηση σε αυτή την άποψη. Ο Γερμανός αστρονόμος Heinrich Olbers σημείωσε το 1826 ότι εάν ο αριθμός των ήλιων ήταν άπειρος και αυτοί οι ήλιοι κατανεμήθηκαν τυχαία στο διάστημα, τότε μια ευθεία γραμμή που τραβήχτηκε από τη Γη προς οποιαδήποτε κατεύθυνση θα περνούσε τελικά μέσα από κάποιο αστέρι. Αυτό θα σήμαινε ότι ολόκληρος ο νυχτερινός ουρανός θα ήταν μια συνεχής επιφάνεια, που εκπέμπει εκτυφλωτικό αστρικό φως. Γνωρίζουμε ότι αυτό δεν είναι αλήθεια. Κάποια εξήγηση για το σκοτάδι του νυχτερινού ουρανού πρέπει να εφευρεθεί για να εξηγηθεί αυτό που τώρα ονομάζεται παράδοξο του Άλμπερς. Οι περισσότεροι αστρονόμοι του τέλους του δέκατου ένατου και των αρχών του εικοστού αιώνα πίστευαν ότι ο αριθμός των ήλιων ήταν περιορισμένος. Ο γαλαξίας μας, υποστήριξαν, περιέχει όλους τους ήλιους που υπάρχουν. Τι υπάρχει έξω από τον γαλαξία; Τίποτα! (Μόλις στα μέσα της δεκαετίας του '20 αυτού του αιώνα προέκυψαν αδιάψευστα στοιχεία ότι υπήρχαν εκατομμύρια γαλαξίες σε τεράστιες αποστάσεις από τον δικό μας.) Άλλοι αστρονόμοι υπέθεσαν ότι το φως από μακρινά αστέρια μπορούσε να απορροφηθεί από σμήνη διαστρικής σκόνης.

Την πιο ευρηματική εξήγηση έδωσε ο Σουηδός μαθηματικός W. K. Charlier. Οι γαλαξίες, είπε, ομαδοποιούνται σε συσχετισμούς, οι συσχετισμοί σε υπερ-συνειρμούς, οι υπερ-συσχετισμοί σε υπερ-υπερ-συσχετισμούς και ούτω καθεξής επί άπειρον. Σε κάθε στάδιο ενοποίησης, οι αποστάσεις μεταξύ των ομάδων μεγαλώνουν ταχύτερα από τα μεγέθη των ομάδων. Εάν αυτό είναι σωστό, τότε όσο πιο μακριά συνεχίζεται μια ευθεία γραμμή από τον γαλαξία μας, τόσο λιγότερο πιθανό είναι να συναντήσει έναν άλλο γαλαξία. Ταυτόχρονα, αυτή η ιεραρχία των συσχετισμών είναι άπειρη, επομένως μπορούμε ακόμα να πούμε ότι το Σύμπαν περιέχει έναν άπειρο αριθμό αστέρων. Δεν υπάρχει τίποτα κακό με την εξήγηση του Charlier για το παράδοξο Albers, εκτός από το ότι υπάρχει η ακόλουθη απλούστερη εξήγηση.

Το πρώτο μοντέλο του Σύμπαντος, βασισμένο στη θεωρία της σχετικότητας, προτάθηκε από τον ίδιο τον Αϊνστάιν σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε το 1917. Ήταν ένα κομψό και όμορφο μοντέλο, αν και ο Αϊνστάιν αργότερα αναγκάστηκε να το εγκαταλείψει. Έχει ήδη εξηγηθεί παραπάνω ότι τα βαρυτικά πεδία είναι καμπυλότητες της χωροχρονικής δομής που παράγονται από την παρουσία μεγάλων μαζών ύλης. Μέσα σε κάθε γαλαξία, λοιπόν, υπάρχουν πολλές παρόμοιες στροφές και στροφές του χωροχρόνου. Τι γίνεται με τις τεράστιες περιοχές του κενού χώρου μεταξύ των γαλαξιών; Μια άποψη είναι ότι όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση από τους γαλαξίες, τόσο πιο επίπεδος (πιο ευκλείδειος) χώρος γίνεται. Αν το Σύμπαν ήταν ελεύθερο από κάθε ύλη, τότε το διάστημα θα ήταν εντελώς επίπεδο. Ορισμένοι, ωστόσο, πιστεύουν ότι σε αυτή την περίπτωση δεν θα είχε νόημα να πούμε ότι έχει κάποια δομή. Και στις δύο περιπτώσεις, το Σύμπαν του χωροχρόνου εκτείνεται απεριόριστα προς όλες τις κατευθύνσεις.

Ο Αϊνστάιν έκανε μια δελεαστική αντιπροσφορά. Ας υποθέσουμε, είπε, ότι η ποσότητα της ύλης στο σύμπαν είναι αρκετά μεγάλη ώστε να παρέχει μια συνολική θετική καμπυλότητα. Ο χώρος θα έκλεινε τότε στον εαυτό του προς όλες τις κατευθύνσεις. Αυτό δεν μπορεί να γίνει πλήρως κατανοητό χωρίς να εμβαθύνουμε στην τετραδιάστατη μη Ευκλείδεια γεωμετρία, αλλά το νόημα μπορεί να κατανοηθεί αρκετά εύκολα χρησιμοποιώντας ένα δισδιάστατο μοντέλο. Ας φανταστούμε μια επίπεδη χώρα που ονομάζεται Ploskovia, όπου ζουν δισδιάστατα πλάσματα. Θεωρούν ότι η χώρα τους είναι ένα ευκλείδειο επίπεδο που εκτείνεται απεριόριστα προς όλες τις κατευθύνσεις. Είναι αλήθεια ότι οι ήλιοι της Πλοσκόβιας προκαλούν την εμφάνιση διαφόρων εξογκωμάτων σε αυτό το επίπεδο, αλλά αυτά είναι τοπικά εξογκώματα που δεν επηρεάζουν τη συνολική ομαλότητα. Υπάρχει, ωστόσο, μια άλλη πιθανότητα που μπορούν να φανταστούν οι αστρονόμοι σε αυτή τη χώρα. Ίσως κάθε τοπική κυρτότητα να παράγει μια ελαφρά καμπυλότητα ολόκληρου του επιπέδου με τέτοιο τρόπο ώστε η συνολική δράση όλων των ήλιων να οδηγήσει στην παραμόρφωση αυτού του επιπέδου σε κάτι παρόμοιο με την επιφάνεια μιας άμορφης σφαίρας. Ωστόσο, μια τέτοια επιφάνεια θα ήταν απεριόριστη με την έννοια ότι θα μπορούσατε να κινείστε προς οποιαδήποτε κατεύθυνση για πάντα και να μην φτάσετε ποτέ στο όριο. Ένας πολεμιστής της Πλοσκόβιας δεν μπορούσε να βρει ένα μέρος πέρα ​​από το οποίο δεν θα είχε πού να πετάξει το επίπεδο δόρυ του. Ωστόσο, η επιφάνεια της χώρας θα ήταν πεπερασμένη. Ένας ταξιδιώτης που ταξίδευε σε «ευθεία γραμμή» για αρκετό καιρό θα επέστρεφε τελικά από εκεί που ξεκίνησε.

Οι μαθηματικοί λένε ότι μια τέτοια επιφάνεια είναι «κλειστή». Δεν είναι, φυσικά, απεριόριστο. Όπως ο άπειρος ευκλείδειος χώρος, το κέντρο του είναι παντού, η περιφέρεια δεν υπάρχει. Αυτή η «κλειστότητα», μια τοπολογική ιδιότητα μιας τέτοιας επιφάνειας, μπορεί εύκολα να επαληθευτεί από τους κατοίκους αυτής της χώρας. Ένα κριτήριο έχει ήδη αναφερθεί: κίνηση γύρω από τη σφαίρα προς όλες τις κατευθύνσεις. Ένας άλλος τρόπος ελέγχου θα ήταν να βάψετε αυτή την επιφάνεια. Εάν ένας κάτοικος αυτής της χώρας, ξεκινώντας από ένα συγκεκριμένο μέρος, άρχιζε να σχεδιάζει όλο και μεγαλύτερους κύκλους, τελικά θα έκλεινε τον εαυτό του μέσα σε ένα σημείο στην απέναντι πλευρά της σφαίρας. Αν όμως αυτή η σφαίρα είναι μεγάλη και οι κάτοικοι καταλαμβάνουν ένα μικρό μέρος της, δεν θα μπορούν να κάνουν τέτοιους τοπολογικούς ελέγχους.

Ο Αϊνστάιν πρότεινε ότι ο χώρος μας είναι η τρισδιάστατη «επιφάνεια» μιας τεράστιας υπερσφαίρας (τετραδιάστατη σφαίρα). Ο χρόνος στο μοντέλο του παραμένει ακατέργαστος. είναι μια άμεση συντεταγμένη που εκτείνεται άπειρα πίσω στο παρελθόν και επεκτείνεται άπειρα προς τα εμπρός στο μέλλον. Εάν αυτό το μοντέλο θεωρηθεί ως μια τετραδιάστατη χωροχρονική δομή, μοιάζει περισσότερο με έναν υπερκύλινδρο παρά με μια υπερσφαίρα. Για το λόγο αυτό, ένα τέτοιο μοντέλο συνήθως ονομάζεται μοντέλο «κυλινδρικού σύμπαντος». Σε κάθε δεδομένη στιγμή, βλέπουμε το χώρο ως ένα είδος τρισδιάστατης διατομής ενός υπερκύλινδρου. Κάθε διατομή αντιπροσωπεύει την επιφάνεια μιας υπερσφαίρας.

Ο Γαλαξίας μας καταλαμβάνει μόνο ένα μικρό μέρος αυτής της επιφάνειας, επομένως δεν είναι ακόμη δυνατό να πραγματοποιηθεί ένα τοπολογικό πείραμα που θα αποδείκνυε την κλειστότητά του. Αλλά υπάρχει μια θεμελιώδης πιθανότητα να αποδειχθεί το κλείσιμο. Τοποθετώντας ένα αρκετά ισχυρό τηλεσκόπιο προς μία κατεύθυνση, μπορείτε να το εστιάσετε σε έναν συγκεκριμένο γαλαξία και, στη συνέχεια, στρέφοντας το τηλεσκόπιο προς την αντίθετη κατεύθυνση, δείτε την μακρινή πλευρά του ίδιου γαλαξία. Εάν υπήρχαν διαστημόπλοια με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός, θα μπορούσαν να κυκλώσουν το Σύμπαν, κινούμενοι προς οποιαδήποτε κατεύθυνση στην ευθύτερη δυνατή γραμμή.

Το Σύμπαν δεν μπορεί να «χρωματιστεί» με την κυριολεκτική έννοια της λέξης, αλλά ουσιαστικά το ίδιο μπορεί να γίνει δημιουργώντας σφαιρικούς χάρτες του Σύμπαντος ολοένα και μεγαλύτερων μεγεθών. Εάν ο χαρτογράφος το κάνει αυτό για αρκετό καιρό, μπορεί να διαπιστώσει ότι βρίσκεται μέσα στη σφαίρα που χαρτογραφεί. Αυτή η σφαίρα θα γίνεται όλο και μικρότερη όσο συνεχίζει την ενασχόλησή του, όπως ο κύκλος που γίνεται μικρότερος όταν ένας Πλοσκόβιος εγκλωβίζεται σε ένα σημείο.

Από ορισμένες απόψεις, το μη ευκλείδειο μοντέλο του Αϊνστάιν είναι απλούστερο από το κλασικό μοντέλο, στο οποίο ο χώρος δεν είναι καμπύλος. Είναι απλούστερο με την ίδια έννοια κατά την οποία ένας κύκλος μπορεί να ειπωθεί ότι είναι απλούστερος από μια ευθεία γραμμή. Μια ευθεία γραμμή εκτείνεται στο άπειρο και στις δύο κατευθύνσεις, και το άπειρο στα μαθηματικά είναι πολύ δύσκολο πράγμα! Η ευκολία ενός κύκλου είναι ότι είναι περιορισμένος. Δεν έχει άκρα, κανείς δεν χρειάζεται να ανησυχεί για το τι θα γίνει με αυτή τη γραμμή στο άπειρο. Σε ένα τακτοποιημένο Σύμπαν του Αϊνστάιν, κανείς δεν χρειάζεται να ανησυχεί για όλα τα χαλαρά άκρα στο άπειρο, αυτό που οι κοσμολόγοι θέλουν να αποκαλούν «οριακές συνθήκες». Στο άνετο σύμπαν του Αϊνστάιν δεν υπάρχουν προβλήματα συνόρων γιατί δεν έχει όρια.

Άλλα κοσμολογικά μοντέλα, πλήρως συνεπή με τη γενική σχετικότητα, συζητήθηκαν στη δεκαετία του '20. Μερικά από αυτά έχουν ιδιότητες ακόμη πιο ασυνήθιστες από το κυλινδρικό Σύμπαν του Αϊνστάιν. Ο Ολλανδός αστρονόμος Billem de Sitter ανέπτυξε ένα μοντέλο ενός κλειστού, περιορισμένου Σύμπαντος στο οποίο ο χρόνος καμπυλώνεται με τον ίδιο τρόπο όπως ο χώρος. Όσο περισσότερο κοιτάτε μέσα από το χώρο de Sitter, τόσο πιο αργά φαίνεται να κινείται το ρολόι. Αν κοιτάξετε αρκετά μακριά, μπορείτε να δείτε περιοχές όπου ο χρόνος έχει σταματήσει τελείως, «όπως σε ένα πάρτι τσαγιού στο τρελό Shlyapochkin's», γράφει ο Eddington, «όπου είναι πάντα έξι η ώρα το βράδυ».

«Δεν χρειάζεται να πιστεύουμε ότι υπάρχει κάποιο είδος ορίου», εξηγεί ο Bertrand Russell στο «The ABCs of Relativity». «Οι άνθρωποι που ζουν στη χώρα, την οποία ο παρατηρητής μας θεωρεί τη χώρα των λοφοφάγων, ζουν ακριβώς στην ίδια φασαρία με τον ίδιο τον παρατηρητή, και τους φαίνεται ότι ο ίδιος είναι παγωμένος στην αιώνια ησυχία. Στην πραγματικότητα, ποτέ δεν θα ξέρατε για αυτή τη χώρα των λοβοβοθρών, αφού θα χρειαζόταν άπειρος χρόνος για να φτάσει το φως από αυτήν. Θα μπορούσατε να μάθετε για μέρη που βρίσκονται όχι μακριά από αυτό, αλλά το ίδιο θα έμενε πάντα πίσω από τον ορίζοντα». Φυσικά, αν ταξιδεύατε σε αυτή την περιοχή με διαστημόπλοιο, κρατώντας την υπό συνεχή παρατήρηση με τηλεσκόπιο, θα βλέπατε ότι το πέρασμα του χρόνου εκεί επιταχύνεται σιγά σιγά καθώς την πλησιάζετε. Όταν φτάσετε εκεί, όλα θα κινηθούν με κανονική ταχύτητα. Η χώρα των λαθροφάγων θα βρίσκεται τώρα στην άκρη ενός νέου ορίζοντα.

Έχετε παρατηρήσει ότι όταν ένα αεροπλάνο πετάει χαμηλά από πάνω σας και απογειώνεται απότομα, το ύψος του ήχου από τους κινητήρες του μειώνεται αμέσως ελαφρώς; Αυτό ονομάζεται φαινόμενο Doppler, που πήρε το όνομά του από τον Αυστριακό φυσικό Christian Johann Doppler, ο οποίος ανακάλυψε το φαινόμενο στα μέσα του δέκατου ένατου αιώνα. Είναι εύκολο να εξηγηθεί. Όταν ένα αεροπλάνο πλησιάζει, τα ηχητικά κύματα από τους κινητήρες του δονούν το τύμπανο του αυτιού σας πιο συχνά από ό,τι αν το αεροπλάνο ήταν ακίνητο. Αυτό αυξάνει το ύψος του ήχου. Καθώς το αεροπλάνο απομακρύνεται, οι κραδασμοί που νιώθουν τα αυτιά σας από τις ηχητικές δονήσεις είναι λιγότερο συχνοί. Ο ήχος μειώνεται.

Απολύτως το ίδιο συμβαίνει όταν μια πηγή φωτός κινείται γρήγορα προς ή μακριά από εσάς.Σε αυτή την περίπτωση, η ταχύτητα του φωτός (που είναι πάντα σταθερή), αλλά όχι το μήκος κύματός του, θα πρέπει να παραμείνει αμετάβλητη. Εάν εσείς και μια πηγή φωτός μετακινηθείτε ο ένας προς τον άλλο, το φαινόμενο Doppler μειώνει το μήκος κύματος του φωτός, μετατοπίζοντας το χρώμα προς το ιώδες άκρο του φάσματος. Εάν εσείς και η πηγή φωτός απομακρύνεστε ο ένας από τον άλλο, το φαινόμενο Doppler προκαλεί παρόμοια μετατόπιση προς το κόκκινο άκρο του φάσματος.

Σε μια από τις διαλέξεις του, ο Georgy Gamow είπε μια ιστορία (αναμφίβολα ανέκδοτη) για το φαινόμενο Doppler, η οποία είναι πολύ καλή για να μην αναφέρεται εδώ. Αυτό φαίνεται να συνέβη στον διάσημο Αμερικανό φυσικό από το Πανεπιστήμιο Τζονς Χόπκινς, Ρόμπερτ Γουντ, ο οποίος κρατήθηκε στη Βαλτιμόρη επειδή πέρασε κόκκινο φανάρι. Μπροστά στον κριτή, ο Wood εξήγησε έξοχα, χρησιμοποιώντας το φαινόμενο Doppler, ότι η υψηλή του ταχύτητα είχε προκαλέσει το κόκκινο φως να μετατοπιστεί στο ιώδες άκρο του φάσματος, με αποτέλεσμα να το αντιληφθεί ως πράσινο. Ο δικαστής είχε την τάση να αθωώσει τον Γουντ, αλλά ένας από τους μαθητές του Γουντ, τον οποίο ο Γουντ είχε πρόσφατα αποτύχει, συνέβη στη δίκη. Υπολόγισε γρήγορα την ταχύτητα που απαιτείται για να γίνει το φανάρι από κόκκινο σε πράσινο. Ο δικαστής απέρριψε την αρχική κατηγορία και επέβαλε πρόστιμο στον Γουντ για υπερβολική ταχύτητα.

Ο Ντόπλερ σκέφτηκε ότι το φαινόμενο που ανακάλυψε εξηγούσε το φαινομενικό χρώμα των μακρινών αστεριών: τα κοκκινωπά αστέρια πρέπει να απομακρύνονται από τη Γη, τα μπλε αστέρια - προς τη Γη. Όπως αποδείχθηκε, αυτό δεν συνέβη (αυτά τα χρώματα εξηγήθηκαν από άλλους λόγους). στη δεκαετία του 20 του αιώνα μας ανακαλύφθηκε ότι το φως από μακρινούς γαλαξίες παρουσιάζει μια καθαρή κόκκινη μετατόπιση, η οποία δεν μπορεί να εξηγηθεί πειστικά παρά μόνο με την υπόθεση ότι αυτοί οι γαλαξίες κινούνται από τη Γη. Επιπλέον, αυτή η μετατόπιση αυξάνεται κατά μέσο όρο ανάλογα με την απόσταση από τον γαλαξία στη Γη. Εάν ο γαλαξίας Α είναι δύο φορές πιο μακριά από τον γαλαξία Β, τότε η ερυθρή μετατόπιση από το Α είναι περίπου διπλάσια από την ερυθρότητα από τον Β. Σύμφωνα με τον Άγγλο αστρονόμο Fred Hoyle, η ερυθρή μετατόπιση για τη συσχέτιση των γαλαξιών στον αστερισμό της Ύδρας δείχνει ότι αυτή η συσχέτιση είναι απομακρύνεται από τη Γη με τεράστια ταχύτητα περίπου 61.000 km/sec.

Έχουν γίνει διάφορες προσπάθειες για να εξηγηθεί η μετατόπιση του κόκκινου με κάποια άλλη μέθοδο εκτός από το φαινόμενο Doppler. Σύμφωνα με τη θεωρία της «ελαφριάς κόπωσης», όσο περισσότερο το φως ταξιδεύει, τόσο μικρότερη είναι η συχνότητα ταλάντωσής του. (Αυτό είναι ένα τέλειο παράδειγμα υπόθεσης ad hoc, δηλαδή μια υπόθεση που σχετίζεται μόνο με αυτό το συγκεκριμένο φαινόμενο, αφού δεν υπάρχουν άλλα στοιχεία υπέρ του.) Μια άλλη εξήγηση είναι ότι το πέρασμα του φωτός μέσω της κοσμικής σκόνης οδηγεί στην εμφάνιση μιας μετατόπισης. Στο μοντέλο του de Sitter, αυτή η μετατόπιση προκύπτει σαφώς από την καμπυλότητα του χρόνου.

Αλλά η απλούστερη εξήγηση, αυτή που ταιριάζει καλύτερα με άλλα γνωστά γεγονότα, είναι ότι η μετατόπιση προς το κόκκινο δείχνει την πραγματική κίνηση των γαλαξιών. Με βάση αυτή την υπόθεση, σύντομα αναπτύχθηκε μια νέα σειρά μοντέλων «διαστελλόμενου σύμπαντος».

Ωστόσο, αυτή η επέκταση δεν σημαίνει ότι οι ίδιοι οι γαλαξίες διαστέλλονται ή ότι (όπως πιστεύεται τώρα) οι αποστάσεις μεταξύ των γαλαξιών σε συσχετισμούς γαλαξιών αυξάνονται. Προφανώς, αυτή η επέκταση συνεπάγεται αύξηση των αποστάσεων μεταξύ των συσχετισμών. Φανταστείτε μια γιγάντια μπάλα ζύμης διάσπαρτη με αρκετές εκατοντάδες σταφίδες. Κάθε σταφίδα αντιπροσωπεύει μια ένωση γαλαξιών. Εάν αυτή η ζύμη τοποθετηθεί στο φούρνο, διογκώνεται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις, αλλά το μέγεθος της σταφίδας παραμένει το ίδιο. Η απόσταση μεταξύ των σταφίδων αυξάνεται. Κανένα από τα κύρια σημεία δεν μπορεί να ονομαστεί το κέντρο της επέκτασης. Από την άποψη οποιασδήποτε μεμονωμένης σταφίδας, όλες οι άλλες σταφίδες φαίνεται να απομακρύνονται από αυτήν.

Όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση από τη σταφίδα, τόσο μεγαλύτερη είναι η φαινομενική ταχύτητα αφαίρεσής της.

Το μοντέλο του Αϊνστάιν για το Σύμπαν είναι στατικό. Αυτό συμβαίνει γιατί ανέπτυξε αυτό το μοντέλο πριν οι αστρονόμοι ανακαλύψουν τη διαστολή του Σύμπαντος. Για να αποτρέψει τη συστολή του Σύμπαντος από βαρυτικές δυνάμεις και τον θάνατό του, ο Αϊνστάιν αναγκάστηκε να υποθέσει στο μοντέλο του ότι υπήρχε μια άλλη δύναμη (την εισήγαγε στο μοντέλο χρησιμοποιώντας τη λεγόμενη «κοσμολογική σταθερά»), ο ρόλος της οποίας είναι να απωθούν και να κρατούν αστέρια σε μια ορισμένη απόσταση μεταξύ τους.

Οι υπολογισμοί που έγιναν αργότερα έδειξαν ότι το μοντέλο του Αϊνστάιν ήταν ασταθές, σαν ένα νόμισμα που στέκεται στην άκρη του. Η παραμικρή ώθηση θα το κάνει να πέσει είτε στην μπροστινή είτε στην πίσω πλευρά, η πρώτη αντιστοιχεί στο διαστελλόμενο Σύμπαν και η δεύτερη στο σύμπαν που συστέλλεται. Η ανακάλυψη της ερυθρής μετατόπισης έδειξε ότι το Σύμπαν σε καμία περίπτωση δεν συστέλλεται. οι κοσμολόγοι στράφηκαν σε μοντέλα ενός διαστελλόμενου σύμπαντος.

Κατασκευάστηκαν όλα τα είδη μοντέλων του διαστελλόμενου Σύμπαντος. Ο Σοβιετικός επιστήμονας Alexander Friedman και ο Βέλγος ηγούμενος Georges Lemaitre ανέπτυξαν τα δύο πιο διάσημα μοντέλα. Σε ορισμένα από αυτά τα μοντέλα, ο χώρος θεωρείται ότι είναι κλειστός (θετική καμπυλότητα), σε άλλα - ανοιχτός (αρνητική καμπυλότητα), σε άλλα, το ερώτημα εάν ο χώρος είναι κλειστός παραμένει ανοιχτό.

Ένα από τα μοντέλα προτάθηκε από τον Eddington, ο οποίος το περιέγραψε σε ένα συναρπαστικό βιβλίο, The Expanding Universe. Το μοντέλο του είναι ουσιαστικά πολύ παρόμοιο με αυτό του Αϊνστάιν· είναι κλειστό, σαν μια τεράστια τετραδιάστατη μπάλα, και επεκτείνεται ομοιόμορφα και στις τρεις χωρικές του διαστάσεις. Προς το παρόν, ωστόσο, οι αστρονόμοι δεν είναι σίγουροι ότι το διάστημα είναι κλειστό στον εαυτό του. Προφανώς, η πυκνότητα της ύλης στο διάστημα δεν είναι αρκετή για να οδηγήσει σε θετική καμπυλότητα. Οι αστρονόμοι προτιμούν ένα ανοιχτό ή άπειρο Σύμπαν με συνολική αρνητική καμπυλότητα, που μοιάζει με την επιφάνεια μιας σέλας.

Ο αναγνώστης δεν πρέπει να πιστεύει ότι αν η επιφάνεια μιας σφαίρας έχει θετική καμπυλότητα, τότε από το εσωτερικό αυτή η επιφάνεια θα έχει αρνητική καμπυλότητα. Η καμπυλότητα μιας σφαιρικής επιφάνειας είναι θετική ανεξάρτητα από το από ποια πλευρά την κοιτάς - από έξω ή από μέσα. Η αρνητική καμπυλότητα της επιφάνειας του καθίσματος προκαλείται από το γεγονός ότι σε οποιοδήποτε σημείο αυτή η επιφάνεια καμπυλώνεται διαφορετικά. Είναι κοίλο αν μετακινείτε το χέρι σας κατά μήκος του από πίσω προς τα εμπρός και κυρτό εάν μετακινείτε το χέρι σας από τη μια άκρη στην άλλη. Η μία καμπυλότητα εκφράζεται ως θετικός αριθμός, ενώ η άλλη εκφράζεται ως αρνητικός αριθμός. Για να λάβετε την καμπυλότητα αυτής της επιφάνειας σε ένα δεδομένο σημείο, αυτοί οι δύο αριθμοί πρέπει να πολλαπλασιαστούν. Εάν αυτός ο αριθμός είναι αρνητικός σε όλα τα σημεία, όπως θα έπρεπε να είναι όταν η επιφάνεια καμπυλώνεται διαφορετικά σε οποιοδήποτε σημείο, τότε αυτή η επιφάνεια λέγεται ότι έχει αρνητική καμπυλότητα. Η επιφάνεια που περιβάλλει μια τρύπα σε έναν τόρο (ντόνατ) είναι ένα άλλο πολύ γνωστό παράδειγμα επιφάνειας αρνητικής καμπυλότητας. Φυσικά, τέτοιες επιφάνειες είναι μόνο πρόχειρα μοντέλα τρισδιάστατου χώρου αρνητικής καμπυλότητας.

Ίσως, με την εμφάνιση πιο ισχυρών τηλεσκοπίων, θα είναι δυνατό να λυθεί το ερώτημα εάν η καμπυλότητα του Σύμπαντος είναι θετική, αρνητική ή ίση με το μηδέν. Το τηλεσκόπιο σάς επιτρέπει να βλέπετε γαλαξίες μόνο σε συγκεκριμένο σφαιρικό όγκο. Εάν οι γαλαξίες κατανέμονται τυχαία και εάν ο χώρος είναι Ευκλείδειος (μηδενική καμπυλότητα), ο αριθμός των γαλαξιών μέσα σε μια τέτοια σφαίρα θα πρέπει πάντα να είναι ανάλογος με τον κύβο της ακτίνας αυτής της σφαίρας. Με άλλα λόγια, εάν κατασκευάσετε ένα τηλεσκόπιο που μπορεί να φαίνεται διπλάσιο από οποιοδήποτε προηγούμενο τηλεσκόπιο, τότε ο αριθμός των ορατών γαλαξιών θα πρέπει να αυξηθεί με nπριν 8n. Εάν αυτό το άλμα αποδειχθεί μικρότερο, θα σημαίνει ότι η καμπυλότητα του Σύμπαντος είναι θετική, εάν είναι μεγαλύτερη, θα είναι αρνητική.

Μπορεί να πιστεύετε ότι θα έπρεπε να είναι το αντίστροφο, αλλά σκεφτείτε την περίπτωση των δισδιάστατων επιφανειών με θετική και αρνητική καμπυλότητα. Ας υποθέσουμε ότι ένας κύκλος κόβεται από ένα επίπεδο φύλλο καουτσούκ.

Οι σταφίδες είναι κολλημένες σε αποστάσεις μισού εκατοστού η μία από την άλλη. Για να δώσει σε αυτό το καουτσούκ το σχήμα μιας σφαιρικής επιφάνειας, πρέπει να συμπιεστεί και πολλές από τις σταφίδες θα ενωθούν. Με άλλα λόγια, εάν σε μια σφαιρική επιφάνεια οι σταφίδες πρέπει να μείνουν μισό εκατοστό μεταξύ τους, τότε θα χρειαστούν λιγότερες σταφίδες. Εάν εφαρμοστεί καουτσούκ στην επιφάνεια της σέλας, τότε οι σταφίδες θα απομακρυνθούν σε μεγαλύτερες αποστάσεις, δηλαδή, για να διατηρηθεί η απόσταση μισού εκατοστού μεταξύ των σταφίδων στην επιφάνεια της σέλας, θα απαιτηθούν περισσότερες σταφίδες. Το ηθικό δίδαγμα όλων αυτών μπορεί να τεθεί με χιουμοριστικό τρόπο: όταν αγοράζετε ένα μπουκάλι μπύρα, φροντίστε να πείτε στον πωλητή ότι θέλετε ένα μπουκάλι να περιέχει χώρο κυρτό αρνητικά και όχι θετικά;

Τα μοντέλα του διαστελλόμενου Σύμπαντος δεν απαιτούν την κοσμολογική σταθερά του Αϊνστάιν, η οποία οδηγεί στην υποθετική απώθηση των άστρων.

(Ο Αϊνστάιν αργότερα θεώρησε την έννοια της κοσμολογικής σταθεράς ως το μεγαλύτερο λάθος που είχε κάνει ποτέ.) Με την εμφάνιση αυτών των μοντέλων, το ζήτημα του παραδόξου του Άλμπερς σχετικά με τη φωτεινότητα του νυχτερινού ουρανού έγινε αμέσως πιο ξεκάθαρο. Το στατικό μοντέλο του Αϊνστάιν βοήθησε ελάχιστα από αυτή την άποψη. Είναι αλήθεια ότι περιέχει μόνο έναν πεπερασμένο αριθμό ήλιων, αλλά λόγω του κλειστού χώρου στο μοντέλο, το φως από αυτούς τους ήλιους αναγκάζεται να περιστρέφεται για πάντα γύρω από το Σύμπαν, κάμπτοντας την τροχιά του σύμφωνα με τις τοπικές καμπυλότητες του χωροχρόνου. Το αποτέλεσμα είναι ότι ο νυχτερινός ουρανός φωτίζεται τόσο έντονα όσο θα ήταν αν υπήρχε άπειρος αριθμός ήλιων, εκτός αν υποθέσουμε ότι το Σύμπαν είναι τόσο νέο που το φως θα μπορούσε να κάνει μόνο έναν περιορισμένο αριθμό κυκλικών τροχιών.

Η ιδέα ενός διαστελλόμενου σύμπαντος εξαλείφει αυτό το παράδοξο πολύ απλά. Εάν οι μακρινοί γαλαξίες απομακρύνονται από τη Γη με ταχύτητες ανάλογες με τις αποστάσεις τους, τότε η συνολική ποσότητα φωτός που φτάνει στη Γη θα πρέπει να μειωθεί. Εάν κάποιος γαλαξίας είναι αρκετά μακριά, η ταχύτητά του μπορεί να υπερβεί την ταχύτητα του φωτός, τότε το φως από αυτόν δεν θα φτάσει ποτέ σε εμάς καθόλου. Τώρα πολλοί αστρονόμοι πιστεύουν σοβαρά ότι αν το Σύμπαν δεν διαστέλλεται, τότε δεν θα υπήρχε κυριολεκτικά καμία διαφορά μεταξύ νύχτας και ημέρας.

Το γεγονός ότι η ταχύτητα των μακρινών γαλαξιών σε σχέση με τη Γη μπορεί να υπερβεί την ταχύτητα του φωτός φαίνεται να αποτελεί παραβίαση της αρχής ότι κανένα υλικό σώμα δεν μπορεί να κινηθεί ταχύτερα από το φως. Όμως, όπως είδαμε στο Κεφ. 4, η διάταξη αυτή ισχύει μόνο υπό συνθήκες που πληρούν τις απαιτήσεις της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας. Στη γενική σχετικότητα, θα πρέπει να αναδιατυπωθεί ως εξής: κανένα σήμα δεν μπορεί να μεταδοθεί ταχύτερα από το φως. Αλλά ένα σημαντικό ερώτημα παραμένει αμφιλεγόμενο: εάν οι μακρινοί γαλαξίες μπορούν πραγματικά να ξεπεράσουν το φράγμα του φωτός και, να γίνουν αόρατοι, να εξαφανιστούν για πάντα από το οπτικό πεδίο ενός ατόμου, ακόμα κι αν έχει τα πιο ισχυρά τηλεσκόπια που μπορεί κανείς να φανταστεί. Μερικοί ειδικοί πιστεύουν ότι η ταχύτητα του φωτός είναι πραγματικά το όριο και ότι οι πιο μακρινοί γαλαξίες θα γίνουν απλώς πιο αμυδρότεροι, χωρίς να γίνουν ποτέ εντελώς αόρατοι (με την προϋπόθεση, φυσικά, ότι οι άνθρωποι έχουν αρκετά ευαίσθητα όργανα για να τους παρατηρήσουν).

Οι παλιοί γαλαξίες, όπως σημείωσε κάποιος κάποτε, δεν πεθαίνουν ποτέ. Απλώς εξαφανίζονται σταδιακά. Είναι σημαντικό να καταλάβουμε, ωστόσο, ότι κανένας γαλαξίας δεν εξαφανίζεται με την έννοια ότι η ύλη του εξαφανίζεται από το Σύμπαν. Απλώς φτάνει σε τέτοια ταχύτητα που καθίσταται αδύνατο ή σχεδόν αδύνατο να το ανιχνεύσει με τηλεσκόπια στη Γη. Ένας γαλαξίας που εξαφανίζεται συνεχίζει να είναι ορατός από όλους τους γαλαξίες που βρίσκονται πιο κοντά του. Κάθε γαλαξίας έχει έναν «οπτικό ορίζοντα», ένα σφαιρικό όριο πέρα ​​από το οποίο τα τηλεσκόπια του δεν μπορούν να διεισδύσουν. Αυτοί οι σφαιρικοί ορίζοντες δεν συμπίπτουν για κανέναν δύο γαλαξίες. Οι αστρονόμοι έχουν υπολογίσει ότι το σημείο στο οποίο οι γαλαξίες θα αρχίσουν να εξαφανίζονται από το "οπτικό πεδίο" μας είναι περίπου διπλάσιο από την εμβέλεια οποιουδήποτε σύγχρονου οπτικού τηλεσκοπίου. Εάν αυτή η υπόθεση είναι σωστή, τότε περίπου το ένα όγδοο όλων των γαλαξιών που κάποια μέρα θα είναι παρατηρήσιμοι είναι πλέον ορατοί.

Εάν το Σύμπαν διαστέλλεται (δεν έχει σημασία αν ο χώρος είναι επίπεδος, ανοιχτός ή κλειστός), τότε προκύπτει αυτό το δύσκολο ερώτημα. Πώς ήταν το Σύμπαν πριν; Υπάρχουν δύο διαφορετικοί τρόποι απάντησης σε αυτό το ερώτημα, δύο σύγχρονα μοντέλα του Σύμπαντος. Και τα δύο μοντέλα συζητούνται στο επόμενο κεφάλαιο.

Σημειώσεις:

χαρακτήρας του βιβλίου Λιούις Κζρόλ"Η Αλίκη στη χώρα των θαυμάτων". - Σημείωση μετάφραση.

Μια χώρα της αφθονίας και της αδράνειας, δείτε την Οδύσσεια. - Σημείωση μετάφραση.

Γνωρίζατε ότι το Σύμπαν που παρατηρούμε έχει αρκετά καθορισμένα όρια; Έχουμε συνηθίσει να συνδέουμε το Σύμπαν με κάτι άπειρο και ακατανόητο. Ωστόσο, η σύγχρονη επιστήμη, όταν ρωτήθηκε για το «άπειρο» του Σύμπαντος, προσφέρει μια εντελώς διαφορετική απάντηση σε ένα τόσο «προφανές» ερώτημα.

Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, το μέγεθος του παρατηρήσιμου Σύμπαντος είναι περίπου 45,7 δισεκατομμύρια έτη φωτός (ή 14,6 gigaparsecs). Τι σημαίνουν όμως αυτοί οι αριθμοί;

Το πρώτο ερώτημα που έρχεται στο μυαλό ενός απλού ανθρώπου είναι πώς μπορεί το Σύμπαν να μην είναι άπειρο; Φαίνεται ότι είναι αδιαμφισβήτητο ότι το δοχείο όλων όσων υπάρχουν γύρω μας δεν πρέπει να έχει όρια. Αν υπάρχουν αυτά τα όρια, ποια ακριβώς είναι;

Ας πούμε ότι κάποιος αστροναύτης φτάνει στα όρια του Σύμπαντος. Τι θα δει μπροστά του; Στερεός τοίχος; Πυροφράγμα; Και τι κρύβεται πίσω από αυτό - κενό; Άλλο Σύμπαν; Μπορεί όμως το κενό ή ένα άλλο Σύμπαν να σημαίνει ότι βρισκόμαστε στα σύνορα του σύμπαντος; Άλλωστε, αυτό δεν σημαίνει ότι δεν υπάρχει «τίποτα» εκεί. Το κενό και ένα άλλο Σύμπαν είναι επίσης «κάτι». Αλλά το Σύμπαν είναι κάτι που περιέχει απολύτως τα πάντα «κάτι».

Φτάνουμε σε μια απόλυτη αντίφαση. Αποδεικνύεται ότι το όριο του Σύμπαντος πρέπει να μας κρύβει κάτι που δεν θα έπρεπε να υπάρχει. Ή το όριο του Σύμπαντος θα πρέπει να αποκλείει το «όλα» από το «κάτι», αλλά αυτό το «κάτι» θα πρέπει επίσης να είναι μέρος του «όλα». Γενικά, πλήρης παραλογισμός. Τότε πώς μπορούν οι επιστήμονες να δηλώσουν το περιοριστικό μέγεθος, τη μάζα και ακόμη και την ηλικία του Σύμπαντος μας; Αυτές οι τιμές, αν και αφάνταστα μεγάλες, εξακολουθούν να είναι πεπερασμένες. Διαφωνεί η επιστήμη με το προφανές; Για να το καταλάβουμε αυτό, ας εντοπίσουμε πρώτα πώς οι άνθρωποι έφτασαν στη σύγχρονη κατανόησή μας για το Σύμπαν.

Διεύρυνση των ορίων

Από αμνημονεύτων χρόνων, οι άνθρωποι ενδιαφέρονται για το πώς είναι ο κόσμος γύρω τους. Δεν χρειάζεται να δώσουμε παραδείγματα για τους τρεις πυλώνες και άλλες προσπάθειες των αρχαίων να εξηγήσουν το σύμπαν. Κατά κανόνα, στο τέλος όλα κατέληξαν στο γεγονός ότι η βάση όλων των πραγμάτων είναι η επιφάνεια της γης. Ακόμη και στην εποχή της αρχαιότητας και του Μεσαίωνα, όταν οι αστρονόμοι είχαν εκτενή γνώση των νόμων της κίνησης των πλανητών κατά μήκος της «σταθερής» ουράνιας σφαίρας, η Γη παρέμεινε το κέντρο του Σύμπαντος.

Φυσικά, ακόμη και στην Αρχαία Ελλάδα υπήρχαν εκείνοι που πίστευαν ότι η Γη περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο. Υπήρχαν εκείνοι που μίλησαν για τους πολλούς κόσμους και το άπειρο του Σύμπαντος. Αλλά εποικοδομητικές δικαιολογίες για αυτές τις θεωρίες προέκυψαν μόνο στο γύρισμα της επιστημονικής επανάστασης.

Τον 16ο αιώνα, ο Πολωνός αστρονόμος Νικόλαος Κοπέρνικος έκανε την πρώτη σημαντική ανακάλυψη στη γνώση του Σύμπαντος. Απέδειξε σταθερά ότι η Γη είναι μόνο ένας από τους πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από τον Ήλιο. Ένα τέτοιο σύστημα απλοποίησε πολύ την εξήγηση μιας τόσο περίπλοκης και περίπλοκης κίνησης πλανητών στην ουράνια σφαίρα. Στην περίπτωση μιας ακίνητης Γης, οι αστρονόμοι έπρεπε να βρουν κάθε είδους έξυπνες θεωρίες για να εξηγήσουν αυτή τη συμπεριφορά των πλανητών. Από την άλλη πλευρά, εάν η Γη γίνει αποδεκτή ως κινούμενη, τότε μια εξήγηση για τέτοιες περίπλοκες κινήσεις έρχεται φυσικά. Έτσι, ένα νέο παράδειγμα που ονομάζεται «ηλιοκεντρισμός» επικράτησε στην αστρονομία.

Πολλοί Ήλιοι

Ωστόσο, ακόμη και μετά από αυτό, οι αστρονόμοι συνέχισαν να περιορίζουν το Σύμπαν στη «σφαίρα των σταθερών αστεριών». Μέχρι τον 19ο αιώνα, δεν ήταν σε θέση να υπολογίσουν την απόσταση από τα αστέρια. Για αρκετούς αιώνες, οι αστρονόμοι προσπάθησαν χωρίς αποτέλεσμα να ανιχνεύσουν αποκλίσεις στη θέση των άστρων σε σχέση με την τροχιακή κίνηση της Γης (ετήσιες παράλλαξεις). Τα όργανα εκείνης της εποχής δεν επέτρεπαν τόσο ακριβείς μετρήσεις.

Τελικά, το 1837, ο Ρωσογερμανός αστρονόμος Vasily Struve μέτρησε την παράλλαξη. Αυτό σηματοδότησε ένα νέο βήμα στην κατανόηση της κλίμακας του διαστήματος. Τώρα οι επιστήμονες θα μπορούσαν να πουν με ασφάλεια ότι τα αστέρια είναι μακρινές ομοιότητες με τον Ήλιο. Και το δικό μας φωτιστικό δεν είναι πλέον το κέντρο των πάντων, αλλά ένας ισότιμος «κάτοικος» ενός ατελείωτου αστρικού σμήνος.

Οι αστρονόμοι έχουν έρθει ακόμη πιο κοντά στην κατανόηση της κλίμακας του Σύμπαντος, επειδή οι αποστάσεις από τα αστέρια αποδείχθηκαν πραγματικά τερατώδεις. Ακόμη και το μέγεθος των τροχιών των πλανητών φαινόταν ασήμαντο σε σύγκριση. Στη συνέχεια ήταν απαραίτητο να καταλάβουμε πώς συγκεντρώνονται τα αστέρια στο .

Πολλοί Milky Ways

Ο διάσημος φιλόσοφος Immanuel Kant προέβλεψε τα θεμέλια της σύγχρονης κατανόησης της μεγάλης κλίμακας δομής του Σύμπαντος το 1755. Υπέθεσε ότι ο Γαλαξίας είναι ένα τεράστιο περιστρεφόμενο αστρικό σμήνος. Με τη σειρά τους, πολλά από τα παρατηρούμενα νεφελώματα είναι επίσης πιο μακρινοί «γαλαξίες» - γαλαξίες. Παρόλα αυτά, μέχρι τον 20ο αιώνα, οι αστρονόμοι πίστευαν ότι όλα τα νεφελώματα είναι πηγές σχηματισμού άστρων και αποτελούν μέρος του Γαλαξία μας.

Η κατάσταση άλλαξε όταν οι αστρονόμοι έμαθαν να μετρούν τις αποστάσεις μεταξύ των γαλαξιών χρησιμοποιώντας . Η απόλυτη φωτεινότητα των αστεριών αυτού του τύπου εξαρτάται αυστηρά από την περίοδο της μεταβλητότητάς τους. Συγκρίνοντας την απόλυτη φωτεινότητά τους με την ορατή, είναι δυνατό να προσδιοριστεί η απόσταση από αυτά με μεγάλη ακρίβεια. Αυτή η μέθοδος αναπτύχθηκε στις αρχές του 20ου αιώνα από τους Einar Hertzschrung και Harlow Scelpi. Χάρη σε αυτόν, ο Σοβιετικός αστρονόμος Ernst Epic το 1922 καθόρισε την απόσταση από την Ανδρομέδα, η οποία αποδείχθηκε ότι ήταν μια τάξη μεγέθους μεγαλύτερη από το μέγεθος του Γαλαξία.

Ο Edwin Hubble συνέχισε την πρωτοβουλία της Epic. Μετρώντας τη φωτεινότητα των Κηφείδων σε άλλους γαλαξίες, μέτρησε την απόστασή τους και τη συνέκρινε με την ερυθρή μετατόπιση στα φάσματα τους. Έτσι το 1929 ανέπτυξε τον περίφημο νόμο του. Το έργο του διέψευσε οριστικά την καθιερωμένη άποψη ότι ο Γαλαξίας είναι η άκρη του Σύμπαντος. Τώρα ήταν ένας από τους πολλούς γαλαξίες που κάποτε θεωρούνταν μέρος του. Η υπόθεση του Καντ επιβεβαιώθηκε σχεδόν δύο αιώνες μετά την ανάπτυξή της.

Στη συνέχεια, η σύνδεση που ανακαλύφθηκε από το Hubble μεταξύ της απόστασης ενός γαλαξία από έναν παρατηρητή σε σχέση με την ταχύτητα απομάκρυνσής του από αυτόν, κατέστησε δυνατή την κατάρτιση μιας ολοκληρωμένης εικόνας της μεγάλης κλίμακας δομής του Σύμπαντος. Αποδείχθηκε ότι οι γαλαξίες ήταν μόνο ένα ασήμαντο μέρος του. Συνδέθηκαν σε συστάδες, συστάδες σε υπερσυστάδες. Με τη σειρά τους, τα υπερσμήνη σχηματίζουν τις μεγαλύτερες γνωστές δομές στο Σύμπαν - νήματα και τοίχους. Αυτές οι δομές, δίπλα σε τεράστια υπερκενά (), αποτελούν τη μεγάλης κλίμακας δομή του σήμερα γνωστού Σύμπαντος.

Φαινομενικό άπειρο

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι μέσα σε λίγους μόνο αιώνες, η επιστήμη σταδιακά φτερουγίζει από τον γεωκεντρισμό στη σύγχρονη κατανόηση του Σύμπαντος. Ωστόσο, αυτό δεν απαντά γιατί περιορίζουμε το Σύμπαν σήμερα. Εξάλλου, μέχρι τώρα μιλούσαμε μόνο για την κλίμακα του χώρου, και όχι για την ίδια τη φύση του.

Ο πρώτος που αποφάσισε να δικαιολογήσει το άπειρο του Σύμπαντος ήταν ο Ισαάκ Νεύτων. Έχοντας ανακαλύψει το νόμο της παγκόσμιας έλξης, πίστευε ότι αν το διάστημα ήταν πεπερασμένο, όλα τα σώματά του αργά ή γρήγορα θα συγχωνεύονταν σε ένα ενιαίο σύνολο. Πριν από αυτόν, αν κάποιος εξέφραζε την ιδέα του απείρου του Σύμπαντος, ήταν αποκλειστικά σε μια φιλοσοφική φλέβα. Χωρίς καμία επιστημονική βάση. Ένα παράδειγμα αυτού είναι ο Giordano Bruno. Παρεμπιπτόντως, όπως ο Καντ, ήταν πολλοί αιώνες μπροστά από την επιστήμη. Ήταν ο πρώτος που δήλωσε ότι τα αστέρια είναι μακρινοί ήλιοι και ότι οι πλανήτες περιστρέφονται επίσης γύρω τους.

Φαίνεται ότι το ίδιο το γεγονός του άπειρου είναι αρκετά δικαιολογημένο και προφανές, αλλά τα σημεία καμπής της επιστήμης του 20ού αιώνα κλόνισαν αυτήν την «αλήθεια».

Σταθερό Σύμπαν

Το πρώτο σημαντικό βήμα προς την ανάπτυξη ενός σύγχρονου μοντέλου του Σύμπαντος έγινε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν. Ο διάσημος φυσικός παρουσίασε το μοντέλο του ενός ακίνητου Σύμπαντος το 1917. Αυτό το μοντέλο βασίστηκε στη γενική θεωρία της σχετικότητας, την οποία είχε αναπτύξει ένα χρόνο νωρίτερα. Σύμφωνα με το μοντέλο του, το Σύμπαν είναι άπειρο στον χρόνο και πεπερασμένο στον χώρο. Όμως, όπως σημειώθηκε νωρίτερα, σύμφωνα με τον Νεύτωνα, ένα Σύμπαν με πεπερασμένο μέγεθος πρέπει να καταρρεύσει. Για να γίνει αυτό, ο Αϊνστάιν εισήγαγε μια κοσμολογική σταθερά, η οποία αντιστάθμιζε τη βαρυτική έλξη των μακρινών αντικειμένων.

Όσο παράδοξο κι αν ακούγεται, ο Αϊνστάιν δεν περιόρισε την ίδια την πεπεραστικότητα του Σύμπαντος. Κατά τη γνώμη του, το Σύμπαν είναι ένα κλειστό κέλυφος μιας υπερσφαίρας. Μια αναλογία είναι η επιφάνεια μιας συνηθισμένης τρισδιάστατης σφαίρας, για παράδειγμα, μιας σφαίρας ή της Γης. Όσο κι αν ταξιδεύει ένας ταξιδιώτης στη Γη, δεν θα φτάσει ποτέ στην άκρη της. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι η Γη είναι άπειρη. Ο ταξιδιώτης απλώς θα επιστρέψει στο μέρος από το οποίο ξεκίνησε το ταξίδι του.

Στην επιφάνεια της υπερσφαίρας

Με τον ίδιο τρόπο, ένας περιπλανώμενος στο διάστημα, που διασχίζει το Σύμπαν του Αϊνστάιν σε ένα διαστημόπλοιο, μπορεί να επιστρέψει πίσω στη Γη. Μόνο που αυτή τη φορά ο περιπλανώμενος δεν θα κινηθεί κατά μήκος της δισδιάστατης επιφάνειας μιας σφαίρας, αλλά κατά μήκος της τρισδιάστατης επιφάνειας μιας υπερσφαίρας. Αυτό σημαίνει ότι το Σύμπαν έχει έναν πεπερασμένο όγκο, άρα και έναν πεπερασμένο αριθμό αστέρων και μάζας. Ωστόσο, το Σύμπαν δεν έχει ούτε όρια ούτε κέντρο.

Ο Αϊνστάιν κατέληξε σε αυτά τα συμπεράσματα συνδέοντας χώρο, χρόνο και βαρύτητα στη διάσημη θεωρία του. Πριν από αυτόν, αυτές οι έννοιες θεωρούνταν ξεχωριστές, γι' αυτό και ο χώρος του Σύμπαντος ήταν καθαρά Ευκλείδειος. Ο Αϊνστάιν απέδειξε ότι η ίδια η βαρύτητα είναι μια καμπυλότητα του χωροχρόνου. Αυτό άλλαξε ριζικά τις πρώτες ιδέες για τη φύση του Σύμπαντος, βασισμένες στην κλασική Νευτώνεια μηχανική και την Ευκλείδεια γεωμετρία.

Διαστελλόμενο Σύμπαν

Ακόμη και ο ίδιος ο ανακάλυψες του «νέου Σύμπαντος» δεν ήταν ξένος στις αυταπάτες. Αν και ο Αϊνστάιν περιόρισε το Σύμπαν στο διάστημα, συνέχισε να το θεωρεί στατικό. Σύμφωνα με το μοντέλο του, το Σύμπαν ήταν και παραμένει αιώνιο και το μέγεθός του παραμένει πάντα το ίδιο. Το 1922, ο Σοβιετικός φυσικός Alexander Friedman επέκτεινε σημαντικά αυτό το μοντέλο. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του, το Σύμπαν δεν είναι καθόλου στατικό. Μπορεί να επεκταθεί ή να συστέλλεται με την πάροδο του χρόνου. Είναι αξιοσημείωτο ότι ο Friedman κατέληξε σε ένα τέτοιο μοντέλο με βάση την ίδια θεωρία της σχετικότητας. Κατάφερε να εφαρμόσει πιο σωστά αυτή τη θεωρία, παρακάμπτοντας την κοσμολογική σταθερά.

Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν δεν αποδέχθηκε αμέσως αυτήν την «τροπολογία». Αυτό το νέο μοντέλο βοήθησε στην προαναφερθείσα ανακάλυψη του Hubble. Η ύφεση των γαλαξιών απέδειξε αδιαμφισβήτητα το γεγονός της διαστολής του Σύμπαντος. Έτσι ο Αϊνστάιν έπρεπε να παραδεχτεί το λάθος του. Τώρα το Σύμπαν είχε μια ορισμένη ηλικία, η οποία εξαρτάται αυστηρά από τη σταθερά Hubble, η οποία χαρακτηρίζει τον ρυθμό διαστολής του.

Περαιτέρω ανάπτυξη της κοσμολογίας

Καθώς οι επιστήμονες προσπάθησαν να λύσουν αυτό το ερώτημα, ανακαλύφθηκαν πολλά άλλα σημαντικά στοιχεία του Σύμπαντος και αναπτύχθηκαν διάφορα μοντέλα του. Έτσι το 1948, ο Τζορτζ Γκάμοου εισήγαγε την υπόθεση του «καυτού Σύμπαντος», η οποία αργότερα θα μετατραπεί στη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης. Η ανακάλυψη το 1965 επιβεβαίωσε τις υποψίες του. Τώρα οι αστρονόμοι μπορούσαν να παρατηρήσουν το φως που ήρθε από τη στιγμή που το Σύμπαν έγινε διαφανές.

Η σκοτεινή ύλη, που προβλέφθηκε το 1932 από τον Fritz Zwicky, επιβεβαιώθηκε το 1975. Η σκοτεινή ύλη στην πραγματικότητα εξηγεί την ίδια την ύπαρξη των γαλαξιών, των σμηνών γαλαξιών και της ίδιας της Συμπαντικής δομής στο σύνολό της. Έτσι έμαθαν οι επιστήμονες ότι το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του Σύμπαντος είναι εντελώς αόρατο.

Τελικά, το 1998, κατά τη διάρκεια μιας μελέτης της απόστασης προς, ανακαλύφθηκε ότι το Σύμπαν διαστέλλεται με επιταχυνόμενο ρυθμό. Αυτή η τελευταία καμπή στην επιστήμη γέννησε τη σύγχρονη κατανόησή μας για τη φύση του σύμπαντος. Ο κοσμολογικός συντελεστής, που εισήγαγε ο Αϊνστάιν και διαψεύστηκε από τον Φρίντμαν, βρήκε ξανά τη θέση του στο μοντέλο του Σύμπαντος. Η παρουσία ενός κοσμολογικού συντελεστή (κοσμολογική σταθερά) εξηγεί την επιταχυνόμενη διαστολή του. Για να εξηγηθεί η παρουσία μιας κοσμολογικής σταθεράς, εισήχθη η έννοια ενός υποθετικού πεδίου που περιέχει το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του Σύμπαντος.

Σύγχρονη κατανόηση του μεγέθους του παρατηρήσιμου Σύμπαντος

Το σύγχρονο μοντέλο του Σύμπαντος ονομάζεται επίσης μοντέλο ΛCDM. Το γράμμα "Λ" σημαίνει την παρουσία μιας κοσμολογικής σταθεράς, η οποία εξηγεί την επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος. Το "CDM" σημαίνει ότι το Σύμπαν είναι γεμάτο με ψυχρή σκοτεινή ύλη. Πρόσφατες μελέτες δείχνουν ότι η σταθερά του Hubble είναι περίπου 71 (km/s)/Mpc, που αντιστοιχεί στην ηλικία του Σύμπαντος 13,75 δισεκατομμύρια χρόνια. Γνωρίζοντας την ηλικία του Σύμπαντος, μπορούμε να υπολογίσουμε το μέγεθος της παρατηρήσιμης περιοχής του.

Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας, πληροφορίες για οποιοδήποτε αντικείμενο δεν μπορούν να φτάσουν σε έναν παρατηρητή με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός (299.792.458 m/s). Αποδεικνύεται ότι ο παρατηρητής δεν βλέπει απλώς ένα αντικείμενο, αλλά το παρελθόν του. Όσο πιο μακριά είναι ένα αντικείμενο από αυτόν, τόσο πιο μακρινό φαίνεται το παρελθόν. Για παράδειγμα, κοιτάζοντας τη Σελήνη, βλέπουμε όπως ήταν λίγο περισσότερο από ένα δευτερόλεπτο πριν, τον Ήλιο - πριν από περισσότερα από οκτώ λεπτά, τα πλησιέστερα αστέρια - χρόνια, γαλαξίες - πριν από εκατομμύρια χρόνια κ.λπ. Στο σταθερό μοντέλο του Αϊνστάιν, το Σύμπαν δεν έχει όριο ηλικίας, πράγμα που σημαίνει ότι η παρατηρήσιμη περιοχή του δεν περιορίζεται επίσης από τίποτα. Ο παρατηρητής, οπλισμένος με όλο και πιο εξελιγμένα αστρονομικά όργανα, θα παρατηρεί όλο και πιο μακρινά και αρχαία αντικείμενα.

Έχουμε μια διαφορετική εικόνα με το σύγχρονο μοντέλο του Σύμπαντος. Σύμφωνα με αυτήν, το Σύμπαν έχει ηλικία, άρα και όριο παρατήρησης. Δηλαδή, από τη γέννηση του Σύμπαντος, κανένα φωτόνιο δεν θα μπορούσε να έχει διανύσει απόσταση μεγαλύτερη από 13,75 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Αποδεικνύεται ότι μπορούμε να πούμε ότι το παρατηρήσιμο Σύμπαν περιορίζεται από τον παρατηρητή σε μια σφαιρική περιοχή με ακτίνα 13,75 δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Ωστόσο, αυτό δεν είναι απολύτως αληθές. Δεν πρέπει να ξεχνάμε τη διαστολή του χώρου του Σύμπαντος. Μέχρι να φτάσει το φωτόνιο στον παρατηρητή, το αντικείμενο που το εξέπεμψε θα βρίσκεται ήδη 45,7 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά από εμάς. χρόνια. Αυτό το μέγεθος είναι ο ορίζοντας των σωματιδίων, είναι το όριο του παρατηρήσιμου Σύμπαντος.

Πάνω από τον ορίζοντα

Έτσι, το μέγεθος του παρατηρήσιμου Σύμπαντος χωρίζεται σε δύο τύπους. Φαινομενικό μέγεθος, που ονομάζεται επίσης ακτίνα Hubble (13,75 δισεκατομμύρια έτη φωτός). Και το πραγματικό μέγεθος, που ονομάζεται ορίζοντας σωματιδίων (45,7 δισεκατομμύρια έτη φωτός). Το σημαντικό είναι ότι και οι δύο αυτοί ορίζοντες δεν χαρακτηρίζουν καθόλου το πραγματικό μέγεθος του Σύμπαντος. Πρώτον, εξαρτώνται από τη θέση του παρατηρητή στο διάστημα. Δεύτερον, αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Στην περίπτωση του μοντέλου ΛCDM, ο ορίζοντας των σωματιδίων διαστέλλεται με ταχύτητα μεγαλύτερη από τον ορίζοντα Hubble. Η σύγχρονη επιστήμη δεν απαντά στο ερώτημα εάν αυτή η τάση θα αλλάξει στο μέλλον. Αλλά αν υποθέσουμε ότι το Σύμπαν συνεχίζει να διαστέλλεται με επιτάχυνση, τότε όλα εκείνα τα αντικείμενα που βλέπουμε τώρα αργά ή γρήγορα θα εξαφανιστούν από το «οπτικό πεδίο» μας.

Επί του παρόντος, το πιο μακρινό φως που παρατηρείται από τους αστρονόμους είναι η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων. Κοιτάζοντας σε αυτό, οι επιστήμονες βλέπουν το Σύμπαν όπως ήταν 380 χιλιάδες χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτή τη στιγμή, το Σύμπαν ψύχθηκε αρκετά ώστε ήταν σε θέση να εκπέμπει ελεύθερα φωτόνια, τα οποία ανιχνεύονται σήμερα με τη βοήθεια ραδιοτηλεσκοπίων. Εκείνη την εποχή, δεν υπήρχαν αστέρια ή γαλαξίες στο Σύμπαν, αλλά μόνο ένα συνεχές νέφος υδρογόνου, ηλίου και μια ασήμαντη ποσότητα άλλων στοιχείων. Από τις ανομοιογένειες που παρατηρούνται σε αυτό το νέφος, στη συνέχεια θα σχηματιστούν σμήνη γαλαξιών. Αποδεικνύεται ότι ακριβώς εκείνα τα αντικείμενα που θα σχηματιστούν από ανομοιογένειες στην κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων βρίσκονται πιο κοντά στον ορίζοντα των σωματιδίων.

Αληθινά Όρια

Το αν το Σύμπαν έχει αληθινά, μη παρατηρήσιμα όρια εξακολουθεί να είναι θέμα ψευδοεπιστημονικής εικασίας. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, όλοι συμφωνούν για το άπειρο του Σύμπαντος, αλλά ερμηνεύουν αυτό το άπειρο με εντελώς διαφορετικούς τρόπους. Κάποιοι θεωρούν ότι το Σύμπαν είναι πολυδιάστατο, όπου το «τοπικό» τρισδιάστατο Σύμπαν μας είναι μόνο ένα από τα στρώματά του. Άλλοι λένε ότι το Σύμπαν είναι φράκταλ - που σημαίνει ότι το τοπικό μας Σύμπαν μπορεί να είναι ένα σωματίδιο ενός άλλου. Δεν πρέπει να ξεχνάμε τα διάφορα μοντέλα του Πολυσύμπαντος με τα κλειστά, ανοιχτά, παράλληλα Σύμπαντα και τις σκουληκότρυπες του. Και υπάρχουν πολλές, πάρα πολλές διαφορετικές εκδοχές, ο αριθμός των οποίων περιορίζεται μόνο από την ανθρώπινη φαντασία.

Αλλά αν ενεργοποιήσουμε τον ψυχρό ρεαλισμό ή απλώς κάνουμε πίσω από όλες αυτές τις υποθέσεις, τότε μπορούμε να υποθέσουμε ότι το Σύμπαν μας είναι ένα άπειρο ομοιογενές δοχείο όλων των αστέρων και γαλαξιών. Επιπλέον, σε οποιοδήποτε πολύ μακρινό σημείο, είτε πρόκειται για δισεκατομμύρια gigaparsec από εμάς, όλες οι συνθήκες θα είναι ακριβώς οι ίδιες. Σε αυτό το σημείο, ο ορίζοντας των σωματιδίων και η σφαίρα Hubble θα είναι ακριβώς τα ίδια, με την ίδια υπολειμματική ακτινοβολία στην άκρη τους. Θα υπάρχουν τα ίδια αστέρια και γαλαξίες τριγύρω. Είναι ενδιαφέρον ότι αυτό δεν έρχεται σε αντίθεση με τη διαστολή του Σύμπαντος. Εξάλλου, δεν είναι μόνο το Σύμπαν που διαστέλλεται, αλλά ο ίδιος ο χώρος του. Το γεγονός ότι τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης το Σύμπαν προέκυψε από ένα μόνο σημείο σημαίνει ότι οι απείρως μικρές (πρακτικά μηδενικές) διαστάσεις που ήταν τότε έχουν μετατραπεί σε αφάνταστα μεγάλες. Στο μέλλον, θα χρησιμοποιήσουμε ακριβώς αυτή την υπόθεση για να κατανοήσουμε ξεκάθαρα την κλίμακα του παρατηρήσιμου Σύμπαντος.

Οπτική αναπαράσταση

Διάφορες πηγές παρέχουν κάθε είδους οπτικά μοντέλα που επιτρέπουν στους ανθρώπους να κατανοήσουν την κλίμακα του Σύμπαντος. Ωστόσο, δεν μας αρκεί να συνειδητοποιήσουμε πόσο μεγάλο είναι το σύμπαν. Είναι σημαντικό να φανταστούμε πώς εκδηλώνονται στην πραγματικότητα έννοιες όπως ο ορίζοντας Hubble και ο ορίζοντας των σωματιδίων. Για να το κάνουμε αυτό, ας φανταστούμε το μοντέλο μας βήμα προς βήμα.

Ας ξεχνάμε ότι η σύγχρονη επιστήμη δεν γνωρίζει για την «ξένη» περιοχή του Σύμπαντος. Απορρίπτοντας τις εκδόσεις των πολυσύμπαν, το φράκταλ Σύμπαν και τις άλλες «ποικιλίες» του, ας φανταστούμε ότι είναι απλά άπειρο. Όπως σημειώθηκε νωρίτερα, αυτό δεν έρχεται σε αντίθεση με την επέκταση του χώρου του. Φυσικά, λαμβάνουμε υπόψη ότι η σφαίρα Hubble και η σωματιδιακή σφαίρα του είναι αντίστοιχα 13,75 και 45,7 δισεκατομμύρια έτη φωτός.

Κλίμακα του Σύμπαντος

Πατήστε το κουμπί START και ανακαλύψτε έναν νέο, άγνωστο κόσμο!
Αρχικά, ας προσπαθήσουμε να καταλάβουμε πόσο μεγάλη είναι η Universal κλίμακα. Εάν έχετε ταξιδέψει σε όλο τον πλανήτη μας, μπορείτε κάλλιστα να φανταστείτε πόσο μεγάλη είναι η Γη για εμάς. Φανταστείτε τώρα τον πλανήτη μας σαν έναν κόκκο φαγόπυρου που κινείται σε τροχιά γύρω από ένα καρπούζι-Ήλιο μεγέθους μισού γηπέδου ποδοσφαίρου. Σε αυτή την περίπτωση, η τροχιά του Ποσειδώνα θα αντιστοιχεί στο μέγεθος μιας μικρής πόλης, η περιοχή θα αντιστοιχεί στη Σελήνη και η περιοχή του ορίου της επιρροής του Ήλιου θα αντιστοιχεί στον Άρη. Αποδεικνύεται ότι το ηλιακό μας σύστημα είναι τόσο μεγαλύτερο από τη Γη όσο ο Άρης είναι μεγαλύτερος από το φαγόπυρο! Αλλά αυτό είναι μόνο η αρχή.

Τώρα ας φανταστούμε ότι αυτό το φαγόπυρο θα είναι το σύστημά μας, το μέγεθος του οποίου είναι περίπου ίσο με ένα παρσεκ. Τότε ο Γαλαξίας θα έχει το μέγεθος δύο γηπέδων ποδοσφαίρου. Ωστόσο, αυτό δεν θα μας αρκεί. Ο Γαλαξίας θα πρέπει επίσης να μειωθεί σε μέγεθος εκατοστών. Θα μοιάζει κάπως με αφρό καφέ τυλιγμένο σε υδρομασάζ στη μέση του μαύρου διαγαλαξιακού χώρου του καφέ. Είκοσι εκατοστά από αυτό υπάρχει το ίδιο σπειροειδές «ψίχουλο» - το νεφέλωμα της Ανδρομέδας. Γύρω τους θα υπάρχει ένα σμήνος μικρών γαλαξιών του Τοπικού μας Σμήνου. Το φαινομενικό μέγεθος του Σύμπαντος μας θα είναι 9,2 χιλιόμετρα. Έχουμε καταλήξει σε μια κατανόηση των Συμπαντικών διαστάσεων.

Μέσα στην καθολική φούσκα

Ωστόσο, δεν μας αρκεί να κατανοήσουμε την ίδια την κλίμακα. Είναι σημαντικό να συνειδητοποιήσουμε το Σύμπαν στη δυναμική. Ας φανταστούμε τους εαυτούς μας γίγαντες, για τους οποίους ο Γαλαξίας έχει διάμετρο εκατοστών. Όπως σημειώθηκε μόλις τώρα, θα βρεθούμε μέσα σε μια μπάλα με ακτίνα 4,57 και διάμετρο 9,24 χιλιόμετρα. Ας φανταστούμε ότι είμαστε σε θέση να επιπλέουμε μέσα σε αυτήν την μπάλα, να ταξιδέψουμε, καλύπτοντας ολόκληρα megaparsec σε ένα δευτερόλεπτο. Τι θα δούμε αν το Σύμπαν μας είναι άπειρο;

Φυσικά, θα εμφανιστούν μπροστά μας αμέτρητοι γαλαξίες κάθε είδους. Ελλειπτικό, σπειροειδές, ακανόνιστο. Κάποιες περιοχές θα είναι γεμάτες από αυτές, άλλες θα είναι κενές. Το κύριο χαρακτηριστικό θα είναι ότι οπτικά θα είναι όλοι ακίνητοι ενώ εμείς ακίνητοι. Αλλά μόλις κάνουμε ένα βήμα, οι ίδιοι οι γαλαξίες θα αρχίσουν να κινούνται. Για παράδειγμα, εάν είμαστε σε θέση να διακρίνουμε ένα μικροσκοπικό Ηλιακό Σύστημα στον Γαλαξία μήκους ενός εκατοστού, θα μπορέσουμε να παρατηρήσουμε την ανάπτυξή του. Απομακρυνόμενοι 600 μέτρα από τον γαλαξία μας, θα δούμε τον πρωτοάστρο Ήλιο και τον πρωτοπλανητικό δίσκο τη στιγμή του σχηματισμού. Πλησιάζοντας το, θα δούμε πώς εμφανίζεται η Γη, αναδύεται ζωή και εμφανίζεται ο άνθρωπος. Με τον ίδιο τρόπο, θα δούμε πώς οι γαλαξίες αλλάζουν και μετακινούνται καθώς απομακρυνόμαστε ή τους πλησιάζουμε.

Κατά συνέπεια, όσο πιο μακρινούς γαλαξίες κοιτάμε, τόσο πιο αρχαίοι θα είναι για εμάς. Έτσι, οι πιο μακρινοί γαλαξίες θα βρίσκονται πιο μακριά από 1300 μέτρα από εμάς, και στη στροφή των 1380 μέτρων θα δούμε ήδη υπολειμματική ακτινοβολία. Είναι αλήθεια ότι αυτή η απόσταση θα είναι φανταστική για εμάς. Ωστόσο, όσο πλησιάζουμε στην κοσμική ακτινοβολία μικροκυμάτων υποβάθρου, θα δούμε μια ενδιαφέρουσα εικόνα. Φυσικά, θα παρατηρήσουμε πώς θα σχηματιστούν και θα αναπτυχθούν οι γαλαξίες από το αρχικό νέφος υδρογόνου. Όταν φτάσουμε σε έναν από αυτούς τους σχηματισμένους γαλαξίες, θα καταλάβουμε ότι δεν έχουμε διανύσει καθόλου 1.375 χιλιόμετρα, αλλά και τα 4.57.

Σμίκρυνση

Ως αποτέλεσμα, θα αυξήσουμε ακόμη περισσότερο το μέγεθος. Τώρα μπορούμε να τοποθετήσουμε ολόκληρα κενά και τοίχους στη γροθιά. Έτσι θα βρεθούμε σε μια μάλλον μικρή φούσκα από την οποία είναι αδύνατο να βγούμε. Όχι μόνο θα αυξηθεί η απόσταση από τα αντικείμενα στην άκρη της φυσαλίδας καθώς πλησιάζουν, αλλά και η ίδια η άκρη θα μετατοπίζεται επ' αόριστον. Αυτό είναι όλο το νόημα του μεγέθους του παρατηρήσιμου Σύμπαντος.

Όσο μεγάλο κι αν είναι το Σύμπαν, για έναν παρατηρητή θα παραμένει πάντα μια περιορισμένη φούσκα. Ο παρατηρητής θα βρίσκεται πάντα στο κέντρο αυτής της φούσκας, στην πραγματικότητα είναι το κέντρο της. Προσπαθώντας να φτάσει σε οποιοδήποτε αντικείμενο στην άκρη της φυσαλίδας, ο παρατηρητής θα μετατοπίσει το κέντρο του. Καθώς πλησιάζετε ένα αντικείμενο, αυτό το αντικείμενο θα μετακινείται όλο και πιο μακριά από την άκρη της φυσαλίδας και ταυτόχρονα θα αλλάζει. Για παράδειγμα, από ένα άμορφο νέφος υδρογόνου θα μετατραπεί σε έναν πλήρη γαλαξία ή, περαιτέρω, σε ένα γαλαξιακό σμήνος. Επιπλέον, η διαδρομή προς αυτό το αντικείμενο θα αυξάνεται καθώς το πλησιάζετε, αφού ο ίδιος ο περιβάλλον χώρος θα αλλάξει. Έχοντας φτάσει σε αυτό το αντικείμενο, θα το μετακινήσουμε μόνο από την άκρη της φυσαλίδας στο κέντρο της. Στην άκρη του Σύμπαντος, η υπολειμματική ακτινοβολία θα εξακολουθεί να τρεμοπαίζει.

Αν υποθέσουμε ότι το Σύμπαν θα συνεχίσει να διαστέλλεται με επιταχυνόμενο ρυθμό, τότε όντας στο κέντρο της φούσκας και προχωρώντας τον χρόνο μπροστά κατά δισεκατομμύρια, τρισεκατομμύρια και ακόμη υψηλότερες τάξεις ετών, θα παρατηρήσουμε μια ακόμη πιο ενδιαφέρουσα εικόνα. Αν και η φυσαλίδα μας θα αυξηθεί επίσης σε μέγεθος, τα μεταβαλλόμενα συστατικά της θα απομακρυνθούν ακόμη πιο γρήγορα από εμάς, αφήνοντας την άκρη αυτής της φυσαλίδας, έως ότου κάθε σωματίδιο του Σύμπαντος περιπλανηθεί χωριστά στη μοναχική του φυσαλίδα χωρίς την ευκαιρία να αλληλεπιδράσει με άλλα σωματίδια.

Άρα, η σύγχρονη επιστήμη δεν έχει πληροφορίες για το πραγματικό μέγεθος του Σύμπαντος και αν έχει όρια. Αλλά γνωρίζουμε σίγουρα ότι το παρατηρήσιμο Σύμπαν έχει ένα ορατό και αληθινό όριο, που ονομάζεται αντίστοιχα ακτίνα Hubble (13,75 δισεκατομμύρια έτη φωτός) και ακτίνα σωματιδίων (45,7 δισεκατομμύρια έτη φωτός). Αυτά τα όρια εξαρτώνται εξ ολοκλήρου από τη θέση του παρατηρητή στο χώρο και επεκτείνονται με την πάροδο του χρόνου. Εάν η ακτίνα του Hubble διαστέλλεται αυστηρά με την ταχύτητα του φωτός, τότε η διαστολή του ορίζοντα των σωματιδίων επιταχύνεται. Το ερώτημα εάν η επιτάχυνσή του στον ορίζοντα των σωματιδίων θα συνεχιστεί περαιτέρω και εάν θα αντικατασταθεί από συμπίεση παραμένει ανοιχτό.

Στην αρχή, το Σύμπαν ήταν μια διαστελλόμενη συστάδα κενού. Η κατάρρευσή του οδήγησε στη Μεγάλη Έκρηξη, στο πλάσμα που αναπνέει φωτιά από το οποίο σφυρηλατήθηκαν τα πρώτα χημικά στοιχεία. Στη συνέχεια, η βαρύτητα συμπίεσε τα νέφη αερίων ψύξης για εκατομμύρια χρόνια. Και τότε τα πρώτα αστέρια φώτισαν, φωτίζοντας ένα μεγαλειώδες Σύμπαν με τρισεκατομμύρια χλωμούς γαλαξίες... Αυτή η εικόνα του κόσμου, υποστηριζόμενη από τις μεγαλύτερες αστρονομικές ανακαλύψεις του 20ου αιώνα, βρίσκεται σε στέρεα θεωρητικά θεμέλια. Υπάρχουν όμως ειδικοί που δεν τους αρέσει. Αναζητούν επίμονα αδύνατα σημεία σε αυτό, ελπίζοντας ότι μια διαφορετική κοσμολογία θα αντικαταστήσει τη σημερινή.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1920, ο επιστήμονας της Αγίας Πετρούπολης Alexander Friedman, υποθέτοντας για απλότητα ότι η ύλη γεμίζει ομοιόμορφα όλο το διάστημα, βρήκε μια λύση στις εξισώσεις της γενικής σχετικότητας (GTR), που περιγράφουν το μη ακίνητο διαστελλόμενο Σύμπαν. Ακόμη και ο Αϊνστάιν δεν πήρε στα σοβαρά αυτή την ανακάλυψη, πιστεύοντας ότι το Σύμπαν πρέπει να είναι αιώνιο και αμετάβλητο. Για να περιγράψει ένα τέτοιο Σύμπαν, εισήγαγε ακόμη και έναν ειδικό όρο λάμδα «αντιβαρύτητας» στις εξισώσεις της γενικής σχετικότητας. Ο Φρίντμαν πέθανε σύντομα από τυφοειδή πυρετό και η απόφασή του ξεχάστηκε. Για παράδειγμα, ο Edwin Hubble, ο οποίος εργάστηκε στο μεγαλύτερο τηλεσκόπιο 100 ιντσών στον κόσμο στο Παρατηρητήριο Mount Wilson, δεν είχε ακούσει τίποτα για αυτές τις ιδέες.

Μέχρι το 1929, το Hubble είχε μετρήσει τις αποστάσεις σε αρκετές δεκάδες γαλαξίες και, συγκρίνοντάς τους με φάσματα που είχαν ληφθεί προηγουμένως, ανακάλυψε απροσδόκητα ότι όσο πιο μακριά είναι ένας γαλαξίας, τόσο πιο μετατοπισμένες στο κόκκινο είναι οι φασματικές γραμμές του. Ο ευκολότερος τρόπος για να εξηγηθεί η μετατόπιση του κόκκινου ήταν το φαινόμενο Doppler. Στη συνέχεια όμως αποδείχθηκε ότι όλοι οι γαλαξίες απομακρύνονταν γρήγορα από εμάς. Ήταν τόσο περίεργο που ο αστρονόμος Fritz Zwicky πρότεινε μια πολύ τολμηρή υπόθεση του «κουρασμένου φωτός», σύμφωνα με την οποία δεν είναι γαλαξίες που απομακρύνονται από εμάς, αλλά κβάντα φωτός κατά τη διάρκεια ενός μεγάλου ταξιδιού που αντιμετωπίζουν κάποια αντίσταση στην κίνησή τους, χάνοντας σταδιακά ενέργεια και γίνεται κόκκινο. Στη συνέχεια, φυσικά, θυμήθηκαν την ιδέα της επέκτασης του διαστήματος και αποδείχθηκε ότι όχι λιγότερο περίεργες νέες παρατηρήσεις ταιριάζουν καλά σε αυτήν την περίεργη ξεχασμένη θεωρία. Το μοντέλο του Friedman επωφελήθηκε επίσης από το γεγονός ότι η προέλευση της μετατόπισης του κόκκινου σε αυτό μοιάζει πολύ με το συνηθισμένο φαινόμενο Doppler: ακόμη και σήμερα, δεν καταλαβαίνουν όλοι οι αστρονόμοι ότι η «σκέδαση» των γαλαξιών στο διάστημα δεν είναι καθόλου ίδια με τη διαστολή. του ίδιου του διαστήματος με «παγωμένους» γαλαξίες μέσα σε αυτό.

Η υπόθεση του «κουρασμένου φωτός» εξαφανίστηκε αθόρυβα από τη σκηνή μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1930, όταν οι φυσικοί παρατήρησαν ότι ένα φωτόνιο χάνει ενέργεια μόνο αλληλεπιδρώντας με άλλα σωματίδια, και σε αυτή την περίπτωση η κατεύθυνση της κίνησής του αναγκαστικά αλλάζει τουλάχιστον ελαφρώς. Έτσι, οι εικόνες των μακρινών γαλαξιών στο μοντέλο «κουρασμένου φωτός» θα πρέπει να θολώνουν, σαν σε ομίχλη, αλλά είναι ορατές αρκετά καθαρά. Ως αποτέλεσμα, το μοντέλο Friedmann του Σύμπαντος, μια εναλλακτική λύση στις γενικά αποδεκτές ιδέες, κέρδισε πρόσφατα την προσοχή όλων. (Ωστόσο, μέχρι το τέλος της ζωής του, το 1953, ο ίδιος ο Χαμπλ παραδέχτηκε ότι η επέκταση του διαστήματος θα μπορούσε να είναι μόνο ένα φαινομενικό αποτέλεσμα.)

Δύο φορές εναλλακτικό πρότυπο

Αλλά επειδή το Σύμπαν διαστέλλεται, σημαίνει ότι πριν ήταν πιο πυκνό. Αντιστρέφοντας διανοητικά την εξέλιξή του, ο μαθητής του Friedman, ο πυρηνικός φυσικός Georgi Gamow, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το πρώιμο Σύμπαν ήταν τόσο ζεστό που έλαβαν χώρα αντιδράσεις θερμοπυρηνικής σύντηξης σε αυτό. Ο Gamow προσπάθησε να εξηγήσει μαζί τους την παρατηρούμενη επικράτηση των χημικών στοιχείων, αλλά κατάφερε να «μαγειρέψει» μόνο μερικούς τύπους ελαφρών πυρήνων στο κύριο καζάνι. Αποδείχθηκε ότι, εκτός από το υδρογόνο, ο κόσμος πρέπει να περιέχει 23-25% ήλιο, ένα εκατοστό του εκατοστιαίου δευτερίου και ένα δισεκατομμυριοστό λίθιο. Η θεωρία της σύνθεσης βαρύτερων στοιχείων στα αστέρια αναπτύχθηκε αργότερα με τους συναδέλφους του από τον ανταγωνιστή του Gamow, τον αστροφυσικό Fred Hoyle.

Το 1948, ο Gamow προέβλεψε επίσης ότι ένα παρατηρήσιμο ίχνος θα πρέπει να παραμείνει από το ζεστό Σύμπαν - ψυχρή ακτινοβολία μικροκυμάτων με θερμοκρασία αρκετών βαθμών Kelvin, που προέρχεται από όλες τις κατευθύνσεις στον ουρανό. Αλίμονο, η πρόβλεψη του Gamow επανέλαβε τη μοίρα του μοντέλου του Friedman: κανείς δεν βιαζόταν να αναζητήσει την ακτινοβολία του. Η θεωρία ενός θερμού Σύμπαντος φαινόταν πολύ υπερβολική για να πραγματοποιήσει ακριβά πειράματα για να το δοκιμάσει. Επιπλέον, φάνηκαν σε αυτό παραλληλισμοί με τη θεϊκή δημιουργία, από την οποία πολλοί επιστήμονες απομακρύνθηκαν. Τελείωσε με τον Gamow να εγκαταλείψει την κοσμολογία και να στραφεί στη γενετική, που αναδυόταν εκείνη την εποχή.

Στη δεκαετία του 1950, μια νέα εκδοχή της θεωρίας ενός ακίνητου Σύμπαντος, που αναπτύχθηκε από τον ίδιο Fred Hoyle μαζί με τον αστροφυσικό Thomas Gold και τον μαθηματικό Hermann Bondi, κέρδισε δημοτικότητα τη δεκαετία του 1950. Υπό την πίεση της ανακάλυψης του Hubble, αποδέχθηκαν τη διαστολή του Σύμπαντος, αλλά όχι την εξέλιξή του. Σύμφωνα με τη θεωρία τους, η διαστολή του χώρου συνοδεύεται από την αυθόρμητη δημιουργία ατόμων υδρογόνου, έτσι ώστε η μέση πυκνότητα του Σύμπαντος να παραμένει αμετάβλητη. Αυτό, φυσικά, είναι παραβίαση του νόμου της διατήρησης της ενέργειας, αλλά εξαιρετικά ασήμαντο - όχι περισσότερο από ένα άτομο υδρογόνου ανά δισεκατομμύριο χρόνια ανά κυβικό μέτρο χώρου. Ο Χόιλ ονόμασε το μοντέλο του «θεωρία της συνεχούς δημιουργίας» και εισήγαγε ένα ειδικό πεδίο C (από το αγγλικό δημιουργία - δημιουργία) με αρνητική πίεση, το οποίο ανάγκασε το Σύμπαν να διογκωθεί, διατηρώντας μια σταθερή πυκνότητα ύλης. Σε πείσμα του Gamow, ο Hoyle εξήγησε τον σχηματισμό όλων των στοιχείων, συμπεριλαμβανομένων των ελαφρών, από θερμοπυρηνικές διεργασίες στα αστέρια.

Το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων που είχε προβλέψει ο Gamow έγινε κατά λάθος αντιληπτό σχεδόν 20 χρόνια αργότερα. Οι ανακαλύψεις του έλαβαν το βραβείο Νόμπελ και το καυτό Σύμπαν Friedmann-Gamow γρήγορα αντικατέστησε τις ανταγωνιστικές υποθέσεις. Ο Χόιλ, ωστόσο, δεν το έβαλε κάτω και, υπερασπιζόμενος τη θεωρία του, υποστήριξε ότι το υπόβαθρο των μικροκυμάτων δημιουργήθηκε από μακρινά αστέρια, το φως των οποίων διασκορπίστηκε και εκπέμπεται ξανά από την κοσμική σκόνη. Αλλά τότε η λάμψη του ουρανού θα πρέπει να είναι κηλιδωτή, αλλά είναι σχεδόν τέλεια ομοιόμορφη. Σταδιακά, συσσωρεύτηκαν δεδομένα σχετικά με τη χημική σύνθεση των αστεριών και των κοσμικών νεφών, τα οποία ήταν επίσης σύμφωνα με το μοντέλο πρωτογενούς πυρηνοσύνθεσης του Gam.

Έτσι, η δύο φορές εναλλακτική θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης έγινε γενικά αποδεκτή ή, όπως είναι της μόδας να λέγεται σήμερα, μετατράπηκε στο επιστημονικό ρεύμα. Και τώρα οι μαθητές διδάσκονται ότι το Hubble ανακάλυψε την έκρηξη του Σύμπαντος (και όχι την εξάρτηση της μετατόπισης του κόκκινου από την απόσταση) και η κοσμική ακτινοβολία μικροκυμάτων, με το ελαφρύ χέρι του σοβιετικού αστροφυσικού Joseph Samuilovich Shklovsky, γίνεται μια υπολειπόμενη ακτινοβολία. Το μοντέλο του καυτού Σύμπαντος είναι «ραμμένο» στο μυαλό των ανθρώπων κυριολεκτικά στο επίπεδο της γλώσσας.

Τέσσερις αιτίες Redshift

Ποιο θα πρέπει να επιλέξετε για να εξηγήσετε το νόμο του Hubble - την εξάρτηση της μετατόπισης στο κόκκινο από την απόσταση;

Σκάψιμο κάτω από τα θεμέλια

Αλλά η ανθρώπινη φύση είναι τέτοια που μόλις μια άλλη αναμφισβήτητη ιδέα επικρατεί στην κοινωνία, υπάρχουν αμέσως άνθρωποι που θέλουν να διαφωνήσουν. Η κριτική της τυπικής κοσμολογίας μπορεί να χωριστεί σε εννοιολογική, που επισημαίνει την ατέλεια των θεωρητικών της θεμελίων, και σε αστρονομική, παραθέτοντας συγκεκριμένα γεγονότα και παρατηρήσεις που είναι δύσκολο να εξηγηθούν.

Ο κύριος στόχος των εννοιολογικών επιθέσεων είναι φυσικά η γενική θεωρία της σχετικότητας (GR). Ο Αϊνστάιν έδωσε μια εκπληκτικά όμορφη περιγραφή της βαρύτητας, ταυτίζοντάς την με την καμπυλότητα του χωροχρόνου. Ωστόσο, από τη γενική σχετικότητα ακολουθεί την ύπαρξη μαύρων οπών, παράξενων αντικειμένων στο κέντρο των οποίων η ύλη συμπιέζεται σε ένα σημείο άπειρης πυκνότητας. Στη φυσική, η εμφάνιση του απείρου δείχνει πάντα τα όρια εφαρμογής μιας θεωρίας. Σε εξαιρετικά υψηλές πυκνότητες, η γενική σχετικότητα πρέπει να αντικατασταθεί από την κβαντική βαρύτητα. Όμως όλες οι προσπάθειες εισαγωγής των αρχών της κβαντικής φυσικής στη γενική σχετικότητα απέτυχαν, γεγονός που αναγκάζει τους φυσικούς να αναζητήσουν εναλλακτικές θεωρίες βαρύτητας. Δεκάδες από αυτά χτίστηκαν τον 20ο αιώνα. Οι περισσότεροι δεν άντεξαν τις πειραματικές δοκιμές. Αλλά μερικές θεωρίες εξακολουθούν να ισχύουν. Ανάμεσά τους, για παράδειγμα, είναι η θεωρία πεδίου της βαρύτητας του ακαδημαϊκού Logunov, στην οποία δεν υπάρχει καμπύλος χώρος, δεν προκύπτουν ιδιομορφίες, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχουν μαύρες τρύπες ή η Μεγάλη Έκρηξη. Όπου οι προβλέψεις τέτοιων εναλλακτικών θεωριών της βαρύτητας μπορούν να δοκιμαστούν πειραματικά, συμφωνούν με εκείνες της γενικής σχετικότητας και μόνο σε ακραίες περιπτώσεις - σε εξαιρετικά υψηλές πυκνότητες ή σε πολύ μεγάλες κοσμολογικές αποστάσεις - τα συμπεράσματά τους διαφέρουν. Αυτό σημαίνει ότι η δομή και η εξέλιξη του Σύμπαντος πρέπει να είναι διαφορετική.

Νέα κοσμογραφία

Μια φορά κι έναν καιρό, ο Johannes Kepler, προσπαθώντας να εξηγήσει θεωρητικά τις σχέσεις μεταξύ των ακτίνων των πλανητικών τροχιών, ένθεσε κανονικά πολύεδρα το ένα μέσα στο άλλο. Οι σφαίρες που περιγράφονταν και εγγράφονται σε αυτές του φάνηκαν ο πιο άμεσος δρόμος για την αποκάλυψη της δομής του σύμπαντος - «Το Κοσμογραφικό Μυστήριο», όπως αποκαλούσε το βιβλίο του. Αργότερα, με βάση τις παρατηρήσεις του Tycho Brahe, απέρριψε την αρχαία ιδέα της ουράνιας τελειότητας των κύκλων και των σφαιρών, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι οι πλανήτες κινούνται σε ελλείψεις.

Πολλοί σύγχρονοι αστρονόμοι είναι επίσης δύσπιστοι σχετικά με τις κερδοσκοπικές κατασκευές των θεωρητικών και προτιμούν να αντλούν έμπνευση κοιτάζοντας τον ουρανό. Και εκεί μπορείτε να δείτε ότι ο Γαλαξίας μας, ο Γαλαξίας, είναι μέρος ενός μικρού σμήνου που ονομάζεται Τοπική Ομάδα γαλαξιών, το οποίο έλκεται από το κέντρο ενός τεράστιου νέφους γαλαξιών στον αστερισμό της Παρθένου, γνωστού ως Τοπικό Υπερσμήνος. Το 1958, ο αστρονόμος Τζορτζ Άμπελ δημοσίευσε έναν κατάλογο με 2.712 σμήνη γαλαξιών στον βόρειο ουρανό, τα οποία, με τη σειρά τους, ομαδοποιούνται σε υπερσμήνη.

Συμφωνώ, δεν μοιάζει με ένα Σύμπαν ομοιόμορφα γεμάτο με ύλη. Αλλά χωρίς ομοιογένεια στο μοντέλο του Friedman είναι αδύνατο να αποκτήσουμε ένα καθεστώς επέκτασης που να συνάδει με το νόμο του Hubble. Και η εκπληκτική ομαλότητα του φόντου μικροκυμάτων δεν μπορεί να εξηγηθεί. Ως εκ τούτου, στο όνομα της ομορφιάς της θεωρίας, η ομοιογένεια του Σύμπαντος κηρύχθηκε Κοσμολογική αρχή και οι παρατηρητές αναμενόταν να την επιβεβαιώσουν. Φυσικά, σε μικρές αποστάσεις με κοσμολογικά πρότυπα -εκατό φορές το μέγεθος του Γαλαξία- κυριαρχεί η έλξη μεταξύ των γαλαξιών: κινούνται σε τροχιά, συγκρούονται και συγχωνεύονται. Αλλά, ξεκινώντας από μια συγκεκριμένη κλίμακα απόστασης, το Σύμπαν πρέπει απλώς να γίνει ομοιογενές.

Στη δεκαετία του 1970, οι παρατηρήσεις δεν μας επέτρεψαν ακόμη να πούμε με βεβαιότητα εάν υπήρχαν δομές μεγαλύτερες από μερικές δεκάδες megaparsec, και οι λέξεις «ομογένεια μεγάλης κλίμακας του Σύμπαντος» ακούγονταν σαν ένα προστατευτικό μάντρα της κοσμολογίας του Friedmann. Αλλά στις αρχές της δεκαετίας του 1990 η κατάσταση είχε αλλάξει δραματικά. Στα σύνορα των αστερισμών των Ιχθύων και του Κήτου, ανακαλύφθηκε ένα σύμπλεγμα υπερσμήνων μεγέθους περίπου 50 megaparsec, το οποίο περιλαμβάνει το Τοπικό Υπερσμήνος. Στον αστερισμό της Ύδρας, ανακάλυψαν αρχικά τον Μεγάλο Ελκυστήρα με μέγεθος 60 megaparsecs και στη συνέχεια πίσω του ένα τεράστιο υπερσμήνος Shapley τρεις φορές μεγαλύτερο. Και αυτά δεν είναι μεμονωμένα αντικείμενα. Την ίδια στιγμή, οι αστρονόμοι περιέγραψαν το Σινικό Τείχος, ένα σύνθετο μήκος 150 megaparsec, και ο κατάλογος συνεχίζει να αυξάνεται.

Μέχρι τα τέλη του αιώνα, τέθηκε σε ροή η παραγωγή τρισδιάστατων χαρτών του Σύμπαντος. Σε μία έκθεση τηλεσκοπίου, λαμβάνονται φάσματα εκατοντάδων γαλαξιών. Για να γίνει αυτό, ένας ρομποτικός χειριστής τοποθετεί εκατοντάδες οπτικές ίνες στο εστιακό επίπεδο της ευρυγώνιας κάμερας Schmidt σε γνωστές συντεταγμένες, μεταδίδοντας το φως κάθε μεμονωμένου γαλαξία στο φασματογραφικό εργαστήριο. Η μεγαλύτερη έρευνα SDSS μέχρι σήμερα έχει ήδη καθορίσει τα φάσματα και τις μετατοπίσεις στο ερυθρό ενός εκατομμυρίου γαλαξιών. Και η μεγαλύτερη γνωστή δομή στο Σύμπαν παραμένει το Σινικό Τείχος του Σλόαν, που ανακαλύφθηκε το 2003 σύμφωνα με την προηγούμενη έρευνα CfA-II. Το μήκος του είναι 500 megaparsecs, δηλαδή το 12% της απόστασης από τον ορίζοντα του Σύμπαντος Friedmann.

Μαζί με τις συγκεντρώσεις ύλης, έχουν επίσης ανακαλυφθεί πολλές ερημικές περιοχές του διαστήματος - κενά, όπου δεν υπάρχουν γαλαξίες ή ακόμα και μυστηριώδης σκοτεινή ύλη. Πολλά από αυτά ξεπερνούν τα 100 megaparsec σε μέγεθος και το 2007 το Αμερικανικό Εθνικό Ραδιοαστρονομικό Παρατηρητήριο ανέφερε την ανακάλυψη ενός Μεγάλου Κενού με διάμετρο περίπου 300 megaparsecs.

Η ίδια η ύπαρξη τέτοιων μεγαλειωδών δομών αμφισβητεί την τυπική κοσμολογία, στην οποία αναπτύσσονται ανομοιογένειες λόγω του βαρυτικού συνωστισμού της ύλης από μικροσκοπικές διακυμάνσεις πυκνότητας που απομένουν από τη Μεγάλη Έκρηξη. Στις παρατηρούμενες φυσικές ταχύτητες κίνησης των γαλαξιών, δεν μπορούν να ταξιδέψουν περισσότερο από μια ντουζίνα ή δύο megaparsec κατά τη διάρκεια ολόκληρης της ζωής του Σύμπαντος. Και πώς μπορούμε τότε να εξηγήσουμε τη συγκέντρωση μιας ουσίας που μετρά εκατοντάδες megaparsecs;

Σκοτεινές Οντότητες

Αυστηρά μιλώντας, το μοντέλο του Friedman «στην καθαρή του μορφή» δεν εξηγεί το σχηματισμό ακόμη και μικρών δομών - γαλαξιών και σμηνών, εκτός αν προσθέσουμε σε αυτό μια ειδική μη παρατηρήσιμη οντότητα, που εφευρέθηκε το 1933 από τον Fritz Zwicky. Ενώ μελετούσε το σμήνος Κόμα, ανακάλυψε ότι οι γαλαξίες του κινούνταν τόσο γρήγορα που θα έπρεπε εύκολα να πετάξουν μακριά. Γιατί δεν αποσυντίθεται το σύμπλεγμα; Ο Zwicky πρότεινε ότι η μάζα του ήταν πολύ μεγαλύτερη από ό,τι εκτιμήθηκε από φωτεινές πηγές. Έτσι εμφανίστηκε η κρυφή μάζα στην αστροφυσική, η οποία σήμερα ονομάζεται σκοτεινή ύλη. Χωρίς αυτό, είναι αδύνατο να περιγραφεί η δυναμική των γαλαξιακών δίσκων και των σμηνών γαλαξιών, η κάμψη του φωτός όταν περνά από αυτά τα σμήνη και η ίδια η προέλευσή τους. Υπολογίζεται ότι υπάρχει 5 φορές περισσότερη σκοτεινή ύλη από την κανονική φωτεινή ύλη. Έχει ήδη διαπιστωθεί ότι δεν πρόκειται για σκοτεινά πλανητοειδή, ούτε για μαύρες τρύπες, ούτε για γνωστά στοιχειώδη σωματίδια. Η σκοτεινή ύλη πιθανότατα αποτελείται από μερικά βαριά σωματίδια που συμμετέχουν μόνο σε ασθενείς αλληλεπιδράσεις.

Πρόσφατα, το Ιταλο-Ρωσικό δορυφορικό πείραμα PAMELA εντόπισε μια περίεργη περίσσεια ενεργητικών ποζιτρονίων στις κοσμικές ακτίνες. Οι αστροφυσικοί δεν γνωρίζουν κατάλληλη πηγή ποζιτρονίων και προτείνουν ότι μπορεί να είναι προϊόντα κάποιου είδους αντίδρασης με σωματίδια σκοτεινής ύλης. Αν ναι, τότε η θεωρία της αρχέγονης πυρηνοσύνθεσης του Gamow μπορεί να κινδυνεύει, επειδή δεν υπολόγιζε την παρουσία ενός τεράστιου αριθμού άγνωστων βαρέων σωματιδίων στο πρώιμο Σύμπαν.

Η μυστηριώδης σκοτεινή ενέργεια έπρεπε να προστεθεί επειγόντως στο τυπικό μοντέλο του Σύμπαντος στις αρχές του 20ου και του 21ου αιώνα. Λίγο πριν από αυτό, δοκιμάστηκε μια νέα μέθοδος για τον προσδιορισμό των αποστάσεων σε μακρινούς γαλαξίες. Το «τυποποιημένο κερί» σε αυτό ήταν οι εκρήξεις σουπερνόβα ειδικού τύπου, που στο απόγειο της εστίας έχουν πάντα σχεδόν την ίδια φωτεινότητα. Η φαινόμενη φωτεινότητά τους χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της απόστασης από τον γαλαξία όπου συνέβη ο κατακλυσμός. Όλοι περίμεναν ότι οι μετρήσεις θα έδειχναν μια μικρή επιβράδυνση στη διαστολή του Σύμπαντος υπό την επίδραση της αυτοβαρύτητας της ύλης του. Με μεγάλη έκπληξη, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι η διαστολή του Σύμπαντος, αντίθετα, επιταχύνεται! Η σκοτεινή ενέργεια επινοήθηκε για να παρέχει την παγκόσμια κοσμική απώθηση που διογκώνει το Σύμπαν. Στην πραγματικότητα, δεν διακρίνεται από τον όρο λάμδα στις εξισώσεις του Αϊνστάιν και, τι είναι πιο αστείο, από το πεδίο C από τη θεωρία Bondi-Gold-Hoyle ενός ακίνητου σύμπαντος, στο παρελθόν ο κύριος ανταγωνιστής της κοσμολογίας Friedmann-Gamow. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο οι τεχνητές κερδοσκοπικές ιδέες μεταναστεύουν μεταξύ των θεωριών, βοηθώντας τες να επιβιώσουν υπό την πίεση νέων γεγονότων.

Εάν το αρχικό μοντέλο του Friedman είχε μόνο μία παράμετρο που προσδιοριζόταν από παρατηρήσεις (η μέση πυκνότητα της ύλης στο Σύμπαν), τότε με την εμφάνιση των «σκοτεινών οντοτήτων» ο αριθμός των παραμέτρων «συντονισμού» αυξήθηκε αισθητά. Αυτές δεν είναι μόνο οι αναλογίες των σκοτεινών «συστατικών», αλλά και οι αυθαίρετα υποτιθέμενες φυσικές τους ιδιότητες, όπως η ικανότητα συμμετοχής σε διάφορες αλληλεπιδράσεις. Δεν είναι αλήθεια ότι όλα αυτά θυμίζουν τη θεωρία του Πτολεμαίου; Όλο και περισσότεροι επίκυκλοι προστέθηκαν σε αυτό, επίσης, για να επιτευχθεί συνέπεια με τις παρατηρήσεις, μέχρι που κατέρρευσε κάτω από το βάρος του δικού του υπερβολικά πολύπλοκου σχεδιασμού.

DIY Universe

Τα τελευταία 100 χρόνια, έχει δημιουργηθεί μια μεγάλη ποικιλία κοσμολογικών μοντέλων. Αν νωρίτερα καθένα από αυτά θεωρούνταν μια μοναδική φυσική υπόθεση, τώρα η στάση έχει γίνει πιο πεζή. Για να δημιουργήσετε ένα κοσμολογικό μοντέλο, πρέπει να ασχοληθείτε με τρία πράγματα: τη θεωρία της βαρύτητας, από την οποία εξαρτώνται οι ιδιότητες του χώρου, η κατανομή της ύλης και η φυσική φύση της ερυθρής μετατόπισης, από την οποία προκύπτει η εξάρτηση: απόσταση - μετατόπιση προς το κόκκινο R(z). Αυτό καθορίζει την κοσμογραφία του μοντέλου, η οποία καθιστά δυνατό τον υπολογισμό διαφόρων επιπτώσεων: πώς η φωτεινότητα ενός "τυποποιημένου κεριού", το γωνιακό μέγεθος ενός "κανονικού μετρητή", η διάρκεια ενός "κανονικού δευτερολέπτου" και η φωτεινότητα της επιφάνειας αλλαγής ενός «γαλαξία αναφοράς» με την απόσταση (ή μάλλον, με μετατόπιση προς το κόκκινο). Το μόνο που μένει είναι να κοιτάξουμε τον ουρανό και να καταλάβουμε ποια θεωρία δίνει τις σωστές προβλέψεις.

Φανταστείτε ότι το βράδυ κάθεστε σε έναν ουρανοξύστη δίπλα στο παράθυρο, κοιτάζοντας τη θάλασσα των φώτων της πόλης που απλώνεται από κάτω. Είναι λιγότεροι από αυτούς σε απόσταση. Γιατί; Ίσως υπάρχουν φτωχά περίχωρα εκεί, ή ακόμα και η ανάπτυξη έχει τελειώσει εντελώς. Ή ίσως το φως από τα φανάρια να μειώνεται από την ομίχλη ή την αιθαλομίχλη. Ή η καμπυλότητα της επιφάνειας της Γης την επηρεάζει και τα μακρινά φώτα απλώς υπερβαίνουν τον ορίζοντα. Για κάθε επιλογή, μπορείτε να υπολογίσετε την εξάρτηση του αριθμού των φώτων από την απόσταση και να βρείτε μια κατάλληλη εξήγηση. Έτσι οι κοσμολόγοι μελετούν μακρινούς γαλαξίες, προσπαθώντας να επιλέξουν το καλύτερο μοντέλο του Σύμπαντος.

Για να λειτουργήσει το κοσμολογικό τεστ, είναι σημαντικό να βρείτε «τυποποιημένα» αντικείμενα και να λάβετε υπόψη την επιρροή όλων των παρεμβολών που παραμορφώνουν την εμφάνισή τους. Οι παρατηρητικοί κοσμολόγοι παλεύουν με αυτό εδώ και οκτώ δεκαετίες. Κάντε, ας πούμε, τη δοκιμή γωνιακού μεγέθους. Αν ο χώρος μας είναι Ευκλείδειος, δηλαδή όχι καμπύλος, το φαινόμενο μέγεθος των γαλαξιών μειώνεται σε αντίστροφη αναλογία με την ερυθρή μετατόπιση z. Στο μοντέλο του Friedmann με καμπύλο χώρο, τα γωνιακά μεγέθη των αντικειμένων μειώνονται πιο αργά και βλέπουμε γαλαξίες ελαφρώς μεγαλύτερους, όπως τα ψάρια σε ένα ενυδρείο. Υπάρχει ακόμη και ένα μοντέλο (ο Αϊνστάιν δούλεψε με αυτό στα αρχικά στάδια), στο οποίο οι γαλαξίες αρχικά μειώνονται σε μέγεθος καθώς απομακρύνονται και μετά αρχίζουν να αναπτύσσονται ξανά. Το πρόβλημα, ωστόσο, είναι ότι βλέπουμε μακρινούς γαλαξίες όπως ήταν στο παρελθόν και κατά τη διάρκεια της εξέλιξης τα μεγέθη τους μπορεί να αλλάξουν. Επιπλέον, σε μεγάλη απόσταση, τα σημεία με ομίχλη φαίνονται μικρότερα - λόγω του ότι είναι δύσκολο να δεις τις άκρες τους.

Είναι εξαιρετικά δύσκολο να ληφθεί υπόψη η επιρροή τέτοιων επιδράσεων και επομένως το αποτέλεσμα μιας κοσμολογικής δοκιμής εξαρτάται συχνά από τις προτιμήσεις ενός συγκεκριμένου ερευνητή. Σε μια τεράστια γκάμα δημοσιευμένων έργων, μπορεί κανείς να βρει δοκιμές που επιβεβαιώνουν και διαψεύδουν μια ποικιλία κοσμολογικών μοντέλων. Και μόνο ο επαγγελματισμός του επιστήμονα καθορίζει ποιον από αυτούς να πιστέψει και ποιους όχι. Εδώ είναι μόνο μερικά παραδείγματα.

Το 2006, μια διεθνής ομάδα τριών δωδεκάδων αστρονόμων εξέτασε εάν οι μακρινές εκρήξεις σουπερνόβα εξαπλώθηκαν με την πάροδο του χρόνου, όπως απαιτείται από το μοντέλο του Friedmann. Έλαβαν πλήρη συμφωνία με τη θεωρία: οι λάμψεις επιμηκύνονται ακριβώς όσες φορές μειώνεται η συχνότητα του φωτός που προέρχεται από αυτές - η χρονική διαστολή στη γενική σχετικότητα έχει την ίδια επίδραση σε όλες τις διαδικασίες. Αυτό το αποτέλεσμα θα μπορούσε να ήταν άλλο ένα τελευταίο καρφί στο φέρετρο της θεωρίας ενός ακίνητου Σύμπαντος (το πρώτο πριν από 40 χρόνια ονομάστηκε από τον Stephen Hawking ως το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων), αλλά το 2009, ο Αμερικανός αστροφυσικός Eric Lerner δημοσίευσε ακριβώς τα αντίθετα αποτελέσματα λαμβάνεται με διαφορετική μέθοδο. Χρησιμοποίησε τη δοκιμή φωτεινότητας της επιφάνειας για γαλαξίες, που εφευρέθηκε από τον Richard Tolman το 1930, ειδικά για να κάνει μια επιλογή μεταξύ ενός διαστελλόμενου και ενός στατικού σύμπαντος. Στο μοντέλο Friedmann, η φωτεινότητα της επιφάνειας των γαλαξιών πέφτει πολύ γρήγορα με την αυξανόμενη μετατόπιση προς το κόκκινο, και στον Ευκλείδειο χώρο με το «κουρασμένο φως» η διάσπαση είναι πολύ πιο αργή. Στο z = 1 (όπου, σύμφωνα με τον Friedman, οι γαλαξίες είναι περίπου κατά το ήμισυ μικρότεροι από αυτούς που βρίσκονται κοντά μας), η διαφορά είναι 8 φορές και στο z = 5, που είναι κοντά στο όριο των δυνατοτήτων του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, είναι πάνω από 200 φορές. Η δοκιμή έδειξε ότι τα δεδομένα συμπίπτουν σχεδόν τέλεια με το μοντέλο "κουρασμένου φωτός" και αποκλίνουν έντονα από αυτά του Friedman.

Βάση αμφιβολίας

Η παρατηρητική κοσμολογία έχει συσσωρεύσει πολλά δεδομένα που αμφισβητούν την ορθότητα του κυρίαρχου κοσμολογικού μοντέλου, το οποίο, αφού πρόσθεσε τη σκοτεινή ύλη και ενέργεια, άρχισε να ονομάζεται LCDM (Λάμδα - Ψυχρή Σκοτεινή Ύλη). Ένα πιθανό πρόβλημα για το LCDM είναι η ταχεία αύξηση των ρεκόρ μετατοπίσεων στο κόκκινο των ανιχνευόμενων αντικειμένων. Ο Masanori Iye, υπάλληλος του Εθνικού Αστρονομικού Αστεροσκοπείου της Ιαπωνίας, μελέτησε πώς αυξήθηκαν οι ρεκόρ ανοιχτές μετατοπίσεις στο κόκκινο των γαλαξιών, των κβάζαρ και των εκρήξεων ακτίνων γάμμα (οι πιο ισχυρές εκρήξεις και οι πιο μακρινοί φάροι στο παρατηρήσιμο Σύμπαν). Μέχρι το 2008, όλοι είχαν ήδη ξεπεράσει το κατώφλι z = 6 και το ρεκόρ z των εκρήξεων ακτίνων γάμμα αυξήθηκε ιδιαίτερα γρήγορα. Το 2009 σημείωσαν άλλο ένα ρεκόρ: z = 8,2. Στο μοντέλο του Friedman, αυτό αντιστοιχεί σε μια ηλικία περίπου 600 εκατομμυρίων ετών μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και ταιριάζει στο όριο με τις υπάρχουσες θεωρίες σχηματισμού γαλαξιών: πλέον, και απλώς δεν θα έχουν χρόνο να σχηματιστούν. Εν τω μεταξύ, η πρόοδος στους δείκτες z δεν φαίνεται να σταματά - όλοι περιμένουν δεδομένα από τα νέα διαστημικά τηλεσκόπια Herschel και Planck, που εκτοξεύτηκαν την άνοιξη του 2009. Εάν εμφανιστούν αντικείμενα με z = 15 ή 20, θα γίνει μια πλήρης κρίση LCDM.

Ένα άλλο πρόβλημα παρατηρήθηκε το 1972 από τον Alan Sandage, έναν από τους πιο σεβαστούς παρατηρητές κοσμολόγους. Αποδεικνύεται ότι ο νόμος του Hubble ισχύει πολύ καλά στην άμεση γειτνίαση με τον Γαλαξία. Μέσα σε λίγα megaparsec από εμάς, η ύλη κατανέμεται εξαιρετικά ανομοιογενώς, αλλά οι γαλαξίες δεν φαίνεται να το παρατηρούν αυτό. Οι μετατοπίσεις τους στο κόκκινο είναι ακριβώς ανάλογες με τις αποστάσεις τους, εκτός από εκείνες που βρίσκονται πολύ κοντά στα κέντρα μεγάλων συστάδων. Οι χαοτικές ταχύτητες των γαλαξιών φαίνεται να μειώνονται από κάτι. Κάνοντας μια αναλογία με τη θερμική κίνηση των μορίων, αυτό το παράδοξο ονομάζεται μερικές φορές η ανώμαλη ψυχρότητα της ροής Hubble. Δεν υπάρχει ολοκληρωμένη εξήγηση για αυτό το παράδοξο στο LCDM, αλλά λαμβάνει μια φυσική εξήγηση στο μοντέλο "κουρασμένου φωτός". Ο Alexander Raikov από το Παρατηρητήριο Pulkovo υπέθεσε ότι η ερυθρή μετατόπιση των φωτονίων και η απόσβεση των χαοτικών ταχυτήτων των γαλαξιών μπορεί να είναι μια εκδήλωση του ίδιου κοσμολογικού παράγοντα. Και ο ίδιος λόγος μπορεί να εξηγήσει την ανωμαλία στην κίνηση των αμερικανικών διαπλανητικών ανιχνευτών Pioneer 10 και Pioneer 11. Καθώς έφευγαν από το ηλιακό σύστημα, αντιμετώπισαν μια μικρή, ανεξήγητη επιβράδυνση, ακριβώς το σωστό ποσό αριθμητικά για να εξηγήσει την ψυχρότητα του ρεύματος Hubble.

Ένας αριθμός κοσμολόγων προσπαθούν να αποδείξουν ότι η ύλη στο Σύμπαν κατανέμεται όχι ομοιόμορφα, αλλά κλασματικά. Αυτό σημαίνει ότι ανεξάρτητα από την κλίμακα που θεωρούμε το Σύμπαν, θα αποκαλύπτει πάντα μια εναλλαγή σμηνών και κενών του αντίστοιχου επιπέδου. Ο πρώτος που έθεσε αυτό το θέμα ήταν ο Ιταλός φυσικός Luciano Piotroneiro το 1987. Και πριν από μερικά χρόνια, ο κοσμολόγος της Αγίας Πετρούπολης Yuri Baryshev και ο Pekka Teerikorpi από τη Φινλανδία εξέδωσαν μια εκτενή μονογραφία «The Fractal Structure of the Universe». Ορισμένα επιστημονικά άρθρα υποστηρίζουν ότι σε έρευνες μετατόπισης ερυθρού, η φράκταλ φύση της κατανομής των γαλαξιών αποκαλύπτεται με σιγουριά σε κλίμακα 100 megaparsec και η ετερογένεια μπορεί να ανιχνευθεί έως και 500 megaparsecs ή περισσότερο. Και πρόσφατα, ο Alexander Raikov, μαζί με τον Viktor Orlov από το Κρατικό Πανεπιστήμιο της Αγίας Πετρούπολης, ανακάλυψαν σημάδια κατανομής φράκταλ στον κατάλογο των εκρήξεων ακτίνων γάμμα σε κλίμακες μέχρι z = 3 (δηλαδή, σύμφωνα με το μοντέλο Friedmann στα περισσότερα το ορατό Σύμπαν). Εάν αυτό επιβεβαιωθεί, η κοσμολογία βρίσκεται σε μια μεγάλη ανατροπή. Το Fractality γενικεύει την έννοια της ομοιογένειας, η οποία, για λόγους μαθηματικής απλότητας, ελήφθη ως βάση της κοσμολογίας του 20ού αιώνα. Σήμερα, τα φράκταλ μελετώνται ενεργά από τους μαθηματικούς και νέα θεωρήματα αποδεικνύονται τακτικά. Το fractality της μεγάλης κλίμακας δομής του Σύμπαντος μπορεί να οδηγήσει σε πολύ απροσδόκητες συνέπειες και ποιος ξέρει αν μας περιμένουν ριζικές αλλαγές στην εικόνα του Σύμπαντος και της ανάπτυξής του;

Κλάψε από καρδιάς

Και όμως, ανεξάρτητα από το πόσο εμπνευσμένοι είναι οι κοσμολογικοί «αντιφρονούντες» από τέτοια παραδείγματα, σήμερα δεν υπάρχει συνεκτική και καλά ανεπτυγμένη θεωρία για τη δομή και την εξέλιξη του Σύμπαντος που να διαφέρει από την τυπική LCDM. Αυτό που συλλογικά αποκαλείται εναλλακτική κοσμολογία αποτελείται από έναν αριθμό ισχυρισμών που ορθώς εγείρονται από τους υποστηρικτές της γενικά αποδεκτής έννοιας, καθώς και από ένα σύνολο υποσχόμενων ιδεών διαφορετικού βαθμού πολυπλοκότητας που μπορεί να είναι χρήσιμες στο μέλλον εάν ένα ισχυρό εναλλακτικό ερευνητικό πρόγραμμα αναδύεται.

Πολλοί υποστηρικτές εναλλακτικών απόψεων τείνουν να υπερτονίζουν μεμονωμένες ιδέες ή αντιπαραδείγματα. Ελπίζουν ότι επιδεικνύοντας τις δυσκολίες του τυπικού μοντέλου, μπορεί να εγκαταλειφθεί. Όμως, όπως υποστήριξε ο φιλόσοφος της επιστήμης Imre Lakatos, ούτε το πείραμα ούτε το παράδοξο μπορούν να καταστρέψουν μια θεωρία. Μόνο μια νέα, καλύτερη θεωρία σκοτώνει μια θεωρία. Δεν υπάρχει τίποτα να προσφέρουμε για μια εναλλακτική κοσμολογία ακόμα.

Αλλά από πού θα προέλθουν νέες σοβαρές εξελίξεις, διαμαρτύρονται οι «εναλλακτικές», αν σε όλο τον κόσμο, σε επιτροπές επιχορήγησης, στα γραφεία σύνταξης επιστημονικών περιοδικών και σε επιτροπές για την κατανομή του χρόνου παρατήρησης τηλεσκοπίων, η πλειοψηφία είναι υποστηρικτές του τυπικού κοσμολογία. Λένε, απλώς μπλοκάρουν την κατανομή πόρων σε εργασία που βρίσκεται έξω από το κοσμολογικό ρεύμα, θεωρώντας την άχρηστη σπατάλη κεφαλαίων. Πριν από αρκετά χρόνια, οι εντάσεις έφτασαν σε τέτοιο ύψος που μια ομάδα κοσμολόγων έγραψε μια πολύ σκληρή «Ανοιχτή Επιστολή στην Επιστημονική Κοινότητα» στο περιοδικό New Scientist. Ανακοίνωσε την ίδρυση του διεθνούς δημόσιου οργανισμού Alternative Cosmology Group (www. cosmology. info), ο οποίος έκτοτε διοργανώνει περιοδικά τα δικά του συνέδρια, αλλά δεν έχει καταφέρει ακόμη να αλλάξει σημαντικά την κατάσταση.

Η ιστορία της επιστήμης γνωρίζει πολλές περιπτώσεις όταν ένα ισχυρό νέο ερευνητικό πρόγραμμα διαμορφώθηκε απροσδόκητα γύρω από ιδέες που θεωρήθηκαν βαθιά εναλλακτικές και με μικρό ενδιαφέρον. Και, ίσως, η τρέχουσα ανόμοια εναλλακτική κοσμολογία φέρει μέσα της το μικρόβιο μιας μελλοντικής επανάστασης στην εικόνα του κόσμου.