Κοσμολογικό μοντέλο του πρώιμου σύμπαντος - η εποχή της ακτινοβολίας. Υπόθεση ενός πολυφύλλου μοντέλου του σύμπαντος. Χρειάζεστε βοήθεια για τη μελέτη ενός θέματος;

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.

Μοντέλα ενός ακίνητου Σύμπαντος.Η μοναδικότητα του Σύμπαντος δεν επιτρέπει την πειραματική επαλήθευση των υποθέσεων που προβάλλονται και την ανύψωσή τους στο επίπεδο των θεωριών, επομένως η εξέλιξη του Σύμπαντος μπορεί να εξεταστεί μόνο στο πλαίσιο μοντέλων.

Μετά τη δημιουργία της κλασικής μηχανικής, η επιστημονική εικόνα του κόσμου βασίστηκε στις νευτώνειες ιδέες για το χώρο, το χρόνο και τη βαρύτητα και περιέγραψε μια σταθερά στο χρόνο, δηλ. ακίνητο, άπειρο Σύμπαν που δημιουργήθηκε από τον Δημιουργό.

Τον 20ο αιώνα έχουν προκύψει νέα θεωρητικά θεμέλια για τη δημιουργία νέων κοσμολογικών μοντέλων.

Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να αναφέρουμε το κοσμολογικό αξίωμα, σύμφωνα με το οποίο οι φυσικοί νόμοι που θεσπίζονται σε ένα περιορισμένο μέρος του Σύμπαντος ισχύουν για ολόκληρο το Σύμπαν. Επιπλέον, η ομοιογένεια και η ισοτροπία της μεγάλης κλίμακας κατανομής της ύλης στο Σύμπαν θεωρείται αξίωμα. Σε αυτή την περίπτωση, το εξελικτικό μοντέλο πρέπει να αντιστοιχεί στη λεγόμενη ανθρωπική αρχή, δηλ. προβλέπουν τη δυνατότητα εμφάνισης ενός παρατηρητή (λογικού προσώπου) σε ένα ορισμένο στάδιο εξέλιξης.

Δεδομένου ότι είναι η βαρύτητα που καθορίζει την αλληλεπίδραση των μαζών σε μεγάλες αποστάσεις, ο θεωρητικός πυρήνας της κοσμολογίας του εικοστού αιώνα. έγινε η σχετικιστική θεωρία της βαρύτητας και του χωροχρόνου - η γενική θεωρία της σχετικότητας. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, η κατανομή και η κίνηση της ύλης καθορίζουν τις γεωμετρικές ιδιότητες του χωροχρόνου και ταυτόχρονα εξαρτώνται από αυτές. Το βαρυτικό πεδίο εκδηλώνεται ως «καμπυλότητα» του χωροχρόνου. Στο πρώτο κοσμολογικό μοντέλο του Αϊνστάιν, που δημιουργήθηκε με βάση τη γενική σχετικότητα το 1916, το Σύμπαν είναι επίσης ακίνητο. Είναι απεριόριστο, αλλά κλειστό και έχει πεπερασμένες διαστάσεις. Ο χώρος κλείνει μόνος του.

Μοντέλα Friedman ενός μη ακίνητου Σύμπαντος.Το μοντέλο του Αϊνστάιν για ένα ακίνητο Σύμπαν διαψεύστηκε στα έργα του Ρώσου επιστήμονα A.A. Friedman (1888 - 1925), ο οποίος το 1922 έδειξε ότι ο καμπύλος χώρος δεν μπορεί να είναι ακίνητος: πρέπει είτε να διαστέλλεται είτε να συστέλλεται. Τρία διαφορετικά μοντέλα μεταβολών στην ακτίνα καμπυλότητας του Σύμπαντος είναι δυνατά, ανάλογα με τη μέση πυκνότητα της ύλης σε αυτό, και σε δύο από αυτά το Σύμπαν διαστέλλεται άπειρα και στο τρίτο, η ακτίνα καμπυλότητας αλλάζει περιοδικά (το Σύμπαν πάλλεται).

Αν και η ανακάλυψη του Ε. Χαμπλ του νόμου της εξάρτησης της ταχύτητας απομάκρυνσης των γαλαξιών από την απόσταση από αυτούς επιβεβαίωσε τη διαστολή του Σύμπαντος, προς το παρόν, μια σύγκριση της πειραματικά εκτιμώμενης πυκνότητας της ύλης με την κρίσιμη τιμή αυτής της παραμέτρου, που καθορίζει τη μετάβαση από την επέκταση σε παλμό, δεν καθιστά δυνατή την αναμφισβήτητη επιλογή ενός σεναρίου για περαιτέρω εξέλιξη. Αυτές οι δύο τιμές αποδείχθηκαν κοντά, αλλά τα πειραματικά δεδομένα δεν ήταν αρκετά αξιόπιστα.

Η διαστολή του Σύμπαντος είναι επί του παρόντος ένα καλά θεμελιωμένο και γενικά αποδεκτό γεγονός που μας επιτρέπει να εκτιμήσουμε την ηλικία του Σύμπαντος. Σύμφωνα με τις πιο κοινές εκτιμήσεις, είναι 10 18 s (18 δισεκατομμύρια χρόνια). Επομένως, τα σύγχρονα μοντέλα υποθέτουν μια «αρχή» του Σύμπαντος. Πώς ξεκίνησε η εξέλιξή του;

Μοντέλο ενός ζεστού Σύμπαντος.Η βάση των σύγχρονων ιδεών για τα αρχικά στάδια της εξέλιξης του Σύμπαντος είναι το μοντέλο του «καυτού Σύμπαντος» ή «Big Bang», τα θεμέλια του οποίου τέθηκαν στη δεκαετία του '40 του 20ού αιώνα. Ο Ρώσος επιστήμονας που εργάζεται στις ΗΠΑ, G.A. Gammov (1904 – 1968). Στην απλούστερη εκδοχή αυτού του μοντέλου, φαίνεται ότι το Σύμπαν προέκυψε αυθόρμητα ως αποτέλεσμα μιας έκρηξης από μια υπερπυκνή και υπερθερμή κατάσταση με άπειρη καμπυλότητα του χώρου (κατάσταση μοναδικότητας). Η «θερμότητα» της αρχικής μοναδικής κατάστασης χαρακτηρίζεται από την υπεροχή της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε αυτήν έναντι της ύλης. Αυτό επιβεβαιώνεται από την πειραματική ανακάλυψη το 1965 της ισοτροπικής ηλεκτρομαγνητικής «απομεινόμενης ακτινοβολίας» από τους Αμερικανούς αστροφυσικούς Penzias (γενν. 1933) και Wilson (γεν. 1936). Οι σύγχρονες φυσικές θεωρίες καθιστούν δυνατή την περιγραφή της εξέλιξης της ύλης ξεκινώντας από τη στιγμή του χρόνου t= 10 -43 δευτ. Οι πρώτες στιγμές της εξέλιξης του Σύμπαντος βρίσκονται ακόμα πίσω από το φυσικό φράγμα. Μόνο ξεκινώντας από τη στιγμή t= 10 -10 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, οι ιδέες μας για την κατάσταση της ύλης στο πρώιμο Σύμπαν και τις διεργασίες που συμβαίνουν σε αυτό μπορούν να ελεγχθούν πειραματικά και να περιγραφούν θεωρητικά.

Καθώς το Σύμπαν διαστέλλεται, η πυκνότητα της ύλης σε αυτό μειώνεται και η θερμοκρασία πέφτει. Σε αυτή την περίπτωση, συμβαίνουν διαδικασίες ποιοτικών μετασχηματισμών των σωματιδίων της ύλης. Στα 10 -10 δευτερόλεπτα, η ύλη αποτελείται από ελεύθερα κουάρκ, λεπτόνια και φωτόνια (βλ. ενότητα III). Καθώς το Σύμπαν ψύχεται, σχηματίζονται αδρόνια, τότε εμφανίζονται πυρήνες ελαφρών στοιχείων - ισότοπα υδρογόνου, ηλίου, λιθίου. Η σύνθεση των πυρήνων ηλίου σταματά αυτή τη στιγμή t= 3 λεπτά. Μόνο μετά από εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια οι πυρήνες συνδυάζονται με ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν άτομα υδρογόνου και ηλίου και από εκείνη τη στιγμή η ουσία παύει να αλληλεπιδρά με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Η ακτινοβολία «λείψανο» προέκυψε ακριβώς κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Όταν το μέγεθος του Σύμπαντος ήταν περίπου 100 φορές μικρότερο από ό,τι στη σημερινή εποχή, οι συστάδες αερίων προέκυψαν από ανομοιογένειες υδρογόνου και αερίου ηλίου, οι οποίες κατακερματίστηκαν και οδήγησαν στην εμφάνιση αστεριών και γαλαξιών.

Το ζήτημα της αποκλειστικότητας του Σύμπαντος ως αντικείμενο της κοσμολογίας παραμένει ανοιχτό. Μαζί με την ευρέως διαδεδομένη άποψη ότι ολόκληρο το Σύμπαν είναι ο Μεταγαλαξίας μας, υπάρχει και η αντίθετη άποψη ότι το Σύμπαν μπορεί να αποτελείται από πολλούς μεταγαλαξίες και η ιδέα της μοναδικότητας του Σύμπαντος είναι ιστορικά σχετική, καθορίζεται από το επίπεδο της επιστήμης και της πρακτικής.

Ιστορικά, οι ιδέες για το Σύμπαν αναπτύχθηκαν πάντα στο πλαίσιο των νοητικών μοντέλων του Σύμπαντος, ξεκινώντας από τους Αρχαίους μύθους. Στη μυθολογία σχεδόν κάθε έθνους, μια σημαντική θέση καταλαμβάνουν οι μύθοι για το Σύμπαν - η προέλευση, η ουσία, η δομή, οι σχέσεις και οι πιθανές αιτίες του τέλους. Στους περισσότερους αρχαίους μύθους, ο κόσμος (σύμπαν) δεν είναι αιώνιος, δημιουργήθηκε από ανώτερες δυνάμεις από κάποια θεμελιώδη αρχή (ουσία), συνήθως από το νερό ή από το χάος. Ο χρόνος στις αρχαίες κοσμογονικές ιδέες είναι τις περισσότερες φορές κυκλικός, δηλ. τα γεγονότα της γέννησης, της ύπαρξης και του θανάτου του Σύμπαντος διαδέχονται το ένα το άλλο σε κύκλο, όπως όλα τα αντικείμενα στη φύση. Το Σύμπαν είναι ένα ενιαίο σύνολο, όλα τα στοιχεία του είναι αλληλένδετα, το βάθος αυτών των συνδέσεων ποικίλλει μέχρι πιθανούς αμοιβαίους μετασχηματισμούς, τα γεγονότα διαδέχονται το ένα το άλλο, αντικαθιστώντας το ένα το άλλο (χειμώνα και καλοκαίρι, μέρα και νύχτα). Αυτή η παγκόσμια τάξη πραγμάτων αντιτίθεται στο χάος. Ο χώρος του κόσμου είναι περιορισμένος. Ανώτερες δυνάμεις (μερικές φορές θεοί) ενεργούν είτε ως δημιουργοί του Σύμπαντος είτε ως φύλακες της παγκόσμιας τάξης. Η δομή του Σύμπαντος στους μύθους προϋποθέτει πολυεπίπεδο χαρακτήρα: μαζί με τον αποκαλυφθέν (μέσο) κόσμο, υπάρχουν ο άνω και κάτω κόσμος, ο άξονας του Σύμπαντος (συχνά με τη μορφή ενός Παγκόσμιου Δέντρου ή Βουνού), το κέντρο του ο κόσμος - ένα μέρος προικισμένο με ειδικές ιερές ιδιότητες, υπάρχει σύνδεση μεταξύ των επιμέρους στρωμάτων του κόσμου. Η ύπαρξη του κόσμου συλλαμβάνεται με οπισθοδρομικό τρόπο - από τη «χρυσή εποχή» μέχρι την παρακμή και τον θάνατο. Ο άνθρωπος στους αρχαίους μύθους μπορεί να είναι ανάλογος ολόκληρου του Κόσμου (όλος ο κόσμος δημιουργείται από ένα γιγάντιο πλάσμα παρόμοιο με έναν γιγάντιο άνθρωπο), το οποίο ενισχύει τη σύνδεση μεταξύ του ανθρώπου και του Σύμπαντος. Στα αρχαία μοντέλα, ο άνθρωπος δεν παίρνει ποτέ το επίκεντρο. Στους VI-V αιώνες. ΠΡΟ ΧΡΙΣΤΟΥ. Δημιουργούνται τα πρώτα φυσικά φιλοσοφικά μοντέλα του Σύμπαντος, τα πιο ανεπτυγμένα στην Αρχαία Ελλάδα. Το απόλυτο concept σε αυτά τα μοντέλα είναι το Cosmos ως ενιαίο σύνολο, όμορφο και συνεπές με το νόμο. Το ερώτημα πώς σχηματίστηκε ο κόσμος συμπληρώνεται από το ερώτημα από τι αποτελείται ο κόσμος και πώς αλλάζει. Οι απαντήσεις δεν διατυπώνονται πλέον με μεταφορική, αλλά με αφηρημένη, φιλοσοφική γλώσσα. Ο χρόνος στα μοντέλα είναι συνήθως κυκλικός, αλλά ο χώρος είναι πεπερασμένος. Η ουσία δρα ως μεμονωμένα στοιχεία (νερό, αέρας, φωτιά - στη Μιλήσια σχολή και στον Ηράκλειτο), ένα μείγμα στοιχείων και ένας ενιαίος, αδιαίρετος, ακίνητος Κόσμος (μεταξύ των Ελεατικών), οντολογημένος αριθμός (μεταξύ των Πυθαγορείων), αδιαίρετος δομικές μονάδες – άτομα που εξασφαλίζουν την ενότητα του κόσμου – στο Δημόκριτο. Είναι το μοντέλο του Δημόκριτου για το Σύμπαν που είναι άπειρο στο διάστημα. Οι φυσικοί φιλόσοφοι καθόρισαν την κατάσταση των κοσμικών αντικειμένων - αστεριών και πλανητών, τις διαφορές μεταξύ τους, τον ρόλο και τη σχετική θέση τους στο Σύμπαν. Στα περισσότερα μοντέλα, η κίνηση παίζει σημαντικό ρόλο. Ο Κόσμος είναι χτισμένος σύμφωνα με έναν μόνο νόμο - τον Λόγο, και ο άνθρωπος υπόκειται επίσης στον ίδιο νόμο - έναν μικρόκοσμο, ένα μειωμένο αντίγραφο του Κόσμου. Η ανάπτυξη των Πυθαγόρειων απόψεων, που γεωμετρούσαν τον Κόσμο και τον παρουσίαζαν για πρώτη φορά ξεκάθαρα με τη μορφή μιας σφαίρας που περιστρέφεται γύρω από μια κεντρική φωτιά και περιβάλλεται από αυτήν, ενσωματώθηκε στους μεταγενέστερους διαλόγους του Πλάτωνα. Για πολλούς αιώνες, το μοντέλο του Αριστοτέλη, το οποίο επεξεργάστηκε μαθηματικά ο Πτολεμαίος, θεωρήθηκε η λογική κορυφή των απόψεων της αρχαιότητας για τον Κόσμο. Σε μια κάπως απλοποιημένη μορφή, αυτό το μοντέλο, υποστηριζόμενο από την εξουσία της εκκλησίας, διήρκεσε περίπου 2 χιλιάδες χρόνια. Σύμφωνα με τον Αριστοτέλη, το Σύμπαν: o είναι ένα ολοκληρωμένο σύνολο, που αποτελείται από το σύνολο όλων των αντιληπτών σωμάτων. o μοναδικό στο είδος του. o είναι χωρικά πεπερασμένο, περιορίζεται στην ακραία ουράνια σφαίρα, πίσω της «δεν υπάρχει ούτε κενό ούτε χώρος». o αιώνιος, απαρχής και ατελείωτος στο χρόνο. Ταυτόχρονα, η Γη είναι ακίνητη και βρίσκεται στο κέντρο του Σύμπαντος, το γήινο και το ουράνιο (υπερσεληνιακό) είναι απολύτως αντίθετα στη φυσική και χημική τους σύσταση και στη φύση της κίνησης. Τον 15ο-16ο αιώνα, κατά την Αναγέννηση, επανεμφανίστηκαν φυσικά φιλοσοφικά μοντέλα του Σύμπαντος. Χαρακτηρίζονται αφενός από την επιστροφή στο εύρος και τις φιλοσοφικές απόψεις της αρχαιότητας και αφετέρου από την αυστηρή λογική και τα μαθηματικά που κληρονομήθηκαν από τον Μεσαίωνα. Ως αποτέλεσμα της θεωρητικής έρευνας, οι Nikolai Kuzansky, N. Copernicus, G. Bruno προτείνουν μοντέλα του Σύμπαντος με άπειρο χώρο, μη αναστρέψιμο γραμμικό χρόνο, ένα ηλιοκεντρικό ηλιακό σύστημα και πολλούς κόσμους παρόμοιους με αυτό. Ο Γ. Γαλιλαίος, συνεχίζοντας αυτή την παράδοση, ερεύνησε τους νόμους της κίνησης - την ιδιότητα της αδράνειας και ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε συνειδητά νοητικά μοντέλα (κατασκευάσματα που αργότερα έγιναν η βάση της θεωρητικής φυσικής), μια μαθηματική γλώσσα, την οποία θεώρησε την καθολική γλώσσα της το Σύμπαν, ένας συνδυασμός εμπειρικών μεθόδων και μιας θεωρητικής υπόθεσης ότι η εμπειρία πρέπει να επιβεβαιώσει ή να διαψεύσει και, τέλος, αστρονομικές παρατηρήσεις με τη χρήση τηλεσκοπίου, που επέκτεινε σημαντικά τις δυνατότητες της επιστήμης. Οι G. Galileo, R. Descartes, I. Kepler έθεσαν τα θεμέλια των σύγχρονων φυσικών και κοσμογονικών ιδεών για τον κόσμο, τόσο στη βάση τους όσο και με βάση τους νόμους της μηχανικής που ανακάλυψε ο Νεύτωνας στα τέλη του 17ου αιώνα. Δημιουργήθηκε το πρώτο επιστημονικό κοσμολογικό μοντέλο του Σύμπαντος, που ονομάζεται κλασικό Νευτώνειο μοντέλο. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, το Σύμπαν: Ο είναι στατικό (στάσιμο), δηλ. κατά μέσο όρο σταθερά με την πάροδο του χρόνου? Το O είναι ομοιογενές - όλα τα σημεία του είναι ίσα. Το O είναι ισότροπο - όλες οι κατευθύνσεις είναι ίσες. o είναι αιώνιο και χωρικά άπειρο και ο χώρος και ο χρόνος είναι απόλυτοι - δεν εξαρτώνται ο ένας από τον άλλον και από κινούμενες μάζες. Το O έχει μη μηδενική πυκνότητα ύλης. Το O έχει μια δομή που είναι απολύτως κατανοητή στη γλώσσα του υπάρχοντος συστήματος φυσικής γνώσης, που σημαίνει την άπειρη δυνατότητα επέκτασης των νόμων της μηχανικής, του νόμου της παγκόσμιας βαρύτητας, που είναι οι βασικοί νόμοι για την κίνηση όλων των κοσμικών σωμάτων. Επιπλέον, η αρχή της δράσης μεγάλης εμβέλειας είναι εφαρμόσιμη στο Σύμπαν, δηλ. στιγμιαία διάδοση σήματος. Η ενότητα του Σύμπαντος εξασφαλίζεται από μια ενιαία δομή - την ατομική δομή της ύλης. Η εμπειρική βάση αυτού του μοντέλου ήταν όλα τα δεδομένα που προέκυψαν από αστρονομικές παρατηρήσεις· για την επεξεργασία τους χρησιμοποιήθηκε σύγχρονη μαθηματική συσκευή. Αυτή η κατασκευή βασίστηκε στον ντετερμινισμό και τον υλισμό της ορθολογιστικής φιλοσοφίας της Νέας Εποχής. Παρά τις αντιφάσεις που προέκυψαν (φωτομετρικά και βαρυτικά παράδοξα - συνέπειες της παρέκτασης του μοντέλου στο άπειρο), η ιδεολογική ελκυστικότητα και η λογική συνέπεια, καθώς και η ευρετική δυνατότητα, έκαναν το Νευτώνειο μοντέλο το μοναδικό αποδεκτό για τους κοσμολόγους μέχρι τον 20ό αιώνα. Η ανάγκη αναθεώρησης των απόψεων για το Σύμπαν προκλήθηκε από πολυάριθμες ανακαλύψεις που έγιναν τον 19ο και τον 20ο αιώνα: η παρουσία ελαφριάς πίεσης, η διαιρετότητα του ατόμου, το ελάττωμα μάζας, το μοντέλο της δομής του ατόμου, το μη επίπεδο γεωμετρίες του Riemann και του Lobachevsky, αλλά μόνο με την έλευση της θεωρίας της σχετικότητας έγινε δυνατό μοντέλο του Σύμπαντος μια νέα κβαντική σχετικιστική θεωρία. Από τις εξισώσεις της ειδικής (STR, 1905) και της γενικής (GTR, 1916) θεωρίας της σχετικότητας του Α. Αϊνστάιν, προκύπτει ότι ο χώρος και ο χρόνος αλληλοσυνδέονται σε μια ενιαία μετρική και εξαρτώνται από την κινούμενη ύλη: σε ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός, ο χώρος συμπιέζεται, ο χρόνος τεντώνεται και κοντά σε συμπαγείς ισχυρές μάζες ο χωροχρόνος καμπυλώνεται, έτσι το μοντέλο του Σύμπαντος γεωμετρείται. Υπήρξαν ακόμη και προσπάθειες να φανταστούμε ολόκληρο το Σύμπαν ως έναν καμπύλο χωροχρόνο, οι κόμβοι και τα ελαττώματα του οποίου ερμηνεύονταν ως μάζες. Ο Αϊνστάιν, λύνοντας εξισώσεις για το Σύμπαν, απέκτησε ένα μοντέλο που ήταν περιορισμένο στο διάστημα και ακίνητο. Αλλά για να διατηρήσει τη σταθερότητα, χρειάστηκε να εισαγάγει έναν πρόσθετο όρο λάμδα στη λύση, ο οποίος δεν υποστηρίχθηκε εμπειρικά από τίποτα, και ήταν ισοδύναμος στη δράση του με ένα πεδίο που αντιτίθεται στη βαρύτητα σε κοσμολογικές αποστάσεις. Ωστόσο, το 1922-1924. Α.Α. Ο Friedman πρότεινε μια διαφορετική λύση σε αυτές τις εξισώσεις, από την οποία ήταν δυνατό να ληφθούν τρία διαφορετικά μοντέλα του Σύμπαντος ανάλογα με την πυκνότητα της ύλης, αλλά και τα τρία μοντέλα ήταν μη στάσιμα (εξελισσόμενα) - ένα μοντέλο με διαστολή ακολουθούμενη από συμπίεση, ταλαντευόμενο μοντέλο και μοντέλο με άπειρη διαστολή. Εκείνη την εποχή, η απόρριψη της στασιμότητας του Σύμπαντος ήταν ένα πραγματικά επαναστατικό βήμα και έγινε αποδεκτό από τους επιστήμονες με μεγάλη δυσκολία, αφού φαινόταν να έρχεται σε αντίθεση με όλες τις καθιερωμένες επιστημονικές και φιλοσοφικές απόψεις για τη φύση, οδηγώντας αναπόφευκτα στον δημιουργισμό. Η πρώτη πειραματική επιβεβαίωση της μη στάσιμης φύσης του Σύμπαντος ελήφθη το 1929 - το Hubble ανακάλυψε μια κόκκινη μετατόπιση στα φάσματα των μακρινών γαλαξιών, η οποία, σύμφωνα με το φαινόμενο Doppler, έδειξε τη διαστολή του Σύμπαντος (δεν συμμερίστηκαν όλοι οι κοσμολόγοι αυτήν την ερμηνεία στο εκείνη τη στιγμή). Το 1932-1933 Ο Βέλγος θεωρητικός J. Lemaitre πρότεινε ένα μοντέλο του Σύμπαντος με μια «καυτή αρχή», το λεγόμενο «Big Bang». Αλλά πίσω στις δεκαετίες του 1940 και του 1950. Προτάθηκαν εναλλακτικά μοντέλα (με τη γέννηση σωματιδίων από το πεδίο c, από το κενό), διατηρώντας τη στάσιμη φύση του Σύμπαντος. Το 1964, Αμερικανοί επιστήμονες - ο αστροφυσικός A. Penzias και ο αστρονόμος ραδιοφώνου K. Wilson ανακάλυψαν ομοιογενή ισοτροπική υπολειμματική ακτινοβολία, υποδηλώνοντας ξεκάθαρα μια «καυτή αρχή» του Σύμπαντος. Αυτό το μοντέλο έγινε κυρίαρχο και έγινε αποδεκτό από τους περισσότερους κοσμολόγους. Ωστόσο, αυτό ακριβώς το σημείο «αρχής», το σημείο της μοναδικότητας, δημιούργησε πολλά προβλήματα και διαφωνίες τόσο σχετικά με τον μηχανισμό της «Μεγάλης Έκρηξης» όσο και επειδή η συμπεριφορά του συστήματος (του Σύμπαντος) κοντά του δεν μπορούσε να περιγραφεί εντός του. το πλαίσιο γνωστών επιστημονικών θεωριών (απείρως υψηλή θερμοκρασία και πυκνότητα έπρεπε να συνδυαστούν με απειροελάχιστα μεγέθη). Τον 20ο αιώνα Πολλά μοντέλα του Σύμπαντος έχουν προταθεί - από εκείνα που απέρριψαν τη θεωρία της σχετικότητας ως βάση, σε εκείνα που άλλαξαν κάποιο παράγοντα στο βασικό μοντέλο, για παράδειγμα, την «κυτταρική δομή του Σύμπαντος» ή τη θεωρία χορδών. Έτσι, για να αρθούν οι αντιφάσεις που συνδέονται με τη μοναδικότητα, το 1980-1982. Ο Αμερικανός αστρονόμος P. Steinhart και ο Σοβιετικός αστροφυσικός A. Linde πρότειναν μια τροποποίηση του μοντέλου του διαστελλόμενου Σύμπαντος - ένα μοντέλο με πληθωριστική φάση (το μοντέλο «φουσκωμένου Σύμπαντος»), στο οποίο οι πρώτες στιγμές μετά το «Big Bang» έλαβαν νέα ερμηνεία. Αυτό το μοντέλο συνέχισε να βελτιώνεται αργότερα· αφαίρεσε μια σειρά από σημαντικά προβλήματα και αντιφάσεις στην κοσμολογία. Η έρευνα δεν σταματά σήμερα: η υπόθεση που διατυπώθηκε από μια ομάδα Ιαπώνων επιστημόνων σχετικά με την προέλευση των πρωτογενών μαγνητικών πεδίων είναι σε καλή συμφωνία με το μοντέλο που περιγράφηκε παραπάνω και μας επιτρέπει να ελπίζουμε ότι θα αποκτήσουμε νέα γνώση για τα πρώιμα στάδια της ύπαρξης του Σύμπαν. Ως αντικείμενο μελέτης, το Σύμπαν είναι πολύ περίπλοκο για να μελετηθεί επαγωγικά· οι μέθοδοι παρέκτασης και μοντελοποίησης παρέχουν την ευκαιρία να προχωρήσει στη γνώση του. Ωστόσο, αυτές οι μέθοδοι απαιτούν αυστηρή τήρηση όλων των διαδικασιών (από τη διατύπωση του προβλήματος, την επιλογή παραμέτρων, τον βαθμό ομοιότητας μεταξύ του μοντέλου και του πρωτοτύπου, έως την ερμηνεία των αποτελεσμάτων που λαμβάνονται) και ακόμη και αν πληρούνται ιδανικά όλες οι απαιτήσεις, τα αποτελέσματα της έρευνας θα να είναι βασικά πιθανολογικής φύσης. Η μαθηματοποίηση της γνώσης, η οποία ενισχύει σημαντικά τις ευρετικές δυνατότητες πολλών μεθόδων, είναι μια γενική τάση στην επιστήμη του 20ου αιώνα. Η κοσμολογία δεν ήταν εξαίρεση: προέκυψε ένας τύπος νοητικής μοντελοποίησης - η μαθηματική μοντελοποίηση, η μέθοδος της μαθηματικής υπόθεσης. Η ουσία του είναι ότι πρώτα λύνονται οι εξισώσεις και στη συνέχεια αναζητείται μια φυσική ερμηνεία των λύσεων που προκύπτουν. Αυτή η διαδικασία, όχι τυπική για την επιστήμη του παρελθόντος, έχει τεράστιες ευρετικές δυνατότητες. Αυτή η μέθοδος ήταν που οδήγησε τον Friedman να δημιουργήσει ένα μοντέλο του διαστελλόμενου Σύμπαντος· με αυτόν τον τρόπο ανακαλύφθηκε το ποζιτρόνιο και έγιναν πολλές ακόμη σημαντικές ανακαλύψεις στην επιστήμη στα τέλη του 20ού αιώνα. Τα μοντέλα υπολογιστών, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που χρησιμοποιούνται για τη μοντελοποίηση του Σύμπαντος, γεννήθηκαν από την ανάπτυξη της τεχνολογίας υπολογιστών. Βάσει αυτών, τα μοντέλα του Σύμπαντος με πληθωριστική φάση έχουν βελτιωθεί. στις αρχές του 21ου αιώνα. μεγάλες ποσότητες πληροφοριών που ελήφθησαν από το διαστημικό ανιχνευτή υποβλήθηκαν σε επεξεργασία και δημιουργήθηκε ένα μοντέλο ανάπτυξης του Σύμπαντος, λαμβάνοντας υπόψη τη «σκοτεινή ύλη» και τη «σκοτεινή ενέργεια». Με την πάροδο του χρόνου, η ερμηνεία πολλών θεμελιωδών εννοιών έχει αλλάξει. Το φυσικό κενό δεν νοείται πλέον ως κενό, όχι ως αιθέρας, αλλά ως μια σύνθετη κατάσταση με δυνητικό (εικονικό) περιεχόμενο ύλης και ενέργειας. Ταυτόχρονα, ανακαλύφθηκε ότι τα κοσμικά σώματα και τα πεδία που είναι γνωστά στη σύγχρονη επιστήμη αποτελούν ένα ασήμαντο ποσοστό της μάζας του Σύμπαντος και το μεγαλύτερο μέρος της μάζας περιέχεται σε «σκοτεινή ύλη» και «σκοτεινή ενέργεια» που έμμεσα αποκαλύπτονται . Έρευνες των τελευταίων ετών έχουν δείξει ότι ένα σημαντικό μέρος αυτής της ενέργειας δρα στη διαστολή, το τέντωμα και το σχίσιμο του Σύμπαντος, το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε μια σταθερή επιτάχυνση της διαστολής)