Model kosmologis alam semesta awal - era radiasi. Hipotesis model alam semesta multi-daun. Butuh bantuan mempelajari suatu topik?

Pada awalnya, Alam Semesta merupakan gumpalan kehampaan yang semakin meluas. Keruntuhannya menyebabkan Big Bang, dalam plasma yang bernapas api tempat unsur-unsur kimia pertama ditempa. Kemudian gravitasi memampatkan awan gas pendingin selama jutaan tahun. Dan kemudian bintang-bintang pertama menyala, menerangi Alam Semesta yang megah dengan triliunan galaksi pucat... Gambaran dunia ini, yang didukung oleh penemuan astronomi terbesar abad ke-20, berdiri di atas landasan teoretis yang kokoh. Namun ada spesialis yang tidak menyukainya. Mereka terus-menerus mencari titik lemah di dalamnya, berharap kosmologi lain akan menggantikan kosmologi saat ini.

Pada awal tahun 1920-an, ilmuwan St. Petersburg Alexander Friedman, dengan asumsi sederhana bahwa materi memenuhi seluruh ruang secara seragam, menemukan solusi persamaan relativitas umum (GTR), yang menggambarkan perluasan alam semesta yang tidak stasioner. Bahkan Einstein tidak menganggap serius penemuan ini, percaya bahwa Alam Semesta pasti abadi dan tidak berubah. Untuk menggambarkan Alam Semesta seperti itu, ia bahkan memperkenalkan istilah lambda “anti-gravitasi” khusus ke dalam persamaan relativitas umum. Friedman segera meninggal karena demam tifoid, dan keputusannya dilupakan. Misalnya, Edwin Hubble, yang mengerjakan teleskop 100 inci terbesar di dunia di Observatorium Mount Wilson, belum pernah mendengar apa pun tentang gagasan ini.

Pada tahun 1929, Hubble telah mengukur jarak beberapa lusin galaksi dan, membandingkannya dengan spektrum yang diperoleh sebelumnya, secara tak terduga menemukan bahwa semakin jauh sebuah galaksi, semakin besar pergeseran merah garis spektrumnya. Cara termudah untuk menjelaskan pergeseran merah adalah efek Doppler. Namun ternyata semua galaksi dengan cepat menjauh dari kita. Sungguh aneh bahwa astronom Fritz Zwicky mengajukan hipotesis yang sangat berani tentang “cahaya lelah”, yang menyatakan bahwa bukan galaksi yang menjauh dari kita, tetapi kuanta cahaya selama perjalanan panjang mengalami hambatan terhadap pergerakannya, secara bertahap kehilangan energi dan berubah menjadi merah. Kemudian, tentu saja, mereka teringat akan gagasan perluasan ruang angkasa, dan ternyata pengamatan baru yang tidak kalah anehnya cocok dengan teori aneh yang terlupakan ini. Model Friedman juga mendapat manfaat dari fakta bahwa asal mula pergeseran merah di dalamnya terlihat sangat mirip dengan efek Doppler biasa: bahkan saat ini, tidak semua astronom memahami bahwa “hamburan” galaksi di ruang angkasa sama sekali tidak sama dengan perluasan galaksi. ruang itu sendiri dengan galaksi-galaksi yang “beku” di dalamnya.

Hipotesis “cahaya lelah” perlahan-lahan memudar dari pandangan pada akhir tahun 1930-an, ketika fisikawan mencatat bahwa foton kehilangan energi hanya melalui interaksi dengan partikel lain, dan dalam hal ini arah pergerakannya harus berubah setidaknya sedikit. Jadi gambar galaksi jauh dalam model “cahaya lelah” seharusnya kabur, seolah-olah di dalam kabut, tetapi gambar tersebut terlihat cukup jelas. Hasilnya, model Alam Semesta Friedmann, sebuah alternatif terhadap gagasan yang diterima secara umum, baru-baru ini menarik perhatian semua orang. (Namun, hingga akhir hayatnya, pada tahun 1953, Hubble sendiri mengakui bahwa perluasan ruang angkasa hanya merupakan dampak nyata.)

Standar alternatif dua kali

Namun karena alam semesta mengembang, berarti sebelumnya alam semesta menjadi lebih padat. Dengan membalikkan evolusinya secara mental, mahasiswa Friedman, fisikawan nuklir Georgi Gamow, menyimpulkan bahwa alam semesta awal begitu panas sehingga terjadi reaksi fusi termonuklir di dalamnya. Gamow mencoba menjelaskan kepada mereka prevalensi unsur-unsur kimia yang diamati, namun ia berhasil “memasak” hanya beberapa jenis inti cahaya di dalam kuali utama. Ternyata, selain hidrogen, dunia harus mengandung 23-25% helium, seperseratus persen deuterium, dan sepersejuta litium. Teori sintesis unsur-unsur berat pada bintang kemudian dikembangkan bersama rekan-rekannya oleh pesaing Gamow, ahli astrofisika Fred Hoyle.

Pada tahun 1948, Gamow juga meramalkan bahwa jejak yang dapat diamati akan tetap ada dari alam semesta yang panas - radiasi gelombang mikro yang didinginkan dengan suhu beberapa derajat Kelvin, datang dari segala arah di langit. Sayangnya, prediksi Gamow mengulangi nasib model Friedman: tidak ada yang terburu-buru mencari radiasinya. Teori alam semesta yang panas tampaknya terlalu berlebihan untuk melakukan eksperimen mahal untuk mengujinya. Selain itu, kesejajarannya terlihat dengan ciptaan ilahi, yang membuat banyak ilmuwan menjauhkan diri. Itu berakhir dengan Gamow meninggalkan kosmologi dan beralih ke genetika, yang sedang berkembang saat itu.

Pada tahun 1950-an, versi baru teori alam semesta stasioner, yang dikembangkan oleh Fred Hoyle bersama dengan astrofisikawan Thomas Gold dan ahli matematika Hermann Bondi, mendapatkan popularitas pada tahun 1950-an. Di bawah tekanan penemuan Hubble, mereka menerima perluasan Alam Semesta, namun tidak menerima evolusinya. Menurut teori mereka, perluasan ruang angkasa disertai dengan penciptaan atom hidrogen secara spontan, sehingga kepadatan rata-rata alam semesta tetap tidak berubah. Hal ini, tentu saja, merupakan pelanggaran terhadap hukum kekekalan energi, tetapi pelanggaran ini sangat tidak signifikan - tidak lebih dari satu atom hidrogen per miliar tahun per meter kubik ruang. Hoyle menyebut modelnya sebagai "teori penciptaan berkelanjutan" dan memperkenalkan medan C khusus (dari bahasa Inggris penciptaan - penciptaan) dengan tekanan negatif, yang memaksa Alam Semesta mengembang, sambil mempertahankan kepadatan materi yang konstan. Bertentangan dengan Gamow, Hoyle menjelaskan pembentukan semua unsur, termasuk unsur ringan, melalui proses termonuklir di bintang.

Latar belakang gelombang mikro kosmik yang diprediksi oleh Gamow secara tidak sengaja diketahui hampir 20 tahun kemudian. Penemunya menerima Hadiah Nobel, dan Alam Semesta Friedmann-Gamow yang panas dengan cepat menggantikan hipotesis yang bersaing. Hoyle, bagaimanapun, tidak menyerah dan, mempertahankan teorinya, berpendapat bahwa latar belakang gelombang mikro dihasilkan oleh bintang-bintang jauh, yang cahayanya dihamburkan dan dipancarkan kembali oleh debu kosmik. Namun cahaya di langit seharusnya tidak merata, namun hampir seragam sempurna. Secara bertahap, data dikumpulkan tentang komposisi kimia bintang dan awan kosmik, yang juga konsisten dengan model nukleosintesis primer Gam.

Dengan demikian, teori Big Bang yang memiliki dua alternatif menjadi diterima secara umum, atau, seperti yang biasa dikatakan saat ini, berubah menjadi arus utama ilmiah. Dan sekarang anak-anak sekolah diajari bahwa Hubble menemukan ledakan Alam Semesta (dan bukan ketergantungan pergeseran merah pada jarak), dan radiasi gelombang mikro kosmik, dengan tangan ringan astrofisikawan Soviet Joseph Samuilovich Shklovsky, menjadi radiasi peninggalan. Model alam semesta yang panas “dijahit” ke dalam pikiran manusia secara harfiah pada tingkat bahasa.

Empat Penyebab Pergeseran Merah

Manakah yang harus Anda pilih untuk menjelaskan hukum Hubble - ketergantungan pergeseran merah pada jarak?

Menggali di bawah fondasi

Namun sifat manusia sedemikian rupa sehingga begitu gagasan lain yang tak terbantahkan muncul di masyarakat, langsung ada orang yang ingin berdebat. Kritik terhadap kosmologi standar dapat dibagi menjadi konseptual, yang menunjukkan ketidaksempurnaan landasan teoretisnya, dan astronomi, yang mengutip fakta dan pengamatan spesifik yang sulit dijelaskan.

Sasaran utama serangan konseptual, tentu saja, adalah teori relativitas umum (GR). Einstein memberikan gambaran yang sangat indah tentang gravitasi, mengidentifikasikannya dengan kelengkungan ruang-waktu. Namun, dari relativitas umum, hal ini mengikuti keberadaan lubang hitam, benda-benda aneh yang pusatnya materi dikompresi menjadi titik dengan kepadatan tak terbatas. Dalam fisika, kemunculan ketidakterbatasan selalu menunjukkan batas penerapan suatu teori. Pada kepadatan sangat tinggi, relativitas umum harus digantikan oleh gravitasi kuantum. Namun semua upaya untuk memperkenalkan prinsip-prinsip fisika kuantum ke dalam relativitas umum telah gagal, yang memaksa fisikawan mencari teori gravitasi alternatif. Lusinan di antaranya dibangun pada abad ke-20. Sebagian besar tidak tahan terhadap pengujian eksperimental. Namun beberapa teori masih berlaku. Diantaranya misalnya teori medan gravitasi karya Akademisi Logunov, yang di dalamnya tidak ada ruang melengkung, tidak ada singularitas yang muncul, artinya tidak ada lubang hitam atau Big Bang. Di mana pun prediksi teori gravitasi alternatif tersebut dapat diuji secara eksperimental, prediksi tersebut sejalan dengan prediksi teori relativitas umum, dan hanya dalam kasus ekstrem - pada kepadatan sangat tinggi atau pada jarak kosmologis yang sangat jauh - kesimpulannya berbeda. Artinya struktur dan evolusi Alam Semesta pasti berbeda.

Kosmografi baru

Dahulu kala, Johannes Kepler, yang mencoba menjelaskan secara teoritis hubungan antara jari-jari orbit planet, menyarangkan polihedra beraturan satu sama lain. Baginya, bidang-bidang yang dideskripsikan dan ditorehkan di dalamnya tampak sebagai jalan paling langsung untuk mengungkap struktur alam semesta - “Misteri Kosmografis,” begitu ia menyebut bukunya. Belakangan, berdasarkan pengamatan Tycho Brahe, ia membuang gagasan kuno tentang kesempurnaan lingkaran dan bola, menyimpulkan bahwa planet-planet bergerak dalam bentuk elips.

Banyak astronom modern juga skeptis terhadap konstruksi spekulatif para ahli teori dan lebih memilih mendapatkan inspirasi dengan melihat ke langit. Dan di sana Anda dapat melihat bahwa Galaksi kita, Bima Sakti, adalah bagian dari gugus kecil yang disebut Grup Galaksi Lokal, yang tertarik ke pusat awan galaksi besar di konstelasi Virgo, yang dikenal sebagai Superkluster Lokal. Pada tahun 1958, astronom George Abel menerbitkan katalog 2.712 gugus galaksi di langit utara, yang kemudian dikelompokkan menjadi superkluster.

Setuju, alam semesta tidak terlihat seperti alam semesta yang dipenuhi materi secara seragam. Namun tanpa homogenitas dalam model Friedman, mustahil memperoleh rezim ekspansi yang konsisten dengan hukum Hubble. Dan kehalusan latar belakang gelombang mikro yang menakjubkan juga tidak dapat dijelaskan. Oleh karena itu, atas nama keindahan teori tersebut, homogenitas Alam Semesta dinyatakan sebagai prinsip Kosmologis, dan para pengamat diharapkan dapat memastikannya. Tentu saja, pada jarak yang kecil menurut standar kosmologis—seratus kali ukuran Bima Sakti—daya tarik antargalaksi mendominasi: mereka bergerak dalam orbit, bertabrakan, dan bergabung. Namun, mulai dari skala jarak tertentu, Alam Semesta harus menjadi homogen.

Pada tahun 1970-an, pengamatan belum memungkinkan kita untuk mengatakan dengan pasti apakah ada struktur yang lebih besar dari beberapa puluh megaparsec, dan kata-kata “homogenitas alam semesta skala besar” terdengar seperti mantra pelindung kosmologi Friedmann. Namun pada awal tahun 1990an situasinya telah berubah secara dramatis. Di perbatasan konstelasi Pisces dan Cetus, ditemukan kompleks superkluster berukuran sekitar 50 megaparsec, termasuk Superkluster Lokal. Di konstelasi Hydra, mereka pertama kali menemukan Great Attractor dengan ukuran 60 megaparsec, dan kemudian di belakangnya ada superkluster Shapley yang tiga kali lebih besar. Dan ini bukanlah objek yang terisolasi. Pada saat yang sama, para astronom mendeskripsikan Tembok Besar, sebuah kompleks dengan panjang 150 megaparsec, dan daftarnya terus bertambah.

Pada akhir abad ini, produksi peta 3D Alam Semesta mulai beroperasi. Dalam satu paparan teleskop diperoleh spektrum ratusan galaksi. Untuk melakukan hal ini, manipulator robotik menempatkan ratusan serat optik pada bidang fokus kamera Schmidt sudut lebar pada koordinat yang diketahui, mentransmisikan cahaya dari setiap galaksi ke laboratorium spektrografi. Survei SDSS terbesar hingga saat ini telah menentukan spektrum dan pergeseran merah dari satu juta galaksi. Dan struktur terbesar yang diketahui di Alam Semesta tetaplah Tembok Besar Sloan, yang ditemukan pada tahun 2003 menurut survei CfA-II sebelumnya. Panjangnya 500 megaparsec, yaitu 12% jarak ke cakrawala Alam Semesta Friedmann.

Seiring dengan konsentrasi materi, banyak wilayah ruang angkasa yang sepi juga telah ditemukan - ruang kosong, di mana tidak terdapat galaksi atau bahkan materi gelap misterius. Banyak diantaranya yang ukurannya melebihi 100 megaparsec, dan pada tahun 2007 American National Radio Astronomy Observatory melaporkan penemuan Great Void dengan diameter sekitar 300 megaparsec.

Keberadaan struktur megah tersebut menantang kosmologi standar, di mana ketidakhomogenan berkembang akibat penumpukan gravitasi materi akibat fluktuasi kepadatan kecil yang tersisa dari Big Bang. Berdasarkan kecepatan gerak alami galaksi yang teramati, mereka tidak dapat menempuh jarak lebih dari selusin atau dua megaparsec selama masa hidup Alam Semesta. Lalu bagaimana kita bisa menjelaskan konsentrasi suatu zat berukuran ratusan megaparsec?

Entitas Gelap

Sebenarnya, model Friedman “dalam bentuknya yang murni” tidak menjelaskan pembentukan struktur kecil sekalipun - galaksi dan gugus, kecuali kita menambahkan satu entitas khusus yang tidak dapat diamati, yang ditemukan pada tahun 1933 oleh Fritz Zwicky. Saat mempelajari gugus Coma, ia menemukan bahwa galaksi-galaksinya bergerak sangat cepat sehingga mereka dapat terbang dengan mudah. Mengapa cluster tersebut tidak hancur? Zwicky berpendapat bahwa massanya jauh lebih besar daripada perkiraan sumber cahaya. Inilah bagaimana massa tersembunyi muncul dalam astrofisika, yang sekarang disebut materi gelap. Tanpanya, mustahil untuk menggambarkan dinamika piringan galaksi dan gugus galaksi, pembelokan cahaya saat melewati gugus tersebut, dan asal muasalnya. Diperkirakan terdapat 5 kali lebih banyak materi gelap dibandingkan materi bercahaya normal. Telah ditetapkan bahwa ini bukanlah planetoid gelap, bukan lubang hitam, dan bukan partikel elementer yang diketahui. Materi gelap mungkin terdiri dari beberapa partikel berat yang hanya berpartisipasi dalam interaksi lemah.

Baru-baru ini, eksperimen satelit Italia-Rusia PAMELA mendeteksi kelebihan positron energik yang aneh dalam sinar kosmik. Ahli astrofisika tidak mengetahui sumber positron yang cocok dan berpendapat bahwa positron tersebut mungkin merupakan produk dari beberapa jenis reaksi dengan partikel materi gelap. Jika demikian, maka teori nukleosintesis primordial Gamow mungkin berisiko, karena teori tersebut tidak mengasumsikan adanya sejumlah besar partikel berat yang tidak diketahui di alam semesta awal.

Energi gelap misterius harus segera dimasukkan ke dalam model standar Alam Semesta pada pergantian abad ke-20 dan ke-21. Sesaat sebelum ini, metode baru untuk menentukan jarak ke galaksi jauh telah diuji. “Lilin standar” di dalamnya adalah ledakan supernova jenis khusus, yang pada puncak ledakannya selalu memiliki luminositas yang hampir sama. Kecerahan nyatanya digunakan untuk menentukan jarak ke galaksi tempat terjadinya bencana alam. Semua orang berharap bahwa pengukuran akan menunjukkan sedikit perlambatan dalam perluasan Alam Semesta di bawah pengaruh gravitasi materinya. Dengan sangat terkejut, para astronom menemukan bahwa perluasan alam semesta justru semakin cepat! Energi gelap diciptakan untuk memberikan tolakan kosmik universal yang menggembungkan Alam Semesta. Faktanya, ia tidak dapat dibedakan dari suku lambda dalam persamaan Einstein dan, yang lebih lucu, dari medan C dari teori Bondi-Gold-Hoyle tentang alam semesta stasioner, yang di masa lalu merupakan pesaing utama kosmologi Friedmann-Gamow. Ini adalah bagaimana ide-ide spekulatif buatan bermigrasi antar teori, membantu mereka bertahan di bawah tekanan fakta-fakta baru.

Jika model awal Friedman hanya memiliki satu parameter yang ditentukan dari pengamatan (kepadatan rata-rata materi di Alam Semesta), maka dengan munculnya “entitas gelap”, jumlah parameter “penyetelan” meningkat secara signifikan. Ini bukan hanya proporsi “bahan” gelap, tetapi juga sifat fisik yang diasumsikan secara sewenang-wenang, seperti kemampuan untuk berpartisipasi dalam berbagai interaksi. Bukankah semua ini mengingatkan kita pada teori Ptolemy? Semakin banyak epicycles yang ditambahkan ke dalamnya, untuk mencapai konsistensi dengan pengamatan, sampai ia runtuh karena beban desainnya yang terlalu rumit.

Alam Semesta DIY

Selama 100 tahun terakhir, berbagai macam model kosmologis telah diciptakan. Jika sebelumnya masing-masing dianggap sebagai hipotesis fisik yang unik, kini sikapnya menjadi lebih biasa-biasa saja. Untuk membangun model kosmologis, Anda perlu memahami tiga hal: teori gravitasi, yang menjadi sandaran sifat-sifat ruang, distribusi materi, dan sifat fisik pergeseran merah, yang menjadi asal ketergantungan: jarak - pergeseran merah R(z). Ini menetapkan kosmografi model, yang memungkinkan untuk menghitung berbagai efek: bagaimana kecerahan “lilin standar”, ukuran sudut “meter standar”, durasi “detik standar”, dan kecerahan permukaan dari “galaksi referensi” yang berubah seiring jarak (atau lebih tepatnya, dengan pergeseran merah). Yang tersisa hanyalah melihat ke langit dan memahami teori mana yang memberikan prediksi yang benar.

Bayangkan di malam hari Anda sedang duduk di gedung pencakar langit dekat jendela, memandangi lautan lampu kota yang terbentang di bawah. Jumlah mereka lebih sedikit di kejauhan. Mengapa? Mungkin ada daerah pinggiran yang miskin di sana, atau bahkan pembangunan telah terhenti sama sekali. Atau mungkin cahaya lenteranya diredupkan oleh kabut atau kabut asap. Atau kelengkungan permukaan bumi mempengaruhi hal ini, dan cahaya yang jauh melampaui cakrawala. Untuk setiap opsi, Anda dapat menghitung ketergantungan jumlah lampu pada jarak dan menemukan penjelasan yang sesuai. Beginilah cara para kosmolog mempelajari galaksi-galaksi jauh, mencoba memilih model alam semesta terbaik.

Agar tes kosmologis berhasil, penting untuk menemukan objek “standar” dan memperhitungkan pengaruh semua gangguan yang mengubah penampilannya. Para kosmolog observasional telah berjuang dengan hal ini selama delapan dekade. Misalnya saja tes ukuran sudut. Jika ruang kita berbentuk Euclidean, yaitu tidak melengkung, ukuran galaksi yang tampak akan berkurang berbanding terbalik dengan pergeseran merah z. Dalam model ruang melengkung Friedmann, ukuran sudut objek mengecil lebih lambat, dan kita melihat galaksi sedikit lebih besar, seperti ikan di akuarium. Bahkan ada model (Einstein mengerjakannya pada tahap awal), di mana ukuran galaksi mula-mula mengecil saat menjauh, dan kemudian mulai membesar lagi. Namun masalahnya adalah kita melihat galaksi-galaksi jauh seperti di masa lalu, dan selama evolusi ukurannya dapat berubah. Selain itu, pada jarak yang sangat jauh, bintik-bintik berkabut tampak lebih kecil karena tepiannya sulit terlihat.

Sangat sulit untuk memperhitungkan pengaruh efek-efek tersebut, dan oleh karena itu hasil tes kosmologis sering kali bergantung pada preferensi peneliti tertentu. Dalam sejumlah besar karya yang diterbitkan, kita dapat menemukan tes yang mengkonfirmasi dan menyangkal berbagai model kosmologis. Dan hanya profesionalisme ilmuwan yang menentukan mana yang harus dipercaya dan mana yang tidak. Berikut ini beberapa contohnya.

Pada tahun 2006, tim internasional yang terdiri dari tiga lusin astronom menguji apakah ledakan supernova jauh terjadi seiring waktu, seperti yang disyaratkan oleh model Friedmann. Mereka sepenuhnya setuju dengan teori tersebut: kilatan cahaya memanjang persis sebanyak frekuensi cahaya yang datang darinya berkurang - pelebaran waktu dalam relativitas umum memiliki efek yang sama pada semua proses. Hasil ini bisa saja menjadi paku terakhir dalam peti mati teori alam semesta stasioner (yang pertama 40 tahun yang lalu dinamai oleh Stephen Hawking sebagai latar belakang gelombang mikro kosmik), namun pada tahun 2009, ahli astrofisika Amerika Eric Lerner menerbitkan hasil yang justru sebaliknya. diperoleh dengan metode yang berbeda. Dia menggunakan uji kecerahan permukaan galaksi, yang ditemukan oleh Richard Tolman pada tahun 1930, khususnya untuk membuat pilihan antara alam semesta yang mengembang dan alam semesta yang statis. Dalam model Friedmann, kecerahan permukaan galaksi turun dengan sangat cepat seiring meningkatnya pergeseran merah, dan di ruang Euclidean dengan “cahaya lelah” peluruhannya jauh lebih lambat. Pada z = 1 (menurut Friedman, umur galaksi-galaksi sekitar setengah usia galaksi-galaksi di dekat kita), perbedaannya adalah 8 kali lipat, dan pada z = 5, yang mendekati batas kemampuan Teleskop Luar Angkasa Hubble, maka perbedaannya menjadi 8 kali lipat. lebih dari 200 kali lipat. Pengujian menunjukkan bahwa data tersebut hampir sepenuhnya sesuai dengan model “lampu lelah” dan sangat menyimpang dari model Friedman.

Alasan untuk ragu

Kosmologi observasional telah mengumpulkan banyak data yang meragukan kebenaran model kosmologi dominan, yang setelah menambahkan materi gelap dan energi, mulai disebut LCDM (Lambda - Cold Dark Matter). Masalah potensial untuk LCDM adalah peningkatan pesat dalam rekor pergeseran merah pada objek yang terdeteksi. Masanori Iye, seorang karyawan Observatorium Astronomi Nasional Jepang, mempelajari bagaimana rekor pergeseran merah galaksi, quasar, dan semburan sinar gamma (ledakan paling kuat dan suar terjauh di alam semesta yang dapat diamati) berkembang. Pada tahun 2008, semuanya telah melampaui ambang batas z = 6, dan rekor semburan sinar gamma z meningkat sangat pesat. Pada tahun 2009, mereka mencetak rekor lain: z = 8.2. Dalam model Friedman, usia ini setara dengan sekitar 600 juta tahun setelah Big Bang dan sesuai dengan batasan teori pembentukan galaksi yang ada: jika lebih dari itu, maka galaksi tidak akan punya waktu untuk terbentuk. Sementara itu, kemajuan dalam indikator z tampaknya tidak berhenti - semua orang menunggu data dari teleskop luar angkasa Herschel dan Planck baru, yang diluncurkan pada musim semi 2009. Jika objek dengan z = 15 atau 20 muncul, ini akan menjadi krisis LCDM yang parah.

Masalah lain diketahui pada tahun 1972 oleh Alan Sandage, salah satu kosmolog observasional yang paling dihormati. Ternyata hukum Hubble berlaku sangat baik di sekitar Bima Sakti. Dalam jarak beberapa megaparsec dari kita, materi terdistribusi dengan sangat tidak homogen, namun galaksi tampaknya tidak memperhatikan hal ini. Pergeseran merahnya sebanding dengan jaraknya, kecuali yang sangat dekat dengan pusat cluster besar. Kecepatan galaksi yang kacau tampaknya diredam oleh sesuatu. Menggambar analogi dengan gerakan termal molekul, paradoks ini kadang-kadang disebut anomali dinginnya aliran Hubble. Tidak ada penjelasan komprehensif untuk paradoks ini dalam LCDM, namun mendapat penjelasan alami dalam model “lampu lelah”. Alexander Raikov dari Observatorium Pulkovo berhipotesis bahwa pergeseran merah foton dan redaman kecepatan galaksi yang kacau mungkin merupakan manifestasi dari faktor kosmologis yang sama. Dan alasan yang sama mungkin menjelaskan anomali pergerakan pesawat antarplanet Amerika Pioneer 10 dan Pioneer 11. Saat mereka meninggalkan tata surya, mereka mengalami perlambatan kecil yang tidak dapat dijelaskan, jumlah yang tepat untuk menjelaskan dinginnya aliran Hubble.

Sejumlah kosmolog mencoba membuktikan bahwa materi di Alam Semesta tidak terdistribusi secara merata, melainkan secara fraktal. Artinya, berapa pun skala alam semesta yang kita pertimbangkan, alam semesta akan selalu memperlihatkan pergantian gugus dan ruang hampa pada tingkat yang sesuai. Orang pertama yang mengangkat topik ini adalah fisikawan Italia Luciano Piotroneiro pada tahun 1987. Dan beberapa tahun yang lalu, kosmolog St. Petersburg Yuri Baryshev dan Pekka Teerikorpi dari Finlandia menerbitkan monografi ekstensif “Struktur Fraktal Alam Semesta.” Sejumlah artikel ilmiah menyatakan bahwa dalam survei pergeseran merah, sifat fraktal sebaran galaksi terungkap dengan pasti hingga skala 100 megaparsec, dan heterogenitas ditelusuri hingga 500 megaparsec atau lebih. Dan baru-baru ini, Alexander Raikov, bersama dengan Viktor Orlov dari Universitas Negeri St. Petersburg, menemukan tanda-tanda distribusi fraktal dalam katalog semburan sinar gamma pada skala hingga z = 3 (yaitu, menurut model Friedmann di sebagian besar wilayah). alam semesta yang terlihat). Jika hal ini benar, kosmologi akan mengalami perubahan besar. Fraktalitas menggeneralisasi konsep homogenitas, yang karena alasan kesederhanaan matematisnya, dijadikan dasar kosmologi abad ke-20. Saat ini, fraktal dipelajari secara aktif oleh ahli matematika, dan teorema baru dibuktikan secara berkala. Fraktalitas struktur alam semesta berskala besar dapat menimbulkan konsekuensi yang sangat tidak terduga, dan siapa yang tahu apakah perubahan radikal dalam gambaran alam semesta dan perkembangannya menanti kita di masa depan?

Menangis dari hati

Namun, betapapun terinspirasinya “para pembangkang” kosmologis dengan contoh-contoh seperti itu, saat ini tidak ada teori yang koheren dan berkembang dengan baik tentang struktur dan evolusi Alam Semesta yang berbeda dari LCDM standar. Apa yang secara kolektif disebut kosmologi alternatif terdiri dari sejumlah klaim yang diajukan dengan benar oleh para pendukung konsep yang diterima secara umum, serta serangkaian ide menjanjikan dengan berbagai tingkat kecanggihan yang mungkin berguna di masa depan jika ada program penelitian alternatif yang kuat. muncul.

Banyak pendukung pandangan alternatif cenderung terlalu menekankan gagasan individu atau contoh tandingan. Mereka berharap dengan menunjukkan kesulitan model standar, model tersebut dapat ditinggalkan. Namun, seperti pendapat filsuf sains Imre Lakatos, baik eksperimen maupun paradoks tidak dapat menghancurkan sebuah teori. Hanya teori baru yang lebih baik yang dapat membunuh sebuah teori. Belum ada yang bisa ditawarkan sebagai kosmologi alternatif.

Tapi dari mana datangnya perkembangan baru yang serius, “alternatif” mengeluh, jika di seluruh dunia, di komite hibah, di kantor editorial jurnal ilmiah dan di komisi distribusi waktu pengamatan teleskop, mayoritas adalah pendukung standar. kosmologi. Mereka, kata mereka, hanya memblokir alokasi sumber daya untuk pekerjaan yang berada di luar arus utama kosmologis, dan menganggapnya sebagai pemborosan dana yang tidak berguna. Beberapa tahun yang lalu, ketegangan mencapai puncaknya sehingga sekelompok kosmolog menulis “Surat Terbuka untuk Komunitas Ilmiah” yang sangat keras di majalah New Scientist. Ia mengumumkan pembentukan organisasi publik internasional Alternative Cosmology Group (www.cosmology.info), yang sejak itu secara berkala mengadakan konferensinya sendiri, namun belum mampu mengubah situasi secara signifikan.

Sejarah ilmu pengetahuan mengetahui banyak kasus ketika program penelitian baru yang kuat secara tak terduga terbentuk berdasarkan ide-ide yang dianggap sangat alternatif dan kurang diminati. Dan, mungkin, kosmologi alternatif yang berbeda-beda saat ini membawa benih revolusi masa depan dalam gambaran dunia.

Model Alam Semesta yang diam. Keunikan Alam Semesta tidak memungkinkan verifikasi eksperimental atas hipotesis yang diajukan dan mengangkatnya ke tingkat teori, oleh karena itu evolusi Alam Semesta hanya dapat dipertimbangkan dalam kerangka model.

Setelah penciptaan mekanika klasik, gambaran ilmiah tentang dunia didasarkan pada gagasan Newton tentang ruang, waktu dan gravitasi dan menggambarkan konstanta waktu, yaitu. Alam Semesta yang diam dan tak terbatas yang diciptakan oleh Sang Pencipta.

Pada abad ke-20 landasan teoretis baru untuk penciptaan model kosmologis baru telah muncul.

Pertama-tama, kita harus menyebutkan postulat kosmologis, yang menyatakan bahwa hukum fisika yang ditetapkan di bagian terbatas Alam Semesta berlaku untuk seluruh Alam Semesta. Selain itu, homogenitas dan isotropi distribusi materi skala besar di Alam Semesta dianggap sebagai aksioma. Dalam hal ini, model evolusi harus sesuai dengan apa yang disebut prinsip antropik, yaitu. memberikan kemungkinan munculnya seorang pengamat (orang yang berakal sehat) pada tahap evolusi tertentu.

Karena gravitasilah yang menentukan interaksi massa pada jarak yang jauh, inti teoretis kosmologi abad ke-20. menjadi teori relativistik gravitasi dan ruang-waktu - teori relativitas umum. Menurut teori ini, distribusi dan pergerakan materi menentukan sifat-sifat geometris ruang-waktu dan pada saat yang sama bergantung padanya. Medan gravitasi memanifestasikan dirinya sebagai “kelengkungan” ruang-waktu. Dalam model kosmologis pertama Einstein, yang dibuat berdasarkan relativitas umum pada tahun 1916, Alam Semesta juga tidak bergerak. Ia tidak terbatas, tetapi tertutup dan mempunyai dimensi yang terbatas. Ruang tertutup dengan sendirinya.

Model Friedman dari Alam Semesta yang tidak stasioner. Model alam semesta stasioner Einstein dibantah dalam karya ilmuwan Rusia A.A. Friedman (1888 - 1925), yang pada tahun 1922 menunjukkan bahwa ruang lengkung tidak bisa diam: ia harus mengembang atau menyusut. Tiga model perubahan jari-jari kelengkungan Alam Semesta yang berbeda dimungkinkan, bergantung pada kepadatan rata-rata materi di dalamnya, dan dalam dua model tersebut Alam Semesta mengembang tanpa batas, dan model ketiga, jari-jari kelengkungan berubah secara berkala (Semesta berdenyut).

Meskipun penemuan E. Hubble tentang hukum ketergantungan kecepatan perpindahan galaksi pada jarak ke galaksi tersebut menegaskan perluasan Alam Semesta, saat ini, perbandingan kepadatan materi yang diperkirakan secara eksperimental dengan nilai kritis parameter ini, yang menentukan transisi dari ekspansi ke denyutan, tidak memungkinkan kita untuk secara jelas memilih skenario untuk evolusi lebih lanjut. Kedua nilai ini ternyata mendekati, namun data eksperimen tidak cukup dapat diandalkan.

Perluasan Alam Semesta saat ini merupakan fakta yang beralasan dan diterima secara umum yang memungkinkan kita memperkirakan usia Alam Semesta. Menurut perkiraan paling umum, itu adalah 10 18 detik (18 miliar tahun). Oleh karena itu, model modern mengasumsikan adanya “permulaan” Alam Semesta. Bagaimana evolusinya dimulai?

Model Alam Semesta yang panas. Dasar dari gagasan modern tentang tahap awal evolusi Alam Semesta adalah model “Semesta Panas”, atau “Big Bang”, yang fondasinya diletakkan pada tahun 40-an abad ke-20. Ilmuwan Rusia yang bekerja di AS, G.A. Gammov (1904 – 1968). Dalam versi paling sederhana dari model ini, tampak bahwa Alam Semesta muncul secara spontan sebagai akibat ledakan dari keadaan super padat dan super panas dengan kelengkungan ruang tak terhingga (keadaan singularitas). “Panasnya” keadaan awal tunggal dicirikan oleh dominasi radiasi elektromagnetik di dalamnya terhadap materi. Hal ini dikonfirmasi oleh penemuan eksperimental “radiasi peninggalan” elektromagnetik isotropik pada tahun 1965 oleh astrofisikawan Amerika Penzias (lahir 1933) dan Wilson (lahir 1936). Teori fisika modern memungkinkan untuk menggambarkan evolusi materi mulai dari waktu ke waktu T= 10 -43 detik. Saat-saat awal evolusi Alam Semesta masih berada di balik penghalang fisik. Hanya dimulai dari saat ini T= 10 -10 detik setelah Big Bang, gagasan kita tentang keadaan materi di alam semesta awal dan proses yang terjadi di dalamnya dapat diuji secara eksperimental dan dijelaskan secara teoritis.

Saat Alam Semesta mengembang, kepadatan materi di dalamnya berkurang dan suhu pun turun. Dalam hal ini terjadi proses transformasi kualitatif partikel materi. Pada 10 -10 detik, materi terdiri dari quark bebas, lepton, dan foton (lihat bagian III). Saat Alam Semesta mendingin, hadron terbentuk, kemudian inti unsur ringan muncul - isotop hidrogen, helium, litium. Sintesis inti helium berhenti saat ini T= 3 menit. Hanya setelah ratusan ribu tahun, inti atom bergabung dengan elektron untuk membentuk atom hidrogen dan helium, dan sejak saat itu materi berhenti berinteraksi dengan radiasi elektromagnetik. Radiasi “Relict” muncul tepat pada periode ini. Ketika ukuran Alam Semesta sekitar 100 kali lebih kecil dibandingkan masa sekarang, gumpalan gas muncul akibat ketidakhomogenan gas hidrogen dan helium, yang terfragmentasi dan menyebabkan munculnya bintang dan galaksi.

Pertanyaan tentang eksklusivitas Alam Semesta sebagai objek kosmologi masih terbuka. Seiring dengan meluasnya anggapan bahwa seluruh Alam Semesta adalah Metagalaxy kita, terdapat pula pendapat yang berlawanan bahwa Alam Semesta dapat terdiri dari banyak metagalaksi, dan gagasan tentang keunikan Alam Semesta secara historis bersifat relatif, ditentukan oleh tingkatannya. ilmu pengetahuan dan praktek.

Secara historis, gagasan tentang Alam Semesta selalu berkembang dalam kerangka model mental Alam Semesta, dimulai dari mitos-mitos kuno. Dalam mitologi hampir semua negara, tempat penting ditempati oleh mitos tentang Alam Semesta - asal usulnya, esensi, struktur, hubungan, dan kemungkinan penyebab akhir zaman. Dalam sebagian besar mitos kuno, dunia (Alam Semesta) tidak abadi, ia diciptakan oleh kekuatan yang lebih tinggi dari suatu prinsip dasar (zat), biasanya dari air atau dari kekacauan. Waktu dalam gagasan kosmogonik kuno paling sering bersifat siklus, yaitu. peristiwa kelahiran, keberadaan dan kematian Alam Semesta saling mengikuti satu sama lain dalam lingkaran, seperti semua benda di alam. Alam semesta adalah satu kesatuan, semua elemennya saling berhubungan, kedalaman hubungan ini bervariasi hingga kemungkinan transformasi timbal balik, peristiwa mengikuti satu sama lain, saling menggantikan (musim dingin dan musim panas, siang dan malam). Tatanan dunia ini bertentangan dengan kekacauan. Ruang dunia ini terbatas. Kekuatan yang lebih tinggi (terkadang dewa) bertindak sebagai pencipta Alam Semesta atau sebagai penjaga tatanan dunia. Struktur Alam Semesta dalam mitos mengasumsikan berlapis-lapis: bersama dengan dunia (tengah) yang terungkap, ada dunia atas dan bawah, poros Alam Semesta (seringkali dalam bentuk Pohon atau Gunung Dunia), pusat alam semesta. dunia - tempat yang diberkahi dengan sifat suci khusus, ada hubungan antara masing-masing lapisan dunia. Eksistensi dunia dipahami secara regresif - dari “zaman keemasan” hingga kemunduran dan kematian. Manusia dalam mitos kuno dapat dianalogikan dengan keseluruhan Kosmos (seluruh dunia tercipta dari makhluk raksasa mirip manusia raksasa), yang memperkuat hubungan antara manusia dan Alam Semesta. Dalam model kuno, manusia tidak pernah menjadi pusat perhatian. Pada abad VI-V. SM. Model filosofis alam pertama dari Alam Semesta diciptakan, paling berkembang di Yunani Kuno. Konsep utama dalam model ini adalah Kosmos sebagai satu kesatuan, indah dan taat hukum. Pertanyaan tentang bagaimana dunia terbentuk dilengkapi dengan pertanyaan tentang dunia terbuat dari apa dan bagaimana dunia berubah. Jawaban-jawabannya tidak lagi dirumuskan secara kiasan, melainkan dalam bahasa filosofis yang abstrak. Waktu dalam model sering kali masih bersifat siklus, namun ruangnya terbatas. Zat bertindak sebagai elemen individu (air, udara, api - di sekolah Milesian dan di Heraclitus), campuran elemen, dan Kosmos tunggal, tak terpisahkan, tidak bergerak (di antara Eleatics), bilangan ontologis (di antara Pythagoras), tak terpisahkan unit struktural - atom yang menjamin kesatuan dunia - di Democritus. Ini adalah model Alam Semesta Democritus yang tak terbatas di ruang angkasa. Para filsuf alam menentukan status benda-benda kosmik - bintang dan planet, perbedaan di antara keduanya, peran dan posisi relatifnya di Alam Semesta. Di sebagian besar model, gerakan memainkan peran penting. Kosmos dibangun menurut satu hukum - Logos, dan manusia juga tunduk pada hukum yang sama - mikrokosmos, salinan kecil dari Kosmos. Perkembangan pandangan Pythagoras, yang membuat geometri Kosmos dan untuk pertama kalinya dengan jelas menampilkannya dalam bentuk bola yang berputar mengelilingi api pusat dan dikelilingi olehnya, diwujudkan dalam dialog-dialog Plato selanjutnya. Selama berabad-abad, model Aristoteles, yang diproses secara matematis oleh Ptolemy, dianggap sebagai puncak logis dari pandangan zaman kuno tentang Kosmos. Dalam bentuk yang agak disederhanakan, model ini, yang didukung oleh otoritas gereja, bertahan sekitar 2 ribu tahun. Menurut Aristoteles, Alam Semesta: o adalah keseluruhan yang mencakup keseluruhan, terdiri dari totalitas semua benda yang dirasakan; o satu-satunya; o terbatas secara spasial, terbatas pada bola langit ekstrem, di belakangnya “tidak ada kekosongan atau ruang”; o abadi, tanpa awal dan tanpa akhir dalam waktu. Pada saat yang sama, Bumi tidak bergerak dan terletak di pusat Alam Semesta, bumi dan langit (supralunar) benar-benar berlawanan dalam komposisi fisik dan kimia serta sifat geraknya. Pada abad 15-16, pada masa Renaisans, model filosofis alam Semesta muncul kembali. Mereka dicirikan, di satu sisi, oleh kembalinya pandangan filosofis dan luas zaman kuno, dan di sisi lain, oleh logika dan matematika ketat yang diwarisi dari Abad Pertengahan. Sebagai hasil penelitian teoretis, Nikolai Kuzansky, N. Copernicus, G. Bruno mengusulkan model Alam Semesta dengan ruang tak terbatas, waktu linier yang tidak dapat diubah, tata surya heliosentris, dan banyak dunia serupa. G. Galileo, melanjutkan tradisi ini, menyelidiki hukum gerak - sifat inersia dan merupakan orang pertama yang secara sadar menggunakan model mental (konstruksi yang kemudian menjadi dasar fisika teoretis), sebuah bahasa matematika, yang ia anggap sebagai bahasa universal. Alam Semesta, kombinasi metode empiris dan hipotesis teoretis yang harus dikonfirmasi atau disangkal oleh pengalaman, dan, terakhir, pengamatan astronomi menggunakan teleskop, yang secara signifikan memperluas kemampuan sains. G. Galileo, R. Descartes, I. Kepler meletakkan dasar gagasan fisika dan kosmogonik modern tentang dunia, baik atas dasar mereka maupun atas dasar hukum mekanika yang ditemukan oleh Newton pada akhir abad ke-17. Model kosmologis ilmiah pertama tentang Alam Semesta terbentuk, yang disebut model Newton klasik. Menurut model ini, Alam Semesta: O bersifat statis (stasioner), yaitu. rata-rata konstan dari waktu ke waktu; O homogen - semua poinnya sama; O bersifat isotropik - semua arah sama; o bersifat abadi dan tidak terbatas secara spasial, serta ruang dan waktu bersifat mutlak - keduanya tidak bergantung satu sama lain dan pada massa yang bergerak; O memiliki kepadatan materi bukan nol; O memiliki struktur yang dapat dimengerti sepenuhnya dalam bahasa sistem pengetahuan fisika yang ada, yang berarti ekstrapolabilitas tak terbatas dari hukum mekanika, hukum gravitasi universal, yang merupakan hukum dasar pergerakan semua benda kosmik. Selain itu, prinsip aksi jangka panjang juga berlaku di Alam Semesta, yaitu. propagasi sinyal instan; Kesatuan Alam Semesta dijamin oleh satu struktur - struktur atom materi. Dasar empiris model ini adalah semua data yang diperoleh dari pengamatan astronomi, peralatan matematika modern digunakan untuk mengolahnya. Konstruksi ini didasarkan pada determinisme dan materialisme filsafat rasionalistik New Age. Terlepas dari kontradiksi yang muncul (paradoks fotometrik dan gravitasi - konsekuensi ekstrapolasi model hingga tak terhingga), daya tarik ideologis dan konsistensi logis, serta potensi heuristik, menjadikan model Newton satu-satunya yang dapat diterima oleh para kosmolog hingga abad ke-20. Kebutuhan untuk merevisi pandangan tentang Alam Semesta dipicu oleh berbagai penemuan yang dilakukan pada abad ke-19 dan ke-20: adanya tekanan ringan, kemampuan atom untuk terbagi, cacat massa, model struktur atom, non-planar. geometri Riemann dan Lobachevsky, tetapi hanya dengan munculnya teori relativitas barulah teori relativistik kuantum baru menjadi model alam semesta. Dari persamaan teori relativitas khusus (STR, 1905) dan umum (GR, 1916) A. Einstein, ruang dan waktu saling berhubungan menjadi satu metrik dan bergantung pada materi yang bergerak: dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, ruang dikompresi, waktu diregangkan, dan massa ruang-waktu yang sangat padat dan kuat melengkung, sehingga model Alam Semesta menjadi geometris. Bahkan ada upaya untuk membayangkan seluruh Alam Semesta sebagai ruang-waktu yang melengkung, yang simpul dan cacatnya ditafsirkan sebagai massa. Einstein, memecahkan persamaan Alam Semesta, memperoleh model yang terbatas dalam ruang dan diam. Namun untuk mempertahankan stasioneritas, ia perlu memasukkan istilah lambda tambahan ke dalam solusinya, yang secara empiris tidak didukung oleh apa pun, dan aksinya setara dengan medan yang melawan gravitasi pada jarak kosmologis. Namun pada tahun 1922-1924. A A. Friedman mengusulkan solusi berbeda terhadap persamaan ini, yang darinya dimungkinkan untuk memperoleh tiga model Alam Semesta yang berbeda bergantung pada kepadatan materi, tetapi ketiga model tersebut tidak stasioner (berevolusi) - model dengan ekspansi diikuti oleh kompresi, dan model berosilasi dan model dengan ekspansi tak terbatas. Pada saat itu, penolakan terhadap stasioneritas Alam Semesta merupakan langkah yang benar-benar revolusioner dan diterima dengan susah payah oleh para ilmuwan, karena hal tersebut tampaknya bertentangan dengan semua pandangan ilmiah dan filosofis yang sudah mapan tentang alam, sehingga pasti mengarah pada kreasionisme. Konfirmasi eksperimental pertama tentang sifat nonstasioner Alam Semesta diperoleh pada tahun 1929 - Hubble menemukan pergeseran merah dalam spektrum galaksi jauh, yang menurut efek Doppler, mengindikasikan perluasan Alam Semesta (tidak semua kosmolog menganut interpretasi ini di waktu itu). Pada tahun 1932-1933 Ahli teori Belgia J. Lemaitre mengusulkan model Alam Semesta dengan “awal yang panas”, yang disebut “Big Bang”. Namun kembali pada tahun 1940an dan 1950an. Model alternatif diusulkan (dengan lahirnya partikel dari medan c, dari ruang hampa), yang menjaga sifat stasioner Alam Semesta. Pada tahun 1964, ilmuwan Amerika - ahli astrofisika A. Penzias dan astronom radio K. Wilson menemukan radiasi relik isotropik homogen, yang dengan jelas menunjukkan "awal panas" Alam Semesta. Model ini menjadi dominan dan diterima oleh sebagian besar kosmolog. Namun, titik “permulaan” ini, titik singularitas, menimbulkan banyak masalah dan perselisihan baik mengenai mekanisme “Big Bang” maupun karena perilaku sistem (Alam Semesta) di dekatnya tidak dapat dijelaskan dalam kerangka “Big Bang”. kerangka teori ilmiah yang diketahui (suhu dan kepadatan yang sangat tinggi harus dikombinasikan dengan ukuran yang sangat kecil). Pada abad ke-20 Banyak model Alam Semesta yang telah dikemukakan - mulai dari model yang menolak teori relativitas sebagai dasarnya, hingga model yang mengubah beberapa faktor dalam model dasar, misalnya, “struktur seluler Alam Semesta” atau teori string. Jadi, untuk menghilangkan kontradiksi yang terkait dengan singularitas, pada tahun 1980-1982. Astronom Amerika P. Steinhart dan ahli astrofisika Soviet A. Linde mengusulkan modifikasi model Alam Semesta yang mengembang - model dengan fase inflasi (“model “Alam Semesta yang menggembung”), di mana saat-saat pertama setelah “Big Bang” menerima a interpretasi baru. Model ini kemudian terus disempurnakan; model ini menghilangkan sejumlah masalah dan kontradiksi signifikan dalam kosmologi. Penelitian tidak berhenti sampai sekarang: hipotesis yang diajukan oleh sekelompok ilmuwan Jepang tentang asal usul medan magnet primer sangat sesuai dengan model yang dijelaskan di atas dan memungkinkan kita berharap memperoleh pengetahuan baru tentang tahap awal keberadaan medan magnet primer. Semesta. Sebagai objek kajian, Alam Semesta terlalu kompleks untuk dipelajari secara deduktif; metode ekstrapolasi dan pemodelan memberikan peluang untuk maju dalam pengetahuannya. Namun, metode ini memerlukan kepatuhan yang ketat terhadap semua prosedur (mulai dari perumusan masalah, pemilihan parameter, tingkat kemiripan antara model dan aslinya, hingga interpretasi hasil yang diperoleh), dan bahkan jika semua persyaratan idealnya terpenuhi, hasil penelitian akan tetap sama. pada dasarnya bersifat probabilistik. Matematisasi pengetahuan, yang secara signifikan meningkatkan kemampuan heuristik dari banyak metode, merupakan tren umum dalam sains di abad ke-20. Kosmologi tidak terkecuali: sejenis pemodelan mental muncul - pemodelan matematika, metode hipotesis matematika. Esensinya adalah persamaan diselesaikan terlebih dahulu, dan kemudian interpretasi fisik dari solusi yang dihasilkan dicari. Prosedur ini, yang tidak biasa bagi ilmu pengetahuan di masa lalu, memiliki potensi heuristik yang sangat besar. Metode inilah yang mengarahkan Friedman untuk menciptakan model alam semesta yang mengembang; dengan cara inilah positron ditemukan dan banyak penemuan penting lainnya dilakukan dalam sains pada akhir abad ke-20. Model komputer, termasuk yang digunakan untuk memodelkan Alam Semesta, lahir dari perkembangan teknologi komputer. Berdasarkan hal tersebut, model Alam Semesta dengan fase inflasi telah diperbaiki; pada awal abad ke-21. sejumlah besar informasi yang diterima dari pesawat luar angkasa diproses, dan model perkembangan Alam Semesta dibuat, dengan mempertimbangkan “materi gelap” dan “energi gelap”. Seiring berjalannya waktu, penafsiran banyak konsep dasar telah berubah. Kekosongan fisik tidak lagi dipahami sebagai kekosongan, bukan sebagai eter, tetapi sebagai keadaan kompleks dengan kandungan materi dan energi potensial (virtual). Pada saat yang sama, ditemukan bahwa benda-benda kosmik dan medan-medan yang dikenal ilmu pengetahuan modern hanya memiliki persentase yang tidak signifikan dari massa alam semesta, dan sebagian besar massa tersebut terkandung dalam “materi gelap” dan “energi gelap” yang secara tidak langsung menampakkan dirinya. . Penelitian dalam beberapa tahun terakhir menunjukkan bahwa sebagian besar energi ini bekerja pada pemuaian, peregangan, dan robeknya Alam Semesta, yang dapat menyebabkan percepatan tetap pada pemuaian)