არქივი

დიდი აფეთქების თეორია

ec782a2b5331

დიდი აფეთქების თეორია (ინგლ. Big Bang) — სამყაროს შექმნის და ევოლუციის დღეისათვის ყველაზე მიღებული კოსმოლოგიური მოდელი. დიდი აფეთქების თეორიის მიხედვით სამყარო წარმოიქმნა უსასრულო სიმკვრივის და ტემპერატურის მდგომარეობიდან დაახლოებით 14 მილიარდი წლის წინ 10-43 წამში (პლანკის დრო). ამ საწყისი სინგულარული მდგომარეობის შესწავლა ზოგადი ფარდობითობის თეორიის ფარგლებში შეუძლებელია და იმ დროს მიმდინარე პროცესების შესწავლა საჭიროებს კვანტური გრავიტაციის თეორიას, რომელიც ჯერ არ არის დამუშავებული. ამ დროიდან მოყოლებული, სხვადასხვა ეპოქაში განსხვავებული ტემპებით, სამყარო ფართოვდება, ხოლო მისი ტემპერატურა თანდათან ეცემა.

5ade79a743ad

ლამეტრი და აინშტაინი, პასადენა 1933

1927 წ. ბელგიელმა მღვდელმა და მათემატიკოსმა ჟორჟ ლამეტრმა გამოთქვა იმ დროისთვის სენსაციური მოსაზრება, რომ სამყარო შეიქმნა აფეთქების შედეგად. ეს თეორია რადიკალურად ეწინააღმდეგებოდა იმჟამად არსებულ მეცნიერულ შეხედულებას კოსმოსზე (სტატიკური მდგომარეობა). ლამეტრისგან დამოუკიდებლად, იგივე მოსაზრება გამოთქვა საბჭოთა მეცნიერმა ალექსანდრ ფრიდმანმა. დიდი აფეთქების თეორიას გამოუჩნდა მრავალი მოწინააღმდეგე, რადგან ის ამყარებდა ბიბლიაზე დაფუძნებულ სამყაროს წარმოშობის კრეაციონისტულ შეხედულებას. დღეისათვის უკვე აღიარებული კოსმოლოგიური მოდელის ფორმირება მსოფლიო მეცნიერების მიერ მთელი რიგი დაკვირვებებით და რევოლუციური აღმოჩენებით იყო განპირობებული.

ედვინ ჰაბბლი

1929 წ. კალიფორნიის „მაუნტ უილსონის“ ობსერვატორიაში დიდმა ამერიკელმა ფიზიკოსმა ედვინ ჰაბბლმა გააკეთა ერთ-ერთი უდიდესი აღმოჩენა ასტრონომიის ისტორიაში: აკვირდებოდა რა ვარსკვლავებს გიგანტური ტელესკოპით, მან აღმოაჩინა, რომ ვარსკვლავები გამოსცემდნენ მოწითალო ფერს. ეს ნიშნავდა, რომ ვარსკვლავები დედამიწას შორდებიან. თანახმად ფიზიკის კანონებისა, სინათლის სხივი დაკვირვების წერტილისკენ მოძრაობისას სპექტრის ხილულ დიაპაზონში იხრება იისფერისკენ, დაშორებისას კი წითლისკენ. გამოჩენილი ამერიკელი მეცნიერის ამ აღმოჩენამ უდიდესი რეზონანსი გამოიწვია მთელს მსოფლიოში. ჰაბბლმა გააკეთა კიდევ ერთი სენსაციური აღმოჩენა: ვარსკვლავები და გალაქტიკები არამარტო ჩვენ გვშორდებიან, არამედ ერთმანეთსაც: ყველა შორეული გალაქტიკა შორდება ჩვენსას სიჩქარით, რომელიც მანძილის პროპორციულია (ჰაბლის კანონი).

a85c4e81f573

ედვინ ჰაბბლი

გამოჩენილი მეცნიერები არტურ ედდინგტონი, სერ ფრედ ჰოილი და მატერიალისტური შეხედულების სხვა მეტ-ნაკლები მნიშვნელობის მკვლევარები რადიკალურად ეწინააღმდეგებოდნენ დიდი აფეთქების თეორიას. მათ განავითარეს საპირისპირო თეორია „უცვლელი მდგომარეობის თეორია“, რომელიც ეფუძნებოდა XIX ს მიღებულ სამყაროს სტატიკურ სისტემას. სერ ფრედ ჰოილის თეორიის მიხედვით სამყარო იყო სტატიკური; მატერია კი უსასრულო და მარადიული. აღსანიშნავია, რომ გამოჩენილმა მეცნიერმა ალბერტ აინშტაინმა, თავდაპირველად, არ მიიღო ლამეტრის თეორია. მოგვიანებით მან აღიარა, რომ ამით მან „დაუშვა ყველაზე დიდი შეცდომა თავის მეცნიერულ კარიერაში“.

მეცნიერების დინამიური პროგრესი ბადებდა ახალ კითხვებს. 1948 წ. გამოჩენილმა მეცნიერმა გიორგი გამოვმა გამოთქვა ვარაუდი. ის ამტკიცებდა, რომ „თუ სამყარო შექმნილია ასეთი კოლოსალური აფეთქების შედეგად, მაშინ კოსმოსში უნდა იყოს შემორჩენილი რაიმე კვალი, ანუ რადიაციის გარკვეული რაოდენობა. უფრო მეტიც; ეს რადიაცია თანაბრად უნდა იყოს გაფანტული მთელს კოსმოსში“.

9a0f0dac03eb

რნო პენსიასი და რობერტ უილსონი

1965 წ. ორმა მეცნიერმა — არნო პენსიასმა და რობერტ უილსონმა ეს ტალღები შემთხვევით აღმოაჩინეს და დაიმსახურეს ნობელის პრემია (გამოვის ვარაუდის შემდგომ, ამ გამოსხივების აღმოჩენაზე რამოდენიმე წლის განმავლობაში უშედეგოდ მუშაობდა მეცნიერთა სპეციალური ჯგუფი). რადიაცია, რომელსაც უწოდეს „ფონური კოსმოსური გამოსხივება“ (რელიქტური რადიოგამოსხივება). ეს გამოსხივება არ მოდის რაიმე წყაროდან, არამედ მთელს კოსმოსშია „გაფანტული“. აღმოჩენამ ნათლად დაადასტურა, რომ ეს რადიაცია შემორჩენილია „დიდი აფეთქებიდან“. გამოკვლევები ინტენსიურად გრძელდებოდა. 1989 წ. ნასამ (NASA) „ფონური კოსმოსური გამოსხივების“ გამოსაკვლევად კოსმოსში გაუშვა თანამგზავრი COBE, რომელსაც 8 წუთი დასჭირდა პენსიასის და უილსონის გამოთვლების დასამტკიცებლად. ამ აღმოჩენას უწოდეს „ერთ-ერთი ყველაზე უდიდესი აღმოჩენა კაცობრიობის ისტორიაში“[1] . 1990 წ. ამერიკის აეროკოსმოსურმა სააგენტომ ნასამ კოსმოსში გაუშვა ტელესკოპი „Hubble Space Telescope“ (სახელი ეწოდა ედვინ ჰაბბლის საპატივცემულოდ). უნიკალური ორბიტალური ტელესკოპი მეცნიერებას დაეხმარა ურთულეს პრობლემათა ამოხსნაში. მისი მეშვეობით განისაზღვრა სამყაროს სავარაუდო ასაკი; განისაზღვრა ჰაბბლის კონსტანტა — სამყაროს გაფართოების სიჩქარე; მისი მეშვეობით აღმოჩენილ იქნა კოერენტული სტრუქტურის ობიექტები — პროტოგალაქტიკები, რომელთა ასაკიც ახლოსაა სამყაროს წარმოშობის ასაკთან და სხვ.

1998 წ. ბერკლის და კალიფორნიის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად გააკეთეს კიდევ ერთი სენსაციური აღმოაჩენა, რომლის მიხდვით სამყაროს გაფართოების სიჩქარე თანდათან იზრდება. სტივენ ჰოუკინგი და სხვა წამყვანი მეცნიერები ვარაუდობდნენ, რომ სიჩქარე გრავიტაციის ზემოქმედების შედეგად შემცირდებოდა. აღმოჩენა დაამტკიცა ჰაბბლის ტელესკოპმაც. ამ აღმოჩენამ “მსოფლიო ასტრონომია შეაზანზარა” [2]. ჟურნალმა “მეცნიერებამ” (Science) ეს აღმოჩენა დაასახელა 1998 წ. უმთავრეს მოვლენად [3].

სამყაროს წარმოქმნის ქრონოლოგია

1) 0 წმ. – დიდი აფეთქება. იწყება სამყაროს გაფართოება.
2) 10-43 წმ. – პლანკის დრო. სამყაროს რადიუსია 10-35 სმ. (პლანკის სიგრძე). ტემპერატურა დაახლ. 10 32 K. ამ მომენტამდე სამყაროს ქონდა სრული სიმეტრია: ოთხივე სტიქია გაერთიანებული იყო. თანამედროვე ფიზიკისთვის უცნობია უფრო ადრეული სტადია (არსებობს მხოლოდ ვარაუდები). “პლანკის დროს” შემდეგ სიმეტრია ირღვევა; გრავიტაცია ცალკევდება. 4 სტიქია ჯერ კიდევ გაერთიანებულია. სამყარო შედის “დიდი გაერთიანებული თეორიის” ერაში (GUT).
3) 10 -35 წმ. – ტემპერატურა ვარდება 10 28 K-მდე. სამყარო შედის “ცრუ ვაკუუმის” ერაში. ვაკუუმის ენერგია ზრდის ინფლაციას. 10 -32 წმ. სამყარო გრეუფრუტის ზომიდან მზის სისტემის მოცულობის ხდება.
4) 10 -35 წმ. -დან ინფლაცია ნელდება. იწყება “ნამდვილი ვაკუუმის” ერა.
5) 10 -10 წმ. ტემპერატურა ვარდება 10 15 K-მდე. რადიაცია მძლავრდება. იწყება რადიაციით-დომინირებული ერა. ფოტონებს საკმარისი ენერგია აქვთ იმისთვის, რომ გადაიქცნენ ნაწილაკი/ანტინაწილაკის წყვილად (მანამ, სანამ E>mc2, სადაც E არის ფოტონის ენერგია და m ნაწილაკი/ანტინაწილაკის მასსა).
6) 10 -4 წმ. ტემპერატურა ვარდება 10 13 K-მდე. კვარკების შესაქმნელად სამყაროში უკვე არასაკმარისი ენერგიაა.
7) 10 -3 წმ. ტემპერატურა ვარდება 10 12 K-მდე. პროტონების შესაქმნელად სამყაროში უკვე არასაკმარისი ენერგიაა. ამ დროისთვის უკვე შექმნილია ყველა პროტონი, რაც კი არსებობს და ოდესმე იარსებებს სამყაროში.
8) 10 -3 წმ.-დან 100 წმ.-მდე – ნუკლეოსინთეზის ერა. პროტონები ერთმანეთთან რეაქციაში შედიან. ამ ერის დასასრულისთვის ტემპერატურა ვარდება 10 9 K-მდე. თერმობირთვული რეაქციები ჩერდება. სამყაროს შემადგენლობაა: დაახ. 70% წყალბადი და 25% ჰელიუმი. ჩანს დეუტერიუმის, ლითიუმის, ბორონის და ბერილიუმის კვალი.
9) 100 წამიდან – 300 000 წლამდე – ბირთვული ერა. სამყარო მთლიანად იონიზირებულია და აგრძელებს გაფართოებას. სამყარო რადიაციისადმი გაუმჭვირვალე ხდება, რადგან თავისუფალი ელექტრონები კარგი შთამთქმელები არიან. სამყარო თერმულ წონასწორობაშია.
10) 300 000 წლიდან – ტემპერატურა ვარდება 3000 K-მდე. ელექტრონებს და პროტონებს უკვე შუძლიათ ატომის შედგენა. სამყარო ხდება გამჭვირვალე. რადიაცია და მატერია ცალკავდება – ისინი უკვე აღარ არიან თერმულ წონასწორობაში. სამყარო ხდება მატერიით-დომინირებული.
დაახლ. 10 8 წელი – კოსმოსური ღრუბლებიდან და გაზიდან იქმნება ვარსკვლავთა პირველი პოპულაცია. მასიური ვარსკვლავები ქმნიან მეტალებს (ყველაფერი, რაც მძიმეა წყალბადზე და ჰელიუმზე). ფორმირებას იწყებენ გალაქტიკები. უხვადაა მეტალის მტვერი.
7 მილიარდი წელი (დაახ.) – ფორმირდება მზე და მზის სისტემა.
13,7 მილიარდი წელი (დაახ.) – თანამედროვე კოსმოსი.

დღეისათვის, სამყაროს ტემპერატურა 2.7 კელვინია. ბოლო წლების დაკვირვებები, როგორიცაა მაგალითად ა ტიპის ზეახალი ვარსკვლავები, გვიჩვენებს, რომ სამყარომ დაიწყო აჩქარებით გაფართოება. ამის სავარაუდო მიზეზად მიიჩნევა ე.წ. ბნელი ენერგია (ინგლ. Dark Energy), სამყარო გადადის ბნელი ენერგიით დომინირებულ ეპოქაში.

დღეისათვის, უშორესი მაძილი, რომელზედაც მეცნიერებას ძალუძს დაინახოს – არის დაახ. 14 მილიარდი სინათლის წელი. იმის იქით იშლება კოსმოლოგიური ჰორიზონტი, რადგან უფრო შორი მაძილიდან დრო არ ჰქონდა არანაირ ინფორმაციას და სიგნალს ჩვენამდე მოეღწია.

თეორიის დამადასტურებელი ასტრონომიული დაკვირვებები:
მიუხედავად იმისა, რომ დიდი აფეთქების, ისევე როგორც ნებისმიერი კოსმოლოგიური თეორიის, უშუალოდ “ექსპერიმენტულად დადასტურება” რიგ შემთხვევებში შეუძლებელია, თანამედროვე ფიზიკოსების აბსოლუტურ უმრავლესობას მის სისწორეში ეჭვი არ ეპარება, რადგან მოდელის მრავალი თეორიული წინასწარმეტყველება ასტრონომიული დაკვირვებებით დასტურდება. მათგან ყველაზე მნიშვნელოვანია დაკვირვებებით დადასტურებული ჰაბლის კანონი, ფონური მიკროტალღოვანი რადიაციის არსებობა და სამყაროს შემადგენელ ქიმიურ ელემენტთა მასების ფარდობა. სამყაროს რომ არ ჰქონოდა დასაწყისი (ანუ, არ მომხდარიყო დიდი აფეთქება), მაშინ მთელი წყალბადის მარაგი დიდი ხნის წინ დაიწვებოდა და გარდაიქმნებოდა ჰელიუმად (თერმობირთვული პროცესი).

ჰაბლის კანონი

2874c2c324bc

შორეულ გალაქტიკებზე და კვაზარებზე დაკვირვებები გვიჩვენებს, რომ ისინი ჩვენ გვშორდებიან და, ამასთან, რაც უფრო შორსაა ჩვენგან ობიექტი მით მაღალია ჩვენი ურთიერთ დაშორების სიჩქარე. ჰაბლის კანონი იყო ერთერთი პირველი ფაქტი, რომელმაც მეცნიერები დაარწმუნა, რომ სამყარო სტატიკური არ არის და მისი მდგომარეობა დროში იცვლება. მათემატიკურად ჰაბლის კანონი შემდეგნაირად შეიძლება ჩავწეროთ:

v = H0D

1) v ობიექტების ურთიერთ დაშორების სიჩქარეა,
2) D მათ შორის მანძილი, ხოლო
3) H0 პროპორციულობის მუდმივა, ე.წ. ჰაბლის მუდმივა

გაზომვები გვიჩვენებს, რომ ჰაბლის მუდმივის მნიშვნელობაა 70 +/- 3 კმ/ს/მგპარსეკი. მართალია ჰაბლის მუდმივას ერთნაირი რიცხვითი მნიშვნელობა აქვს ობიექტთა ნებისმიერი წყვილისათვის სამყაროში, ის დროში მუდმივი არაა.

ადრეულ ეპოქებში მისი მნიშვნელობა გაცილებით მაღალი იყო და თუ სამყაროს დღევანდელი აჩქარებული გაფართოება გაგრძელდა შეიძლება მომავალში გაიზარდოს კიდევაც.

რადგან ზემოთ მოყვანილ ფორმულაში სიჩქარე ჰაბლის მუდმივის და მანძილის პროპორციულია, ხოლო ჰაბლის მუდმივა დროის ნებისმიერ მოცემულ მომენტში სასრული რიცხვია, არსებობს მანძილი, რომელზე შორს მყოფი ობიექტები სინათლის სიჩქარეზე დიდი სიჩქარით გვშორდება. მიიუხედავად ამისა, ეგ საინტერესო ფაქტი არ მოდის წინააღმდეგობაში ფარდობითობის თეორიასთან.

სამყაროს მომავალი დიდი აფეთქების თეორიის მიხედვით:

3a167fe491c0

ბნელი ენერგიის ფენომენის აღმოჩენამდე კოსმოლოგები სამყაროს განვითარების ორ შესაძლო სცენარს განიხილავდნენ. თუკი სამყაროს სიმკვრივე კრიტიკულ სიმკვრივეზე მეტი აღმოცნდებოდა, სამყაროს გაფართოება შენელდებოდა, დროის გარკვეულ მომენტში ის შეკუმშვას დაიწყებდა, ტემპერატურა და სიმკვრივე ისევ გაიზრდებოდა და საბოლოოდ ის მიაღწევდა საწყის სინგულარობის მდგომარეობას. თუ სამყაროს სიმკვრივე კრიტიკულზე დაბალი აღმოჩნდებოდა მისი გაფართოება შენელდებოდა, მაგრამ არასოდეს შეწყდებოდა. ვარსკვლავები გაივლიდნენ თავიანთი სრული ევოლუციის გზას და გადაიქცეოდნენთეთრ ჯუჯებად, ნეიტრონულ ვარსკვლავებად ან შავ ხვრელებად. სამყაროს ტემპერატურა აბსოლუტურ ნულს მიუახლოვდებოდა. თუ პროტონი არასტაბილური აღმოჩნდებოდა საბოლოოდ ბარიონებიც დაიშლებოდნენ და სამყაროში დარცებოდა მარტო შავი ხვრელები და რადიაცია. საბოლოო ჯამში შავი ხვრელები აორთქლდებოდნენ. სამყაროს ენტროპია იმდენად გაიზრდებოდა, რომ შეუძლებელი გახდებოდა ენერგიის ორგანიზებული ფორმების არსებობა (ე.წ. სითბური სიკვდილი).

თანამედროვე კვლევები
თანამედროვე მეცნიერულ კვლევებში კოსმოლოგია და ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა მჭიდროდ დაუახლოვდა ერთმანეთს. ქართველი მეცნიერების გიორგი დვალის და გაბადაძის მიერ შექმნილი მრავალგანზომილებიანი მოდელი ცდილობს ახსნას სამყაროს მზარდი აჩქარებით გაფართოება. თანამედროვე მეცნიერების ერთ-ერთი პრიორიტეტული მიზანია დიდ ადრონულ კოლაიდერში მოხდეს სამყაროს ფორმიერების მოდელირება უმცირეს მანძილებზე.

მსგავსი ამბები

იხილეთ ასევე
Close
Back to top button