Global Lithuanian Net: san-taka station: |
Nepaprastai suderinta Visatos sandara
Papildomai skaitykite: Į susitikimą su nežemiečiais
Dominuojanti teorija apie Visatos atsiradimą yra Didžiojo sprogimo teorija:
Fizikai negali pasakyti kas buvo iki tol, kažkodėl įvyko tasai Sprogimas
ir visa ėmė sparčiai plėstis. Energija virto materija ir antimaterija. Materijos atsirado
šiek tiek daugiau (neaišku kodėl), dauguma antimaterijos anihiliavosi (vėl virstant energija). Likusi materijos dalis buvo išblaškyta visomis
kryptimis ir ėmė vėsti; iš kvarkų
formavosi protonai ir neutronai, vėliau iš jų - atomai, o
galiausiai susidarė galaktikos ir žvaigždės. Žvaigždžių gelmėse sintetinosi sunkieji elementai. Sproginėjant
supernovoms, tie sunkieji elementai (tame
tarpe, deguonis ir anglis) "pabiro" po erdvę, iš jų formavosi planetos. Didžiojo sprogimo pagrindimai:
Žemė visame šiame scenarijuje atrodo tik kaip mikroskopinė smiltelė, visiškai
nežymi ir nereikšminga, tačiau vis daugiau mokslininkų įsitikina, kad būtent
Žemė yra išskirtinė ir idealioje vietoje. 9-me dešimtmetyje
nustatyta stulbinantis dalykas - fundamentaliosios jėgos tik labai
siaurame intervale gali užtikrinti gyvybės buvimą..
Taigi, padėtis yra tokia. kad tarsi kažkoks Aukščiausiasis protas taip suderino fizikos dėsnius, kad Visatoje galėtų egzistuoti gyvybė. Fizikų grupė iš Izraelio, JAV, Ispanijos ir Norvegijos ištyrė Visatos plėtimosi ir kosmologinės konstantos
poveikį gyvybės atsiradimui. Jų išvados patvirtina antropologinį principą, kad gyvybė galima tik esant
būtent tokiems parametrams. Kosmologinė konstanta įeina į Einšteino
bendrosios reliatyumo teorijos
lygtis (lambda narys) ir aprašo nulinę vakuumo energiją (tamsiąją energiją).
Straipsnis paskelbtas 2016 m. vasario mėn. Physical Review Letters. Fundamentalių jėgų stiprumo pasikeitimai
Tačiau gravitacijos jėga 1039 karto silpnesnė už
elektromagnetinę jėgą. Bei, jei ji būtų silpnesnė tik 1033 karto,
žvaigždės išdegtų milijonus kartų greičiau ir taip karštai, kad apie gyvybės
atsiradimą nebūtų verta net galvoti. Jei ji būtų dar silpnesnė, žvaigždės
smilktų lėtai ir negeneruotų pakankamai šilumos, reikalingos gyvybei palaikyti.
2. Jei elektromagnetinė jėga būtų stipresnė, branduolys taip stipriai
trauktų elektronus, kad negalėtų vykti cheminės reakcijos. O jei ji būtų
silpnesnė, branduoliai negalėtų išlaikyti elektronų ir nesusidarytų atomai.
3. Stiprioji branduolinė jėga nusako, kaip protonai ir neutronai traukia
vienas kitą. Jei ji taptų stipresnė vos 0,3%, beveik neliktų vienišų protonų
(kitaip sakant, nebūtų vandenilio atomų)/ jei ji būtų 2% silpnesnė, nesijungtų
protonai ir neutronai, todėl negalėtų susidaryti sunkesnieji elementai (tarkim. deguonis ir anglis).
Tad paklauskime savęs, kaip atsitiktiniu būdu Didžiojo sprogimo metu
nusistatė tokios fizikinės konstantos, kad tos fundamentaliosios jėgos yra
būtent tokios, kokias turime? Atsakymas tik vienas - mums nepaprastai pasisekė!
Stebuklinga molekulė
Visos medžiagos kietu pavidalu yra sunkesnės nei skystu (pvz., kieta
geležis yra sunkesnė nei išsilydžiusi - ir geležies luitas skęsta skystos
geležies jūroje); visos, išskyrus vieną - ir ta išskirtinė medžiaga yra
vanduo (ledas lengvesnis už skystą vandenį).
Jei būtų kitaip, jūros šaltų nuo dugno. Todėl visa Žemė būtų padengta
ledo, nes Saulės spinduliai negalėtų ištirpdyti po vandeniu esančio ledo.
Tokios išimties priežastis yra ypatinga kristalinė ledo struktūra. Bet kodėl
ji tokia tik vandeniui, kai visos kitos medžiagos jos neturi?
Anglies susidarymas
Kad susidarytų anglis, turi būti labai tikslus stipriosios branduolinės ir elektromagnetinės jėgų suderinamumas.
Atrodytų, kad yra akivaizdu, kad "degdamas" helis turėtų sudaryti berilį
(Be-8), tačiau šis yra nepaprastai nestabilus elementas (skirtingai nuo
stabilaus Be-9 izotopo), skylantis maždaug per 10-16 sek.
Anglis gali susidaryti dviem būdais: Kitais žodžiais tariant, beveik nėra galimybės susidaryti angliai - ir nepaisant to, jos aplink gausu. Kaip tai įmanoma?
Kai susiduria ir susijungia du branduoliai, naujas branduolys perima bendrą abiejų branduolių masę-energiją, jų abiejų judėjimo energiją,
buvusią iki susidūrimo, ir jų kinetinę energiją (be nedidelio energijos kiekio dėl stipriosios branduolinės jėgos). Naujai susidaręs branduolys turi
atitikti leistiną energijos lygį. Toks atitikmuo yra vadinamas
rezonansu ir jis priklauso nuo susiduriančių branduolių struktūros. Rezonansas yra labai retas reiškinys.
1954 m. Fred Hoyle nustatė, kad vienintelis būdas, kaip gali susidaryti
pakankamai anglies, yra He-4, Be-8 ir C-12 rezonansas. Kiekvieno branduolio
masė-energija yra pastovi ir negali kisti. Kiekvieno branduolio kinetinė
energija priklauso nuo temperatūros žvaigždės viduje. F. Hoyle paskaičiavo,
kad rezonanso energijos lygis turėtų būti 7,82 MeV. Tik vėl problema - toks rezonanso lygis anglyje nebuvo žinomas, tat branduolinės fizikos
specialistai buvo skeptiški dėl tokių išvadų. Tačiau vėliau buvo nustatyta, kad C-12
energijos lygis iš tikro tėra vos 4% aukštesnis (t.y. 8,13 MeV), nei nuspėjo F. Hoyle.
Taigi, būtų tas lygis vos 4% žemesnis, ir anglis niekada nesusidarytų!
Deguonies susidarymas
Deguonis žvaigždėse susidaro taip: C66 + He22 --> O88
Reakcijos sparta priklauso nuo energijos lygio deguonies molekulėje. Jei deguonies lygis lygus anglies ir helio energijoms, visa anglis virstų
deguonimi. Jei jie gerokai skiriasi, tai deguonis niekada nesusidarytų.
Nė vienas atvejis nėra "patrauklus":
Dabar yra toks energijos lygių skirtumas (1%), kad lygiai pusė anglies atomų virsta deguonies atomais Visata po Didžiojo sprogimo
Po Didžiojo sprogimo galimi trys
variantai(skaitykite apie Visatos topologijas >>>>>):
Priklausomai nuo Visatos geometrijos, šviesa joje sklinda skirtingai.
Estetiniu požiūriu, tinkamesnė plokščia Visata.
Paskaičiuota: jei masės tankis, praėjus 1 nanosekundei po
Didžiojo sprogimo, būtų lygus 447.225.917.218.507.401.284.016 mg/cm3,
Visata būtų plokščia; jei didesnis 1 mg, Visata jau būtų sukritusi atgal; jei mažesnis 1 mg - tokia, kokią stebime dabar (ir visai neaišku,
kodėl ji plokščia). Jei tankis būtų dar mažesnis, Visata turėtų plėstis per greitai, kad galėtų susidaryti galaktikos ir žvaigždės.
Laikoma, kad Didžiojo sprogimo metu susidariusios masės kiekis yra atsitiktinis. Vis tik Eleonora Di Valentino ir kt. 2019 m. lapkritį Nature Astronomy paskelbė provokuojantį
straipsnį, kuriame iš naujo išanalizavo pagrindinius kosmologinius duomenis ir padarė išvadą, kad Visata yra išsilenkusi ir
užsidariusi tarsi sfera, o ne plokščia, kaip spėja įprastinė kosmologinė teorija. Ji erėmėsi Planck
surinktais CMBR duomenimis, kurie neatitinka kitų, rodančių Visatos plokštumą.
Planck teleskopas matuoja Visatos tankį nustatydamas, kiek šviesa nukrypo (buvo gravitaciškai
linziuota) 14 mlrd. m. keliaudama per Visatą. Kuo daugiau materijos CMBR fotonai sutiko savo kelyje, tuo
labiau jie nukrypę, tad jų kryptis jau nerodo pradinio šaltinio. Tai duomenyse sukelia išsibarstymo efektą,
nugludinantį pikus ir įdubimus. Anot naujos analizės, didelis nukrypimų dydis leidžia spėti, kad Visata gali būti
5% tankesnė už kritinį tankį (apie 6 vandenilio atomai 1 m3) vietoje 5,7), tad gravitacija ima viršų ir kosmosas užsidaro.
Vis tik mokslininkai, dirbę su Planck teleskopu, savo
2018 m. analizėje (irgi pastebėje šviesos
nukrypimo anomaliją) padarė kitokią išvadą A. Lewis sako, kad E. Di Valentino komandos išvados seka tik iš
statistinio sutapimo. O gal vis tik Visata uždara? Uždaros Visatos modelis išspręstų ir kitus CMBR duomenų
anomalius aspektus. Pvz., tyrinėtojai išveda tamsiosios materijos ir tamsiosios energijos kiekius pagal CMBR
šviesos spalvos skirtumus. Tačiau glumina, kad jie gauna skirtingas reikšmes, kai lygina nedideles dangaus sritis
ir kai palygina plačias sritis. O štai jas skaičiuojant pagal uždaros Visatos modelį jos sutampa!
Dabar standartinis Visatos modelis (LCDM,
pavadintas pagal tamsiąją energiją, žymimą lambda L bei
šaltąją tamsiąją materiją - cold dark matter) turi tik 6 pagrindines charakteristikas. Naujoje ataskaitoje
siūrama į jį įtraukti 7-ą parametrą Visatos kreivumą.
* Žr. E. Di Valentino & all. Planck evidence for a closed Universe and a possible crisis for cosmology// Nature Astronomy, 2019 Papildomai skaitykite apie Erdvės formas Visata labai plati ir joje turėtų būti tuntai gyvenamų planetų, teigia David
Darling'o*) knygoje Gyvybė visur. Bet ar tikrai? Ar mūsų Saulės sistema nėra išskirtinė?
Tai bando įrodinėti P. Ward ir R. Brownlee knygoje Reta Žemė bei G. Gonzales ir J.W. Richards knygoje Privilegijuota planeta.
Saulės sistemos savybės, palankios gyvybei atsirasti
Galaktikos masė: mūsų galaktika yra viena iš 1-2% masyviausių
ir ryškiausių Visatos galaktikų. Tai užtikrina greitesnį ir gausesnį sunkesniųjų cheminių elementų (būtinų gyvybei) susidarymą.
Galaktikos forma: yra trijų tipų galaktikos: spiralinės, elipsinės ir
netaisyklingos formos. Geriausios sąlygos gyvybei yra spiralinių galaktikų
srityse, nutolusiose nuo aktyvių žvaigždžių formavimosi ir supernovų sričių.
Elipsinėse ir netaisyklingose galaktikose pernelyg didelis žvaigždžių
formavimosi aktyvumas ir dažni supernovų sprogimai. Saulės sistema yra
spiralinės galaktikos pakraštyje tarp dviejų spiralių - tai saugu, o kartu iš čia patogu stebėti galaktiką.
Žemės atstumas nuo Saulės (147,5-152,5 mln. km): jei Žemė būtų arčiau, daugiau vandens išgaruotų sudarydami tankius debesis,
trukdančius fotosintezei; jei Žemė būtų nutolusi labiau, vanduo užšaltų. Be to,
Žemės orbita beveik apskrita (atstumas iki Saulės svyruoja mažiau nei 0,33%), o tai sumažina temperatūros svyravimus.
Kitos Saulės sistemos planetos irgi turi beveik apskritas orbitas, kurios yra
"saugesnės" (va tik Plutonas kerta Neptūno orbitą!). Tai irgi svarbu, nes kitaip Žemės orbita būta destabilizuojama.
Jupiteris (Saturnas ir Neptūnas) yra Žemės sargybiniai: jie užstoja kelią asteroidams ir kometoms patys "surinkdami" juos. Mėnulio svarba Papildomai skaitykite: Jei nebūtų Mėnulio
Mėnulio charakteristikos yra nepaprastai retos Visatoje. Nežinoma nė
viena kita planeta, kuri turėtų tokį didelį palydovą lyginant su savo dydžiu.
Mėnulio masė (7,35 * 1021 t) tik 81,5 k. mažesnė už Žemės, kai net didžiausias Saturno
palydovas Titanas (kad ir kaip grėsmingai skambėtų) už Saturną lengvesnis beveik 4500 kartų.
Mėnulis stabilizuoja Žemės pakrypimo laipsnį. Tyrimai parodė, kad per 41
tūkst. m. Žemės pakrypimas svyravo 22-24.5o (Marso
pakrypimas kito chaotiškai 10-50o ribose). Mažesnis pakrypimas ir mažesni jo svyravimai užtikrina geresnes sąlygas gyvybei.
Golfo srovė yra tarsi upė vandenyne. Ji - tinkamo klimato garantas. Mėnulio
dydis užtikrina 40% Žemės potvynių-atoslūgių poveikio ir tuo pačiu, Golfo srovės susidarymą.
Mėnulio atsiradimo paslaptis
Dėl savo didumo ir beveik apskritos orbitos, beveik
neįmanoma, kad Mėnulis būtų pasigautas Žemės. Tiksliausias paaiškinimas būtų: Toks paaiškinimas vis tiek sukelia problemas: Taigi, tokio nutikimo tikimybė praktiškai nulis. Nejaugi mums taip
nepaprastai pasisekė? Juk be Mėnulio, Žemės klimatas nebūtų tinkamas gyvybei (na, nebent tik kai kurioms bakterijoms).
Viskas lenkia į tai, kad Visata nepaprastai specialiai sureguliuota tam, kad joje galėtų atsirasti protingos būtybės. Taip yra, nes:
Reikia pastebėti, kad visi šie pasirinkimai nėra moksliniai, nes mokslas imasi tik stebimų ir pasikartojančių reiškinių.
Be to, antrasis variantas mažiausiai logiškas - tai lyg kiekvieną kartą išlošti visose loterijose. Trečiasis variantas yra tapatybė - mes esame šioje
Visatoje, todėl, kad ji mums tinkama. Ir mes negalime jo patikrinti, o tik tikėti, - taigi, tai tas pats, kaip tikėti Dievu.
Parengė Cpt.Astera's Advisor *) Deividas Darlingas (David J. Darling, g. 1953 m.) anglų astronomas, rašantis mokslo
populiarinimo temomis, ir muzikantas. Parašė Gyvybė visur (2001), Universalioji matematikos knyga
(2004) bei kt. Parengė populiarią Mokslo enciklopedijos svetainę. Papildomai skaitykite:
|