Visatos modeliai. UFO Page. Lithuanian

Pradžioje Žemė buvo plokščia. Bet tada ji kažkur turėjo baigtis, nebent manytume ją nusitęsusią iki begalybės. Tačiau begalybė yra dar neaiškesnė koncepcija – ir iki pat Viduramžių žmonės baiminosi, kad nuo Žemės pakraščių jie gali nukristi. Kas yra už tų pakraščių, buvo nežinoma. Dangus stebino ir įkvėpdavo.

Babiloniečių Žemės žemėlapis,
rastas 1882 m. Sipare

Žydų, krikščionių ir islamo religijos laikosi požiūrio, kad Visata gana jauna. Vyskupas J. Usher'is paskaičiavo Visatos amžių esant 4004 m. pr.m.e. - sudėdamas ST žmonių metus. Šį požiūrį palaiko ir tai, kad žmonijos kultūra ir technologija tebesivysto (ir gana sparčiai). Jei pradžia būtų anksčiau, mes būtume daug labiau išsivystę.
Taip pat skaitykite Biblinis kosmosas trisluoksnis

Ar Visata begalinė? Kas už jos ribų? Kas buvo iki jos? Ar tada buvo laikas ir erdvė? Šiuos klausimus kėlė ir svarstė I. Kantas (1724-1804), padaręs išvadą, kad atsakymai yra anapus žmogiškojo pažinimo.

Šiuolaikinėje astronomijoje stebima Visata yra baigtinė, susikūrusi kažkur prieš 12-15 mlrd. metų „Didžiojo sprogimo“ metu, kai ji pradėjo plėstis (tai 3-me dešimtmetyje nustatė E. Hubble (1889-1953), atradęs raudonąjį poslinkį). Tolimos galaktikos tolsta nuo mūsų - kuo tolimesnės, tuo greičiau. Atstumas tarp galaktikų didėja. Iki sprogimo, erdvės ir laiko sąvokos yra beprasmės.

Bet ar Visata plėsis amžinai? Kad ji liautųsi plėstis, jos tankis turi išretėti iki 1,1*10^-26 kg/m³ (6 vandenilio atomai kubiniame metre). Tai yra kritinis tankis. Santykis „kritinis tankis / kritinis tankis“ vadinamas Omega. Jei w < 1, Visata „atvira“ (plečiasi).

Gal Visata tai plečiasi, tai traukiasi? S. Hawking'as (1942-2018) nurodė, kad Visata neprivalo prasidėti ir baigtis viename taške. Didžiojo sprogimo teoriją bandė tikslinti ir Vientisos Visatos teorija, teigusi, tad tarpuose atsiranda naujos galaktikos - iš nuolat susikuriančios materijos. Tam reikėjo patikslinti bendrąją reliatyvumo teoriją. Susikuriančios materijos kiekis būtų labai nedidelis - viena dalelė kubiniame km per metus. Tai kartu reikštų, kad tankis daugmaž vienodas. Martin Ryle stebėjimai parodė, kad didesnis galaktikų tankis yra toli nuo mūsų. Tai rodytų arba a) mes gyvename retesniame Visatos krašte; b) anksčiau tankis buvo didesnis. Ir abi galimybės prieštarauja Vientisos Visatos teorijai. Pagaliau ją „pribaigė“ 1965 m. atrastas foninis mikrospinduliavimas. Jo spektras, atitinkantis karštų kūnų spinduliavimą, tebuvo 2,7^oK. Visata yra šalta tamsi vieta. Sprogimas

Kitą teoriją pasiūlė rusai E. Lifšicas ir I. Chalatnikovas. Atseit, begalinio tankio taškas galimas tik Visatoms judant tiksliai viena į kitą. Bet kadangi visos jos turi greičio „paklaidų“, tad gali prasilenkti ir Visada imti plėstis išvengdama to Taško.

Richard Feymann'as pasiūlė, kad kvantinė teorija galėtų būti Sankaupa per amžius. El. dalelytė turi visus įmanomus kelius - laike ir erdvėje. Kiekvienas jų turi savo tikimybę, priklausančią nuo formos. Tad reikia atsižvelgti į istorijas vykusias „įsivaizduojamu“ laiku. Ši idėja veda į kelių visatų vienu metu hipotezę, kitaip - skirtingo kreivumo erdvėlaikius. Nustatant tikimybes pasirodo, kad neįmanoma nustatyti erdvėlaikių su tašku tikimybių. Taigi, negalima nustatyti, kaip Visata elgsis.

1983 m. Jim Hartle^*) ir Stephen W. Hawking'as pasiūlė, kad Visata gali būti tam tikros klasės Istorijų suma. Į ją įeina iškreiptos erdvės be singuliarumų ir riboto dydžio, bet neturinčios ribų ar „kampų“. Kaip Žemę, kuri yra ribota, bet neturi krašto - gali apeiti aplink ir nenukrisi. Kitaip galioja apribojimo sąlyga, kad Visata neturi ribų.

Kita vertus, dangaus kūnai elgiasi taip, tarsi Visata turėtų daugiau materijos nei yra matoma – tai tamsioji materija (kuri, kaip manoma, sudaro apie 23%). Amžiaus pabaigoje buvo išsakyta dar viena mintis, kad už Visatos plėtimąsi atsakinga tamsioji energija (pagal NASA, sudaranti net 73%). Pasak R. Caldwell'o^**), ji taip išaugs, kad viršys kitas jėgas (gravitacijos ir t.t.,) – tad Visata tiesiog „išsilakstys“.

Galaktika be žvaigždžių

Astronomus sudomino mįslinga dujų sankaupa, aptikta spiralinės galaktikos M94 apylinkėse. Tikriausiai tai pirmasis toks objektas, jau seniai numatytas kosmologinės teorijos: smulkutė galaktika iš dujų, tamsiosios materijos ir ... be jokių žvaigždžių. Visatoje galėjo susidaryti objektai, turintys įvairią masę. Tačiau tik stambiausiuose, kurių masė viršija kritinę, gravitacija leido pasiekti tankį, reikalingą žvaigždžių susidarymui. Tad Visatoje turi būti primėtyta objektų, nepasiekusių tos ribos (juos pavadino RELHIC). Dabar, galbūt, kinų grupė FAST radijo teleskopu pietvakarių Kinijoje atrado pirmąjį tokį objektą; ji aptiko 21 cm ilgio bangas, ateinančias iš taško Skalikų žvaigždyne greta M94. Ir jei jos tikrai vandenilio, tai objektas tolsta nuo mūsų maždaug tokiu pat greičiu kaip ir masyvi galaktika, tad, matyt, yra tos pačios grupės dalis. Jį pavadino „Debesis-9“. Jis gali būti M94 palydovas, tačiau tada jis yra keistokas. Jame nėra jokių šviesos požymių. Modeliavimas parodė, kad jei jame žvaigždžių nebus rasta, jo masė gali būti apie 5 mlrd. Saulės masių – nedaug galaktikai, bet priimtina. Bus bandoma gauti didesnės skiriamosios gebos atvaizdus – tad ateityje apie jį gali būti sužinota daugiau.

Ar visata turi kraštą?

Kaip sakoma. Visata apima viską, tačiau viskas kažkur turi kraštą. Jei Visata suprantame „viską, kas kažkur yra“, tai aišku Visata neturi krašto. Tačiau dažniausiai žmonės turi truputį kitokią sampratą, kai klausia: „Jei Visata plečiasi, tai į ką ji išsiplės?“

Visatos plėtimasis reiškia, kad atstumai tarp Visatos kūnų didėja. Einšteino gravitacijos teorija nesunkiai aprašo Visatą, kuri gyvuoja amžinai ir todėl neturi krašto, arba tokią, kurioje kreivės grįžta į tą patį tašką kaip aukštesnių matavimų rutulio paviršiuje, kuris taip pat neturi krašto. Antrojo atvejo patvirtinimui reikėtų stebėti tas pačias galaktikas kaip toli esančias priešingoje visatos pusėje.

Kiti gali sakyti, kad Visata turi kraštą, nes ji atsirado kažkur prieš 14 mlrd. m. ir todėl tegalime matyti tik tas galaktikas, kurių šviesa mus pasiekė per tą laiką. Tos galaktikos yra sferos, kurios centras yra Žemė, paviršiuje. Tai vadinama stebima Visata, kuri iš tikro yra apie 92 mlrd. skersmens, nes pradžioje „infliacijos fazėje“ Visata plėtėsi greičiau už šviesos greitį. 3 toras

„Stebima Visata“ apribota kosminio horizonto, kažkuo panašiu į jūros horizontą; ir kaip šio atveju žinome, kad už jo tebesitęsia vandenys, taip ir kosminio horizonto atveju. Tiesiog iš ten šviesa nesiekia mūsų.

Bet kaip atrodo Visata?
Tyrime, paskelbtame „Physical Review Letters“ balandžio mėn. (vol.132, no.17 ), kosmologistų konsorciumo (COMPACT Collaboration) inauguraciniame straipsnyje, yra užuomina, kad Visatos „topologija“ gali būti ne tokia jau ir paprasta. Jie, nagrinėdami mikrobangio spinduliavimo (CMBR) duomenis, aptiko, kad jie neatmeta kai kurių labai „egzotiškų“ formų galimybės. Straipsnis dėmesį sutelkia į „3-torą“, kuris panašus į kubą, kuriame sujungtos priešingos sienelės. Amerikos fizikų draugija tai apibūdino kaip salę su veidrodžiais“, pridurdama, kad „linijos šio toro viduje sudaro uždaras kilpas, nukreiptas link stebėtojo, tad jam atrodo, kad viskas be galo kartojasi“. Tačiau tai priklauso nuo mastelio – ir jei tasai viršija CMB „horizontą“ (t. y. atstumą iki tolimiausių objektų, kuriuos galime pamatyti), ta iliuzija nepasirodys.

Visata iš esmės yra dvimatė!!!

Pasaulis aplink mus atrodo trimatis. Medžių kamienai apvalūs, o ne plokšti, o taip pat dar jie stiebiasi į aukštį. Tačiau ar tokia ir Visata?!

20. a. 3-iame dešimtm. paaiškėjo, kad Visata plečiasi (E. Hablo atradimas 1929 m.). Kuo galaktikos toliau nuo mūsų, tuo greičiau atrodo judančios. Taip pat atrodo, kad ir galaktikos tolsta viena nuo kitos… Ir taip visomis kryptimis. O santykinai nustatyta, kad Visatos plėtimasis netgi spartėja.

Bet jei viskas tolsta, tai kadaise turėjo jos būti viename taške, kuriame ir įvyko Didysis sprogimas. Tad dabar ir paklauskite savęs, kur Visatoje yra tas taškas, iš kurio viskas prasidėjo? Ir čia paradoksalus atsakymas: Visatoje nėra tokio taško!?

Bet kodėl? Ogi todėl, kad Visata iš esmės yra dvimatė!?

Netikite?! Nenuostabu!? Bet paklauskite, kas dabar gali būti Visatos centre?! Tarkim ore sprogo granata – ir įsivaizduokite, kad granatos skeveldros yra išsilakstančios galaktikos… Kas liko granatos sprogimo vietoje?! Visa granata išsilakstė į visas puses, o ten nieko nėra!

Dar geresnė Visatos analogija su balionu. Kai pučiate balioną, jis plečiasi, visi jo taškai tolsta vienas nuo kito.

Tačiau balionas sudarytas iš dviejų dalių: iš lateksinės (grubiai tariant, guminės) plėvelės ir oro (erdvės) jo viduje. Ir abi tos dalys matematiškai aprašomos skirtingai. Baliono paviršius yra dvimatis (trimatėje erdvėje). Ant jo galite eiti į šiaurę, pietus, rytus ar vakarus, tačiau niekad aukštyn ar žemyn. Viskas paviršiuje tėra dviejų matų – turi tik ilgį ir plotį.

Tai dabar paklauskime – kur baliono centras?! Kaip ir kur beeisite baliono plėvele, jo centro nesurasite, nes jis nėra balione!

Taip ir su Visata!!! Visa Visata yra tik tarsi toji plona baliono plėvelė, išsipūtusi po Didžiojo sprogimo, po kurio viduje nieko neliko. O kas yra baliono plėvelė? Iš esmės, tai dvimatis paviršius. Tad Visatoje trimatis pasaulis yra matomas tik toje siauroje zonoje prie jos pakraščio – toje baliono plėvelėje. Ir paties Visatos centro nėra Visatoje!!!

Pastaba: analogija su balionu kiek supaprastinta, bet esmė ta!

^*) Džeimsas Hartlis (James Burkett Hartle, g. 1939 m.) – amerikiečių fizikas, Kalifornijos un-to profesorius (nuo 1966 m.), dirbantis gravitacinės fizikos srityje. Bendradarbiavo su S. Hokingu. 1964 m. kartu su D. Brill’u atrado Brill-Hartle geoną; su K. Tornu iš bendrosios reliatyvumo teorijos išvedė juodųjų skylių ir kitų reliatyvistinių kūnų judėjimo ir precesijos dėsnius. 1983 m. išvystė Hartle-Hawking Visatos banginę funkciją, apibūdinančią pirminę Visatos būseną prieš Didįjį sprogimą. Yra parašęs vadovėlį apie bendrąją reliatyvumo teoriją „Gravitacija: įvadas į Einšteino bendrąją reliatyvumo teoriją“ (2003).

^**) Robertas Kaldvelas (Robert R. Caldwell) – amerikiečių fizikas teoretikas, užsiimantis kosmologija ir gravitacija. Geriausiai žinomas indėliu į greitėjantį Visatos plėtimąsi, ypač tamsiąją energiją, kvintesenciją ir Didžiojo suplėšymo teoriją (Visatai sukakus 50 mlrd. m.).