Evrenin doğuşu ve iki elementli sonlu ve sınırsız evren modeli hakkında konuşmak
Evrendeki her şey nereden geldi? "," Evrende bir son var mı? " "," Evren sonlu mu yoksa sonsuz mu? " "," Evrenin dışında başka evrenler var mı? " "," Evrenin bir başlangıcı varsa, bu başlangıçtan önce ne oldu? " "
İnsanoğlunun doğa anlayışının tarihsel sürecinde sürekli olarak sorular sorar ve cevaplarlar, ancak sürekli yeni soruları ve zorlukları vardır. Newton'un statik evren görüşü, yalnızca Newton'un kendi açıklamasına değil, genel olarak Newton'un klasik mekanik sistemi çerçevesinde evrenin genel özelliklerinin oluşumu kavramına da gönderme yapar. Newtonun statik kozmolojisinin iki temel zaman ve mekan anlayışı vardır:
Zaman ve mekan mutlaktır ve birbirinden bağımsızdır; Zaman ve mekan sonsuzdur.
Newton'cu statik kozmoloji, insanlar tarafından doğal olarak kabul edilmektedir, çünkü "Uzayın bir sınırı varsa, sınırın dışında ne var? Zamanın bir başlangıcı varsa, o zaman başlangıçtan önceydi?" Bu cevapsız sorular. Newton mekaniğinin ve elektrodinamiğinin büyük başarıları, fizik camiasını maddi dünyanın hareket yasasının tamamen hakim olduğuna inandırdı. Başlangıç koşulları verildiği sürece, gelecekteki tüm fiziksel süreçler tahmin edilebilir. Dikkatli bir araştırmanın ardından, Newtoncu statik evren modeli uzun zamandır kendi kendine tutarlı olmayan bazı ipuçları ortaya çıkardı. Örneğin, evrenin yerel bir alanı üzerindeki kuvveti tartışmak için evrensel çekim yasasını kullanırken, yeterince uzaktaki bir gök cismi tarafından üretilen kütleçekim kuvvetinin sıfır olduğu varsayılır.Bu, Newton modelinin kendi kendine tutarlı olamayacağı kusurlardan biridir.
Einstein, genel görelilik teorisini Kasım 1915'te yayınladı. Genel görelilik, Newton'un yerçekimi teorisi ve özel görelilik temelinde geliştirilmiştir. Uzay, zaman, madde ve yerçekimi üzerine yapılan çalışmadır. Genel görelilik teorisi ayrıca, uzay ve zamanın maddeden ayrı var olamayacağına işaret ederek, dört boyutlu uzay-zaman ve madde arasındaki birleşik ilişkiyi ortaya çıkarır.
Einstein'ın kendisi bir keresinde canlı bir örnek verdi: Bir topun yüzeyinde tamamen ezilmiş bir yatak böceği vardır, iki boyutludur ve kalınlığı yoktur. İçinde bulunduğu evren iki boyutlu bir evrendir, sezgisine ve hayal gücüne dayanarak üçüncü boyutu anlamak imkansızdır. İkili sonlu sınırsız evren modeli
Einstein, statik kozmolojik modelin kararsızlığının üstesinden gelmek için, yerçekimi alan denklemine kozmik terim adı verilen sabit bir terim ekledi; bu, yerçekimi kuvvetini etkisiz hale getirmek için itici bir kuvvet olarak tezahür etti ve "negatif" bir madde olarak hareket etti.
1922'de Sovyet matematikçi Friedman, "Uzayın Eğriliği Üzerine" adlı ünlü bir makale yayınladı ve kozmik terim olmadan kütleçekim denkleminin genel çözümünü elde etti ve genişleyen sonlu ve sınırsız bir evren modeli elde etti. Yirmi üç yıl sonra öğrencisi Gamow, dünyaca ünlü "Big Bang" evren modelini önerdi.
1929'da Hubble ilişkisi yayınlandı ve evrenin genişlemesi sonunda astronomik gözlemlerle doğrulandı. Einstein bu haberi öğrendi ve bizzat, 29 Ocak 1931'de Hubble'ın bulunduğu Mount Wilson Gözlemevi'ne durumu öğrenmek için gitti ve hemen gökbilimcilerin keşfine desteğini dile getirdi. Açıkladı: Genişleyen bir evrenin herhangi bir kozmik terime ihtiyacı yoktur.
Gamow'un Büyük Patlama Kozmolojisi
1948'de Gamow ve öğrencileri Alf ve Herman "Evrenin Evrimi" ni yayınladı ve Alf ve Bethe "Kimyasal Elementlerin Kökeni" ni ve diğer makaleleri yayınlayarak Friedman ve Lemet'i genişletir. Evren kavramı, nükleer fizik bilgisinin verimli toprağına nakledildi ve nispeten eksiksiz yeni bir evren yaratma teorisi önerildi. Teori, evrenin, ilkel temel parçacıkların yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında ani genişlemesiyle yaratıldığına inanıyor. Bu temel parçacıkların hemen hemen tamamı başlangıçta nötronlardır.Genelemenin neden olduğu sıcaklık düşüşü, nötronların o dönemde iyi bilinen radyoaktif bozunma sürecine göre serbestçe protonlara, elektronlara vb. Dönüştürülmesine ve kademeli olarak hafiften ağıra çeşitli kimyasal elementler üretmesine izin verir. .
Tüm evren genişledikçe ve soğudukça, çeşitli parçacıklar evrende galaksiler ve yıldızlar gibi gök cisimleri oluşturur ve daha sonra gök cisimlerinin evrim merdiveni boyunca günümüze kadar devam eder. Mevcut evrende bulunan hidrojen ve helyumun yaklaşık üçte biri esas olarak erken evrenin ürünleridir.
Gamow, öne sürdükleri teoriyi -- evren yaratma teorisi olarak mizahi bir şekilde adlandırdı. Üstteki üç Yunan harfi Alf, Beth ve Gamow'un soyadlarıdır. 23 Haziran 1967'de, o zamanlar Colorado Üniversitesi'nde profesör olan Gamow, kozmik arka plan radyasyonunun ölçüldüğünü öğrenmekten çok memnun oldu ve Princeton Üniversitesi'nden Peebles'e başlangıçta kozmoloji yaptıklarını yazdı. Araştırma sırasında, radyo astronomisi henüz emekleme aşamasındaydı ve kozmik fon radyasyonunu doğrudan tespit etmenin bir yolu yoktu. Ağustos 1993'te yayınlanan Amerikan "Sky Telescope" dergisi, Big Bang evren modeli için daha iyi bir isim talep etti. 10.000'den fazla başvuru mektubu vardı ve tatmin edici bir sonuç alınamadı. İnsanlar buna hala "Büyük Patlama" diyorlar. Evren modeli ".
Standart evren modeli
Modern zamanlarda temel parçacık fiziğinin gelişmesi ve astronomik gözlemsel kanıtların elde edilmesi ile Big Bang evren modeli, dünyayı yepyeni bir görünümle yeniden üretti ve çoğu kozmolog tarafından genel olarak kabul edilen "standart evren modeli" tacını kazandı. Bu modelin bu kadar başarılı olmasının nedeni, modern parçacık fiziğinin sağlam bir temeli üzerine kurulu olması, astronomik gözlemlerle tutarlı olması ve evrenin en basit ve en doğal modeli olmasıdır.
1989'da Amerika Birleşik Devletleri, kozmik fon radyasyonunun sıcaklığını (2.735 ± 0.016) Kelvin olarak doğru bir şekilde ölçen ve COBE uydusu olarak adlandırılan "Kozmik Arka Plan Radyasyon Dedektörü" nü başlattı. 1996'da, düzeltilmiş yüksek hassasiyet değeri (2.728 ± 0.004) Kelvin idi. Dalga boyu veya frekans tarafından dağıtılan radyasyon yoğunluğu teorik eğriyle hemen hemen aynıdır; bu, Big Bang evren modeli tarafından tahmin edilen arka plan radyasyonunun var olduğunu ikna edici bir şekilde kanıtlar.
COBE uydusu
Kozmik fon radyasyon eğrisi:
Weinberg'in ünlü popüler bilim kitabı "İlk Üç Dakika", çağdaş parçacık fiziği bilgisi ile standart evren modelinde evrenin yaratılış sürecini anlatıyor ve kabaca aşağıdaki resimlere ayrılıyor. Aşağıdaki resimler bu aşamalara karşılık gelebilir
İlk resimde, evrenin yaratılışının başlangıcında 1/10000 saniye, sıcaklık onlarca trilyon Kelvin kadar yüksektir. İkinci ekran 0,01 saniyelik bir zaman ölçeğine ve 100 milyar Kelvin sıcaklığa sahiptir; bu, hadronların eşik sıcaklığından daha düşük ve yine de leptonların eşik sıcaklığından daha büyüktür. Fotonların hadron üretme reaksiyonu durdu ve hala çok sayıda lepton üretiliyor. Üçüncü ekranın 13.82 saniyelik bir zaman ölçeği ve lepton eşik sıcaklığından daha düşük olan 3 milyar Kelvin'lik bir sıcaklığı vardır. Leptonlar foton çarpışmalarıyla üretilemez ve madde yaratma görevi tamamlanmıştır. Çok sayıda pozitif ve negatif lepton yok edildi ve lepton dönemi sona erdi
Dördüncü resimde zaman ölçeği 3 dakika 46 saniye, sıcaklık 900 milyon Kelvin ve tüm karşıt parçacıklar yok edilmiş, pozitif madde parçacıklarının yalnızca milyarda biri kalmış ve fotonların madde parçacıklarına oranı 1 milyar: 1. Nötronlar artık bozunmaz ve protonların nötronlara sayı oranı 87:13 olarak kalır. Bu iki oran şimdiye kadar korunmuştur.
Beşinci ekranın 300.000 ila 700.000 yıllık bir zaman ölçeği ve 4000 ila 3000 Kelvin'lik bir sıcaklığı vardır. Bu resimden önce, evrenin ölçeği önemli ölçüde genişlemiş olsa da, çeşitli madde parçacıkları uzayda kabaca eşit bir şekilde dağılmış, yüksek sıcaklıktaki fotonlar içinde yığılma, kümelenme ve karmaşık yapılar olmadan asılı kalmış durumda. 300.000 ila 700.000 yaş arası, uzay genişledi ve sıcaklık koşulları izin verdi, kararlı hidrojen ve helyum atomları yeniden birleşim çağına girerek ortaya çıkmaya başladı.
Altıncı ekran, zaman ölçeği 400-500 milyon yıl ve sıcaklık 100 Kelvin'dir. 700.000 yaşından sonra evren genişlemeye ve soğumaya devam etti, radyasyon basıncı küçüldü ve küçüldü, yerçekimi kuvveti ana kuvvet olarak yükseldi, madde parçacıkları kümeler halinde toplanmaya başladı ve ilk yıldızlar doğdu. Bir önceki dönem gökbilimciler tarafından "karanlık çağ" olarak adlandırıldı. "Karanlık çağ" sona erdiğinde yıldızlar ve galaksiler gruplar halinde doğdu. Yıldızlı evrenin görkemli dönemi başladı ve evrenin büyük ölçekli yapısı yavaş yavaş oluştu. Yıldız ışığının etkisi altında, evrendeki hidrojen ve helyum atomları yeniden iyonlaşır ve plazma haline gelir; yıldızın içinde, daha hafif çekirdekler daha ağır çekirdeklere dönüşür. Büyük yıldızların süper patlaması, daha ağır elementlerin çekirdeklerini oluşturur. Uzaydaki yıldızların ve malzemelerin aşırı patlaması nedeniyle dağılmış atom çekirdekleri ve bulutsular, ikinci ve üçüncü nesil yıldızları oluşturmak için yeniden bir araya gelirler. Bazı yıldızların etrafında gezegenler ve uydular belirir ...
Yedinci resim, zaman ölçeği 13,7 milyar yıl, sıcaklık 2,7 K, yeryüzünde görünen her şeyin ruhuna sahip küçük bir gezegen-insan (elbette, başka gezegenlerde başka zeki yaşam olabilir). İnsan zekasının gelişimi, maddi evrenin en eski "birincil radyasyon" kalıntılarını - kozmik fon radyasyonunu - tespit etmekle kalmadı, aynı zamanda evrenin yaratılış sürecini de anlamaya çalıştı.
Yukarıdakiler, standart evren modeli tarafından tanımlanan genel evren yaratma sürecidir. Evrenin Büyük Patlama'dan günümüze gelişimi:
