Әлемнің ғарыштық үлгілері

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

ЖОСПАР
Әлемнің ғарыштық үлгілері 1
Физиканың бірігуі. Төртінші ғаламдық жаратылыстық-ғылыми төңкерістің тууы
10

Әлемнің ғарыштық үлгілері

Бүкіләлем кеңістігін космология (греч. кosmos - Бүкіләлем) ғылымы
зерттейді. Оның негізгі мақсаты әлем құрылысының заңдылықтары мен даму
эволюциясын зерттеу болып табылады. Бүкіләлеміміз біртұтас болғандықтан,
оның заңдылықтары Жердегі көптеген мәселердің бетін ашады деп күтілуде.
Бүкіләлемді зерттеу негізінен үш постулатқа сүйенеді:
• физикада ашылған заңдылықтар Бүкіләлемнің барлық аймағында да орындалады;
• жер бетінен жасалған астрономиялық зерттеу нәтижелері Бүкіләлемнің барлық
аймағында да дұрыс;
• Бүкіләлемде антроптық принцип сақталады: тірі жүйе мен космостық дене
ретіндегі адамның өмір сүруі мен әлемнің физикалық константаларының
арасындағы байланыс. Бұл принциптің мағынасы - Жердегі физикалық
константалардың белгілі бір шамаларының сәйкестігінің нәтижесінде адамның
пайда болуына жағдай туды.
Космологиядағы зерттеулер нәтижесінде Бүкіләлеміміздің пайда болуы мен
дамуы туралы үлгілер жасалынады. Қазіргі заманғы Әлемнің космологиялық
үлгілері (модельдері) Эйнштейннің салыстырмалы жалпы теориясына
негізделген. Эйнштейн ньютондық космологиядағы кеңістік пен уақыттың
абсолюттілігі мен шексіздігі туралы постулаттарды алып тастады. Алғашқы
релятивистік космологиялық үлгіні (Әлемнің моделін) 1917 жылы Эйнштейннің
өзі ұсынды. Бұл стационарлы (өзгермейтін) негізгі тұйықталған сфералық үлгі
болды. Бұдан соң ресейлік физик, геофизик және космолог Александр
Александрович Фридман (1888-1925) 1922 жылы заттарға толған, ұлғаятын
Әлемдер үшін бірқатар шешімдерді тапты. Әлемнің Фридман жасаған үш үлгісі
осы уақытқа дейін ең қазіргі заманғы ғарыштық құрылымдарға негіз болып
қызмет етеді. Фридман өте қарапайым екі болжам жасады: біріншіден, қандай
бағыттан бақыласақ та Әлем біркелкі болып көрінеді (Әлемнің изотроптығы)
және екіншіден, егер біз бақылауды басқа бір жерден жүргізсек те, бұл
пайымдау шындық болып қала беруі керек (Әлемнің біртектілігі). Бұл екі
жорамал космологиялық принцип дегенді құрайды.
Басқа ешқандай болжамға бас ұрмай Фридман Әлемнің статикалық болуы
мүмкін емес екендігін көрсетті. Әлемнің барлық бағыттардан біркелкілігі
туралы болжам шындығында, әрине, теріс. Біз білетіндей, біздің
Галактикадағы басқа жұлдыздар бүкіл аспан арқылы өтетін анық көрінетін
жарық жолағын - Құс жолын құрайды. Ал егер алыс галактикалар туралы айтатын
болсақ, олардың саны барлық бағыттарда шамамен бірдей. Ендеше, Әлем
галактикалар арасындағы қашықтықпен салыстырғанда үлкен масштабтан
бақылағанда “шамамен” шынында барлық бағыттардан бірдей. Көп уақытқа дейін
бұл Фридманның шынайы Әлемге “долбарлы” жақын гипотезасының жалғыз
негіздемесі болды. Бірақ кейін, ХХ ғасырда жасалған астрономиялық
бақылаулардың Фридманның моделдерімен сәйкес келетіндігі және Әлемнің
бастапқы сингулярлықтан ұлғая беретіндігін көрсететіні анықталды (материя
тығыздығы шексіз жердегі өте кіші көлемнен бастап).
Бастапқыда Эйнштейн Фридманның космологиялық үлгілерінің теориялық
тұрғыдан негізді екендігіне сенімсіздік білдірді, бірақ көп кешікпей өз
күмәндануының негізсіз екенін мойындады.
Екіншіден, американдық астроном Хаббл (1889-1953) 1929 жылы алыс
галактикалардың бізден қашықтаған сайын бақыланатын доплерлік жүйелі түрде
“қызылдануын” салыстыра отырып, бұл галактикалардың біздің Галактикадан
және бір-бірінен бірқалыпты қашықтап бара жатқандығын анықтады, былайша
айтқанда, біздің барлық Метагалактикамыз жүйелі түрде бірқалыпты ұлғая
береді. Доплер эффектісін еске түсірейік – бұл жарық көзі мен бақылаушының
салыстырмалы қозғалысына қарай жарық толқындарының ұзындығының ұзаруы.
Жалпы жеткілікті тұрғыда біртекті және изотропты бірқалыпты ұлғаятын
біздің Метагалактикамызды шынында да сәйкес релятивистикамен Фридманның
космологиялық үлгісімен бейнелеуге болатындығы анықталды.
Айтылғандарды қорытындылай келе, біз үшінші ғаламдық жаратылыстық-
ғылыми төңкеріс әлемнің ғылыми бейнесін астрономияны, космология мен
физиканы өзгерту арқылы түп негізінен басқа түрге енгізді деп айта аламыз
және бұл кез келген центризмнен толық бас тартуды білдіреді.
Егер үш ғаламдық жаратылыстық-ғылыми төңкерістердің әрқайсысын оларды
аяқтаған ғалымдардың есімімен атайтын болсақ, онда ақырғы екі төңкерісті
Ньютондық және Эйнштейндік деп айтуға болады.
Әлем қалай құрылған? Ол қалай “өмір сүреді” және дамиды? Оның шегі бар
ма, әлде жоқ па? Ол бұдан белгілі бір уақыт бұрын пайда болды ма немесе
әрқашан да болған ба? Ол мәңгі өмір сүре ме, әлде бір кезде оның ақыры келе
ме?
Міне, бізді космологияға ерекше қызықтыратын өзекті сұрақтар осылар.
Шындығында бұлар жаратылыстанудың аса маңызды негізгі мәселелері.
Ньютон Әлемді шексіз деп болжады. Әлемнің біртұтас бүтіндігі туралы сөз
болғанда оның бүкіләлемдік тартылыс заңы қарсы тұра алмайтын қиындыққа
тірелді. Егер жұлдызды Әлемнің шекті мөлшерлері болса, гравитациялық өзара
әсерге заттың әрбір бөлшегі тартылып, Әлем біртұтас массаға айналар еді.
Бұл қиындықты шешу үшін Ньютон Әлемді шексіз деп жорамалдады, сондықтан
белгілі нүктедегі тартылыс күштері өзара теңгеріледі және барлығы да
(заттар, денелер) құлауға болатындай ортақ орта жоқ.
Осыған байланысты өте маңызды бір фактіні белгілейік: түнгі аспан қап-
қараңғы. Неге? Әлемнің жасы мен мөлшері жағынан шексіз жұлдыздардың тұрақты
орналасуынан құралуы мүмкін емес. Шынында да, егер бұлай болмаса,
бақылаушының әрбір көз салуы жұлдызға кездесер еді, бірақ аспан қара ғой!
Бұл фактінің түсіндіруі ұлғайып бара жатқан Әлемнің космологиялық үлгісінде
жатыр. Галактика алыс болған сайын ол бізден соншалықты үлкен жылдамдықпен
қашықтай береді, сондықтан оның спектр сызықтарының қызыл ығысуы көбірек
болады. Ал жарық көзінің сәулеленуінің қызыл ығысуы оның үдемелі
қарқындылығын азайтады. Белгілі бір қашықтықта қызыл ығысудың көптігі
сонша, біз енді жарықтың көзін көрмейміз. Хаббл заңына сәйкес
(галактикалардың жан-жаққа “қашу” заңы) Әлемнің тым болмаса бақылауға
болатын бөлігінің белгілі бір шекарасы бар, басқаша айтқанда, қызыл ығысу
әрі қарай біздің көзқарасымыз өте алмайтын космологиялық “көкжиек”
тудырады. Сондықтан космологиялық көкжиектен әрі жатқан обьектілердің ізі
бізге дейін жетпейді, ендеше түнгі аспанның қара болуында ешқандай проблема
жоқ.
Бір қарағанда соншалықты қарапайым сұраққа жауап беру үшін біздің Әлем
туралы қазіргі заманғы білімдеріміз қажет болды.
Әлемнің ортасы бар ма? Осы сұраққа да жауап беруге тырысайық. Бір
қарағанда Хаббл заңы біздің дүниенің ұлғаюының орталығында тұрғанымызды
айтатын сияқты және Әлемдегі барлық галактикалар бізден әрі қашықтайды,
басқаша айтсақ, біз дүниенің ортасында тұрған тәріздіміз. Бірақ бұл сұраққа
басқа да жауап бар. Басқа бір галактикадан қарағанда ғана Әлем барлық
бағыттарда бірдей болып көрінеді (Фридманның Әлемнің біртектілігі туралы
гипотезасы). Фридманның үлгісінде барлық галактикалар бір-бірінен
қашықтайды. Шын мәнінде бұл Әлемнің біртұтас бүтін ретіндегі ұлғаюының
салдары. Осы маңызды сәтті анықтау үшін Әлемнің моделін кішкентай ауа
шарымен салыстырайық. Үрілген шарға нүктелер (галактикалар) саламыз да,
шарды үруді жалғастырамыз. Кез келген екі нүктенің арасындағы қашықтық
үлкейеді, бірақ олардың бір де бірін ұлғаюдың ортасы деп айтуға болмайды.
Тағы да: нүктелер арасындағы қашықтық үлкейген сайын олар бір-бірінен
жылдамырақ алыстай түседі. Сонымен, тағы да Фридманның үлгісі бізге
қойылған сұраққа жауапты беріп отыр.
Бұл үлгінің табыстылығына және оның болжамдарының Хаббл бақылауларына
сәйкестігіне қарамастан Фридманның жұмысы батыста белгісіз болып қала
берді, тек қана 1935 жылы американдықтар Робертсон мен Уолкер Хаббл
жаңалығына байланысты Фридмандікіне ұқсас үлгілер ұсынды.
Космологиялық принцип орындалуға мүмкін болатын Фридманның әр түрлі үш
үлгісі бар. Бірінші үлгіде Әлемнің түрлі галактикалар арасындағы
гравитациялық тартылыс әсерінен ұлғаюы азайып, ақырында тоқтау үшін Әлем
баяу ұлғаяды. Бұдан кейін әлем сығымдала бастайды. Басқа үлгілерде
сығымдалу болмайды. Фридманның бірінші үлгісінде кеңістік Жердің беті
тәріздес өзіне тұйықталып қисаяды. Сондықтан оның мөлшерлері шекті. Ал Әлем
шексіз ұлғаятын екінші үлгіде кеңістік басқаша - ердің үсті тәріздес
қисайған, бұл жағдайда кеңістік шексіз. Фридманның үшінші үлгісінде
кеңістік жайдақ, ендеше мұнда да шексіз.
Фридман үлгілерінің қайсысы біздің Әлемге сәйкес келеді? Әлем ұлғаюын
тоқтатып сығымдала бастай ма немесе мәңгі ұлғая бере ме? Бұл сұрақтарға
жауап беру үшін Әлемнің ұлғаюының қазіргі жылдамдығын және оның орташа
тығыздығын білу керек.
Бүгінгі күнге бар мәліметтер Әлемнің, мүмкін, мәңгі ұлғая беретіндігін
айтады. Ағылшынның атақты физик-теоретигі Стивен Хокинг айтқандай, жалғыз
ғана сенімді нәрсе - егер Әлемнің сығымдалуы әйтеуір болатын болса, ол 10
мың миллион жылдан ерте жүзеге аспайды, өйткені кем дегенде осынша уақыт ол
ұлғайып келеді. Бұған біздің аса алаңдауымыздың қажеті жоқ: оған дейін біз
Күн жүйесінен тысқары жаққа қоныс аудармасақ, адамзат оған дейін-ақ жоқ
болады - ол Күнмен бірге өшеді.
Фридман үлгісінің нұсқауларының ортақтығы бар: өткен замандардағы
белгілі бір сәтте (он-жиырма миллиард жыл бұрын) көршілес галактикалардың
арасындағы қашықтық нөлге тең болуы керек. Бұл сәтте (Үлкен жарылыс деп
аталатын) Әлемнің тығыздығы мен кеңістік-уақыттың қисықтығы шексіз болған
болуы керек. Математиктер шексіз үлкен шамалармен шұғылдана алмайтындықтан,
бұл салыстырмалықтың жалпы теориясына сәйкес Әлемде бұл теорияның өзін де
қолдануға болмайтын нүкте болу керектігін білдіреді. Мұндай нүкте ерекше
немесе сингулярлық деп аталады. Бұл нүктеде материяның шексіз тығыздығы мен
кеңістік-уақыттың шексіз қисықтығынан біздің теорияларымыз дұрыс болмайды.
Сондықтан, Үлкен жарылыстың алдында қайсыбір оқиғалар орын алса да, оларға
қарап болашақты болжап білу мүмкін болмады. Демек, Үлкен жарылысқа дейін
болған оқиғаларды үлгіден шығарып тастап, уақыт есептеудің басын Үлкен
жарылыс сәті деп алу керек. Қазіргі заманғы концепциялар бойынша ғылым
Әлемнің бос кеңістіктен пайда болу мүмкіншілігін растап отыр. Теориялық
физикада бұл кеңістікті физикалық вакуум деп атайды. Физикалық вакуум - бұл
атом құрылысындағы квантты өрістің энергиялық жағдайы, мысалы, ядро мен
электрондық қабаттардың арасындағы кеңістік. Физикалық вакуум, басқаша
айтсақ, бұл дискретті бөлшектерді тудыра алатын материяның айрықша
үзіліссіз өрістік өмір сүру түрі.
Қазіргі уақытта космологияда Үлкен Жарылыс үлгісі -Бүкіләлемнің
изотропты, біртекті, кеңіп бара жатқан және ыстық үлгісі қабылданған. Бұл
үлгінің теориялық негізіне Эйнштейннің салыстырмалылық жалпы теориясы мен
релятивисттік гравитация теориясы (1905-1916жж.) қабылданған және олар
қазіргі заманғы астрофизиканың негізгі ядросын құрайды.
Қазіргі уақытта Үлкен Жарылыс теориясына негізделген Әлемнің үлгісін
мына оқиғалар тізбегімен көрсетуге болады:

Космостық уақыт Оқиғалар календары
Үлкен Жарылыс - Әлемнің шексіз 20 млрд. жыл бұрын
кеңістікке кеңеюінің басталуы
Әлемнің заттық негіздерінің пайда
болуы (фотондардың, нейтринолардың, 1-3 с өткен соң ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.