Ar Visata susiformavo atsitiktinai: moksliniai tyrimai

Mokslininkai, tyrinėdami pasaulį, daug amžių jį įsivaizdavo kaip savaime atsiradusį ir savaime besivystantį.

Tačiau pastarąjį šimtmetį mokslinio tyrimo metodams greitai tobulėjant ir visoms mokslo sritims sparčiai žengiant į priekį, buvo prieita prie išvados, kad Visata yra mažiausiai 10^{10,000,000,000} kartų per maža, arba per jauna, kad gyvybė galėtų atsirasti natūralių procesų metu.

Kad Visata plečiasi, 1915 m. teoriškai įrodė A. Einšteinas savo bendrojoje reliatyvumo teorijoje. Tiesa, jis ir pats ilgą laiką tuo abejojo.

Kiti mokslininkai šią idėją irgi kategoriškai atmetė, nes ji prieštaravo tuometiniam Visatos modelio supratimui.

To, žinoma, ir buvo galima tikėtis, nes, vadovaujantis logika, jeigu buvo pradžia, vadinasi, buvo momentas, kada visa dabartinė materija sutilpo į vieną tašką.

Bet tokiu atveju, remiantis reliatyvumo teorija, erdvėlaikis irgi turėjo būti apribotas tame taške, vadinasi, „prieš tai“ jo tiesiog nebuvo.

Sprogimo momentu singuliarumo taške nebuvo mums žinomų sąveikos jėgų, nebuvo materijos, nebuvo laiko.

Prieš sprogimą ir sekundės dalis po jo egzistavo tokios sąlygos, kurių nepajėgia aprašyti dabartinė fizika, - ten nebuvo jokių mums žinomų jėgų ar materijos.

Tas taškas buvo „pakibęs“ amžinybėje ir begalybėje.

Pirmoji Visatos vystymosi stadija, vadinamoji Planko era, truko iki 10^-43 sekundės. Tą sekundės dalelytę Visata kartu su visu tuo, kas ją sudarys vėliau - su galaktikomis, planetomis,- tilpo neįsivaizduojamo mažumo sferoje, kurios skersmuo 10^-33 cm, t. y. ji buvo milijardus milijardų kartų mažesnė už atomo branduolio skersmenį.

Tai stadija, kai dar nėra dalelių diferenciacijos: jos visos sąveikauja tuo pačiu būdu.

Dar nėra keturių pagrindinių tarpusavio sąveikos jėgų (gravitacijos, elektromagnetinės ir abiejų - stipriosios ir silpnosios - branduolinių jėgų).

Jos tebėra susiliejusios į vieną universalią jėgą.

Užteko kelių milijardinių sekundės dalių, kad Visata pereitų į ekstraordinarinę raidos fazę, kurią fizikai vadina „įsiliepsnojimo era“.

Tai nepaprastai trumpas laiko tarpas: nuo 10^-35 iki 10^-32 sekundės dalies. Per tą laiką ji išsiplėtė 10⁵⁰ kartų.

Kai pasiekiama 10^-11 sekundės riba, išsikristalizuoja keturios pagrindinės jėgos.

Praėjus daugiau nei sekundei nuo Sprogimo pradžios ir esant stabiliems protonams bei neutronams pradėjo vykti vadinamoji pirmykštė branduolių sintezė, arba Didžiojo sprogimo nukleosintezė.

Ji truko labai trumpai - iki 3 min, kol Visata buvo reikiamos temperatūros ir tankio.

Po pusės miljono metų, kai temperatūra nukrito iki 3 000 K, susiformavo stabilūs vandenilio ir helio atomų branduoliai.

Praėjus daugiau nei 250 mln. metų po Sprogimo, dujų temperatūra nukrito iki 200 K.

Jos pradėjo telktis į 10¹¹-10¹³ Saulės masės gniužulus, sudarytus tik iš vandenilio ir helio atomų.

Iš šių gniužulų susidarė pirmosios galaktikos.

Kaip matome, materija, jėgos ir visa tai, kas aprašoma fizikos dėsniais, atsirado mažiau nei per tris minutes nuo Sprogimo pradžios.

Kad atsirado ir kaip atsirado, mes jau žinome, bet iš kur visa tai atsirado?

Dievo buvimą įrodo tai, kokiu tikslumu ir preciziškumu Visata yra suderinta ir pritaikyta žmogui gyventi.

Įsivaizduokite Didžiojo sprogimo momentą. Staiga iš vieno taško pasipila milijonai, milijardai dalelių, jeigu norite tiksliai, - apie 10⁸⁰, neskaitant fotonų ir tamsiosios materijos.

Visatos plėtimąsi nulemia tamsiosios energijos santykis su barionine medžiaga.

Jeigu ji būtų nors kiek silpnesnė - Visata plėstųsi lėčiau, gravitacijos jėga pradėtų traukti daleles taip stipriai, kad jos vėl suliptų į didelius „lašus“ materijos, kuri galiausiai grįžtų į pradinį tašką arba sudarytų milžinišką juodają skylę.

Jeigu Visata plėstųsi truputėlį greičiau, tuomet Sprogimo metu įgijusios pagreitį dalelės imtų taip greitai tolti viena nuo kitos į begalybę, kad jos niekada nebesusitiktų ir niekada nesuformuotų nė vienos žvaigždės ar galaktikos.

Truputėlį per greitai - ir turime beprasmį dulkių debesį, truputėlį per lėtai - ir visa Visata virsta viena didele juodąja skyle.

Stulbina tai, koks mažas skirtumas yra tarp per greitai ir per lėtai. Pasirodo, tamsiosios energijos balansas (t. y.

Natūraliai „gimti“ Visatai būtų reikėję mažų mažiausia stebuklo.

Amerikos astronomo Džordžo Grynsteino (angl. George‘o Greenstein‘o) žodžiais tariant, kai mes tyrinėjame visus mokslinius įrodymus, savaime kyla mintis, kad į visa tai kažkaip turėjo būti įtraukta antgamtinė jėga ar, greičiau, Tarpininkas.

Ar gali būti, kad staiga visai to nesitikėdami mes susidūrėme su moksliniais įrodymais, kad egzistuoja „Super Esybė“?

Yra kelios dešimtys fizikinių konstantų ir kiekvienos iš jų tikslumas turi būti dešimtųjų procento dalių tikslumo.

Visatos susiformavimo schema

1. Gravitacijos jėga lemia, kokios žvaigždės gali susiformuoti. Jeigu gravitacijos jėgos konstanta būtų bent truputį didesnės vertės, visos žvaigždės būtų didesnės nei 1,4 Saulės masės. Ir atvirkščiai - jeigu gravitacijos jėga būtų bent šiek tiek silpnesnė, negalėtų susiformuoti didesnės kaip 0,8 Saulės masės žvaigždės.
2. Stiprioji branduolinė sąveika sujungia protonus ir neutronus branduolyje. Jeigu ji būtų nors šiek tiek silpnesnė, sunkiųjų elementų branduoliai negalėtų išsilaikyti stabilios būsenos; vienintelis elementas, galintis egzistuoti Visatoje, būtų vandenilis.
3. Silpnoji branduolinė jėga lemia elementariųjų dalelių irimą ir virtimą kitomis (pvz., branduolinėse reakcijose, tokiose kaip gerai žinomoje beta-irimo reakcija). Jeigu ji būtų nors kiek didesnė, Visatos kūrimo pradžioje visas vandenilis būtų pavirtęs heliu ir kitais sunkesniais elmentais; o jeigu būtų silpnesė, nesusidarytų pakankamai sunkiųjų elementų ir helio.
4. Elektromagnetinė sąveika lemia daugumą procesų, cheminių ryšių gamtoje. Jeigu ji būtų nors kiek stipresnė arba silpnesnė, cheminiai ryšiai nesusidarytų. Paimkime paprasčiausią elektroną, besisukantį apie branduolį. Jeigu elektromagnetinę jėgą nors kiek sumažintume, elektronas nebesisuktų savo orbita. Aišku, kad jeigu branduolys nepajėgia išlaikyti elektrono, neįmanomas atomų jungimasis į molekules ir junginius. Palyginkime gravitacijos ir elektromagnetinę jėgas. Kad gyvybė galėtų egzistuoti, gravitacijos jėga turi būti daugiau nei 10⁴⁰ kartų silpnesnė nei elektromagnetizmo jėga. Tačiau nei žvaigždės, nei galaktikos neegzistuotų, jeigu gravitacija nedominuotų. Vadinasi, pasaulis turi būti taip sutvarkytas, kad kitos jėgos tiesiog pasinaikintų, palikdamos gravitaciją - silpniausią iš jėgų - dominuoti.

Tai jokiu būdu nėra galutinis fizikinių konstantų sąrašas. Iš viso yra suskaičiuota daugiau nei kelios dešimtys kritinių Visatos susikūrimui dydžių.

Kiekvieno jų atsiradimo tikslumas turi būti didesnis nei 10^-40 ar 10^-37, ir būtent šis preciziškumas įrodo, kad Dievas yra asmeniška, o ne trancendentinė mūsų pasaulio apribota dvasia, kaip daugelis įsivaizduoja.

Be to, Jis yra šimtus trilijonų trilijonų kartų protingesnis už žmogų vien tik remiantis šiomis keliomis charakteristikomis.

Visą šį kūrybos mastą vargu ar įmanoma įsivaizduoti.

Jeigu laikytume, kad Visatoje yra šimtai milijardų milijardų žvaigždžių, nesunku patikėti, kad keliose iš jų gali egzistuoti gyvybė.

Yra nemaža žmonių, netgi ištisos orgaizacijos, kurios stebi ir tyrinėja ateivius (nors astronomai vieningai tvirtina, kad iki šiol nėra aptikta jokių intelektualių būtybių pėdsakų už Žemės ribų).

Įsivaizduokime, kad Kosmosas knibždėte knibžda ateivių, tada natūralu būtų manyti, kad Dievui mažiausiai rūpi žmonija su savo problemomis ir prašymais.

Kodėl mes turėtume Jam rūpėti?

Bet ar tai įmanoma?

Ar galėjo kuriuo nors Visatos gyvavimo momentu per 13.73 mlrd.

Kai Kopernikas nustatė, kad Žemė sukasi apie Saulę, o ne atvirkščiai, jį sudegino ant laužo už šventvagystę, už tai, kad jis netikėjo, jog Dievas mums, žmonėms, specialiai parinko vietą apsigyventi pasaulio centre.

Dabar žinoma, kad Dievas, kurdamas pasaulį, rėmėsi fizikos dėsniais ir gerai suprato, kad apgyvendinti žmoniją pasaulio centre būtų tikrai labai neekonomiška ir neprotinga.

Netgi arti Paukščių Tako galaktikos centro (netoli juodosios skylės) būtų labai nemiela gyventi.

Astronomai nustatė, kad Visatos masė veikia kaip katalizatorius palaikyti branduolinei sintezei, t. y. kuo didesnė Visatos masė, tuo efektyvesnė branduolinė sintezė.

Jeigu Visata būtų per sunki, jos tankis per didelis, labai greitai visa materija pavirstų sunkesniais už geležį elementais, gyvybė taptų neįmanoma, nes trūktų tokių elementų, kaip anglis, deguonis, azotas ir kt.

Bet tai dar ne viskas - mūsų galaktika ir net Saulės sistema yra ypatinga.

Arti ankstyvosios stadijos žvaigždės gyvybė neįmanoma, nes dar nėra sunkiųjų elementų.

Jeigu Visata yra per jauna ar per sena, gyvybė neįmanoma, tačiau tik spiralinės galaktikos (kurios sudaro 6 % visų galaktikų) turi pakankamai senų žvaigždžių gyvybės chemijai atsirasti.

Naujame tyrime, analizuojančiame Jameso Webbo kosminiu teleskopu (JWST) atliktus ankstyvosios Visatos stebėjimus, atskleista nauja ir intriguojanti paslaptis - panašu, kad dauguma galaktikų sukasi ta pačia kryptimi.

JWST leido astronomams pažvelgti giliau į praeitį nei bet kuris kitas infraraudonųjų spindulių ar optinis teleskopas ir pamatyti infraraudonąją šviesą, kurią tolimos galaktikos skleidė, praėjus vos 300 mln. metų po Didžiojo sprogimo.

Pažvelgus į praeitį mūsų laukė keletas netikėtumų. Vieną jų ką tik atskleidė Kanzaso valstijos universiteto mokslininkai.

Dabartiniuose Visatos modeliuose daroma prielaida, kad gana dideliais mastais Visata yra beveik vienoda visomis kryptimis.

Tačiau naują tyrimą atlikę mokslininkai nustatė, kad galaktikų, besisukančių pagal laikrodžio rodyklę, yra apie pusantro karto daugiau nei besisukančių prieš ją.

Kas tai lemia?

Yra kelios galimybės, kurios leistų numatyti preferencinę sukimosi kryptį.

„Vienas iš paaiškinimų - Visata gimė besisukanti. Šis paaiškinimas atitinka tokias teorijas kaip juodųjų skylių kosmologija, kuri teigia, kad visa Visata yra juodosios skylės vidus, - paaiškino Carlo R. Ice`o inžinerijos koledžo kompiuterių mokslo docentas Lioras Shamiras.

Tokiam paaiškinimui pagrįsti reikėtų daug daugiau įrodymų.

Tyrėjai siūlo dar vieną galimybę, nors ir ji gali kelti tam tikrų problemų.

Tai galėtų būti susiję su Dopplerio poslinkio efektu, dėl kurio šviesa gali atrodyti raudona arba mėlyna, priklausomai nuo to, kaip spinduliuojantis objektas juda mūsų atžvilgiu.

Dėl šio efekto galaktikos, besisukančios į priešingą pusę nei Paukščių Takas, atrodo ryškesnės.

„Jei taip yra iš tikrųjų, turėsime iš naujo kalibruoti atstumų matavimus giliojoje Visatoje“, - sakė L.

Radikaliai naujas požiūris į kvantų mechaniką rodo, kad netgi multivisata baigsis.

Populiarus požiūris į multivisatas teigia, kad mūsų visata tėra viena iš amžinai besiplečiančių atskirų visatų „burbulų“ gausybės.

Šie burbulai amžinai kuria naujas visatas, nors individualios visatos sensta ir miršta.

Bet naujas požiūris į kvantų efektus - Seano Carrollo ir jo kolegų iš Kalifornijos technologijos instituto minties vaisius - meta iššūkį tokiam vaizdui.

Be to, tai potencialiai labai naudinga kvantų teoretikams, kadangi leidžia atsikratyti kai kurių dabar kosmologiją kamuojančių kibių problemų, tarp kurių ir ypatingai gluminantis bekūnės sąmonės paradoksas, - „Boltzmanno smegenys“.

S. Carrollo įžvalgos kyla iš naujo požiūrio į atsitiktines kvantų fluktuacijas.

Kvantų sistemos nepaklūsta geriausiai mūsų fizikos intuicijai.

Dabartiniai modeliai sako, kad mažos dalelės, tokios, kaip pavyzdžiui, elektronai, neturi tikslios vietos: geriausiai juos galime apibūdinti vadinamąja bangos funkcijos lygtimi aprašoma tikimybe rasti elektroną tam tikroje vietoje.

Bandant atlikti matavimą, bangos funkcija „kolapsuoja“ ir pasirenka vieną reikšmę - tačiau iki tol elektrono pozicija fluktuoja.

Vienas tokio neapibrėžtumo rezultatų yra kvantinių fluktuacijų atsiradimas iš, atrodytų, tuščios erdvės.

Tačiau, nepaisant šių kvantų fluktuacijų keistų savybių, joms turime dėkoti už patį mūsų egzistavimą.

Seniausios mūsų visatos šviesos, išspinduliuotos po maždaug 380 000 metų nuo Didžiojo sprogimo, tyrimai rodo, kad kvantų fluktuacijos ankstyvojoje visatoje kai kuriuose visatos regionuose sutankino medžiagą labiau, nei kituose, ir leido atsirasti kosminiam galaktikų, žvaigždžių, planetų tinklui ir galiausiai - žmonėms.

Šie atsitiktiniai virpesiai taip pat turi ir kitą intriguojančią reikšmę.

Manoma, kad per mažą sekundės dalį po Didžiojo sprogimo vyko labai greitas visatos plėtimasis, vadinamoji infliacija, kurią varė kvantinės dalelės - inflatonai.

Jiems taip pat būdinga kvantų fluktuacija, ir nuolat atsitiktinai gaudami papildomos energijos, jie išpučia naujus atskirų visatų burbulus.

Tame burbule taip pat vyktų infliacija, savo ruožtu išpučianti daugiau burbulų, ir iš čia kyla multivisatos burbulų idėja.

Taip mąstant, kartą prasidėjusi, visata niekada nesibaigia, ir nuolat gimsta naujos visatos - taigi, ši multivisata yra begalinė ir amžina.

Bent jau toks požiūris vyrauja.

S. Carrollas ir jo kolegos nusprendė darsyk peržiūrėti šią teoriją, nes iš jos kyla neišspręsti klausimai.

Tokioje begalinėje multivisatoje, viskas, kas turi net menkiausią tikimybę nutikti, praktiškai neišvengiamai atsitinka - tiesiog reikia pakankamai ilgai laukti.

Kai kurie teoretikai parodė, kad logiškai mąstant, tai reiškia, kad įmanomas toks spontaniškas medžiagos susiformavimas, kad ji suformuotų save suvokiančias bekūnes smegenis.

Tai tokia pati logika, kaip ir sakanti, kad begaliniam skaičiui beždžionių spaudžiant atsitiktinius klavišus, galiausiai gali būti atkurti visi Williamo Shakespeare'o darbai.

„Tai skamba taip, lyg būrelis koledžo antrakursių diskutuotų apsinešę. Tai nepanašu į tikrą mokslinę problemą,“ sako Scottas Aaronsonas iš Masačusetsto technologijų instituto (MIT, JAV).

Gal tai ir tiesa, tačiau Boltzmanno smegenys kelia rimtų problemų teoretikams: per visą visatos istoriją, tokių smegenų būtų daugiau, nei tokių sąmonių, kaip mūsiškė.

Tai didelė problema, nes pradinis mūsų supratimo apie visatą ir jos elgesį taškas yra tai, kad tipiški stebėtojai yra žmonės, o ne bekūnės smegenys.

Be to, Boltzmanno smegenys kai kam atrodo pernelyg keistos.

„Manau, jos neišlaikytų Monty Pythono testo: Stop, gana! Tai pernelyg kvaila!“ sako Sethas Lloydas iš MIT.

S. Carrollas pasirengė rašyti darbą, parodantį, kad Boltzmanno smegenys yra tikra grėsmė, bet rašydamas rado būdą, kaip jų atsikratyti.

Jo pradinis taškas buvo idėja, kad kvantinės fluktuacijos priklauso nuo sąveikos su išorine sistema ar dalele, vadinamuoju „stebėtoju“ - kvantų mechanikoje yra panaši koncepcija.

Pritaikius šį mąstymą mūsų požiūriui į infliaciją, tai pakeičia viską.

Inflatonas turėjo rastis prieš atsirandant bet kokioms dalelėms, pačioje ankstyvojoje visatoje.

Tai reiškia, kad jis buvo vienintelis egzistavęs dalelių tipas, taigi nebūtų buvę nieko „išorinio“, su kuo inflatonai galėtų sąveikauti, sako S. Carrollas.

Šiuo atveju inflatonuose nevyktų kvantinės fluktuacijos.

Ši „rami“ būklė tęsėsi, kol inflatonai skilo į skirtingas įprastines daleles, kurios tada galėjo sąveikauti tarpusavyje.

„Tada atsirado šios kvantinės fluktuacijos,“ sako S. Carrollas - taip jos galėjo atlikti pagrindinį kosminio tinklo formavimo vaidmenį, bet nebelieka be galo atsirandančių visatų būtinybės.

Tačiau jo idėja multivisatų visiškai neatsikrato.

Taip yra, nes matematika, aprašanti fluktuacijų priklausomybę nuo stebėtojo, remiasi kvantų mechanikos „daugelio pasaulių“ teorija.

Ji teigia, kad kaskart išmatavus kvantinę sistemą, visata išsišakoja į keletą skirtingų versijų, po vieną kiekvienam įmanomam rezultatui.

Skirtingai nuo multivisatos, kurioje kiekvienas atskiros visatos burbulas prasideda iš pat pradžių ir vystosi nepriklausomai,„daugelio pasaulių“ multivisatą sudaro persiklojančios atšakos, visos prasidėjusios nuo tų pačių pradinių sąlygų.

„Gal kitoje visatoje Hitleris laimėjo II Pasaulinį karą, tai viena iš galimybių,“ sako S. Carrollas.

„Bet fizikos dėsniai yra tokie patys.“

S. Carrollo teorijoje, netgi išsišakojusi multivisata turi baigtis.

Visata plečiasi greitėdama, taigi, kosmologai mano, kad jos mirtis bus labai panaši į gimimą, be pažįstamos medžiagos ir vieninteliu kvantiniu lauku.

Šiuo atveju vėl nebus stebėtojo, galinčio galinčio atgaivinti kvantų fluktuacijas.

Šios teorijos paprastumas daro įspūdį S. Aaronsonui: „Manau, fundamentaliai jis teisus. Iš esmės pritariu.“

Tačiau amžinos infliacijos šalininkai laikosi savo teorijos.

„Gerai suprantu Seano [Carrollo] troškimą neturėti Boltzmanno smegenų,“ sako S. Lloydas.

Tačiau ir jis, ir Alanas Guthas iš MIT - vienas iš infliacijos teorijos pradininkų - galvoja, kad nuolat burbuliuojanti multivisata gali egzistuoti, net jei S. Carrollo matematika teisinga ir jie rengia darbą, turintį tai parodyti.

Kol kas debato išspręsti neina, bet Davidas Wallace'as iš Oxfordo universiteto (Jungtinė Karalystė) sako, kad S. Carrollo teorija gali turėti ir praktinių pasekmių, pavyzdžiui, padėtų geriau suprasti medžiagos elgesį kvantiniame lygyje.

Portsmuto universiteto fizikas Melvinas Vopsonas pasiūlė koncepciją, kuri gali iš esmės pakeisti mūsų supratimą apie Visatą. Jo tyrimai rodo: informacija gali turėti masę.

Jeigu tai tiesa, tai reiškia, kad informacija nėra tik abstrakti sąvoka arba kompiuterinių sistemų produktas. Ji tampa fiziniu Visatos komponentu.

Vopsono tyrimai remiasi antruoju termodinamikos dėsniu, kuris teigia, kad bet kurioje sistemoje entropija (chaosas) ilgainiui didėja.

Mokslininkas šį reiškinį pavadino infodinamika. Ji, pasak jo, daro įtaką biologijai, atominei fizikai ir net kosmologijai.

Pagal Vopsoną, infodinamika padeda paaiškinti, kodėl Visatoje tiek daug simetrijos.

Apie ją yra kalbėję žinomi technologijų pasaulio atstovai, tarp jų ir Elonas Muskas.

Vopsonas žengia dar toliau.

tags: #ar #visata #gali #buti #susiformavusi #atsitiktinai