Mfano wa kikosmolojia wa Ulimwengu ni maelezo ya hisabati ambayo hujaribu kueleza sababu za kuwepo kwake kwa sasa. Pia inaonyesha mageuzi baada ya muda.
Miundo ya kisasa ya ulimwengu ya Ulimwengu inategemea nadharia ya jumla ya uhusiano. Hiki ndicho kinachotoa uwakilishi bora kwa sasa kwa maelezo ya jumla.
Muundo wa kwanza wa Ulimwengu unaotegemea sayansi
Kutokana na nadharia yake ya uhusiano wa jumla, ambayo ni dhahania ya mvuto, Einstein anaandika milinganyo ambayo hutawala ulimwengu uliojaa mata. Lakini Albert alidhani inapaswa kuwa tuli. Kwa hivyo Einstein alianzisha neno linaloitwa modeli ya mara kwa mara ya ulimwengu ya ulimwengu katika milinganyo yake ili kupata matokeo.
Baadaye, kwa kuzingatia mfumo wa Edwin Hubble, atarejea kwa wazo hili na kutambua kwamba ulimwengu unaweza kupanuka kwa ufanisi. HasaUlimwengu unafanana na muundo wa A. Einstein wa kikosmolojia.
Nadharia mpya
Muda mfupi baada yake, Mholanzi de Sitter, msanidi wa Kirusi wa muundo wa ulimwengu wa Universe Friedman na Lemaitre wa Ubelgiji aliwasilisha vipengele visivyosimama kwa uamuzi wa wajuzi. Zinahitajika ili kutatua milinganyo ya Einstein ya uhusiano.
Ikiwa cosmos ya de Sitter inalingana na hali tupu isiyobadilika, basi kulingana na modeli ya kikosmolojia ya Friedmann, Ulimwengu hutegemea msongamano wa maada ndani yake.
Nadharia kuu
Hakuna sababu ya Dunia kusimama katikati ya anga au katika eneo lolote la upendeleo.
Hii ni nadharia ya kwanza ya modeli ya kitamaduni ya ulimwengu ya Ulimwengu. Kulingana na dhana hii, ulimwengu unazingatiwa kama:
- Inayofanana, yaani, ina sifa sawa kila mahali kwa kipimo cha cosmolojia. Bila shaka, kwa kiwango kidogo, kuna hali tofauti ukiangalia, kwa mfano, Mfumo wa Jua au mahali pengine nje ya Galaxy.
- Isotropiki, yaani, huwa na sifa sawa kila mahali, haijalishi mtu anatazama wapi. Hasa kwa vile nafasi haijatandazwa katika mwelekeo mmoja.
Nadharia ya pili muhimu ni sheria za fizikia kwa ulimwengu wote. Sheria hizi ni sawa kila mahali na wakati wote.
Kuzingatia maudhui ya ulimwengu kama umajimaji kamili ni dhana nyingine. Vipimo vya sifa vya vipengele vyake ni vidogo ikilinganishwa na umbali unaovitenganisha.
Vigezo
Wengi huuliza: "Eleza muundo wa ulimwenguUlimwengu." Ili kufanya hivyo, kwa mujibu wa dhana ya awali ya mfumo wa Friedmann-Lemaitre, vigezo vitatu vinatumiwa vinavyoonyesha mageuzi kikamilifu:
- Hubble constant ambayo inawakilisha kasi ya upanuzi.
- Kigezo cha msongamano wa wingi, ambacho hupima uwiano kati ya ρ ya Ulimwengu unaochunguzwa na msongamano fulani, huitwa muhimu ρc, ambayo inahusiana na Hubble constant.. Thamani ya sasa ya kigezo hiki imewekwa alama Ω0.
- Kiwango kisichobadilika cha ulimwengu, kilichowekwa alama Λ, ni nguvu iliyo kinyume na mvuto.
Msongamano wa mata ni kigezo muhimu cha kutabiri mabadiliko yake: ikiwa haiwezi kupenyeka sana (Ω0> 1), mvuto utaweza kushinda upanuzi na cosmos itarejea katika hali yake ya asili.
Vinginevyo ongezeko litaendelea milele. Ili kuangalia hili, eleza modeli ya kikosmolojia ya Ulimwengu kulingana na nadharia.
Ni wazi kuwa mtu anaweza kutambua mabadiliko ya ulimwengu kulingana na kiasi cha mata ndani.
Idadi kubwa itasababisha ulimwengu kufungwa. Itaisha katika hali yake ya awali. Kiasi kidogo cha maada kitasababisha ulimwengu wazi na upanuzi usio na mwisho. Thamani Ω0=1 inaongoza kwa kesi maalum ya nafasi bapa.
Maana ya msongamano muhimu ρc ni takriban 6 x 10–27 kg/m3, yaani, atomi mbili za hidrojeni kwa kila mita ya ujazo.
idadi hii ya chini sana inaeleza kwa nini ya kisasamfano wa kikosmolojia wa muundo wa ulimwengu huchukua nafasi tupu, na hii si mbaya sana.
ulimwengu uliofungwa au wazi?
Msongamano wa maada ndani ya ulimwengu huamua jiometri yake.
Kwa uwezo wa juu wa kutoweza kupenyeza, unaweza kupata nafasi iliyofungwa yenye mpindano chanya. Lakini kwa msongamano chini ya ule muhimu, ulimwengu wazi utatokea.
Ikumbukwe kwamba aina iliyofungwa lazima iwe na saizi iliyokamilika, wakati ulimwengu tambarare au wazi unaweza kuwa na mwisho au usio.
Katika hali ya pili, jumla ya pembe za pembetatu ni chini ya 180°.
Katika sehemu iliyofungwa (kwa mfano, juu ya uso wa Dunia) takwimu hii daima huwa kubwa kuliko 180°.
Vipimo vyote kufikia sasa vimeshindwa kufichua mkunjo wa nafasi.
Miundo ya Kosmolojia ya Ulimwengu kwa ufupi
Vipimo vya mionzi ya visukuku kwa kutumia mpira wa Boomerang vinathibitisha tena nadharia ya nafasi tambarare.
Nadharia ya nafasi tambarare inakubaliana vyema na data ya majaribio.
Vipimo vilivyofanywa na WMAP na setilaiti ya Planck vinathibitisha dhana hii.
Kwa hivyo ulimwengu ungekuwa tambarare. Lakini ukweli huu unaweka ubinadamu mbele ya maswali mawili. Ikiwa ni bapa, inamaanisha kuwa msongamano wa dutu hii ni sawa na ile muhimu Ω0=1. Lakini, jambo kubwa zaidi, linaloonekana katika ulimwengu ni 5% tu ya hali hii isiyopenyeka.
Kama vile katika kuzaliwa kwa galaksi, ni muhimu kugeuka tena kuwa kitu cheusi.
Enzi ya Ulimwengu
Wanasayansi wanawezaonyesha kuwa inalingana na ulinganifu wa Hubble constant.
Kwa hivyo, ufafanuzi kamili wa hii mara kwa mara ni tatizo kubwa kwa Kosmolojia. Vipimo vya hivi majuzi vinaonyesha kuwa ulimwengu sasa una umri wa kati ya miaka bilioni 7 na 20.
Lakini ulimwengu lazima lazima uwe mzee kuliko nyota zake kuu kuu. Na wanakadiriwa kuwa na umri wa kati ya miaka bilioni 13 na 16.
Takriban miaka bilioni 14 iliyopita, ulimwengu ulianza kupanuka katika pande zote kutoka sehemu mnene isiyo na kikomo inayojulikana kama umoja. Tukio hili linajulikana kama Big Bang.
Ndani ya sekunde chache za mwanzo wa mfumuko wa bei wa haraka, ambao uliendelea kwa mamia ya maelfu ya miaka iliyofuata, chembe za kimsingi zilionekana. Ambayo baadaye ingeunda maada, lakini, kama ubinadamu unavyojua, haikuwepo. Katika kipindi hiki, Ulimwengu haukuwa na giza, umejaa plasma moto sana na mionzi yenye nguvu.
Hata hivyo, ilipoongezeka, joto na msongamano wake ulipungua taratibu. Plasma na mionzi hatimaye zilichukua nafasi ya hidrojeni na heliamu, vipengele rahisi zaidi, vyepesi zaidi na vilivyo vingi zaidi katika ulimwengu. Mvuto ulichukua mamia ya mamilioni ya miaka ya ziada kuchanganya atomi hizi zinazoelea bila malipo kwenye gesi ya awali ambapo nyota na galaksi za kwanza zilitoka.
Maelezo haya ya mwanzo wa wakati yalitokana na modeli sanifu ya Big Bang cosmology, pia inajulikana kama mfumo wa Lambda - baridi giza jambo.
Miundo ya Kosmolojia ya Ulimwengu inategemea uchunguzi wa moja kwa moja. Wana uwezo wa kufanyautabiri ambao unaweza kuthibitishwa na tafiti zinazofuata na kutegemea uhusiano wa jumla kwa sababu nadharia hii inatoa ulinganifu bora na tabia zinazozingatiwa za kiwango kikubwa. Miundo ya Kosmolojia pia inategemea mawazo mawili ya kimsingi.
Dunia haipo katikati ya ulimwengu na haichukui nafasi maalum, kwa hivyo nafasi inaonekana sawa katika pande zote na kutoka sehemu zote kwa kiwango kikubwa. Na sheria zilezile za fizikia zinazotumika Duniani hutumika katika anga zote bila kujali wakati.
Kwa hivyo, kile ambacho ubinadamu huona leo kinaweza kutumiwa kueleza mambo ya zamani, ya sasa au kusaidia kutabiri matukio yajayo katika asili, haijalishi hali hii iko mbali kadiri gani.
Haiaminiki, kadiri watu wanavyozidi kutazama angani, ndivyo wanavyotazama zaidi katika siku za nyuma. Hii inaruhusu muhtasari wa jumla wa Galaksi walipokuwa wachanga zaidi, ili tuweze kuelewa vyema jinsi walivyobadilika kuhusiana na wale walio karibu zaidi na kwa hivyo wakubwa zaidi. Bila shaka, ubinadamu hauwezi kuona Galaxy sawa katika hatua tofauti za maendeleo yake. Lakini dhahania nzuri zinaweza kutokea, zikiweka makundi katika makundi kulingana na wanachokiona.
Nyota za kwanza zinaaminika kujiunda kutoka kwa mawingu ya gesi muda mfupi baada ya mwanzo wa ulimwengu. Muundo wa Standard Big Bang unapendekeza kwamba inawezekana kupata galaksi za mapema zaidi zilizojaa miili michanga ya joto ambayo huipa mifumo hii tint ya samawati. Mfano pia unatabiri hivyonyota za kwanza zilikuwa nyingi zaidi, lakini ndogo kuliko za kisasa. Na kwamba mifumo hiyo kiidara ilikua hadi saizi yake ya sasa kwani Galaksi ndogo hatimaye zikaunda ulimwengu wa kisiwa kikubwa.
Cha kufurahisha, mengi ya ubashiri huu yamethibitishwa. Kwa mfano, huko nyuma mwaka wa 1995, Darubini ya Anga ya Hubble ilipochunguza kwa mara ya kwanza mwanzo wa wakati, iligundua kwamba ulimwengu mchanga ulikuwa umejaa galaksi za samawati hafifu ambazo ni mara thelathini hadi hamsini ndogo kuliko Milky Way.
Mwanamitindo wa Standard Big Bang pia anatabiri kuwa muunganisho huu bado unaendelea. Kwa hiyo, ubinadamu lazima utafute ushahidi wa shughuli hii katika galaksi za jirani pia. Kwa bahati mbaya, hadi hivi karibuni, kumekuwa na ushahidi mdogo wa kuunganishwa kwa nguvu kati ya nyota karibu na Milky Way. Hili lilikuwa tatizo kwa muundo wa kawaida wa mlipuko mkubwa kwa sababu ulipendekeza kwamba uelewaji wa ulimwengu unaweza kuwa haujakamilika au wenye makosa.
Ni katika nusu ya pili ya karne ya 20 pekee ndipo uthibitisho wa kutosha uliokusanywa kutengeneza mifano ya kuridhisha ya jinsi ulimwengu ulivyotokea. Mfumo wa sasa wa mlipuko mkubwa uliundwa kulingana na data kuu tatu za majaribio.
Upanuzi wa Ulimwengu
Kama ilivyo kwa miundo mingi ya asili, imeboreshwa mfululizo na imeibua changamoto kubwa zinazochochea utafiti zaidi.
Mojawapo ya vipengele vya kuvutia vya saikolojiauigaji ni kwamba hufichua idadi ya mizani ya vigezo ambavyo lazima vidumishwe kwa usahihi wa kutosha kwa ulimwengu.
Maswali
Muundo wa kawaida wa kikosmolojia wa ulimwengu ni kishindo kikubwa. Na ingawa ushahidi unaomuunga mkono ni mwingi, yeye hana matatizo. Trefil katika kitabu "The Moment of Creation" inaonyesha maswali haya vizuri:
- Tatizo la antimatter.
- Utata wa uundaji wa Galaxy.
- Tatizo la upeo wa macho.
- Swali la kujaa.
Tatizo la Antimatter
Baada ya kuanza kwa enzi ya chembe. Hakuna mchakato unaojulikana ambao unaweza kubadilisha idadi kamili ya chembe katika ulimwengu. Kufikia wakati nafasi ilikuwa imepitwa na wakati, usawa kati ya mata na antimatter ulikuwa umewekwa milele.
Sehemu kuu ya modeli ya kawaida ya mada katika ulimwengu ni wazo la uzalishaji wa jozi. Hii inaonyesha kuzaliwa kwa elektroni-positron mara mbili. Aina ya kawaida ya mwingiliano kati ya eksirei ya maisha ya juu au miale ya gamma na atomi za kawaida hubadilisha nishati nyingi za fotoni kuwa elektroni na kinza chembe yake, positron. Misa ya chembe hufuata uhusiano wa Einstein E=mc2. Shimo linalozalishwa lina idadi sawa ya elektroni na positroni. Kwa hivyo, ikiwa michakato yote ya uzalishaji kwa wingi ingeoanishwa, kungekuwa na kiwango sawa cha maada na antimatter katika Ulimwengu.
Ni wazi kuwa kuna ulinganifu katika jinsi maumbile yanavyohusiana na maada. Moja ya maeneo ya kuahidi ya utafitini ukiukaji wa ulinganifu wa CP katika kuoza kwa chembe kwa mwingiliano dhaifu. Uthibitisho mkuu wa majaribio ni mtengano wa kaoni zisizo na upande. Wanaonyesha ukiukwaji mdogo wa ulinganifu wa SR. Kwa kuoza kwa kaoni kuwa elektroni, ubinadamu una tofauti ya wazi kati ya maada na antimatter, na hii inaweza kuwa mojawapo ya funguo za kutawala kwa maada katika ulimwengu.
Ugunduzi mpya katika Koli Kubwa ya Hadron - tofauti katika kiwango cha kuoza cha D-meson na kinza chembe yake ni 0.8%, ambayo inaweza kuwa mchango mwingine katika kutatua suala la antimatter.
Tatizo la Uundaji wa Galaxy
Hitilafu za nasibu katika ulimwengu unaopanuka hazitoshi kuunda nyota. Katika uwepo wa upanuzi wa haraka, mvuto ni polepole sana kwa galaksi kuunda na muundo wowote unaofaa wa mtikisiko unaoundwa na upanuzi wenyewe. Swali la jinsi muundo mkubwa wa ulimwengu ungeweza kutokea limekuwa tatizo kubwa ambalo halijatatuliwa katika kosmolojia. Kwa hiyo, wanasayansi wanalazimika kuangalia kipindi cha hadi millisecond 1 ili kueleza kuwepo kwa galaksi.
Tatizo la Horizon
Mionzi ya usuli ya mawimbi ya microwave kutoka pande tofauti angani ina sifa ya halijoto sawa ndani ya 0.01%. Lakini eneo la nafasi ambayo walitolewa ilikuwa miaka elfu 500 wakati wa usafiri mwepesi. Na kwa hivyo hawakuweza kuwasiliana na kila mmoja ili kuanzisha usawa wa joto - walikuwa njeupeo wa macho.
Hali hii pia inaitwa "tatizo la isotropi" kwa sababu miale ya usuli inayosonga kutoka pande zote angani inakaribia isotropiki. Njia moja ya kuweka swali ni kusema kwamba joto la sehemu za nafasi katika mwelekeo tofauti kutoka kwa Dunia ni karibu sawa. Lakini wanawezaje kuwa katika usawa wa joto na kila mmoja wao ikiwa hawawezi kuwasiliana? Ikiwa mtu alizingatia kikomo cha muda wa kurudi wa miaka bilioni 14, inayotokana na mzunguko wa Hubble wa kilomita 71 kwa kila megaparseki, kama ilivyopendekezwa na WMAP, mtu aligundua kuwa sehemu hizi za mbali za ulimwengu zimetengana kwa miaka bilioni 28. Kwa hivyo kwa nini zina halijoto sawa kabisa?
Unahitaji tu kuwa na umri wa ulimwengu mara mbili ili kuelewa tatizo la upeo wa macho, lakini kama Schramm anavyoonyesha, ukiangalia tatizo kwa mtazamo wa awali, inakuwa kubwa zaidi. Wakati ambapo fotoni zilitolewa, zingekuwa na umri wa mara 100 kuliko ulimwengu, au kulemazwa mara 100.
Tatizo hili ni mojawapo ya mwelekeo uliosababisha dhana ya mfumuko wa bei iliyotolewa na Alan Guth mapema miaka ya 1980. Jibu la swali la upeo wa macho katika suala la mfumuko wa bei ni kwamba mwanzoni kabisa mwa mchakato wa Big Bang kulikuwa na kipindi cha mfumuko wa bei wa haraka sana ambao uliongeza ukubwa wa ulimwengu kwa 1020 au 1030 . Hii inamaanisha kuwa nafasi inayoonekana kwa sasa iko ndani ya kiendelezi hiki. Mionzi ambayo inaweza kuonekana ni isotropic,kwa sababu nafasi hii yote "imechangiwa" kutoka kwa kiasi kidogo na ina hali karibu sawa za awali. Hii ni njia ya kueleza kwa nini sehemu za ulimwengu ziko mbali sana hivi kwamba hazingeweza kuwasiliana, zionekane sawa.
Tatizo la kujaa
Uundaji wa muundo wa kisasa wa ulimwengu wa Ulimwengu ni mpana sana. Uchunguzi unaonyesha kwamba kiasi cha maada katika nafasi kwa hakika ni zaidi ya moja ya kumi na kwa hakika chini ya kiasi muhimu kinachohitajika ili kukomesha upanuzi. Kuna mlinganisho mzuri hapa - mpira unaotupwa kutoka chini unapungua. Kwa kasi sawa na asteroid ndogo, haitasimama kamwe.
Mwanzoni mwa urushaji huu wa kinadharia kutoka kwa mfumo, ingeonekana kana kwamba ilitupwa kwa kasi inayofaa kwenda milele, ikipungua hadi sifuri kwa umbali usio na kikomo. Lakini baada ya muda ikawa wazi zaidi na zaidi. Ikiwa mtu alikosa dirisha la kasi hata kwa kiasi kidogo, baada ya miaka bilioni 20 ya kusafiri, mpira bado ulionekana kurushwa kwa kasi sahihi.
Mkengeuko wowote kutoka kwa kujaa hutiwa chumvi baada ya muda, na katika hatua hii ya ulimwengu, hitilafu ndogo ndogo zinapaswa kuongezeka kwa kiasi kikubwa. Ikiwa msongamano wa ulimwengu wa sasa unaonekana kuwa karibu sana na muhimu, basi lazima iwe karibu zaidi na gorofa katika zama za awali. Alan Guth anashukuru mhadhara wa Robert Dicke kama mojawapo ya mvuto uliomweka kwenye njia ya mfumuko wa bei. Robert alibainisha hilokujaa kwa mtindo wa sasa wa ulimwengu wa ulimwengu ungehitaji kuwa bapa hadi sehemu moja katika mara 10-14 kwa sekunde baada ya mshindo mkubwa. Kaufmann anapendekeza kwamba mara baada yake, msongamano ulipaswa kuwa sawa na ile muhimu, yaani, hadi nafasi 50 za desimali.
Mapema miaka ya 1980, Alan Guth alipendekeza kuwa baada ya muda wa Planck wa sekunde 10–43, kulikuwa na kipindi kifupi cha upanuzi wa haraka sana. Mtindo huu wa mfumuko wa bei ulikuwa njia ya kushughulika na tatizo la kujaa gorofa na suala la upeo wa macho. Iwapo ulimwengu uliongezeka kwa viwango 20 hadi 30 vya ukubwa, basi sifa za ujazo mdogo sana, ambazo zingeweza kuchukuliwa kuwa zikiwa zimeunganishwa sana, kuenezwa katika ulimwengu wote unaojulikana leo, na kuchangia usawaziko uliokithiri na hali ya isotropiki sana.
Hivi ndivyo mifano ya kisasa ya ulimwengu ya Ulimwengu inaweza kuelezewa kwa ufupi.
