Velikost a rozmanitost okolního světa dokáže ohromit každou představivost. Všechny předměty a předměty obklopující člověka, jiné lidi, různé druhy rostlin a zvířat, částice, které lze vidět pouze mikroskopem, stejně jako nepochopitelné hvězdokupy: to vše spojuje koncept "Vesmír".
Teorie vzniku vesmíru byly vyvinuty člověkem po dlouhou dobu. Navzdory absenci byť jen prvotního konceptu náboženství či vědy se ve zvídavých myslích starověkých lidí objevovaly otázky o principech světového řádu a o postavení člověka v prostoru, který ho obklopuje. Je těžké spočítat, kolik teorií o vzniku vesmíru dnes existuje, některé z nich studují přední světově proslulí vědci, jiné jsou upřímně fantastické.
Kosmologie a její předmět
Moderníkosmologie - nauka o stavbě a vývoji vesmíru - považuje otázku jeho vzniku za jednu z nejzajímavějších a dosud nedostatečně prozkoumaných záhad. Povaha procesů, které přispěly ke vzniku hvězd, galaxií, slunečních soustav a planet, jejich vývoj, zdroj vzniku vesmíru, stejně jako jeho velikost a hranice: to vše je jen krátký seznam studovaných problémů moderními vědci.
Hledání odpovědí na základní hádanku o utváření světa vedlo k tomu, že dnes existují různé teorie vzniku, existence, vývoje Vesmíru. Nadšení specialistů, kteří hledají odpovědi, budují a testují hypotézy, je oprávněné, protože spolehlivá teorie zrodu vesmíru odhalí celému lidstvu pravděpodobnost existence života v jiných systémech a planetách.
Teorie vzniku Vesmíru mají charakter vědeckých pojmů, individuálních hypotéz, náboženských nauk, filozofických představ a mýtů. Všechny jsou podmíněně rozděleny do dvou hlavních kategorií:
- Teorie, podle kterých stvořitel stvořil Vesmír. Jinými slovy, jejich podstatou je, že proces stvoření Vesmíru byl vědomým a zduchovněným jednáním, projevem vůle vyšší mysli.
- Teorie vzniku vesmíru, postavené na základě vědeckých faktorů. Jejich postuláty kategoricky odmítají jak existenci stvořitele, tak možnost vědomého stvoření světa. Takové hypotézy jsou často založeny na tom, co se nazývá princip průměrnosti. Předpokládají možnostživot nejen na naší planetě, ale i na ostatních.
Kreacionismus – teorie stvoření světa Stvořitelem
Jak název napovídá, kreacionismus je náboženská teorie původu vesmíru. Tento světonázor je založen na konceptu stvoření vesmíru, planety a člověka Bohem nebo Stvořitelem.
Ta myšlenka byla dominantní po dlouhou dobu, až do konce 19. století, kdy se urychlil proces shromažďování znalostí v různých oblastech vědy (biologie, astronomie, fyzika) a rozšířila se evoluční teorie. Kreacionismus se stal jakousi reakcí křesťanů, kteří se drží konzervativních názorů na učiněné objevy. Dominantní myšlenka evolučního vývoje v té době jen umocnila rozpory, které existovaly mezi náboženskými a jinými teoriemi.
Jaký je rozdíl mezi vědeckými a náboženskými teoriemi
Hlavní rozdíly mezi teoriemi různých kategorií spočívají především v termínech používaných jejich přívrženci. Takže ve vědeckých hypotézách místo tvůrce - příroda a místo stvoření - původ. Spolu s tím existují problémy, které jsou podobně pokryty různými teoriemi nebo dokonce zcela duplikovány.
Teorie o původu vesmíru, které patří do opačných kategorií, datují jeho samotný vzhled různými způsoby. Například podle nejběžnější hypotézy (teorie velkého třesku) vznikl vesmír asi před 13 miliardami let.
Naproti tomu náboženská teorie původu vesmíru uvádí úplně jiná čísla:
- Podle Christianazdroje, věk vesmíru stvořeného Bohem v době narození Ježíše Krista byl 3483-6984 let.
- Hinduismus naznačuje, že náš svět je přibližně 155 bilionů let starý.
Kant a jeho kosmologický model
Až do 20. století byla většina vědců toho názoru, že vesmír je nekonečný. Tato vlastnost charakterizovala čas a prostor. Navíc, podle jejich názoru, byl vesmír statický a jednotný.
Myšlenku nekonečnosti vesmíru ve vesmíru předložil Isaac Newton. Vývoj tohoto předpokladu provedl Emmanuel Kant, který rozvinul teorii, že také neexistují žádné časové limity. Posuneme-li se dále, v teoretických předpokladech, Kant rozšířil nekonečnost vesmíru na počet možných biologických produktů. Tento postulát znamenal, že v podmínkách starověkého a rozlehlého světa bez konce a začátku může existovat nespočet možných možností, v důsledku čehož je výskyt jakéhokoli biologického druhu skutečný.
Na základě této teorie možného původu forem života byla později vyvinuta Darwinova teorie. Pozorování hvězdné oblohy a výsledky výpočtů astronomů potvrdily Kantův kosmologický model.
Einsteinovy myšlenky
Na začátku 20. století vydal Albert Einstein svůj vlastní model vesmíru. Podle jeho teorie relativity probíhají ve Vesmíru současně dva opačné procesy: rozpínání a smršťování. Nicméně onsouhlasil s názorem většiny vědců o stacionárnosti vesmíru, proto zavedl pojem kosmické odpudivé síly. Jeho dopad je navržen tak, aby vyrovnal přitažlivost hvězd a zastavil proces pohybu všech nebeských těles, aby byla zachována statická povaha vesmíru.
Model vesmíru – podle Einsteina – má určitou velikost, ale neexistují žádné hranice. Taková kombinace je proveditelná pouze tehdy, je-li prostor zakřiven stejným způsobem jako v kouli.
Charakteristiky prostoru takového modelu jsou:
- Trojrozměrný.
- Zavírá se samo.
- Homogenita (chybějící střed a okraj), ve které jsou galaxie rovnoměrně rozmístěny.
A. A. Friedman: Vesmír se rozpíná
Tvůrce revolučního expandujícího modelu vesmíru A. A. Fridman (SSSR) postavil svou teorii na základě rovnic charakterizujících obecnou teorii relativity. Je pravda, že obecně přijímaným názorem ve vědeckém světě té doby byla statická povaha našeho světa, takže jeho práci nebyla věnována náležitá pozornost.
O několik let později učinil astronom Edwin Hubble objev, který potvrdil Friedmanovy myšlenky. Bylo objeveno odstranění galaxií z nedaleké Mléčné dráhy. Zároveň se skutečnost, že rychlost jejich pohybu je úměrná vzdálenosti mezi nimi a naší galaxií, stala nevyvratitelnou.
Tento objev vysvětluje neustálý „ústup“hvězd a galaxií ve vzájemném vztahu, což vede k závěru oexpanze vesmíru.
Konečně Friedmanovy závěry uznal Einstein, později zmínil zásluhy sovětského vědce jako zakladatele hypotézy expanze vesmíru.
Nelze říci, že by mezi touto teorií a obecnou teorií relativity byly rozpory, nicméně s rozpínáním Vesmíru muselo dojít k prvotnímu impulsu, který vyvolal rozptyl hvězd. Analogicky s explozí byla myšlenka nazvána „Velký třesk“.
Stephen Hawking a antropický princip
Výsledkem výpočtů a objevů Stephena Hawkinga byla antropocentrická teorie vzniku vesmíru. Její tvůrce tvrdí, že existence planety tak dobře připravené na lidský život nemůže být náhodná.
Teorie původu vesmíru Stephena Hawkinga také počítá s postupným vypařováním černých děr, jejich ztrátou energie a emisí Hawkingova záření.
Výsledkem hledání důkazů bylo identifikováno a ověřeno více než 40 charakteristik, jejichž dodržování je nezbytné pro rozvoj civilizace. Americký astrofyzik Hugh Ross odhadl pravděpodobnost takové neúmyslné náhody. Výsledkem bylo číslo 10-53.
Náš vesmír zahrnuje bilion galaxií, z nichž každá obsahuje 100 miliard hvězd. Podle výpočtů vědců by celkový počet planet měl být 1020. Tento údaj je o 33 řádů menší než dříve vypočítaný údaj. Žádná z planet ve všech galaxiích proto nemůže kombinovat podmínky, které by byly vhodné pro spontánní vznik.život.
Teorie velkého třesku: Vznik vesmíru ze zanedbatelné částice
Vědci, kteří podporují teorii velkého třesku, sdílejí hypotézu, že vesmír je výsledkem velkého třesku. Hlavním postulátem teorie je tvrzení, že před touto událostí byly všechny prvky současného Vesmíru uzavřeny v částici, která měla mikroskopické rozměry. Zatímco uvnitř byly prvky charakterizovány singulárním stavem, ve kterém nebylo možné měřit ukazatele, jako je teplota, hustota a tlak. Jsou nekonečné. Hmota a energie v tomto stavu nejsou ovlivněny fyzikálními zákony.
Příčina exploze, ke které došlo před 15 miliardami let, se nazývá nestabilita, která vznikla uvnitř částice. Rozptýlené drobné prvky znamenaly začátek světa, který známe dnes.
Na počátku byl vesmír mlhovinou tvořenou drobnými částicemi (menšími než atom). Když se pak spojily, vytvořily atomy, které sloužily jako základ hvězdných galaxií. Odpovědi na otázky o tom, co se stalo před explozí a co ji způsobilo, jsou nejdůležitějšími úkoly této teorie původu vesmíru.
Tabulka schematicky znázorňuje fáze formování vesmíru po velkém třesku.
| Stav vesmíru | Časová osa | Očekávaná teplota |
| Expanze (inflace) | Od 10-45do 10-37 sekund | Více1026K |
| Objevují se kvarky a elektrony | 10-6 c | Více než 1013 K |
| Vznikají protony a neutrony | 10-5 c | 1012K |
| Vytvářejí se jádra helia, deuteria a lithia | Od 10-4 od do 3 min | Od 1011 do 109 K |
| Tvořené atomy | 400 tisíc let | 4000 K |
| Gas cloud se stále rozšiřuje | 15 milionů let | 300 K |
| Zrodily se první hvězdy a galaxie | 1 miliarda let | 20 K |
| Výbuchy hvězd vyvolávají tvorbu těžkých jader | 3 miliardy let | 10 K |
| Proces zrození hvězd se zastaví | 10–15 miliard let | 3 K |
| Energie všech hvězd je vyčerpaná | 1014 let | 10-2 K |
| Černé díry jsou vyčerpány a rodí se elementární částice | 1040 let | -20 K |
| Vypařování všech černých děr končí | 10100 let | Od 10-60 do 10-40 K |
Jak vyplývá z výše uvedených údajů, vesmír se stále rozšiřuje a ochlazuje.
Neustálé zvyšování vzdálenosti mezi galaxiemi je hlavním postulátem: čím se liší teorie velkého třesku. Vznik vesmíru tímto způsobem lze potvrdit nalezenými důkazy. Existují také důvody proodmítnutí.
Problematika teorie
Vzhledem k tomu, že teorie velkého třesku není v praxi prokázána, není divu, že existuje několik otázek, na které není schopna odpovědět:
-
Singularita. Toto slovo označuje stav vesmíru, stlačený do jediného bodu. Problémem teorie velkého třesku je nemožnost popsat procesy probíhající ve hmotě a prostoru v takovém stavu. Obecný zákon relativity zde neplatí, proto je nemožné vytvořit matematický popis a rovnice pro modelování.
Zásadní nemožnost získat odpověď na otázku o počátečním stavu vesmíru diskredituje teorii od samý začátek. Její expozice literatury faktu tuto složitost spíše přehlížejí nebo zmiňují jen okrajově. Nicméně pro vědce, kteří se snaží poskytnout matematický základ pro teorii velkého třesku, je tato obtíž považována za hlavní překážku.
- Astronomie. V této oblasti se teorie velkého třesku potýká s tím, že nedokáže popsat proces vzniku galaxií. Na základě moderních verzí teorií je možné předpovědět, jak se objeví homogenní oblak plynu. Zároveň by jeho hustota měla být nyní asi jeden atom na metr krychlový. Chcete-li získat něco víc, neobejdete se bez úpravy výchozího stavu Vesmíru. Nedostatek informací a praktických zkušeností v této oblasti se stává vážnou překážkou dalšího modelování.
Existuje také nesrovnalost ve výpočtuhmotnost naší galaxie a data získaná studiem rychlosti její přitažlivosti ke galaxii Andromeda. Hmotnost naší galaxie je zjevně desetkrát větší, než se dříve myslelo.
Kosmologie a kvantová fyzika
Dnes neexistují žádné kosmologické teorie, které by nebyly založeny na kvantové mechanice. Ostatně se zabývá popisem chování atomárních a subatomárních částic. Rozdíl mezi kvantovou fyzikou a klasickou fyzikou (vyloženou Newtonem) je v tom, že klasická fyzika pozoruje a popisuje hmotné objekty, zatímco první předpokládá výhradně matematický popis samotného pozorování a měření. Pro kvantovou fyziku nejsou materiální hodnoty předmětem výzkumu, zde je součástí zkoumané situace samotný pozorovatel.
Na základě těchto vlastností má kvantová mechanika potíže popsat vesmír, protože pozorovatel je součástí vesmíru. Když však mluvíme o vzniku vesmíru, je nemožné si představit lidi zvenčí. Pokusy o vývoj modelu bez účasti vnějšího pozorovatele byly korunovány kvantovou teorií vzniku vesmíru od J. Wheelera.
Jeho podstatou je, že v každém okamžiku dochází k rozdělování vesmíru a vytváření nekonečného množství kopií. V důsledku toho lze pozorovat každý z paralelních vesmírů a pozorovatelé mohou vidět všechny kvantové alternativy. Původní a nový svět jsou zároveň skutečné.
Vzorec inflace
Hlavním úkolem, který má teorie inflace vyřešit, se stáváhledat odpovědi na otázky, které teorie velkého třesku a teorie expanze neprozkoumaly. Jmenovitě:
- Proč se vesmír rozpíná?
- Co je to velký třesk?
Za tímto účelem inflační teorie původu vesmíru počítá s extrapolací expanze do nulového bodu v čase, uzavřením celé hmoty vesmíru v jednom bodě a vytvořením kosmologického singularita, která je často označována jako velký třesk.
Zjevná je irelevantnost obecné teorie relativity, kterou v tuto chvíli nelze aplikovat. Výsledkem je, že pouze teoretické metody, výpočty a dedukce mohou být použity k vytvoření obecnější teorie (nebo „nové fyziky“) a vyřešení problému kosmologické singularity.
Nové alternativní teorie
Navzdory úspěchu modelu kosmické inflace existují vědci, kteří se proti němu staví a označují jej za neudržitelný. Jejich hlavním argumentem je kritika řešení navrhovaných teorií. Odpůrci argumentují, že výsledná řešení ponechávají některé detaily chybějící, jinými slovy, namísto řešení problému počátečních hodnot je teorie pouze obratně zahaluje.
Alternativou je několik exotických teorií, jejichž myšlenka je založena na formování počátečních hodnot před velkým třeskem. Nové teorie vzniku vesmíru lze stručně popsat takto:
- Teorie strun. Jeho přívrženci navrhují kromě obvyklých čtyř dimenzí prostoru a času zavést další dimenze. Mohli hrát roliraných fázích vesmíru a v současnosti jsou ve zhutněném stavu. V odpovědi na otázku o důvodu jejich zhutnění vědci nabízejí odpověď, že vlastností superstrun je T-dualita. Proto jsou struny "namotány" na další rozměry a jejich velikost je omezena.
- Teorie bran. Říká se tomu také M-teorie. V souladu s jeho postuláty je na počátku formování Vesmíru studený statický pětirozměrný časoprostor. Čtyři z nich (prostorové) mají omezení, neboli stěny - tříbrany. Náš prostor je jednou ze zdí a druhá je skrytá. Třetí trojbrana se nachází ve čtyřrozměrném prostoru, je omezena dvěma hraničními bránami. Teorie uvažuje, že se třetí brána srazí s naší a uvolní velké množství energie. Právě tyto podmínky jsou příznivé pro vznik velkého třesku.
Cyklické teorie popírají jedinečnost velkého třesku a tvrdí, že vesmír přechází z jednoho stavu do druhého. Problémem takových teorií je podle druhého termodynamického zákona nárůst entropie. V důsledku toho byla doba trvání předchozích cyklů kratší a teplota látky byla výrazně vyšší než během velkého třesku. Pravděpodobnost, že se tak stane, je extrémně nízká
Bez ohledu na to, kolik teorií o původu vesmíru existuje, pouze dvě z nich obstály ve zkoušce času a překonaly problém stále rostoucí entropie. Vyvinuli je vědci Steinhardt-Turok a Baum-Frampton.
Tyto relativně nové teorie o původu vesmíru byly předloženy v 80. letech minulého století. Mají mnoho následovníků, kteří na nich vyvíjejí modely, hledají důkazy o platnosti a pracují na řešení nesrovnalostí.
Teorie strun
Jednou z nejoblíbenějších teorií o původu vesmíru je teorie strun. Než přistoupíme k popisu její myšlenky, je nutné pochopit koncepty jednoho z nejbližších konkurentů, standardního modelu. Předpokládá, že hmotu a interakce lze popsat jako určitou sadu částic, rozdělenou do několika skupin:
- Quarks.
- Leptons.
- Bosony.
Tyto částice jsou ve skutečnosti stavebními kameny vesmíru, protože jsou tak malé, že je nelze rozdělit na složky.
Výrazným rysem teorie strun je tvrzení, že takové cihly nejsou částice, ale ultramikroskopické struny, které vibrují. Zároveň se struny kmitajícími na různých frekvencích stávají analogy různých částic popsaných ve standardním modelu.
Abychom pochopili teorii, měli bychom si uvědomit, že struny nejsou žádná hmota, jsou to energie. Proto teorie strun dochází k závěru, že všechny prvky vesmíru jsou vyrobeny z energie.
Oheň je dobrá analogie. Pohled na něj vyvolává dojem jeho materiálnosti, ale nelze se ho dotknout.
Kosmologie pro školáky
Teorie o vzniku vesmíru se krátce studují ve školách na hodinách astronomie. Pro studentypopište hlavní teorie o tom, jak vznikl náš svět, co se s ním nyní děje a jak se bude vyvíjet v budoucnu.
Cílem lekcí je seznámit děti s podstatou vzniku elementárních částic, chemických prvků a nebeských těles. Teorie vzniku vesmíru pro děti jsou redukovány na prezentaci teorie velkého třesku. Učitelé používají vizuální materiál: diapozitivy, tabulky, plakáty, ilustrace. Jejich hlavním úkolem je probudit v dětech zájem o svět, který je obklopuje.
