20-р зууны эхээр Альберт Эйнштейн хэмээх залуу эрдэмтэн гэрэл ба массын шинж чанар, тэдгээр нь хоорондоо хэрхэн холбогддог болохыг судалжээ. Түүний эргэцүүллийн үр дүн нь харьцангуйн онол байв. Түүний бүтээл орчин үеийн физик, одон орон судлалыг өөрчилсөн нь өнөөг хүртэл мэдрэгдэж байна. Оюутан бүр масс ба энерги хэрхэн хамааралтай болохыг ойлгохын тулд алдартай E=MC2 тэгшитгэлийг судалдаг. Энэ бол сансар огторгуйн оршин тогтнох үндсэн баримтуудын нэг юм.
Сансар судлалын тогтмол гэж юу вэ?
Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онолын тэгшитгэлүүд ямар гүн гүнзгий байсан ч тэд асуудал гаргаж ирэв. Тэрээр орчлон ертөнцөд масс ба гэрэл хэрхэн оршдог, тэдгээрийн харилцан үйлчлэл нь статик (өөрөөр хэлбэл тэлэхгүй) орчлон ертөнц рүү хэрхэн хүргэж болохыг тайлбарлахыг эрэлхийлсэн. Харамсалтай нь түүний тэгшитгэлүүд нь агших юм уу тэлэх, мөнхөд үргэлжлэх боловч эцэст нь агших хэмжээнд хүрнэ гэж таамаглаж байсан.
Түүнд тохиромжгүй санагдсан тул Эйнштейн таталцлыг барих аргыг тайлбарлахаас өөр аргагүйд хүрсэн.статик ертөнцийг тайлбарлах. Эцсийн эцэст, түүний үеийн ихэнх физикч, одон орон судлаачид ийм зүйл болсон гэж зүгээр л таамаглаж байсан. Тиймээс Эйнштейн "сансар судлалын тогтмол" гэж нэрлэгддэг Фаж хүчин зүйлийг зохион бүтээсэн бөгөөд энэ нь тэгшитгэлийг эмх цэгцтэй болгож, тэлж, хумигддаггүй орчлон ертөнцийг бий болгосон. Тэрээр орон зайн вакуум дахь энергийн нягтыг илэрхийлдэг "ламбда" (Грек үсэг) тэмдгийг гаргаж ирэв. Энэ нь тэлэлтийг хянадаг бөгөөд түүний дутагдал нь энэ үйл явцыг зогсоодог. Одоо сансар судлалын онолыг тайлбарлах хүчин зүйл хэрэгтэй болсон.
Хэрхэн тооцоолох вэ?
Альберт Эйнштейн 1915 оны 11-р сарын 25-нд харьцангуйн ерөнхий онолын (GR) анхны хувилбарыг олон нийтэд танилцуулав. Эйнштейний анхны тэгшитгэлүүд дараах байдалтай байсан:
Орчин үеийн ертөнцөд сансар судлалын тогтмол нь:
Энэ тэгшитгэл нь харьцангуйн онолыг тодорхойлдог. Мөн тогтмолыг ламбда гишүүн гэж нэрлэдэг.
Галактикууд ба тэлж буй ертөнц
Сансар судлалын тогтмол нь түүний санаснаар бүх зүйлийг зассангүй. Үнэндээ энэ нь ажилласан, гэхдээ хэсэг хугацаанд л ажилласан. Сансар судлалын тогтмолын асуудал шийдэгдээгүй байна.
Энэ нь өөр нэгэн залуу эрдэмтэн Эдвин Хаббл алс холын галактик дахь хувьсах оддын талаар гүнзгий ажиглалт хийх хүртэл үргэлжилсэн. Тэдний анивчих нь эдгээр сансар огторгуйн байгууламж хүртэлх зай болон бусад зүйлийг илчилсэн.
Хаббл-ийн ажил харуулсанОрчлон ертөнц бусад олон галактикуудыг багтаасан төдийгүй тэлж байсан нь тодорхой болсон бөгөөд энэ үйл явцын хурд цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөгийг одоо бид мэдэж байна. Энэ нь Эйнштейний сансар судлалын тогтмолыг үндсэндээ тэг болгож бууруулсан бөгөөд агуу эрдэмтэн өөрийн таамаглалыг дахин өөрчлөх шаардлагатай болжээ. Судлаачид үүнийг бүрэн орхиогүй байна. Гэсэн хэдий ч Эйнштейн дараа нь харьцангуйн ерөнхий онолд өөрийн тогтмолыг нэмсэн нь амьдралынхаа хамгийн том алдаа гэж нэрлэжээ. Гэхдээ тийм үү?
Сансар судлалын шинэ тогтмол
1998 онд Хаббл сансрын дурангаар ажиллаж, алс холын хэт шинэ туяаг судлах эрдэмтдийн баг огт санаанд оромгүй зүйлийг анзаарчээ: орчлон ертөнцийн тэлэлт хурдасч байна. Түүгээр ч барахгүй, үйл явцын хурд нь тэдний төсөөлж байсан шиг биш бөгөөд өнгөрсөнд ч байсан.
Орчлон ертөнц массаар дүүрсэн учраас тэлэлт нь маш бага байсан ч удаашрах нь логиктой юм шиг санагддаг. Ийнхүү энэхүү нээлт нь тэгшитгэл болон Эйнштейний сансар судлалын тогтмолуудын таамаглаж байсантай зөрчилдсөн мэт санагдав. Одон орон судлаачид тэлэлтийн илэрхий хурдатгалыг хэрхэн тайлбарлахаа ойлгосонгүй. Яагаад, энэ яаж болж байна вэ?
Асуултуудын хариулт
Хурдатгал болон түүний талаарх сансар судлалын ойлголтуудыг тайлбарлахын тулд эрдэмтэд анхны онолын санаа руугаа буцаж ирэв.
Тэдний сүүлийн үеийн таамаглал нь хар энерги гэж нэрлэгддэг зүйл байхыг үгүйсгэхгүй. Энэ нь харагдахгүй, мэдрэгддэггүй ч үр нөлөөг нь хэмжиж болдог зүйл. Энэ нь харанхуйтай адил юмбодис: түүний үр нөлөө нь гэрэл болон харагдахуйц материалд хэрхэн нөлөөлж байгаагаас нь тодорхойлж болно.
Одон орон судлаачид энэ хар энерги гэж юу болохыг хараахан мэдэхгүй байж магадгүй. Гэсэн хэдий ч энэ нь орчлон ертөнцийн тэлэлтэд нөлөөлдөг гэдгийг тэд мэддэг. Эдгээр үйл явцыг ойлгохын тулд ажиглалт, дүн шинжилгээ хийхэд илүү их цаг хугацаа шаардагдана. Магадгүй сансар судлалын онол нь тийм ч муу санаа биш юм болов уу? Эцсийн эцэст, харанхуй энерги байдаг гэж үзсэнээр үүнийг тайлбарлаж болно. Энэ үнэн бололтой, эрдэмтэд нэмэлт тайлбар хайх хэрэгтэй.
Эхэндээ юу болсон бэ?
Эйнштейний анхны сансар судлалын загвар нь бөмбөрцөг геометр бүхий статик нэгэн төрлийн загвар байв. Материйн таталцлын нөлөө нь энэ бүтцэд хурдатгал үүсгэсэн бөгөөд үүнийг Эйнштейн тайлбарлаж чадаагүй, учир нь тэр үед орчлон ертөнц тэлж байгааг мэддэггүй байв. Тиймээс эрдэмтэн харьцангуйн ерөнхий онолын тэгшитгэлдээ сансар судлалын тогтмолыг нэвтрүүлсэн. Энэ тогтмолыг бодисын таталцлын эсрэг үйлчилдэг тул таталцлын эсрэг нөлөө гэж тодорхойлсон.
Омега Ламбда
Судлаачид сансар судлалын тогтмолын оронд түүнээс үүдэлтэй энергийн нягт ба орчлон ертөнцийн эгзэгтэй нягтын хоорондын хамаарлыг ихэвчлэн иш татдаг. Энэ утгыг ихэвчлэн дараах байдлаар тэмдэглэдэг: ΩΛ. Хавтгай орчлон ертөнцөд ΩΛ нь түүний энергийн нягтын тодорхой хэсэгтэй тохирч байгаа бөгөөд үүнийг мөн сансар судлалын тогтмолоор тайлбарладаг.
Энэ тодорхойлолт нь өнөөгийн эрин үеийн эгзэгтэй нягттай холбоотой болохыг анхаарна уу. Энэ нь цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөг, гэхдээ нягтралсансар огторгуйн тогтмол байдлын улмаас энерги нь орчлон ертөнцийн түүхийн туршид өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна.
Орчин үеийн эрдэмтэд энэ онолыг хэрхэн хөгжүүлж байгааг цааш нь авч үзье.
Сансар судлалын нотолгоо
Одоо хурдасч буй орчлон ертөнцийн судалгаа маш идэвхтэй байгаа бөгөөд асар өөр цаг хугацааны хэмжүүр, уртын хэмжүүр, физик үйл явцыг хамарсан олон янзын туршилтуудыг хийж байна. Орчлон ертөнц хавтгай бөгөөд дараах шинж чанаруудтай сансар судлалын CDM загварыг бүтээв:
- энергийн нягт, энэ нь барион бодисын 4% орчим;
- 23% хар бодис;
- сансар судлалын тогтмолын 73%.
Сансар огторгуйн тогтмолыг өнөөгийн ач холбогдолтойд хүргэсэн ажиглалтын чухал үр дүн бол стандарт лаа болгон ашигладаг алс холын Ia төрлийн (0<z<1) хэт шинэ одууд удааширч буй орчлон ертөнцөд хүлээгдэж байснаас сул байгааг олж мэдсэн юм. Түүнээс хойш олон бүлгүүд энэ үр дүнг илүү их суперновац, илүү өргөн хүрээний улаан шилжилтээр баталгаажуулсан.
Илүү дэлгэрэнгүй тайлбарлая. Өнөөгийн сансар судлалын сэтгэлгээнд онцгой ач холбогдолтой зүйл бол хэт өндөр улаан шилжилт (z>1) хэт шинэ одууд хүлээгдэж байснаас илүү гэрэл гэгээтэй байна гэсэн ажиглалтууд бөгөөд энэ нь бидний одоогийн хурдатгалын үе хүртэлх удаашрах хугацаанаас хүлээгдэж буй тэмдэг юм. 1998 онд суперновагийн үр дүнг гаргахаас өмнө харьцангуй хурдан болох замыг зассан хэд хэдэн баримт нотолгоо аль хэдийн байсан.хэт шинэ гаригийн тусламжтайгаар орчлон ертөнцийн хурдатгалын онолыг хүлээн зөвшөөрсөн. Тодруулбал, тэдгээрийн гурав нь:
- Орчлон ертөнц хамгийн эртний оддоос ч залуу болсон. Тэдний хувьслыг маш сайн судалсан бөгөөд бөмбөрцөг хэлбэртэй бөөгнөрөл болон бусад газарт ажиглалт хийхэд хамгийн эртний тогтоц нь 13 тэрбум гаруй жилийн настай болохыг харуулж байна. Бид үүнийг өнөөгийн орчлон ертөнцийн тэлэлтийн хурдыг хэмжиж, Их тэсрэлтийн үеийн үетэй харьцуулж болно. Хэрэв орчлон ертөнц одоогийн хурдаараа удааширсан бол нас нь одоогийн хурдаараа хурдасснаас бага байх болно. Хавтгай, зөвхөн материас тогтсон орчлон ертөнц 9 тэрбум жилийн настай байх бөгөөд энэ нь хамгийн эртний оддоос хэдэн тэрбум жилээр залуу байдаг нь томоохон асуудал юм. Нөгөөтэйгүүр, сансар огторгуйн тогтмол байдлын 74% -ийг бүрдүүлдэг хавтгай ертөнц 13.7 тэрбум жилийн настай байх болно. Тиймээс түүнийг одоо хурдалж байгаа нь насны парадоксыг тайлсан.
- Хэт олон алсын галактик. Тэдний тоо нь орчлон ертөнцийн тэлэлтийн удаашралыг тооцоолох оролдлогод аль хэдийн өргөн хэрэглэгддэг. Хоёр улаан шилжилтийн хоорондох зай нь тэлэлтийн түүхээс хамаарч өөр өөр байдаг (өгөгдсөн хатуу өнцгийн хувьд). Хоёр улаан шилжилтийн хоорондох галактикийн тоог сансар огторгуйн эзэлхүүний хэмжүүр болгон ашигласнаар ажиглагчид орчлон ертөнц удааширч байгааг таамаглахтай харьцуулахад алс холын биетүүд хэтэрхий том харагддаг болохыг тогтоожээ. Галактикуудын гэрэлтэлт эсвэл нэгж эзлэхүүн дэх тоо нь цаг хугацааны явцад гэнэтийн байдлаар өөрчлөгдсөн эсвэл бидний тооцоолсон хэмжээ буруу байсан. хурдасгах асуудал байж болох юмГалактикийн хувьслын ямар нэгэн хачирхалтай онолыг өдөөхгүйгээр ажиглалтыг тайлбарлах болно.
- Орчлон ертөнцийн ажиглагдах тэгш байдал (бүрэн бус нотолгоог үл харгалзан). Сансар огторгуйн богино долгионы дэвсгэр (CMB) дахь температурын хэлбэлзлийн хэмжилтийг ашиглан орчлон ертөнц 380,000 орчим жилийн настай байсан цагаас хойш хэдхэн хувь хүртэл орон зайн хувьд тэгш байдаг гэж дүгнэж болно. Эдгээр өгөгдлүүдийг орчлон ертөнц дэх материйн нягтын нарийн хэмжилттэй хослуулснаар энэ нь чухал нягтын дөнгөж 23% -тай тэнцэх нь тодорхой болно. Алга болсон энергийн нягтыг тайлбарлах нэг арга бол сансар судлалын тогтмолыг ашиглах явдал юм. Үүний тодорхой хэмжээгээр суперновагийн өгөгдөлд ажиглагдсан хурдатгалын талаар тайлбарлахад хангалттай юм. Энэ бол орчлон ертөнцийг хавтгай болгоход л шаардлагатай хүчин зүйл байсан юм. Иймд сансар судлалын тогтмол нь бодисын нягтрал болон CMB-ийн ажиглалтын хоорондох илэрхий зөрчилдөөнийг шийдсэн.
Ямар учиртай юм бэ?
Учирсан асуултуудад хариулахын тулд дараах зүйлийг анхаарч үзээрэй. Сансар судлалын тогтмолын физик утгыг тайлбарлахыг оролдъё.
Бид GR-1917 тэгшитгэлийг авч, gab хэмжигдэхүүнийг хаалтнаас гаргав. Тиймээс хаалт дотор бид илэрхийлэл байх болно (R / 2 - Λ). R-ийн утгыг индексгүйгээр илэрхийлдэг - энэ нь ердийн, скаляр муруйлт юм. Хэрэв та хуруугаараа тайлбарлавал энэ нь тойрог / бөмбөрцгийн радиусын эсрэг юм. Хавтгай зай нь R=0-тэй тохирч байна.
Энэ тайлбарт Λ-ийн тэг биш утга нь манай Орчлон ертөнц муруй байна гэсэн үгөөрөө, үүнд таталцлын хүч байхгүй үед. Гэсэн хэдий ч ихэнх физикчид үүнд итгэдэггүй бөгөөд ажиглагдсан муруйлт нь дотоод шалтгаантай байх ёстой гэж үздэг.
Хар бодис
Энэ нэр томъёог орчлон ертөнцийн таамагласан материйн хувьд ашигладаг. Энэ нь стандарт Big Bang сансар судлалын загвартай холбоотой олон асуудлыг тайлбарлах зорилготой юм. Одон орон судлаачдын тооцоолсноор орчлон ертөнцийн 25 орчим хувь нь харанхуй материас бүрддэг (магадгүй нейтрино, аксионууд эсвэл сул харилцан үйлчлэлцдэг массын бөөмс [WIMPs] гэх мэт стандарт бус бөөмсөөс бүрдсэн байж магадгүй). Мөн тэдний загварт орчлон ертөнцийн 70% нь бүр ч бүрхэг харанхуй энергиэс бүрдэх ба энгийн бодист ердөө 5% л үлддэг.
Бүтээлийн сансар судлал
1915 онд Эйнштейн харьцангуйн ерөнхий онолоо хэвлүүлэх асуудлыг шийдсэн. Тэрээр ер бусын прецесс нь таталцлын хүч орон зай, цаг хугацааг хэрхэн гажуудуулж, гаригуудын хөдөлгөөнийг удирддаг, ялангуяа сансар огторгуйн муруйлт хамгийн тод илэрдэг асар том биетүүдтэй ойрхон байгаагийн үр дагавар гэдгийг харуулсан.
Ньютоны таталцал нь гаригийн хөдөлгөөнийг тийм ч зөв тайлбарлахгүй. Ялангуяа орон зайн муруйлт нь Евклидийн тэгш байдлаас холдох үед. Харьцангуйн ерөнхий онол нь ажиглагдсан зан үйлийг бараг яг таг тайлбарладаг. Тиймээс нарны эргэн тойронд үл үзэгдэх материйн цагирагт байдаг гэж зарим хүмүүсийн таамаглаж буй хар матери ч, Вулкан гариг өөрөө ч энэ гажгийг тайлбарлахад шаардлагагүй байв.
Дүгнэлт
Эхний өдрүүдэдсансар судлалын тогтмол нь ач холбогдолгүй байх болно. Хожим нь материйн нягт үндсэндээ тэг болж, орчлон ертөнц хоосон байх болно. Бодис болон вакуум хоёрын аль аль нь харьцуулж болохуйц хэмжээтэй сансар огторгуйн богино эрин үед бид амьдарч байна.
Материалын бүрэлдэхүүнд барион ба барион бус эх сурвалжийн хувь нэмэр байгаа бололтой, хоёулаа харьцуулж болохуйц (наад зах нь тэдний харьцаа цаг хугацаанаас хамаардаггүй). Энэ онол нь байгалийн бус байдлынхаа жин дор эргэлдэж байгаа хэдий ч өрсөлдөөнөөс түрүүлж барианы шугамыг давсан тул өгөгдөлд маш сайн нийцэж байна.
Энэ хувилбарыг батлах (эсвэл үгүйсгэх)ээс гадна ойрын жилүүдэд сансар судлаачид болон физикчдэд тулгамдаж буй гол асуудал бол манай орчлон ертөнцийн таагүй мэт санагдах эдгээр талууд нь ердөө л гайхалтай санамсаргүй тохиолдлууд уу эсвэл бидний үндсэн бүтцийг тусгаж байгаа эсэхийг ойлгох явдал байх болно. хараахан ойлгохгүй байна.
Хэрэв бид азтай бол одоо ер бусын мэт санагдах бүх зүйл физикийн суурь мэдлэгийг гүнзгий ойлгох түлхүүр болно.
