დიდი აფეთქების თეორია
ვიკიპედიიდან
დიდი აფეთქების თეორია (ინგლ. Big Bang) — სამყაროს შექმნის და ევოლუციის დღეისათვის ყველაზე მიღებული კოსმოლოგიური მოდელი. დიდი აფეთქების თეორიის მიხედვით სამყარო წარმოიქმნა უსასრულო სიმკვრივის და ტემპერატურის მდგომარეობიდან დაახლოებით 14 მილიარდი წლის წინ.
არსებობს დიდი აფეთქების თეორიის დამადასტურებელი ასტროფიზიკური დაკვირვებები, როგორიცაა მაგალითად კოსმიური ფონური რადიაციის არსებობა (აღმოჩენილი 1964 წელს) და ის ფაქტი რომ ყველა შორეული გალაქტიკა შორდება ჩვენსას სიჩქარით რომელიც მანძილის პროპორციულია (ჰაბლის კანონი). დიდი აფეთქების თეორიიდან შეგვიძლია დავითვალოთ თუ რა ფარდობით გვხვდება სხვადასხვა ქიმიური ელემენტები სამყაროში, (მაგალითად M(He):M(H) = 0.25; M(Li): M(H) = 10e-9 და ა.შ.) რაც ასევე დასტურდება მრავალი დაკვირვებით.
სექციების სია |
[რედაქტირება] მოკლე მიმოხილვა
დიდი აფეთქების მოდელის მიხედვით სამყარო იწყებს არსებობას დაახლოებით 14 მილიარდი წლის წინ უსასრულოდ დიდი სიმკვრივისა და ტემპერატურის მდგომარეობიდან. ამ საწყისი სინგულარული მდგომარეობის შესწავლა ზოგადი ფარდობითობის თეორიის ფარგლებში შეუძლებელია და იმ დროს მიმდინარე პროცესების შესწავლა საჭიროებს კვანტური გრავიტაციის თეორიას, რომელიც ჯერ არ არის დამუშავებული. ამ დროიდან მოყოლებული, სხვადასხვა ეპოქაში განსხვავებული ტემპებით, სამყარო ფართოვდება ხოლო მისი ტემპერატურა თანდათან ეცემა.
დაახლოებით 10-35წამში დიდი აფეთქებიდან ხდება ფაზური გადასვლა, რომელიც იწვევს ინფლაციის პერიოდის დაწყებას. ინფლაციური ეპოქის განმავლობაში სამყარო ექსპონენტურად ფართოვდება. სამყარო შედგება კვარკების, გლუონებისა და ლეპტონებისაგან, რომლებიც რელატივისტური სიჩქარეებით მოძრაობენ.
დაახლოებით 10-11 წამის გასვლის შემდეგ სიმეტრია სპონტანურად ირღვევა.
10-5წამის შემდეგ კვარკები და ანტიკვარკები ანიჰილირდებიან და ამ პროცესის შემდეგ დარჩენილი კვარკები და გლუონები ქმნიან პროტონებს და ნეიტრონებს.
1 წამის გასვლის შემდეგ ანიჰილირდებიან ელექტრონები და პოზიტრონები, ამ მომენტიდან ანტინაწილაკების წვლილი ხილულ სამყაროში უმნიშვნელოა, სამყაროს ენერგიის უდიდესი ნაწილი ელექტრომაგნიტურ რადიაციაშია, იწყება რადიაციულად დომინირებული ეპოქა.
რამდენიმე წუთის შემდეგ ტემპერატურა მილიარდ გრადუსამდე ეცემა, პროტონები და ნეიტრონები ქმნიან დეიტერიუმს და ჰელიუმის ბირთვებს.
აფეთქებიდან 400.000 წლის შემდეგ ტემპერატურა საკმარისად დაბალია იმისათვის, რომ წარმოიქმნას წყალბადის ატომები. თავდაპირველად სამყარო დიდი სიზუსტით ერთგვაროვანი იყო, მაგრამ მცირე არაერთგვაროვნებები გრავიტაციული არამდგრადობის გამო იზრდება და ქმნის სტრუქტურას: ვარსკვლავებს, გალაქტიკებს, გალაქტიკების დაჯგუფებებს. ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ენერგია ეცემა, სამყარო გადადის მატერიით დომინირებულ ეპოქაში.
დღეისათვის სამყაროს ტემპერატურა 2.7 კელვინია. ბოლო წლების დაკვირვებები, როგორიცაა მაგალითად Iა ტიპის ზეახალი ვარსკვლავები, გვიჩვენებს, რომ სამყარომ დაიწყო აჩქარებით გაფართოება. ამის სავარაუდო მიზეზად მიიჩნევა ე.წ. ბნელი ენერგია (ინგლ. Dark Energy), სამყარო გადადის ბნელი ენერგიით დომინირებულ ეპოქაში.
[რედაქტირება] თოერიის დამადასტურებელი ასტრონომიული დაკვირვებები
მიუხედავად იმისა, რომ დიდი აფეთქების, ისევე როგორც ნებისმიერი კოსმოლოგიური თეორიის, უშუალოდ "ექსპერიმენტულად დადასტურება" შეუძლებელია, თანამედროვე ფიზიკოსების აბსოლუტურ უმრავლესობას მის სისწორესი ეჭვი არ ეპარება, რადგან მოდელის მრავალი თეორიული წინასწარმეტყველება ასტრონომიული დაკვირვებებით დასტურდება. მათგან ყველაზე მნიშვნელოვანია დაკვირვებებით დადასტურებული ჰაბლის კანონი, ფონური მიკროტალღოვანი რადიაციის არსებობა და სამყაროს შემადგენელ ქიმიურ ელემენტთა მასების ფარდობა.
[რედაქტირება] ჰაბლის კანონი
შორეულ გალაქტიკებზე და კვაზარებზე დაკვირვებები გვიჩვენებს, რომ ისინი ჩვენ გვშორდებიან და, ამასთან, რაც უფრო შორსაა ჩვენგან ობიექტი მით მაღალია ჩვენი ურთიერთ დაშორების სიჩქარე. ჰაბლის კანონი იყო ერთერთი პირველი ფაქტი, რომელმაც მეცნიერები დაარწმუნა, რომ სამყარო სტატიკური არ არის და მისი მდგომარეობა დროში იცვლება. მათემატიკურად ჰაბლის კანონი შემდეგნაირად შეიძლება ჩავწეროთ:
v = H0D
სადაც
- v ობიექტების ურთიერთ დაშორების სიჩქარეა,
- D მათ შორის მანძილი, ხოლო
- H0 პროპორციულობის მუდმივა, ე.წ. ჰაბლის მუდმივა
გაზომვები გვიჩვენებს, რომ ჰაბლის მუდმივის მნიშვნელობაა 70 +/- 3 კმ/ს/მგპარსეკი. მართალია ჰაბლის მუდმივას ერთნაირი რიცხვითი მნიშვნელობა აქვს ობიექტთა ნებისმიერი წყვილისათვის სამყაროში, ის დროში მუდმივი არაა.
ადრეულ ეპოქებში მისი მნიშვნელობა გაცილებით მაღალი იყო და თუ სამყაროს დღევანდელი აჩქარებული გაფართოება გაგრძელდა შეიძლება მომავალში გაიზარდოს კიდევაც.
რადგან ზემოთ მოყვანილ ფორმულაში სიჩქარე ჰაბლის მუდმივის და მანძილის პროპორციულია, ხოლო ჰაბლის მუდმივა დროის ნებისმიერ მოცემულ მომენტში სასრული რიცხვია, არსებობს მანძილი, რომელზე შორს მყოფი ობიექტები ჩვენ სინათლის სიჩქარეზე დიდი სიჩქარით გვშორდება. მიიუხედავად ამისა, ეგ საინტერესო ფაქტი არ მოდის წინააღმდეგობაში ფარდობითობის თეორიასთან.
[რედაქტირება] ფონური მიკროტალღოვანი რადიაცია
1964 წელს რობერტ უილსონმა და ანრო პენზიასმა მიკროტალღოვანი ანტენის გამოცდისას შემთხვევით აღმოაჩინეს ფონური მიკროტალღოვანი რადიაცია, რისთვისაც მოგვიანებით ნობელის პრემია მიიღეს. ფონური მიკროტალღოვანი რადიაცია მაღალი ხარისხით იზოტროპული და აქვს აბსოლუტურად შავი სხეულის გამოსხივების სპექტრი. მისი ტემპერატურა დღეისათვის 2.7 კელვინია. ფონური მიკროტალღოვანი რადიაციის არსებობა ადასტურებს იმას რომ სამყაროს ტემპერატურა ერთ დროს დღევანდელისაგან განსხვავებით ძალიან მაღალი იყო.
დიდი აფეთქების თეორიის მიხედვით ფონური მიკროტალღოვანი რადიაცია წაარმოიქმნა დაახლოებით 400000 წლის წინ. ამ დროისათვის სამყაროს ტემპერატურა საკმარისად დაბალი იყო იმისათვის რომ ატომების წარმოქმნა ყოფილიყო შესაძლებელი. ბარიონები და ელექტრონები გაერთიანდნენ ბმულ სისტემებში - ატომებში, რის შემდეგაც სამყარო ელექტრომაგნიტური რადიაციისატვის გამწვირვალე გახდა. ფონური რადიაციის ფოტონები რომლებსაც ჩვენ დღეს ვაკვირდებით გარემოსთან ურთიერთქმედების გარეშე მოძრაობენ რეკომბინაციის შემდეგ და ამრიგად გვაწვდიან ინფორმაციას იმის შესახებ თუ როგორი იყო სამყარო 400000 წლის წინ.
ფონური მიკროტალღოვანი რადიაციის ტემპერატურა ეცემა სამყაროს გაფართოებასთან ერთად. დღეისათვის ის 2.7 კელვინის ტოლია.
[რედაქტირება] ქიმიურ ელემენტთა მასების ფარდობა
დიდი აფეთქების თეორიის თანახმად სამყაროს ტემპერატურა ერთდროს წარმოუდგენლად მაღალი იყო, რაც შეუძლებელს ხდიდა სტაბილური ატომების არსებობას. ტემპერატურის დაცემასთან ერთად შესაძლებელი გახდა წყალბადის ატომის წარმოქმნა, რასაც მოყვა ჰელიუმი, დეიტერიუმი, ჰელიუმ-4, ლითიუმი და ა.შ. დიდი აფეთქების თეორია წინასწარმეტყველებს იმას თუ რა ფარდობით წარმოიქმნება ეს ელემენტები სამყაროს ევოლუციის განმავლობაში. თეორიული გამოთვლები გვაძლევს შემდეგ მნიშვნელობებს: He/H=0.25, D/H=10-3, Li/H=10-7, რაც კარგ თანხმობაშია დაკვირვებების შედეგებთან.
[რედაქტირება] სამყაროს მომავალი დიდი აფეთქების თეორიის მიხედვით
ბნელი ენერგიის ფენომენის აღმოჩენამდე კოსმოლოგები სამყაროს განვითარების ორ შესაძლო სცენარს განიხილავდნენ. თუკი სამყაროს სიმკვრივე კრიტიკულ სიმკვრივეზე მეტი აღმოცნდებოდა, სამყაროს გაფართოება შენელდებოდა, დროის გარკვეულ მომენტში ის შეკუმშვას დაიწყებდა, ტემპერატურა და სიმკვრივე ისევ გაიზრდებოდა და საბოლოოდ ის მიაღწევდა საწყის სინგულარობის მდგომარეობას. თუ სამყაროს სიმკვრივე კრიტიკულზე დაბალი აღმოჩნდებოდა მისი გაფართოება შენელდებოდა, მაგრამ არასოდეს შეწყდებოდა. ვარსკვლავები გაივლიდნენ თავიანთი სრული ევოლუციის გზას და გადაიქცეოდნენთეთრ ჯუჯებად, ნეიტრონულ ვარსკვლავებად ან შავ ხვრელებად. სამყაროს ტემპერატურა აბსოლუტურ ნულს მიუახლოვდებოდა. თუ პროტონი არასტაბილური აღმოჩნდებოდა საბოლოოდ ბარიონებიც დაიშლებოდნენ და სამყაროში დარცებოდა მარტო შავი ხვრელები და რადიაცია. საბოლოო ჯამში შავი ხვრელები აორთქლდებოდნენ. სამყაროს ენტროპია იმდენად გაიზრდებოდა, რომ შეუძლებელი გახდებოდა ენერგიის ორგანიზებული ფორმების არსებობა (ე.წ. სითბური სიკვდილი).
 |
ეს დაუსრულებელი სტატიაა ასტრონომიის შესახებ. თქვენ შეგიძლიათ დაეხმაროთ ვიკიპედიას და შეავსოთ იგი. |
