Salah satu persoalan utama yang tidak muncul dari kesadaran manusia selalu dan adalah pertanyaan: "Bagaimana Alam Semesta muncul?" Sudah tentu, tidak ada jawapan yang jelas untuk persoalan ini, dan tidak mungkin akan diperoleh dalam waktu dekat, tetapi sains sedang berjalan ke arah ini dan membentuk model teori asal usul Alam Semesta kita. Pertama sekali, seseorang harus mempertimbangkan sifat asas Alam Semesta, yang harus dijelaskan dalam kerangka model kosmologi.
*** Model harus mempertimbangkan jarak yang diamati antara objek, serta kecepatan dan arah pergerakannya. Pengiraan tersebut berdasarkan hukum Hubble: cz = H0D, di mana z adalah pergeseran merah objek, D adalah jarak ke objek ini, dan c adalah kelajuan cahaya.
*** Umur Alam Semesta dalam model mestilah melebihi usia objek tertua di dunia.
*** Model harus mengambil kira banyak elemen awal.
*** Model harus mengambil kira struktur alam semesta berskala besar yang diperhatikan.
*** Model harus mengambil kira latar belakang yang diperhatikan.
Video promosi:
Sejarah Ringkas Alam Semesta. Keunikan seperti yang dilihat oleh artis (foto)
Pertimbangkan secara ringkas teori asal usul dan evolusi awal Alam Semesta, yang disokong oleh kebanyakan saintis. Hari ini, teori Big Bang bermaksud gabungan model Universe yang panas dengan Big Bang. Dan, walaupun konsep-konsep ini pertama kali wujud secara bebas antara satu sama lain, sebagai hasil penyatuan mereka, adalah mungkin untuk menjelaskan komposisi kimia awal Alam Semesta, serta adanya sinaran peninggalan.
Menurut teori ini, Alam Semesta muncul sekitar 13.77 bilion tahun yang lalu dari beberapa objek yang dipanaskan padat - keadaan tunggal yang sukar digambarkan dalam kerangka fizik moden. Masalah dengan keunikan kosmologi, antara lain, ialah ketika menerangkannya, kebanyakan kuantiti fizikal, seperti ketumpatan dan suhu, cenderung tidak terhingga. Pada masa yang sama, diketahui bahawa pada ketumpatan yang tidak terhingga, entropi (ukuran kekacauan) cenderung cenderung sifar, yang tidak bertepatan dengan suhu yang tidak terbatas.
Evolusi alam semesta
*** 10 pertama dalam -43 saat selepas Big Bang disebut tahap kekacauan kuantum. Sifat alam semesta pada tahap keberadaan ini menentang keterangan dalam kerangka fizik yang diketahui oleh kita. Terdapat perpecahan ruang-waktu tunggal yang berterusan ke dalam kuanta.
*** Momen Planck - saat akhir kekacauan kuantum, yang jatuh pada 10 dalam -43 saat. Pada masa ini, parameter Alam Semesta sama dengan nilai Planck, seperti suhu Planck (sekitar 1032 K). Pada masa era Planck, keempat interaksi asas (lemah, kuat, elektromagnetik dan graviti) digabungkan menjadi satu jenis interaksi. Tidak mustahil untuk menganggap momen Planck sebagai jangka masa yang panjang, kerana fizik moden tidak berfungsi dengan parameter yang lebih kecil daripada yang Planck.
*** Tahap inflasi. Tahap seterusnya dalam sejarah Alam Semesta adalah tahap inflasi. Pada saat pertama inflasi, interaksi graviti dipisahkan dari medan supersimetri bersatu (yang sebelumnya merangkumi bidang interaksi asas). Dalam tempoh ini, jirim mempunyai tekanan negatif, yang menyebabkan peningkatan eksponen tenaga kinetik alam semesta. Secara sederhana, dalam tempoh ini Alam Semesta mulai membengkak dengan sangat cepat, dan menjelang akhir tenaga medan fizikal diubah menjadi tenaga zarah biasa. Pada akhir peringkat ini, suhu bahan dan radiasi meningkat dengan ketara. Seiring dengan akhir tahap inflasi, interaksi yang kuat menonjol. Juga pada masa ini timbul asimetri baryon dari Alam Semesta.
[Asimetri Baryon dari Alam Semesta adalah fenomena yang diamati mengenai dominasi jirim berbanding antimateri di Alam Semesta]
*** Tahap dominasi radiasi. Tahap seterusnya dalam pengembangan Alam Semesta, yang merangkumi beberapa tahap. Pada tahap ini, suhu Alam Semesta mulai menurun, quark terbentuk, kemudian hadron dan lepton. Pada era nukleosintesis, pembentukan unsur kimia awal berlaku, helium disintesis. Walau bagaimanapun, sinaran masih mendominasi jirim.
*** Era dominasi zat. Selepas 10,000 tahun, tenaga jirim secara beransur-ansur melebihi tenaga radiasi dan pemisahannya berlaku. Bahan mula menguasai sinaran, latar belakang peninggalan muncul. Juga, pemisahan jirim dengan radiasi secara signifikan meningkatkan inomogenitas awal dalam pengedaran jirim, akibatnya galaksi dan supergalaxies mula terbentuk. Undang-undang Alam Semesta telah muncul dalam bentuk yang kita perhatikan sekarang.
Gambar di atas terdiri daripada beberapa teori asas dan memberikan gambaran umum tentang pembentukan alam semesta pada peringkat awal keberadaannya.
Dari mana datangnya alam semesta?
Sekiranya alam semesta muncul dari singularitas kosmologi, maka dari mana datangnya singularitas itu? Masih belum dapat memberikan jawapan yang tepat untuk soalan ini. Pertimbangkan beberapa model kosmologi yang mempengaruhi "kelahiran alam semesta".
Model kitaran. Pemodelan dedak (foto)
Model-model ini didasarkan pada pernyataan bahawa Alam Semesta selalu ada dan dari masa ke masa hanya keadaannya berubah, bergerak dari pengembangan ke penguncupan - dan sebaliknya.
*** Model Steinhardt-Turok. Model ini didasarkan pada teori rentetan (M-teori), kerana ia menggunakan objek seperti "brane".
[Bran (dari membran) dalam teori rentetan (M-teori) adalah objek fizikal multidimensi asas hipotetis dimensi yang kurang daripada dimensi ruang di mana ia berada]
Menurut model ini, Alam Semesta yang terlihat terletak di dalam tri-brane, yang secara berkala, sekali setiap beberapa trilion tahun, bertabrakan dengan tri-brane lain, yang menyebabkan semacam Big Bang. Selanjutnya, tri-brane kami mula menjauh dari yang lain dan mengembang. Pada tahap tertentu, bahagian tenaga gelap diutamakan dan kadar pengembangan tri-brane meningkat. Pengembangan kolosal menyebarkan bahan dan radiasi sehinggakan dunia menjadi hampir homogen dan kosong. Pada akhirnya, perlanggaran berulang tri-brane berlaku, akibatnya kita kembali ke fasa awal kitarannya, sekali lagi melahirkan "Alam Semesta" kita.
*** Teori Loris Baum dan Paul Frampton juga mengatakan mengenai sifat siklus alam semesta. Menurut teori mereka, yang terakhir setelah Big Bang akan mengembang kerana tenaga gelap sehingga mendekati momen "perpecahan" ruang-waktu itu sendiri - the Big Rip. Seperti yang anda ketahui, dalam "sistem tertutup, entropi tidak berkurang" (undang-undang termodinamik kedua). Berdasarkan pernyataan ini, Alam Semesta tidak dapat kembali ke keadaan asalnya, kerana selama proses tersebut, entropi mesti menurun. Walau bagaimanapun, masalah ini diselesaikan dalam kerangka teori ini. Menurut teori Baum dan Frampton, sesaat sebelum Big Rip, Alam Semesta hancur menjadi banyak "tambalan", yang masing-masing mempunyai nilai entropi yang agak kecil. Mengalami serangkaian peralihan fasa, "sisa" bekas Alam Semesta ini menimbulkan jirim dan berkembang sama dengan Alam Semesta yang asli. Dunia baru ini tidak berinteraksi satu sama lain, kerana mereka berselerak pada kelajuan lebih besar daripada kelajuan cahaya. Oleh itu, para saintis telah menghindari singulariti kosmologi, di mana kelahiran alam semesta bermula menurut kebanyakan teori kosmologi. Iaitu, pada akhir kitarannya, Alam Semesta berpecah menjadi banyak dunia lain yang tidak berinteraksi yang akan menjadi alam semesta baru.
*** Kosmologi siklik konformal adalah model kitaran Roger Penrose dan Vahagn Gurzadyan. Menurut model ini, Alam Semesta dapat memasuki kitaran baru tanpa melanggar undang-undang termodinamik kedua. Teori ini didasarkan pada anggapan bahawa lubang hitam menghancurkan maklumat yang diserap, yang entah bagaimana "secara sah" menurunkan entropi Alam Semesta. Kemudian setiap siklus keberadaan Alam Semesta ini dimulai dengan kemiripan Big Bang dan berakhir dengan satu kesamaan.
Model lain mengenai asal usul alam semesta
Di antara hipotesis lain yang menjelaskan kemunculan Alam Semesta yang kelihatan, dua berikut adalah yang paling popular:
*** Teori inflasi kacau - Teori Andrey Linde. Menurut teori ini, terdapat medan skalar tertentu, yang tidak sama dalam keseluruhan isipadu. Maksudnya, di kawasan yang berlainan di alam semesta, medan skalar mempunyai makna yang berbeza. Kemudian, di kawasan di mana medan lemah, tidak ada yang terjadi, sementara kawasan dengan medan yang kuat mulai mengembang (inflasi) kerana tenaganya, sehingga membentuk alam semesta baru. Senario seperti itu menyiratkan adanya banyak dunia yang tidak muncul secara serentak dan mempunyai kumpulan zarah unsur mereka sendiri, dan, akibatnya, hukum alam.
*** Teori Lee Smolin - menganggap bahawa Big Bang bukanlah permulaan kewujudan Alam Semesta, tetapi hanya fasa peralihan antara kedua-dua keadaannya. Sejak sebelum Big Bang, alam semesta wujud dalam bentuk singularitas kosmologi, dekat dengan keunikan lubang hitam, Smolin menunjukkan bahawa alam semesta mungkin timbul dari lubang hitam.
Terdapat juga corak di mana alam semesta muncul secara berterusan, berpisah dari ibu bapa mereka dan mencari tempat mereka sendiri. Lebih-lebih lagi, tidak semestinya undang-undang fizikal yang sama ditetapkan di dunia seperti itu. Semua dunia ini "bersarang" dalam satu kontinum ruang-waktu, tetapi mereka berada dalam jarak yang sangat jauh sehingga mereka tidak merasakan kehadiran satu sama lain. Secara umum, konsep inflasi memungkinkan - lebih-lebih lagi, memaksa! - untuk mempercayai bahawa dalam megacosmos raksasa terdapat banyak alam semesta terpencil dengan susunan yang berbeza.
Walaupun model kitaran dan model lain menjawab sejumlah pertanyaan, jawapan yang tidak dapat diberikan oleh teori Big Bang, termasuk masalah keunikan kosmologi. Namun, bersama-sama dengan teori inflasi, Big Bang menjelaskan secara lebih lengkap tentang asal usul alam semesta, dan juga bersatu dengan banyak pemerhatian.
Hari ini, para penyelidik terus mengkaji secara intensif kemungkinan senario asal Alam Semesta, namun, untuk memberikan jawapan yang tidak dapat disangkal kepada pertanyaan "Bagaimana Alam Semesta muncul?" - tidak mungkin berjaya dalam masa terdekat. Terdapat dua sebab untuk ini: bukti langsung teori kosmologi adalah mustahil, hanya tidak langsung; walaupun secara teorinya, tidak ada cara untuk mendapatkan maklumat yang tepat mengenai dunia sebelum Big Bang. Atas dua sebab ini, saintis hanya dapat mengemukakan hipotesis dan membina model kosmologi yang paling tepat akan menggambarkan sifat alam semesta yang kita amati.
