Колкото и усилено да се опитваме, никога няма да можем да разберем просто колко мъничък е, колко скромно място заема един протон в пространството. Просто твърде малък е.
Протонът е безкрайно малка част от атома. Протоните са толкова мънички, че в мастилото използвано за точката на i-то може да съдържат около 500 000 000 000 от тях. Това е доста повече от броя секунди, съдържащи се в половин милион години. Така, че може да се каже, че протоните са изключително микроскопични.
Сега да си представим, ако можем как този протон се свива до милиардна част от обема си така, че в сравнение с него един нормален протон изглежда огромен. Да поставим в този мъничък, мъничък обем малко материя. Отлично. Готови сме да поставим началото на вселена.
Предполагам, че искаме да изградим инфлационна вселена. Ако вместо това предпочитаме да изградим една по–старомодна вселена от типа на тази след Големия взрив, ще са ни нужни допълнителни материали. Всъщност ще е нужно да съберем всичко, което е в наличност – до последната прашинка и частица материя между нас и крайната част на сътворението – и да я вмъкнем в място, което е толкова безкрайно малко и компактно, че въобще няма размери. Това е познато като сингуларност.
И в двата случая трябва да сме готови за голям взрив. Естествено ще искаме да се оттеглим на безопасно място, за да наблюдаваме зрелището. За съжаление няма къде да се оттеглим, защото извън сингуларността няма нищо и никъде. Когато вселената започне да се разширява, тя ще се разпростира, за да запълни една по-голяма пустота. Единственото пространство което съществува, е това, което тя създава докато се развива.
Естествено е, но е погрешно да си представяме сингуларността, като един вид бременна точка, висяща в тъмна безкрайна пустота. При нея няма пространство, няма тъмнина. Сингуларността няма ”около” около нея. Няма пространство, което да заеме, няма място, където да бъде. Дори не можем да попитаме от кога е там – дали скоро се е появила. Времето не съществува. Няма минало, от което да се появи.
И така от нищото започва нашата вселена.
В един – единствен ослепяващ импулс, в един момент на величие, твърде бърз и експанзивен сингуларноста приема ”божествени” измерения. През първата изпълнена с жизненост секунда е създадена гравитацията и другите сили, които управляват физиката. За по–малко от минута вселената се разширява милиони и милиарди километри и бързо нараства. Сега има много топлина – десет милиарда градуса – достатъчно, за да започнат ядрените реакции, които създават по–леките елементи – главно водород и хелий, с примес на литий. За три минути 98% от цялата материя, която съществува, или някога ще съществува, е била произведена. Вече имаме вселена. Тя е удивително място, предлагащо най–приятни и чудесни възможности.
Кога се е случил този момент е въпрос на дебат. Космолозите отдавна спорят дали този момент е преди 10 милиарда години или двойно повече време, или е бил някъде по средата. Консенсусът изглежда, че се е насочил към числото 13.7 милиарда години, но се знае, че тези неща трудно се определят. Всичко което може да се каже е, че преди някакъв неопределен период в далечното минало поради незнайни причини е дошъл моментът, известен на науката като t=0. От тогава ние сме били на път.
Разбира се има много неща, които не знаем, и много неща, които мислим, че знаем. Идеята съществува от 1920 г., когато Жорж Льометр, белгийски свещеник и учен, за първи път се опитва да я предложи, но тя всъщност не става преобладаващо схващане в космологията до средата на 1960-те, когато двама млади радиоастрономи, случайно правят едно изключително откритие.
Имената са им Арно Пензиас и Робърт Уилстън. През 1965 г. те опитвали да използват една голяма съобщителна антена притежание на лабораториите Бел в Холмдел, Ню Джърси, но имали проблем с неспиращ фонов шум – едно постоянно свистене, което правело невъзможно да се извършва експериментална работа. Шумът бил неотслабващ и нефокусиран. Идвал от всяка точка на небето, ден и нощ, през всички сезони. Цяла година младите астрономи правели всичко възможно което им било по силите да открият източника на шума и да го елиминират. Тествали всяка електрическа верига, размествали жици, почиствали щепсели. Качили се в чинията, като облепили с лепенка всяка спойка и нит, но нищо от това което опитали, не довело до резултат.
Без да знаят на 50 км. от тях в Пристънския университет, екип от учени начело с Робърт Дике работел върху откриването именно на това, което те толкова усилено се опитвали да премахнат. Изследователите от Принстън следвали идеята, която била лансирана през 1940-те от родения в Русия астрофизик Джордж Гамов, че ако се търси достатъчно навътре в пространството, ще се намери някакво космическо фоново лъчение, остатък от Големия взрив. Гамов изчислил, че преминавайки през огромната шир на космоса, лъчението ще достигне Земята във формата на микровълни. В един по – скорошен труд той дори посочва инструмент, който би могъл да се използва за целта – антената на Бел в Холмдел. За съжаление нито Пензиас нито Уилсън, нито пък някой от екипа в Принстън не бил прочел труда на Гамов.
Шумът, който Панзиас и Уилстън чували бил разбира се шумът, който Гамов постулирал. Били окрили края на вселената или поне на видимата й част, на разстояние 150 милиарда трилиона километра. Те ”виждали” първите фотони – най – древната светлина във вселената, въпреки, че времето и разстоянието са ги превърнали в микровълни точно както Гамов предсказал.
Между другото, смущение от космическото фоново лъчение е нещо, което всички сме изпитвали. Ако нагласим телевизора си на канал, който той не приема, около 1% от трепкащата картина, която се вижда, се обяснява с останки от Големия взрив.
Въпреки, че всеки го нарича Голям взрив не бива задължително да го схващаме като експлозия в традиционния смисъл на думата. Това по–скоро е било огромно внезапно разширение. Но какво го е причинило?
Една от теориите е, че това особено явление наречено сингуларност, е останка от една по–ранна загинала вселена така, че ние сме само една от вечния цикъл на разширяващи се и загиващи вселени. Други отдават Големия взрив на това, което наричат ”фалшив вакуум” или ”скаларно поле” – във всеки случай някакво качество или нещо, което е породило нестабилност в нищото, което е съществувало. Изглежда невъзможно да се получи от нищо нещо, но фактът, че някога не е имало нищо, а сега имаме вселена, е явно доказателство, че може.
Теорията за Големия взрив не е за самия взрив, а за това какво е станало след него. Има се предвид не много дълго време след това. Като правят много изчисления и наблюдават внимателно какво става в ускорителите за елементарни частици, учените смятат, че могат да навлязат назад до 10 на минус 43 степен от секундата след момента на сътворението, когато вселената е била все още толкова малка, че е щяло да бъде нужен микроскоп, за да се види. Не трябва да ни става лошо всеки път, когато срещнем необикновено число, но може би си струва от време на време да си размърдаме мозъка над някое от тях, за да си спомним колко са те умонепостижими и смайващи. И така 10 на минус 43 –та е: 0.00000000000000000000000000000000000000000001 част от секундата.
Повече от това, което знаем или смятаме, че знаем за ранните моменти на вселената, е благодарение на една идея, наречена инфлационна теория, изложена за първи път през 1979 г. от младия учен занимаващ се с физика на елементарните частици, тогава в Станфорд а сега в Масачузецкия технологичен институт, на име Алън Гът. Тогава бил на тридесет и две години и както сам казвал, до тогава нищо не правел. Може би никога нямало да предложи теорията, ако не присъствал на лекция за Големия взрив изнесена от самия Робърт Дике. Лекцията накарала Гът да почне да се интересува от космология и по–специално с раждането на вселената.
Крайният резултат бил инфлационната теория, която твърди, че за част от момент след началото на сътворението вселената претърпява внезапно драматично разширение. Тя се издува и удвоява размера си на всяка 10 на минус 34-та част от секундата. Целия този епизод е продължил не повече от 10 на минус 30-та част от секундата. Това е една милион милионна милионна милионна милионна част от секундата но променя вселената от нещо което може ”да се държи в ръка” до нещо което е най–малко 10 000 000 000 000 000 000 000 000 пъти по–голямо.
Инфлационната теория обяснява пулсациите и вихрите, които правят възможната поява на вселената. Без тях не би имало късове материя и следователно звезди, а само реещ се газ и вечна тъмнина.
Според теорията на Гът след една десетомилионна от трилионната от трилионната от трилионна секунда се появява гравитацията. След друг абсурдно кратък интервал последва електромагнетизмът, както и слабите и силните ядрени сили – предмет на физиката. Те биват последвани от още един кратък интервал от появата на рояк елементарни частици – матерял за материята. От въобще нищо изведнъж се появяват множество фотони, протони, електрони, нутрони и доста други – между 10 на 79-та и 10 на 89-та от всеки вид, според стандартната теория за Големия взрив.
Такива количества са разбира се трудно разбираеми. Достатъчно е да знаем, че в един единствен забележителен момент ние сме дарени с вселена, която е необятна – според теорията най–малко на разстояние сто милиарда светлинни години, но вероятно с възможен размер достигащ до безкрайност – при това перфектно подредена, за да се създадат звезди, галактики и други сложни системи.
Това, което е изключително от наша гледна точка, е колко добре са се оказали за нас нещата. Ако вселената се е формирала съвсем малко по–различно, ако гравитацията е била с една идея по–силна или по–слаба, ако разширението е протекло съвсем малко по–бавно, то тогава не би имало стабилни елементи, за да създадат Вас, мен, както и Земята, на която стоим. Ако гравитацията е била съвсем малко по–силна, самата вселена е щяла да се срути. Ако обаче гравитацията беше по–слаба, нищо нямаше да се съедини. Вселената щеше да остане за винаги едно скучно, разпръснато и празно пространство.
Това е една от причините експертите да вярват, че вероятно е имало и други голями взривове, може би трилиони и трилиони такива във вечния период на вечността и че причината ние да съществуваме на именно тази вселена е, че тя е тази, на която можем да съществуваме. Както Едуард Трайън от Колумбийския университет се изразява: ”В отговор на въпроса, защо се е случило, предлагам скромно предложение, че нашата вселена е просто едно от тези неща, които се случват от време на време”. Към което Гът добавя: ”Въпреки че създаването на вселената е нещо малко вероятно, Трайън подчертава, че никой не е броил неуспешните опити”.
Мартин Рийз, кралският астроном на Великобритания смята, че има много вселени, вероятно безкраен брой, всяка с различни белези, различни комбинации и че ние просто живеем в една, на която нещата са така комбинирани, че ни позволяват да съществуваме.
Рийз твърди, че шест числа по–специално определят съдбата на нашата вселена и ако някоя от тези стойности се промени дори съвсем малко, нещата няма да са такива, каквито са. Например, за да съществува вселената такава, каквато е в момента е необходимо водородът да се превръща в хелий по един прецизен начин, по–точно по начин, който превръща седем хилядни от масата му в енергия. Ако понижим тази стойност съвсем слабо, да кажем от 0.007% на 0.006% никакво превръщане няма да се осъществи, вселената ще е съставена само от водород и нищо друго. Ако се повиши стойността съвсем слабо на 0.008% ще има такова изобилие на съединения, че водорода отдавна ще се е изчерпал. И в двата случая при най-малкото променяне на стойностите, вселената нямаше да съществува такава, каквато е и от каквато се нуждаем.
Може да се каже, че нещата са точни за сега. В дългосрочен план гравитацията може да се окаже до някъде твърде силна и някой ден разширението на вселената да спре, като причини колапса й, когато тя ще се срине до друга сингуларност. Възможно е целият процес да започне отново. От друга страна, гравитацията може да се окаже твърде слаба и вселената да продължи своя ход на разширение за винаги, като всичко ще се отдалечи толкова много, че няма да има възможност за материално взаимодействие, и вселената ще стане едно инертно, мъртво и много широко място. Третата опция е гравитацията да е точна – терминът на космолозите е ”Критична плътност” – и да поддържа вселената цяла при точно правилните измерения, за да може нещата да продължават безкрайно. Трите вида възможни вселени се наричат още – затворена, отворена и плоска.
Сега въпросът, който всеки от нас си задава е, какво ще се случи, ако отидем до края на вселената, и си представим, че си пъхнем ”главата между пердетата”? Какво ще намерим там? Къде ще ни е главата, ако не във вселената? Отговорът за жалост е, че не можем да стигнем до края на вселената. Не защото ще отнеме дълго време, за да стигнем до там – макар че наистина ще е дълго – а защото дори и да пътуваме по права линия безкрайно дълго, никога няма да стигнем до крайна граница. Вместо това ще стигнем до мястото, от което сме тръгнали. Причината е, че според теорията на Айнщайн за относителността, вселената се изкривява по начин, който не можем добре да си представим. За момента е добре да знаем, че ние не се носим във вечно разширяващ се балон. По – скоро пространството се изкривява по начин който му позволява да е безкрайно но с предели. Не може дори да се казва, че пространството се разширява, защото както отбелязва Нобеловия лауреат Стивън Уайнбърг – Слънчевата система и галактиките не се разширяват, по скоро галактиките бързо се ”разбягват” една от друга. Това е нещо като предизвикателство към интуицията. Или както биологът Дж. Б. С. Холдейн отлично отбелязва – ”Вселената е не само по–чудновата от колкото предполагаме, тя е по–чудновата от колкото можем да предположим”.
Аналогията, която обикновено се прави, за да се обясни кривината на пространството, е да се опитаме да си представим някого от вселената с плоски повърхности, който никога не е виждал сфера, не е живял в триизмерен свят, да бъде доведен на Земята. Колкото и да обикаля из пространството на планетата, той никога няма да й намери края. Накрая може да се върне на мястото от където е започнал, и разбира се, ще бъде абсолютно объркан. Ами че ние сме в абсолютно същото положение в космоса, само дето сме объркани от по–големите размери.
Точно както няма място, където да намерим края на вселената, така няма и място, където да застанем в центъра й и да кажем – ”От тук започна всичко”. Ние всички сме в центъра на всичко, всъщност ние не знаем със сигурност, учените не могат да го докажат математически, те просто го приемат за даденост. За нас вселената се разпростира до там, до където е достигнала светлината за милиардите години след формирането й.
Дълго време в теорията за Големия взрив имала един явен пропуск, който тревожел много хора тук. Въпреки, че 98% от цялата съществуваща материя е била създадена при Големия взрив, тази материя съдържала главно леки газове – хелий, водород и литий и нито частица от по–тежките елементи като въглерод, азот и кислород и всички останали – не са се появили от газовия бульон на сътворението. Но ето го и проблемът – за да се получат тези тежки елементи е нужна топлина и енергия като на Голям взрив. Обаче е имало само един Голям взрив и той не ги е направил. Така, че от къде са дошли тези по–тежки елементи?
Интересно е, че човека намерил този отговор е космолог, който силно ненавижда Голямия взрив като теория и създал този термин като подигравка.
Източник: nauka.bg