დიდი აფეთქების თეორია. სამყაროს შექმნა
ჩვენი სამყაროს ევოლუციის ისტორია
როგორ გაჩნდა ჩვენი სამყარო? როგორ გადაიქცა ის უსასრულო სივრცედ? რად გადაიქცევა ის მილიონი, მილიარდი წლის შემდეგ? ეს კითხვები ჯერ კიდევ დასაბამიდან აწუხებდა (და დღემდე აწუხებს) ფილოსოფოსებისა და მეცნიერების გონებას. დღეს ასტრონომებისა და კოსმოლოგების უმეტესობა მივიდა საერთო შეთანხმებამდე იმის შესახებ, რომ სამყარო, რომელსაც ჩვენ ვიცნობთ, დიდი აფეთქების შედეგად შეიქმნა, რომელმაც არამარტო მატერიის ძირითადი ნაწილი შექმნა, არამედ ფიზიკის ძირითადი კანონების წყაროდაც იქცა, რომლების თანახმადაც არსებობს ის კოსმოსი, რომელიც ჩვენ გარშემოა. ამ ყველაფერს დიდი აფეთქების თეორია ჰქვია.
დიდი აფეთქების თეორიის ძირეული საკითხები შედარებით მარტივია. მოკლედ რომ ვთქვათ, მის თანახმად, აქამდე არსებული და ამ მომენტში არსებული სამყაროს მატერიები ერთსა და იმავე დროს შეიქმნა – დაახლოებით 13,8 მილიარდი წლის წინ. იმ მომენტში მატერია არსებობდა როგორც ძალიან კომპაქტური სფერო (ან წერტილი), უსასრულო სიმკვრივითა და ტემპერატურით. ეს მდგომარეობა სინგულარობის სახელს ატარებდა. მოულოდნელად სინგულარობამ გაფართოება დაიწყო და შექმნა ის სამყარო, რომელსაც ჩვენ დღეს ვიცნობთ. აღსანიშნავია, რომ დიდი აფეთქების თეორია მხოლოდ ერთ–ერთია სამყაროს შექმნის ჰიპოთეზებს შორის (მაგალითად, არის კიდევ სტაციონარული სამყაროს თეორია), თუმცა მან ყველაზე ფართო აღიარება და პოპულარობა ჰპოვა. იგი არამხოლოდ ხსნის ყველა ცნობილი მატერიის წყაროს, ფიზიკის კანონებს და სამყაროს სტრუქტურას, არამედ ასევე აღწერს სამყაროს გაფართოების მიზეზებს და მრავალ სხვა ასპექტებსა და ფენომენებს.
დიდი აფეთქების თეორიის მოვლენათა ქრონოლოგია
დღევანდელი სამყაროს შესახებ ცნობებზე დაყრდნობით, მეცნიერები ვარაუდობენ რომ ყველაფერი უნდა დაწყებულიყო ერთადერთი წერტილიდან, რომელსაც გააჩნდა უსასრულო სიმკვრივე და სასრული დრო, რომლებმაც გაფართოება დაიწყეს. პირველადი გაფართოების შემდეგ, როგორც თეორია იუწყება, სამყარომ გაიარა გაციების ფაზა, რომელმაც სუბატომური ნაწილაკები და შემდეგ უკვე ატომები შობა. ამ უძველესი ელემენტების გიგანტური ღრუბლები გრავიტაციის დახმარებით ვარსკვლავებად და გალაქტიკებად წარმოიქმნენ.
ეს ყველაფერი, მეცნიერთა ვარაუდით, დაიწყო დაახლოებით 13,8 მილიარდი წლის წინ, ამიტომაც ეს საწყისი წერტილი სამყაროს ასაკად ითვლება. სხვადასხვა თეორიული პრინციპების გამოკვლევის, ნაწილაკების ამაჩქარებლებით შესრულებული ექსპერიმენტების და მაღალენერგეტიკული მდგომარეობებით, ასევე სამყაროს შორეული კუთხეების ასტრონომიული გამოკვლევების გზით, მეცნიერებმა შეადგინეს და წარმოადგინეს იმ მოვლენათა ქრონოლოგია, რომლებიც დიდი აფეთქების შემდეგ დაიწყო და მიიყვანა სამყარო კოსმოსური ევოლუციის იმ შედეგამდე, რომელიც ახლა არსებობს.
მეცნიერები თვლიან რომ სამყაროს გაჩენის ყველაზე ადრეული პერიოდები, რომლებიც დიდი აფეთქებიდან 10(-43 ხარისხში)–დან 10(-11 ხარისხში) წამამდე მიმდინარეობდა, დღემდე განსჯის საგნად ითვლება. ფიზიკის ის კანობები, რომლებიც დღეს ჩვენთვის ცნობილია, არ შეიძლებოდა არსებულიყო იმ დროს, რის გამოც ძნელია იმის გაგება, თუ რა გზით რეგულირდებოდა პროცესები ადრეულ სამყაროში. ამასთანავე, დღემდე არ ჩატარებულა ექსპერიმენტები, სადაც იმ შესაძლო ენერგიის სახეებს გამოიყენებდნენ. როგორც არ უნდა იყოს, სამყაროს შექმნის ბევრი თეორია თანხმდება იმაში, რომ დროის რაღაც პერიოდში არსებობდა ის საწყისი წერტილი, საიდანაც ყველაფერი დაიწყო.
სინგულარობის ეპოქა
სინგულარობის ეპოქა სამყაროს ევოლუციის ცნობილი პერიოდებიდან ყველაზე ადრეულად ითვლება. ამ დროს მთელი მატერია უსასრულო სიმკვრივისა და ტემპერატურის ერთადერთ წერტილში იყო თავმოყრილი. ამ პერიოდის დროს, როგორც მეცნიერები თვლიან, გრავიტაციული ზემოქმედების კვანტური ეფექტები ზემოქმედებდნენ ფიზიკურზე; და ფიზიკური ძალებიდან არცერთი არ უტოლდებოდა გრავიტაციის ძალას.
სინგულარობის ეპოქა სავარაუდოდ გრძელდებოდა 0-დან 10(-43 ხარისხში) წამამდე და ასეთად ამიტომ იწოდება, რომ მისი გაზომვა მხოლოდ სინგულარული დროით შეიძლება. ექსტრემალური ტემპერატურების და უსასრულო სიმკვრივის გამო სამყაროს მდგომარეობა დროის ამ პერიოდში იყო ძალზედ არასტაბილური. ამის შემდეგ მოხდა გაფართოების და გაციების პერიოდები, რომლებმაც მიგვიყვანეს ფიზიკის ფუნდამენტალური ძალების წარმოშობამდე. დაახლოებით 10(-43 ხარისხში)–დან 10(-36 ხარისხში) წამამდე პერიოდში სამყაროში მიმდინარეობდა გარდამავალი ტემპერატურების შეჯახების პროცესი. ითვლება რომ ზუსტად ამ მომენტში ფუნდამენტალურმა ძალებმა, რომლებიც დღევანდელ სამყაროს მართავენ, დაიწყეს ერთმანეთისგან გაყოფა. ამ გაყოფის პირველი ნაბიჯი გრავიტაციული ძალების, ძლიერი და სუსტი ატომური ურთიერთქმედებების და ელექტრომაგნიტიზმის გაჩენა გახდა. დიდი აფეთქების შემდგომ, 10(-36 ხარისხში–)დან 10(-32 ხარისხში) წამების პერიოდში სამყაროს ტემპერატურა საკმაოდ დაბალი აღმოჩნდა, რამაც განაპირობა ელექტრომაგნიტური ძალების გაყოფა (ძლიერი ურთიერთქმედება) და სუსტი ატომური უერთიერთქმედებები (სუსტი ურთიერთქმედება).
ინფლაციის ეპოქა
პირველი ფუნდამენტალური ძალების გაჩენასთან ერთად, სამყაროში დაიწყო ინფლაციის ეპოქა, რომელიც 10(-32 ხარისხში) წამი გრძელდებოდა. კოსმოლოგიური მოდელების უმეტესობა ვარაუდობს, რომ ამ პერიოდში სამყარო მაღალი სიმკვრივის ენერგიით თანაბრად იყო შევსებული, წარმოუდგენლად მაღალმა ტემპერატურამ და წნევამ კი მიიყვანეს ის ჩქარ გაფართოებამდე და გაციებამდე. ეს დაიწყო 10(-37 ხარისხში) წამზე, როდესაც გადასვლის ფაზას გეომეტრიული პროგრესიით სამყაროს გაფართოება მოჰყვა. დროის ამ პერიოდშივე სამყარო იმყოფებოდა ბარიოგენეზისის მდგომარეობაში, როდესაც ტეპერატურა იმდენად მაღალი იყო, რომ სივრცეში ნაწილაკების ქაოსური მოძრაობა თითქმის სინათლის სიჩქარით ხდებოდა. ამ დროს წარმოიქმნება და ამავდროულად, შეჯახებისას იშლება ნაწილაკების ჯგუფები – ანტინაწილაკები, რამაც, როგორც მიჩნეულია, თანამედროვე სამყაროში განაპირობა მატერიის დომინირება ანტიმატერიაზე. ინფლაციის დასრულების შემდეგ სამყარო შედგებოდა კვარკულ–გლუონური პლაზმისა და სხვა ელემენტარული ნაწილაკებისგან. ამ მომენტიდან სამყარომ გაციება, მატერიამ კი შექმნა და შეერთება დაიწყო.
გაციების ეპოქა
სიმკვრივისა და ტემპერატურის დაკლებასთან ერთად, სამყაროს შიგნით ასევე ნაწილაკებში ენერგიის დაკლება დაიწყო. ეს გარდამავალი მდგომარეობა გრძელდებოდა იქამდე, სანამ ფუნდამენტალური ძალები და ელემენტარული ნაწილაკები არ მივიდნენ მათ დღევანდელ ფორმამდე. რადგანაც ნაწილაკების ენერგია იმ ნიშნულებამდე დაიკლო, რომლების მიღწევაც დღეს ექსპერიმენტის სახით შეგვიძლია, ამ პერიოდის შესაძლო არსებობა მეცნიერების მხრიდან ნაკლებ კითხვებს ბადებს.
მაგალითად, მეცნიერები თვლიან რომ დიდი აფეთქებიდან 10(-11 ხარისხში) წამზე ნაწილაკების ენერგიამ საგრძნობლად იკლო. დაახლოებით 10(-6 ხარისხში) წამზე კვარკებმა და გლუონებმა დაიწყეს ბარიონების – პროტონების და ნეიტრონების წარმოშობა.
რადგანაც ტემპერატურა უკვე არასაკმარისად მაღალი იყო ახალი პროტონურ–ანტიპროტონური ორთქლის (ან ნეიტრონულ–ანტინეიტრონული ორთქლის) შესაქმნელად, ამას მოჰყვა ამ ნაწილაკების მასიური განადგურება, რამაც მიიყვანა მხოლოდ თავდაპირველი პროტონების და ნეიტრონების 1/1010–ის დარჩენამდე და მათი ანტინაწილაკების გაუჩინარებამდე. ანალოგიური პროცესი მოხდა დიდი აფეთქებიდან დაახლოებით 1 წამში. მხოლოდ „მსხვერპლები“ ამჯერად ელექტრონები და პოზიტრონები გახდნენ. მასიური განადგურების შემდეგ, დარჩენილმა პროტონებმა, ნეიტრონებმა და ელექტრონებმა შეწყვიტეს ქაოსური მოძრაობა, სამყაროს ენერგეტიკული სიმკვრივე კი ფოტონებმა და უფრო ნაკლებად, ნეიტრინომ შეავსო.
სამყაროს გაფართოების პირველ წუთებში დაიწყო ნუკლეოსინთეზის პერიოდი (ქიმიური ელემენტების სინთეზი). 1 მილიარდ კელვინამდე ტემპერატურის ვარდნის და ენერგიის სიმკვრივის დაახლოებით ჰაერის სიმკვრივის ექვივალენტურ ნიშნულებამდე დაკლებით, ნეიტრონებმა და პროტონებმა დაიწყეს შერევა და პირველი სტაბილური წყალბადის იზოტოპის (დეიტერიუმის) და ასევე ჰელიუმის ატომების შექმნა.
დაახლოებით 379 000 წლის შემდეგ ელექტრონები გაერთიანდნენ ამ წყალბადის ბირთვებთან და წარმოქმნეს ატომები იმ დროს, როდესაც რადიაცია გამოეყო მატერიას და პრაქტიკულად შეფერხებების გარეშე დაიწყო სივრცის გავლით გაფართოება. ამ რადიაციას რელიქტურ გამოსხივებას უწოდებენ და ის სამყაროს უძველეს სინათლის წყაროს წარმოადგენს.
რელიქტური გამოსხივება ყველა მიმართულებით და 13,8 მილიარდი სინათლის წელიწადის სიჩქარით ვრცელდება, თუმცა მისი ფაქტიური გავრცელების შეფასება ამბობს, რომ მას სამყაროს ცენტრიდან 46 მილიონი სინათლის წელიწადის სიჩქარე აქვს.
სტრუქტურის ეპოქა (იერარქიული ეპოქა)
შემდგომი რამდენიმე მილიარდი წლის განმავლობაში უფრო მკვრივმა რეგიონებმა, რომლებიც თითქმის სწორადაა გადანაწილებული სამყაროს მატერიაში, დაიწყეს ერთმანეთისკენ მიზიდვა. ამის შედეგად ისინი უფრო მკვრივები გახდნენ და იმ გაზის ღრუბლების, ვარსკვლავების, გალაქტიკების და სხვა ასტრონომიული ტრუქტურების წარმოქმნა დაიწყს, რომელთა დანახვაც ჩვენ დღეს შეგვიძლია. ეს პერიოდი ატარებს იერარქიული ეპოქის სახელს. ამ დროს იმ სამყარომ, რომელსაც დღეს ვხედავთ, დაიწყო საკუთარი ფორმის შექმნა. მატერიამ დაიწყო სხვადასხვა ზომის სტრუქტურებად გაერთიანება – ვარსკვლავების სპლანეტებსი, გალაქტიკების. გალაქტიკური გროვების, ასევე გალაქტიკური ზეგროვების, რომლებიც გალაქტიკათაშორისი ბარებითაა გამოყოფილი და მხოლოდ რამდენიმე გალაქტიკას შეიცავენ.