«Қызыққұмар балалар» - барлық жастағы балаларға арналған серия. Егер сізде сарапшының жауабын алғыңыз келетін сұрағыңыз болса, оны curiouskidsus@theconversation.com мекенжайына жіберіңіз.
Егер Әлем шексіз болса, ол неге кеңейіп жатыр? – Маел, 10 жаста, Миссула, Монтана
Нан немесе кекс пісірген кезде, қамырды табаға саласыз. Пеште піскен кезде қамыр кеңейіп, табаны толтырады. Кекс қамырындағы шоколадты үгінділер немесе көкжидек қамыр кеңейген сайын бір-бірінен алшақтайды.
Әлемнің кеңеюі кейбір жағынан ұқсас. Бірақ бұл ұқсастық бір жағынан кемшілікті: қамыр пісіру табағына жайылса, әлемнің кеңейетін ештеңесі жоқ. Ол жай ғана өзіне кеңейеді.
Бұл жұмбақ сияқты көрінуі мүмкін, бірақ ғалам – ғаламның ішіндегінің бәрі. Кеңейіп келе жатқан ғаламда қуыру табасы жоқ. Тек қамыр ғана бар. Қуыру табасы болғанның өзінде, ол ғаламның бір бөлігі болар еді және сондықтан қуыру табасымен бірге кеңейер еді.
Тіпті көптеген жылдар бойы ғаламды зерттеп келе жатқан физика және астрономия профессоры ретінде маған да бұл идеяларды түсіну қиын. Күнделікті өмірде мұндай нәрсе кездеспейді. Бұл Солтүстік полюстің солтүстігінде қай бағыт бар екенін сұраумен бірдей.
Әлемнің кеңеюін тұжырымдаудың тағы бір жолы - біздің галактикамыздан, яғни Құс жолынан алыстап бара жатқан басқа галактикаларды елестету. Ғалымдар әлемнің кеңейіп жатқанын біледі, себебі олар басқа галактикалардың біздікінен алыстап бара жатқанын бақылай алады. Олар кеңеюді басқа галактикалардың бізден алыстап бара жатқан жылдамдығын пайдаланып анықтайды. Бұл анықтама оларға кеңеюді бір нәрсеге кеңеймей-ақ елестету мүмкіндігін береді.
Кеңейіп келе жатқан Әлем
Әлем 13,8 миллиард жыл бұрын Үлкен жарылыс кезінде пайда болды. Үлкен жарылыс теориясы әлемнің пайда болуын өте тығыз, ыстық сингулярлық ретінде сипаттайды. Бұл кішкентай нүкте кенеттен инфляция деп аталатын жылдам кеңеюге ұшырады, бұл әлемнің барлық жерлерінің сыртқа кеңеюіне әкелді. Бірақ «Үлкен жарылыс» атауы жаңылыстырады. Бұл атауынан көрініп тұрғандай алып жарылыс емес, әлемнің тез кеңейіп келе жатқан кезеңі болды.
Содан кейін ғалам тез конденсацияланып, суып, материя мен жарықты жарата бастады. Ақырында, ол бүгінде біз білетін ғаламға айналды.
Біздің Әлем статикалық емес және кеңейе немесе жиырыла алады деген идеяны алғаш рет физик Александр Фридман 1922 жылы жариялаған. Ол Әлемнің кеңейіп жатқанын математикалық тұрғыдан растады.
Фридман Әлемнің кеңейіп жатқанын дәлелдегенімен, кем дегенде кейбір жерлерде, кеңею жылдамдығын одан әрі зерттеген Эдвин Хаббл болды. Басқа да көптеген ғалымдар басқа галактикалардың Құс жолынан алыстап бара жатқанын растады, бірақ 1929 жылы Хаббл өзінің әйгілі мақаласын жариялады, онда бүкіл Әлем кеңейіп жатқаны және бұл кеңею жылдамдығының артып келе жатқаны расталды.
Бұл жаңалық астрофизиктерді әлі де таң қалдыруда. Әлемнің оны біріктіріп тұрған тартылыс күшін жеңіп, бір мезгілде кеңеюіне, Әлемдегі нысандарды бір-біріне тартуына қандай құбылыс мүмкіндік береді? Оның үстіне, оның кеңею жылдамдығы уақыт өте келе артып келеді.
Көптеген ғалымдар Үлкен жарылыстан бері Әлемнің кеңеюінің қалай жылдамдағанын сипаттау үшін кеңею конусы деп аталатын визуалды кескінді пайдаланады. Кең жиегі бар терең конусты елестетіп көріңіз. Конустың сол жағы - тар ұшы - Әлемнің басталуын білдіреді. Оңға қарай жылжыған кезде уақыт бойынша алға жылжисыз. Конустың кеңеюі Әлемнің кеңеюін білдіреді.
Кеңею құйыны Әлемнің кеңею жылдамдығының уақыт өте келе қалай артқанын анық көрсетеді. Құйынның сол жағында Үлкен жарылыс көрсетілген, содан бері Әлем жылдамырақ және жылдамырақ кеңейіп келеді. NASA
Ғалымдар әлі күнге дейін бұл жеделдетілген кеңеюді қозғайтын энергия көзін тікелей өлшеген жоқ. Олар оны анықтай немесе өлшей алмады. Олар бұл энергия түрін көре немесе тікелей өлшей алмайтындықтан, оны қараңғы энергия деп атайды.
Зерттеушілердің модельдеріне сәйкес, қараңғы энергия Әлемдегі ең көп таралған энергия түрі болуы керек, ол Әлемнің барлық энергиясының шамамен 681 ТП3Т құрайды. Жерді, Күнді және біз көріп отырғанның бәрін құрайтын кәдімгі материядан алынған энергия барлық энергияның тек 51 ТП3Т құрайды.
Кеңейту воронкасынан тыс
Сонымен, кеңейту воронкасының сыртында не бар?
Ғалымдардың белгілі ғаламнан тыс ештеңенің бар екеніне ешқандай дәлел жоқ. Дегенмен, кейбіреулер бірнеше ғаламның болуы мүмкін деп болжайды. Бірнеше ғаламды қамтитын модель ғалымдардың біздің ғаламның қолданыстағы модельдеріне қатысты кейбір мәселелерін шеше алады.
Қазіргі физикадағы негізгі мәселелердің бірі - зерттеушілер физиканың өте кіші масштабтарда қалай жұмыс істейтінін сипаттайтын кванттық механика мен физиканы үлкен масштабтарда басқаратын гравитацияны біріктіре алмайды.
Материяның кішігірім масштабтағы мінез-құлық ережелері ықтималдыққа және квантталған немесе бекітілген энергия мөлшеріне байланысты. Бұл масштабта нысандар пайда болып, жоғалып кетуі мүмкін. Материя толқын сияқты әрекет ете алады. Кванттық әлем біздің әлемді қалай көретінімізден мүлдем өзгеше.
Физиктер классикалық механика деп атайтын үлкен масштабтарда нысандар күнделікті өмірде біз күткендей әрекет етеді. Нысандар квантталмайды және үздіксіз энергия мөлшеріне ие бола алады. Нысандар із қалдырмай пайда болмайды немесе жоғалып кетпейді.
Кванттық әлем жарық қосқышы сияқты әрекет етеді, мұнда энергияның тек екі режимі бар: қосулы және өшірулі. Біз көріп, өзара әрекеттесетін әлем бізге энергия деңгейін реттеуге мүмкіндік беретін күңгірттеу қосқышы сияқты әрекет етеді.
Дегенмен, зерттеушілер гравитацияны кванттық деңгейде зерттеуге тырысқанда қиындықтарға тап болады. Шағын масштабта физиктер гравитация квантталған деп болжауға мәжбүр болады. Бірақ олардың көпшілігі жүргізген зерттеулер бұл идеяны қолдамайды.
Құс жолы галактикасының артында шексіз кеңейіп келе жатқан ғалам жатыр. DECaPS2/DOE/FNAL/DECam/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA, М. Замани және Д. де Мартин AP арқылы
Бұл теориялардың бірге жұмыс істеуінің бір жолы - көпғаламшар теориясы. Қазіргі ғаламнан тысқары тартылыс күші мен кванттық әлемнің өзара әрекеттесуін түсіндіретін көптеген теориялар бар. Жетекші теорияларға ішек теориясы, тізбекті космология, ілмек кванттық теориясы және басқа да көптеген теориялар жатады.
Дегенмен, Әлем кеңейе береді, ал Құс жолы мен басқа да көптеген галактикалар арасындағы қашықтық уақыт өте келе артады.
Сәлеметсіздер ме, қызығушылық танытатын балалар! Сарапшының жауабын алғыңыз келетін сұрағыңыз бар ма? Ересек адамнан сұрағыңызды CuriousKidsUS@theconversation.com мекенжайына жіберуін сұраңыз. Аты-жөніңізді, жасыңызды және қалаңызды көрсетіңіз.
Қызығушылық жас шектеуін білмейтіндіктен, ересектер, сізді не қызықтыратынын айтыңыздаршы. Біз барлық сұрақтарға жауап бере алмаймыз, бірақ қолдан келгеннің бәрін жасаймыз.
Бұл мақала күрделі әлемде сізге көмектесу үшін фактілер мен сенімді талдаулар ұсынатын коммерциялық емес, тәуелсіз жаңалықтар агенттігі The Conversation басылымынан қайта жарияланды. Авторы: Николь Грануччи, Квиннипиак университеті.
Толығырақ оқыңыз:
-
Ғарыш неден тұрады? Астрофизика маманы ғарыш вакуумында болатын барлық компоненттерді — радиациядан бастап қараңғы материяға дейін — түсіндіреді.
-
Кеңістік біте ме, әлде шексіз созыла ма?
-
Күн жүйесінен тыс планеталар бар ма?
Николь Грануччи осы мақаладан пайда көретін кез келген компанияда немесе ұйымда жұмыс істемейді, кеңес бермейді, акцияларына иелік етпейді немесе қаржыландыру алмайды және өзінің академиялық лауазымынан басқа ешқандай тиісті байланыстары туралы хабарламаған.