De grootsheid en diversiteit van de omringende wereld kan elke verbeelding verbazen. Alle objecten en objecten die een persoon omringen, andere mensen, verschillende soorten planten en dieren, deeltjes die alleen met een microscoop kunnen worden gezien, evenals onbegrijpelijke sterrenhopen: ze zijn allemaal verenigd door het concept van "Universum".
Theorieën over de oorsprong van het heelal zijn lange tijd door de mens ontwikkeld. Ondanks de afwezigheid van zelfs het oorspronkelijke concept van religie of wetenschap, rezen in de nieuwsgierige geesten van oude mensen vragen over de principes van de wereldorde en over de positie van een persoon in de ruimte die hem omringt. Het is moeilijk te tellen hoeveel theorieën over de oorsprong van het heelal er tegenwoordig zijn, sommige worden bestudeerd door vooraanstaande wereldberoemde wetenschappers, andere zijn ronduit fantastisch.
Kosmologie en haar onderwerp
Modernkosmologie - de wetenschap van de structuur en ontwikkeling van het heelal - beschouwt de vraag naar zijn oorsprong als een van de meest interessante en nog onvoldoende bestudeerde mysteries. De aard van de processen die hebben bijgedragen aan de opkomst van sterren, sterrenstelsels, zonnestelsels en planeten, hun ontwikkeling, de bron van de opkomst van het heelal, evenals de grootte en grenzen ervan: dit is allemaal slechts een korte lijst van bestudeerde kwesties door moderne wetenschappers.
De zoektocht naar antwoorden op het fundamentele raadsel over de vorming van de wereld heeft ertoe geleid dat er tegenwoordig verschillende theorieën zijn over de oorsprong, het bestaan en de ontwikkeling van het heelal. De opwinding van specialisten die op zoek zijn naar antwoorden, hypothesen opstellen en testen is gerechtvaardigd, omdat een betrouwbare theorie over de geboorte van het heelal aan de hele mensheid de waarschijnlijkheid van het bestaan van leven in andere systemen en planeten zal onthullen.
Theorieën over de oorsprong van het heelal hebben het karakter van wetenschappelijke concepten, individuele hypothesen, religieuze leringen, filosofische ideeën en mythen. Ze zijn allemaal voorwaardelijk onderverdeeld in twee hoofdcategorieën:
- Theorieën volgens welke het heelal door de schepper is geschapen. Met andere woorden, hun essentie is dat het proces van het creëren van het Universum een bewuste en vergeestelijkte actie was, een manifestatie van de wil van een hogere geest.
- Theorieën over de oorsprong van het heelal, gebaseerd op wetenschappelijke factoren. Hun postulaten verwerpen categorisch zowel het bestaan van een schepper als de mogelijkheid van een bewuste schepping van de wereld. Dergelijke hypothesen zijn vaak gebaseerd op wat het principe van middelmatigheid wordt genoemd. Ze gaan uit van de mogelijkheid vanleven niet alleen op onze planeet, maar ook op anderen.
Creationisme - de theorie van de schepping van de wereld door de Schepper
Zoals de naam al aangeeft, is creationisme de religieuze theorie over de oorsprong van het universum. Dit wereldbeeld is gebaseerd op het concept van de schepping van het universum, de planeet en de mens door God of de Schepper.
Het idee was lange tijd dominant, tot het einde van de 19e eeuw, toen het proces van het vergaren van kennis op verschillende wetenschapsgebieden (biologie, astronomie, natuurkunde) versnelde en de evolutietheorie wijdverbreid werd. Creationisme is een soort reactie geworden van christenen die vasthouden aan conservatieve opvattingen over de ontdekkingen die worden gedaan. Het dominante idee van evolutionaire ontwikkeling in die tijd versterkte alleen maar de tegenstellingen die bestonden tussen religieuze en andere theorieën.
Wat is het verschil tussen wetenschappelijke en religieuze theorieën
De belangrijkste verschillen tussen de theorieën van verschillende categorieën liggen voornamelijk in de termen die door hun aanhangers worden gebruikt. Dus in wetenschappelijke hypothesen, in plaats van de schepper - de natuur, en in plaats van de schepping - oorsprong. Daarnaast zijn er problemen die op dezelfde manier worden gedekt door verschillende theorieën of zelfs volledig worden gedupliceerd.
Theorieën over de oorsprong van het heelal, die tot tegenovergestelde categorieën behoren, dateren het uiterlijk ervan op verschillende manieren. Volgens de meest voorkomende hypothese (de oerkn altheorie) werd het heelal bijvoorbeeld ongeveer 13 miljard jaar geleden gevormd.
De religieuze theorie over de oorsprong van het universum geeft daarentegen totaal andere getallen:
- Volgens Christianbronnen, de leeftijd van het door God geschapen universum ten tijde van de geboorte van Jezus Christus was 3483-6984 jaar.
- Het hindoeïsme suggereert dat onze wereld ongeveer 155 biljoen jaar oud is.
Kant en zijn kosmologisch model
Tot de 20e eeuw waren de meeste wetenschappers van mening dat het universum oneindig was. Deze kwaliteit kenmerkten zij tijd en ruimte. Bovendien was het heelal naar hun mening statisch en uniform.
Het idee van de oneindigheid van het heelal in de ruimte werd naar voren gebracht door Isaac Newton. De ontwikkeling van deze veronderstelling werd uitgevoerd door Emmanuel Kant, die de theorie ontwikkelde dat er ook geen tijdslimieten zijn. Verder gaand, in theoretische veronderstellingen, breidde Kant de oneindigheid van het universum uit tot het aantal mogelijke biologische producten. Dit postulaat betekende dat er in de omstandigheden van de oude en uitgestrekte wereld, zonder einde en begin, een ontelbaar aantal mogelijke opties kan zijn, waardoor het uiterlijk van elke biologische soort echt is.
Gebaseerd op deze theorie over de mogelijke oorsprong van levensvormen, werd de theorie van Darwin later ontwikkeld. Waarnemingen van de sterrenhemel en de resultaten van berekeningen van astronomen bevestigden Kants kosmologische model.
Einsteins gedachten
Aan het begin van de 20e eeuw publiceerde Albert Einstein zijn eigen model van het universum. Volgens zijn relativiteitstheorie vinden er tegelijkertijd in het heelal twee tegengestelde processen plaats: uitdijing en samentrekking. Echter, hijwas het eens met de mening van de meeste wetenschappers over de stationariteit van het heelal, dus introduceerde hij het concept van de kosmische afstotende kracht. De impact ervan is bedoeld om de aantrekkingskracht van de sterren in evenwicht te brengen en het bewegingsproces van alle hemellichamen te stoppen om de statische aard van het heelal te behouden.
Het model van het heelal heeft - volgens Einstein - een bepaalde grootte, maar er zijn geen grenzen. Een dergelijke combinatie is alleen mogelijk als de ruimte op dezelfde manier gekromd is als in een bol.
De kenmerken van de ruimte van zo'n model zijn:
- Driedimensionaal.
- Zelfsluitend.
- Homogeniteit (gebrek aan centrum en rand), waarin sterrenstelsels gelijkmatig zijn verdeeld.
A. A. Friedman: Het heelal breidt uit
De schepper van het revolutionaire uitdijende model van het heelal, A. A. Fridman (USSR), bouwde zijn theorie op basis van de vergelijkingen die kenmerkend zijn voor de algemene relativiteitstheorie. Toegegeven, de algemeen aanvaarde mening in de wetenschappelijke wereld van die tijd was de statische aard van onze wereld, dus er werd niet voldoende aandacht besteed aan zijn werk.
Een paar jaar later deed astronoom Edwin Hubble een ontdekking die de ideeën van Friedman bevestigde. De verwijdering van sterrenstelsels van de nabijgelegen Melkweg is ontdekt. Tegelijkertijd is het onweerlegbaar geworden dat de snelheid van hun beweging evenredig is met de afstand tussen hen en onze melkweg.
Deze ontdekking verklaart de constante "terugtrekking" van sterren en sterrenstelsels ten opzichte van elkaar, wat leidt tot de conclusie overuitdijing van het heelal.
Eindelijk werden de conclusies van Friedman erkend door Einstein, later noemde hij de verdiensten van de Sovjetwetenschapper als grondlegger van de hypothese van de uitdijing van het heelal.
Er kan niet worden gezegd dat er tegenstrijdigheden zijn tussen deze theorie en de algemene relativiteitstheorie, maar met de uitdijing van het heelal moet er een eerste impuls zijn geweest die de verstrooiing van sterren veroorzaakte. Naar analogie met de explosie werd het idee de "Big Bang" genoemd.
Stephen Hawking en het antropische principe
Het resultaat van de berekeningen en ontdekkingen van Stephen Hawking was de antropocentrische theorie over de oorsprong van het heelal. De maker beweert dat het bestaan van een planeet die zo goed is voorbereid op het menselijk leven, geen toeval kan zijn.
Stephen Hawking's theorie over het ontstaan van het heelal voorziet ook in de geleidelijke verdamping van zwarte gaten, hun energieverlies en de emissie van Hawking-straling.
Als resultaat van het zoeken naar bewijs werden meer dan 40 kenmerken geïdentificeerd en geverifieerd, waarvan de naleving noodzakelijk is voor de ontwikkeling van de beschaving. De Amerikaanse astrofysicus Hugh Ross schatte de kans op zo'n onbedoeld toeval in. Het resultaat was het nummer 10-53.
Ons universum omvat een biljoen sterrenstelsels, elk 100 miljard sterren. Volgens berekeningen van wetenschappers zou het totale aantal planeten 1020 moeten zijn. Dit cijfer is 33 ordes van grootte kleiner dan de eerder berekende. Daarom kan geen van de planeten in alle sterrenstelsels omstandigheden combineren die geschikt zouden zijn voor spontane vorming.leven.
De oerkn altheorie: het ontstaan van het heelal uit een verwaarloosbaar deeltje
Wetenschappers die de oerkn altheorie ondersteunen, delen de hypothese dat het universum het resultaat is van een oerknal. Het belangrijkste postulaat van de theorie is de bewering dat vóór deze gebeurtenis alle elementen van het huidige heelal waren ingesloten in een deeltje met microscopisch kleine afmetingen. Terwijl ze erin zaten, werden de elementen gekenmerkt door een unieke toestand waarin indicatoren zoals temperatuur, dichtheid en druk niet konden worden gemeten. Ze zijn eindeloos. Materie en energie in deze toestand worden niet beïnvloed door de wetten van de natuurkunde.
De oorzaak van de explosie, die 15 miljard jaar geleden plaatsvond, wordt de instabiliteit genoemd die in het deeltje ontstond. Verspreide kleine elementen markeerden het begin van de wereld die we vandaag kennen.
In het begin was het heelal een nevel gevormd door kleine deeltjes (kleiner dan een atoom). Toen ze gecombineerd werden, vormden ze atomen, die als basis dienden voor stellaire sterrenstelsels. Het beantwoorden van vragen over wat er vóór de explosie gebeurde en wat de explosie veroorzaakte, zijn de belangrijkste taken van deze theorie over de oorsprong van het heelal.
De tabel geeft schematisch de stadia weer van de vorming van het heelal na de oerknal.
| De staat van het heelal | Tijdlijn | Verwachte temperatuur |
| Uitbreiding (inflatie) | Van 10-45to10-37 seconden | Meer1026K |
| Quarks en elektronen verschijnen | 10-6 c | Meer dan 1013 K |
| Protonen en neutronen worden gevormd | 10-5 c | 1012K |
| Helium-, deuterium- en lithiumkernen worden gevormd | Vanaf 10-4 van tot 3 min | Van 1011 tot 109 K |
| Atomen gevormd | 400 duizend jaar | 4000 K |
| Gaswolk blijft groeien | 15 miljoen jaar | 300 K |
| De eerste sterren en sterrenstelsels worden geboren | 1 miljard jaar | 20 K |
| Explosies van sterren veroorzaken de vorming van zware kernen | 3 miljard jaar | 10 K |
| Het proces van geboorte van sterren stopt | 10-15 miljard jaar | 3 K |
| Energie van alle sterren is uitgeput | 1014 jaar | 10-2 K |
| Zwarte gaten raken uitgeput en elementaire deeltjes worden geboren | 1040 jaar | -20 K |
| Verdamping van alle zwarte gaten stopt | 10100 jaar | Van 10-60 tot 10-40 K |
Zoals uit de bovenstaande gegevens volgt, blijft het heelal uitdijen en afkoelen.
De constante toename van de afstand tussen sterrenstelsels is het belangrijkste postulaat: wat de oerkn altheorie onderscheidt. Het ontstaan van het heelal op deze manier kan worden bevestigd door het gevonden bewijs. Er zijn ook redenen omontkenningen.
Problematiek van de theorie
Gezien het feit dat de oerkn altheorie niet in de praktijk is bewezen, is het niet verwonderlijk dat er verschillende vragen zijn die het niet kan beantwoorden:
-
Singulariteit. Dit woord geeft de toestand van het universum aan, gecomprimeerd tot een enkel punt. Het probleem van de oerkn altheorie is de onmogelijkheid om de processen die in een dergelijke toestand in materie en ruimte plaatsvinden te beschrijven. De algemene relativiteitswet is hier niet van toepassing, dus het is onmogelijk om een wiskundige beschrijving en vergelijkingen voor modellering te maken.
De fundamentele onmogelijkheid om een antwoord te krijgen op de vraag over de begintoestand van het heelal brengt de theorie in diskrediet het allereerste begin. Haar non-fictie-exposities hebben de neiging om deze complexiteit te verdoezelen of slechts terloops te vermelden. Voor wetenschappers die werken aan het leggen van een wiskundige basis voor de oerkn altheorie, wordt deze moeilijkheid echter erkend als een groot obstakel.
- astronomie. In dit gebied wordt de oerkn altheorie geconfronteerd met het feit dat ze het proces van het ontstaan van sterrenstelsels niet kan beschrijven. Op basis van moderne versies van theorieën is het mogelijk te voorspellen hoe een homogene gaswolk eruitziet. Tegelijkertijd zou de dichtheid nu ongeveer één atoom per kubieke meter moeten zijn. Om iets meer te krijgen, kan men niet doen zonder de begintoestand van het heelal aan te passen. Het gebrek aan informatie en praktische ervaring op dit gebied wordt een serieuze belemmering voor verdere modellering.
Er is ook een discrepantie in termen van berekendde massa van onze melkweg en de gegevens die zijn verkregen door het bestuderen van de snelheid van zijn aantrekking tot de Andromeda-melkweg. Blijkbaar is het gewicht van onze melkweg tien keer groter dan eerder werd gedacht.
Kosmologie en kwantumfysica
Vandaag de dag zijn er geen kosmologische theorieën die niet gebaseerd zouden zijn op de kwantummechanica. Het gaat immers om de beschrijving van het gedrag van atomaire en subatomaire deeltjes. Het verschil tussen kwantumfysica en klassieke fysica (uitgelegd door Newton) is dat de laatste materiële objecten waarneemt en beschrijft, terwijl de eerste een uitsluitend wiskundige beschrijving van de waarneming en meting zelf veronderstelt. Voor de kwantumfysica zijn materiële waarden niet het onderwerp van onderzoek, hier is de waarnemer zelf een onderdeel van de bestudeerde situatie.
Op basis van deze kenmerken heeft de kwantummechanica moeite om het heelal te beschrijven, omdat de waarnemer deel uitmaakt van het heelal. Over de opkomst van het universum gesproken, het is echter onmogelijk om buitenstaanders voor te stellen. Pogingen om een model te ontwikkelen zonder de deelname van een externe waarnemer werden bekroond met de kwantumtheorie van de oorsprong van het heelal door J. Wheeler.
De essentie is dat er op elk moment van de tijd een splitsing van het universum is en de vorming van een oneindig aantal kopieën. Als resultaat kan elk van de parallelle universums worden waargenomen en kunnen waarnemers alle kwantum alternatieven zien. Tegelijkertijd zijn de originele en nieuwe werelden echt.
Inflatiepatroon
De belangrijkste taak die de inflatietheorie moet oplossen, wordtzoeken naar antwoorden op vragen die onontgonnen zijn door de oerkn altheorie en de expansietheorie. Namelijk:
- Waarom dijt het heelal uit?
- Wat is de oerknal?
Hiervoor voorziet de inflatoire theorie van de oorsprong van het heelal in de extrapolatie van de uitdijing naar het nulpunt in de tijd, de conclusie van de gehele massa van het heelal op een bepaald punt en de vorming van een kosmologische singulariteit, die vaak de oerknal wordt genoemd.
Het is duidelijk dat de algemene relativiteitstheorie irrelevant is, die op dit moment niet kan worden toegepast. Als gevolg hiervan kunnen alleen theoretische methoden, berekeningen en deducties worden toegepast om een meer algemene theorie (of "nieuwe fysica") te ontwikkelen en het probleem van de kosmologische singulariteit op te lossen.
Nieuwe alternatieve theorieën
Ondanks het succes van het kosmische inflatiemodel, zijn er wetenschappers die zich ertegen verzetten en het onhoudbaar noemen. Hun belangrijkste argument is kritiek op de door de theorie voorgestelde oplossingen. Tegenstanders beweren dat de resulterende oplossingen enkele details laten ontbreken, met andere woorden, in plaats van het probleem van initiële waarden op te lossen, de theorie ze alleen vakkundig afdekt.
Alternatief zijn verschillende exotische theorieën, waarvan het idee is gebaseerd op de vorming van initiële waarden vóór de oerknal. Nieuwe theorieën over het ontstaan van het heelal kunnen als volgt kort worden beschreven:
- Snaartheorie. Zijn aanhangers stellen voor, naast de gebruikelijke vier dimensies van ruimte en tijd, extra dimensies in te voeren. Ze kunnen een rol spelenvroege stadia van het heelal, en zich momenteel in een compacte toestand bevinden. Als antwoord op de vraag naar de reden voor hun compactering, bieden wetenschappers een antwoord door te zeggen dat de eigenschap van superstrings T-dualiteit is. Daarom worden de snaren "opgewikkeld" op extra afmetingen en is hun grootte beperkt.
- Bran theorie. Het wordt ook wel M-theorie genoemd. In overeenstemming met zijn postulaten, is er aan het begin van de vorming van het heelal een koude statische vijfdimensionale ruimte-tijd. Vier van hen (ruimtelijk) hebben beperkingen, of muren - drie branen. Onze ruimte is een van de muren en de tweede is verborgen. De derde drie-braan bevindt zich in de vierdimensionale ruimte en wordt begrensd door twee grensbranen. De theorie gaat ervan uit dat een derde braan in botsing komt met de onze en een grote hoeveelheid energie vrijgeeft. Het zijn deze omstandigheden die gunstig worden voor het ontstaan van een oerknal.
Cyclische theorieën ontkennen het unieke karakter van de oerknal en beweren dat het universum van de ene toestand naar de andere gaat. Het probleem met dergelijke theorieën is de toename van entropie, volgens de tweede wet van de thermodynamica. Daardoor was de duur van de voorgaande cycli korter en was de temperatuur van de stof beduidend hoger dan tijdens de oerknal. De kans dat dit gebeurt is extreem klein
Hoeveel theorieën er ook zijn over de oorsprong van het universum, slechts twee ervan hebben de tand des tijds doorstaan en het probleem van de steeds toenemende entropie overwonnen. Ze zijn ontwikkeld door wetenschappers Steinhardt-Turok en Baum-Frampton.
Deze relatief nieuwe theorieën over de oorsprong van het universum werden in de jaren 80 van de vorige eeuw naar voren gebracht. Ze hebben veel volgers die op basis daarvan modellen ontwikkelen, op zoek gaan naar bewijs van validiteit en werken om inconsistenties op te lossen.
Snaartheorie
Een van de meest populaire theorieën over de oorsprong van het universum is de snaartheorie. Voordat we verder gaan met de beschrijving van haar idee, is het noodzakelijk om de concepten van een van de naaste concurrenten, het standaardmodel, te begrijpen. Het gaat ervan uit dat materie en interacties kunnen worden beschreven als een bepaalde verzameling deeltjes, verdeeld in verschillende groepen:
- Quarks.
- Leptons.
- Bosonen.
Deze deeltjes zijn in feite de bouwstenen van het universum, omdat ze zo klein zijn dat ze niet in componenten kunnen worden verdeeld.
Een onderscheidend kenmerk van de snaartheorie is de bewering dat dergelijke stenen geen deeltjes zijn, maar ultramicroscopische snaren die trillen. Tegelijkertijd, oscillerend op verschillende frequenties, worden de snaren analogen van verschillende deeltjes beschreven in het standaardmodel.
Om de theorie te begrijpen, moet men zich realiseren dat snaren geen materie zijn, maar energie. Daarom concludeert de snaartheorie dat alle elementen van het universum uit energie bestaan.
Vuur is een goede analogie. Als je ernaar kijkt, krijg je de indruk van zijn materialiteit, maar het kan niet worden aangeraakt.
Kosmologie voor schoolkinderen
Theorieën over de oorsprong van het heelal worden kort bestudeerd op scholen tijdens astronomielessen. Voor studentenbeschrijf de belangrijkste theorieën over hoe onze wereld is gevormd, wat er nu mee gebeurt en hoe deze zich in de toekomst zal ontwikkelen.
Het doel van de lessen is om kinderen vertrouwd te maken met de aard van de vorming van elementaire deeltjes, chemische elementen en hemellichamen. Theorieën over het ontstaan van het heelal voor kinderen worden gereduceerd tot een presentatie van de oerkn altheorie. Docenten gebruiken beeldmateriaal: dia's, tabellen, posters, illustraties. Hun belangrijkste taak is om de interesse van kinderen voor de wereld om hen heen te wekken.
