Visums
"Visā visumā Visums ir viss." /"Instrumenti"/
Vispārēji pieņemtais šī termina traktējums apzīmē visu materiālās pasaules objektu un matēriju formu kopumu.
Tomēr pēdējā laikā Visuma nozīme ir konkretizēta un tagad ar to saprot to pasaules daļu, kas pieejama mūsu izziņai ar šī brīža izziņas iespējām.
Tieši tā tas noticis vēsturiski. Līdz XVIII gs. kosmoloģiskais Visums bija tikai saules sistēmas robežās, jo par tālāko zvaigžņu telpu cilvēkam priekšstata nebija. XX gs. sākumā mūsu izziņas iespējas Visumu palielināja līdz pat Galaktikas izmēriem, bet tagad - pat līdz Metagalaktikai.
Pamatojoties uz Vispārīgo relativitātes teoriju A.Einšteins 1917.gadā izvirzīja jaunu Visuma modeli.
Visums sentautu uzskatos. Budisti un bonas reliģijas piekritēji uzskata, ka Visumu radījis ar savu kliedzienu Brāmas mistiskais putns - zoss-gulbis Hamss.
Visuma izpēte. 1872.gadā austriešu fiziķis L.Bolcmanis saistīja fizikālo sistēmu entropiju ar tās termodinamisko varbūtību. Izmantojot šo sakarību, pierādījis 2.termodinamikas likuma statistisko raksturu un zinātniski atspēkojis Visuma siltumnāves hipotēzi.
Zinātnieki ieskatījušies Visumā vairāk kā 6 miljardus gaismas gadu tālumā.
Visuma vecums. 13,7 miljardi gadu, tagad sāk domāt, ka 15,7 miljardi.
Aptuveni 10 miljardu gadu atpakaļ Visumā bijusī katastrofāli notikumi, kas apturējuši jaunu zvaigžņu dzimšanu (Daremas universitātes astronomi). Zinātnieki uzskata, ka zvaigžņu-vientuļnieču izpēte ļaus mums precīzāk noteikt Visuma vecumu.
Visuma robežas. Hipotētiski eksistējošas mūsu Metagalaktikas malas. Līdz šim neatrisināts ir jautājums par mūsu Visuma bezgalību vai galību - kosmogonijas un astronomijas pamats. Viena no ticamākajām versijām apgalvo, ka mūsu Visumam nav robežu trijdimensiju telpā, taču tas ir galīgs un ierobežots Laiktelpā ar lielu dimensiju skaitu.
Visums izplešas. To pamana 1920.gadā Vilsona observatorijā (pēc „sarkanās novirzes”). Gravitācijai vajadzēja spiest galaktikas kopā. Tomēr attālinās pateicoties vakuuma enerģijai. Tā ir ar pretēju zīmi un stiprāka par gravitāciju.
Ir atklāta Visuma paātrinātā izplešanās, nav zināmi tās cēloņi. Tas radījis daudz hipotēžu, piemēram, ka tuvākajos 20 miljardos gadu Visumu saraustīs gabalos.
Visuma uzbūves hipotēzes.
Burbuļveida Visuma teorija. Tā kā Lielā sprādziena teoija neizskaidro pilnībā un var tikt jau apšaubīta, fiziķis Andrejs Linde no Stenfordas universitātes izvirzīja šo teoriju. Tā kā vannā, kas pildīta ar gazēto minerālūdeni arī Visuma ik pa brīsniņam veidojas šādi burbuļi – Lielie Sprādzieni. Tādējādi šādi Lielie sprādzieni Visumā notiek visu laiku. Bet procesa izpratnei nepieciešamas jaunas dimensijas, kuras veido ar matemātikas palīdzību. Palaban tādas ir 10 – bet tās eksistē tikai datorsimulācijās.
Stīgu teorija.
Saraušanās teorija. Kādreiz tāda tikusi izskatīta, tagad atmesta. Neesot tik daudz masas, lai Visums varētu sākt sarauties.
Vibrējošo membrānu teorija. To ir izvirzījis fiziķis Edvards Vitens.
Brānu teorija. Stīgas ir viendimensiju (p–1 brānas). Membrānas ir divdimensiju (p-2 brānas). Ir 10 vai 11 brānas, vairums – savērptas.
Melno caurumu matemātiska izskaitļošana runā pretim visām līdzšinējām hipotēzēm.
Lielās katastrofas teorija. Izvirzīja fiziķis Pols Deviss. Viss ir vienkārši, pēc katastrofas viss atkal sākas no jauna. Ts sasaucas ar senindiešu Vēdu tekstiem.
Kvantu gravitācijas teorija. Izvirzījis fiziķis Bruno Bento no Liverpūles universitātes. Visums un laiks ir sadalīts diskrētos laiktelpas fragmentos. Šī cēloņsakarību kopas teorija balstās pieņēmumā, ka zināmā līmenī pastāv fundamentāla laiktelpas vienība. Bento uzskata, ka pastāv iespēja tam, ka Visumam nemaz nav bijis sākuma. Proti, tas eksistējis vienmēr, kopš neatminamiem laikiem un tikai relatīvi nesen evolucionējis lidz tam, ko mes saucam par Lielo Sprādzienu. Šī teorija atrisina Lielā Sprādziena singularitātes problēmu, jo teorētiski singularitāte nevar eksistēt. matērijai ir neiespējami saspiesties bezgalīgi sīkos punktos, jo tie nevar kļūt sīkāki par laiktelpas atomu.
Visuma uzbūve. Astrofiziķa Aleksandra Kašlinska vadītā grupa NASA Godarda kosmisko lidojumu centrā Merilendā izkalkulējuši, ka Visums ir tikai daļa no kaut kā lielāka. Tā ir arī citāda un velk mūsu izplatījumu izplesies ar 3,2 miljoni km ātrumu stundā. Fenomens nosaukts par „tumšo straumi,” velkot paralēles ar „tumšo matēriju” un „melniem caurumiem.”
Šī teorija nosaka, ka mūsu Visums ir tikai viens laiktelpas burbulis, kas izpleties pēc Lielā Sprādziena. Aiz burbuļa robežāmir citas daļas, kuras mēs nespējam ieraudzīt. Tajos nesaskatāmajos reģionos laiktelpa varētu būt citāda. Iespējams, tur nav zvaigžņu un galaktiku, bet ir tāds masīvas stuktūras, kas ir daudz ielākas par jebko, ko spējam iedomāties.
NASA speciālisti līdz atklājumam nonāca nejauši. Viņi vēlējās pārbaudīt, ka tālāko galaktiku kustība izskatās lēnāka. Dati par kustības ātrumu iegūstami no Vilkinsona mikroviļņu anizotropu zondes (WMAP). NASA apgalo, ka, mērot kosmisko viļņu fna radiāciju, varot noskaidrot, kādi apstākļi Visumā bijuši neilgi pēc tā dzimšanas. Šī radiācija esot izplatījusies aptuveni 380 000 gadu pč Lielā Sprādziena. Karsta gāze galaktiku puduros uzsildījusi mikroviļņu fona radāciju, un tā atstājusi pēdas Visumā. Ja puduri pārvietojas lēnāk vai ātrāk par fona radiāciju, tad ap tiem varot redzēt uzkarsētas matērijas paliekas.
Izmantojot šo iespēju, zinātnieki izpētīja vairāk nekā 700 galaktku kopas un konstatēja, a visi pusuri pārvietojusies gandrīz vai ar vienu ātrumu – ap 3,2 miljoniem km/st., turklāt vienā virzienā. Lai arī „tumšā straume”pamanīta tikai galaktiku kopās, Kašlinskis uzskata, ka tā ietekmē visu zināmo kosmosu.
Līdzīgu „straumi,” tikai vājāku, reiz jau tika konstatējis Kanzasas universitātes fizķis Hjūms Feldmans. Fiziķi ir piesardzīgi un pētījumus turpinās. Iespējams, esam apvērsuma priekšā.
Redžinalda Kehila un Kristofera Klingera nejaušību teorija.
Visuma starojums.
Fona kosmiskais starojums. To nejauši atklāja 1965.gadā, lai gan tā eksistenci paredzēja zinātnieki jau 1948.gadā. Ja ir izregulējies Tv kanāls, tad daļa no redzamā „sniega” ir norakstāma tieši uz šo starojumu.
Pētījumus veicis Džons Dž.Krāmers, populārzinātnisku grāmatu autors un Vašingtonas universitātes Sietlā profesors. Viņš nonācis pie secinājuma, ka „lielais sprādziens” vairāk līdzinājies dūkšanai, nekā sprādzienam. Viņš ģenerēja audiodatnes, kas imitēja šo skaņu, kāda izplatījās Visumā pirmos 760 000 tā eksistences gadus. Tai laikā Visuma izmēri neesot pārsnieguši 18 miljonus gaismas gadu. Tā kā mikroviļņus izdzirdēt nekādi nevar, tad Krāmers uzskatāmības dēļ frekvenci samazināja 100 000 miljardu reižu.
Krāmera audiodatnes var sameklēt Tīmeklī. Pēc skaņas tie atgādina virs galvas pārlidojošu reaktīvo lidmašīnu, pēc kā kokofonija pieklust un pazūd tālē.
XX gs. 80.gados dziļi zemē tika sarakti daļiņu detektori. To uzdevums bija reģistrēt protonu sabrukšanu, kas atradās visu atomu kodolos. Ja tādu sabrukšanu izdotos reģistrēt, tad tas būtu vēl viens pierādījums tam, ka visu visuma pamatspēku pamatā ir viena mijiedarbība un viens avots.
Protonu sabrukšanu tiem reģistrēt neizdevās, taču izdevās kas pavisam cits. Bez retām neitrīno daļiņu sabrukšanām (rodas zvaigžņu kodolprocesos) detektori reģistrēja jaudīgu kosmisko starojumu no kosmosa dziļumiem. Tas viss notika par spīti tam, ka detektori atradās vairākus simtus metru zem zemes, un zemes slānim vajadzētu pasargāt tos no kosmiskā starojuma. Taču, neskatoties uz to, detektori sāka reģistrēt kādu pilnīgi neizprotamu daļiņu sabrukšanu – tādām vispār nevajadzētu eksistēt.
Viens no detektoriem – NUSEX. Tas bija kubs 150 tonnu svarā, sastāvēja no metāla plāksnēm un gaismas sensoriem ar fotopalielinātājiem. Tas atradās Francijas Alpos Monblāna dziļumos. Neparastos kosmiskos starus laboratorija sāka reģistrēt 1981.gadā.
Soudan I – cits detektors, kas bija uzbūvēts ASV Minesotas pavalstī vecā šahtā 500 m dziļumā. Tas reģistrēja tās pašas nesaprotamās daļiņas.
Šos augsti enerģētiskos starus sāka fiksēt arī detektori uz Zemes virsmas. Pie tam nereti līdztekus tika reģistrēti arī gamma-stari no tā paša avota. Viens no šādiem virszemes detektoriem bija Fly’s Eye, ko uzbūvēja Jūtas universitātes zinātnieki kādā Jūtas pavalsts tuksneša nostūrī. Tas tika iedarbināts 1981.gadā un bija veidots no 67 spoguļiem ar 1,5 m diametru. Tie bija uzstādīti dažādos leņķos ar tādu aprēķinu, lai aptvertu visu naksnīgo debesi. Katra spoguļa fokusā ietilpa 12-14 augstas jūtības fotopalielinātāju, kas bija domāti, lai reģistrētu lādēto daļiņu plūsmu atmosfērā, kur tās ierosināja atmosfēras slāpekli. Kopā ar līdzīgu detektoru Rietumvācijā Fly’s Eye piefiksējis kosmiskā starojuma uzliesmojumus periodā no 1981.gada līdz 1985.gada 30.oktobrim, kad tie pavisam negaidīti izbeidzās. Fiziķus visa šī lieta ārkārtīgi ieinteresēja.
Vēl eksperiments norisinājās ar japāņu detektoru Oksijā, un tas bija ievietots 33 m dziļā tunelī.
Cits detektors Atradās Gotardā, Šveices Alpos, zem 1460 m bieza klints slāņa.
Bez tam eksperiments Soudan I tika turpināts kā Soudan II. 1999.gadā tika publicēta Soudan II atskaite, kurā tika vēstīts, ka pirmo 10 gadu pētījumu laikā (1989.-1999.g.) tika regulāri reģistrēts starojums no Gulbja X-3. Kādu laiku pēc tam interese par šo neparasto problēmu rimās.
Taču tad 1997.gadā Maiks Makkallahs no Maršala kosmisko lidojumu centra (NASA struktūra) sastādīja detalizētu Gulbja X-3 izstarojuma karti ar VLBA sistēmas palīdzību (vairāki teleskopi tiek notēmēti uz vienu objektu un to signāli apvienoti pilnīgāku rezultātu iegūšanai). Še tika izmantotas desmit radioteleskopu antenas, kas aizņēma ap 8000 km attālumu no Maunakea (lielākā Havaju arhipelāga sala) līdz pat Senkroksai ASV piederošajās Virdžīnijas salās.
Iegūtā aina ieinteresēja Makkallahu. Viņš konstatēja vienpusēju daļiņu emitēšanu. Stari bija spējīgi saglabāt savu tubulāro vai konisko formu, pateicoties spēcīgam magnētiskajam apvalkam. Tie līdzinās gigantiskam prožektoram, kas visu savā ceļā iznīcina, kā rezultātā rodas spēcīgs radiostarojums. Gulbja X-3 starojuma jauda bija 50 milisekundes, vēlāk tas pastiprinājās līdz 120 milisekundēm (patiesi gigantisku izmēru) un pēc tam izzuda. Tādējādi astronomi bija stipri satraukti – tie novēroja vienu no pašām pārsteidzošākajām parādībām, ko piefiksējusi mūsdienu astronomija.
Oficiālajā NASA preses konferencē 2000.gada februārī Makkallahs pasludināja Gulbi X-3 ir mikroblazārs.
Starojuma avots. To noteica visai ātri, jo uzliesmojumi bija cikliski ar 4,8 stundu periodu. Jau agrāk šāds cikla ilgums tika konstatēts rentgena un gamma starojumā no rotējošas dubultzvaigžņu sistēmas ar nosaukumu Gulbis X-3.
Parasti pirmējās daļiņas, jebšu augstas enerģijas nukloni, sabrūk saduroties ar atomu kodoliem Zemes atmosfēras augšējos slāņos. Rezultātā no atoma kodola atdalās elektroni un protoni. Tādējādi pirmējās daļiņas sabrūk īslaicīgi eksistējošās otrējās daļiņās, tai skaitā tā saucamajos mezonos un mjūnos. Tie līst pār Zemi, tieši tos arī gribēja reģistrēt pa Zemes virsmu izvietotajos detektoros. Zemes dzīlēs iespiedās pavisam nedaudz mezonu un mjuonu, tā ka dziļi esošie detektori tos nemaz neuztvēra.
Hipotēzes.
Higsa bozons. Saskaņā ar teoriju Higsa bozons ir Visuma uzbūves pamatā, jo matērijai piešķir masu. Līdz šim nav atrasti reāli pierādījumi šīs daļiņas eksistencei. Zinātnieki cer tos iegūt ar Lielā Hadronu paātrinātāja palīdzību.
2011.gadā Nobela prēmija piešķirta supernovu pētniekiem amerikāņiem Zaulam Perlmateram un Ādamam Rīsam, kā arī austrālietim Braienam Šmitam 4.oktobrī. „Viņi ir pētījuši vairākus desmitus eksplodējušu zvaigžņu, kas tiek dēvētas par supernovām, un atklājuši, ka Visums izplešas ar arvien pieaugošu ātrumu.” Šo zinātnieku pētījumi mainījuši cilvēces priekšstatus par Visuma uzbūvi.
Z.Perlmatera vadītā zinātnieku komanda supernovu pētījumus uzsāka 1988.gadā, bet Ā.Rīss un B.Šmits līdzīgus pētījumus sāka 1994.gadā. Abas pētnieku grupas apskatīja īpašu supernovu veidu – 1a tipa supernovas, kas ir vecas, sablīvētas zvaigznes – mazas kā Zeme, bet tikpat smagas kā Saule. Zinātnieki atklāja vairāk kā 50 supernovu, kuru gaisma bija vājāka nekā gaidīts – tā bija zīme, ka Visums izplešanās ātrums pieaug. „gandrīz gadsimtu ir zināms, ka Visums izplešas, kas ir sekas apmēram pirms 14 miljardiem gadu notikušajam Lielajam sprādzienam. Tomēr atklājums, ka izplešanās paātrinās, ir pārsteidzošs. Ja izplešanās ātrums turpinās pieaugt, Visumu pārņems ledus.”
Aukstais punkts. Visuma apgabals 1,8 miljardus gaismas gadu diametrā - visai dīvaina formācija, jo ar radiācijas fona mērījumiem konstatēts, ka šī zona ir par 0,00015 oC aukstāka nekā teritorija ap to. Pašlaik izteikta hipotēze, ka tas varētu būt paralēlais Visums.
"Par bezgalīgu, nelīdzsvarotu, atvērtu sistēmu, kurā ietilpst visas dzīvās un nedzīvās, redzamās un neredzamās atvērtās sistēmas, visas telpiskās struktūras, visa pazīstamā un nepazīstamā matērija, var būt tikai Bezgalīgais Visums.
No tā izriet, ka mūsu Visumam, kas ir dabīga, galīga, nelīdzsvarota, atvērtu struktūru veidojoša termodinamiska sistēma, ir jābūt Bezgalīgā Visuma sastāvdaļai.
Var jau būt, ka minētais secinājums par visuma uzbūvi kādam var šķist pilnīgi neaptverams, bet tas ir likumsakarīgs un vienīgais iespējamais no termodinamiskā viedokļa.
Pats secinājums par Bezgalīgā Visuma eksistenci un tā īpatnībām jau nav principiāli jauns. Tas tikai izslēdz nekustīgumu (statiskumu) no Džordano Bruno kosmoloģiskā modeļa. Un atliek piekrist Džordano Bruno, ka Bezgalīgais Visums "nedzimst, nav iznīcināms, nevar samazināties vai palielināties", jo tādas īpašības ir atvērtai termodinamiskai sistēmai, kas ir fizikāla bezgalība. Bet mūsu Visums, kas ir galīgs, lokāls veidojums Bezgalīgajā visumā, var gan "piedzimt", gan strukturēties, gan attīstīties, gan pārstāt eksistēt savā pašreizējā veidolā...
Tā kā mūsu visuma "piedzimšanais"nav termodinamiska "aizlieguma, tad par pilnīgi pamatotiem var uzskatīt priekšstatus par tā rašanos Lielā Sprādziena rezultātā, ko apstiprina reliktā izstarojuma eksperimentālie novērojumi. Vienīgais, kam nevar piekrist, ir tas, ka lielā Sprādziena rezultātā ir radusies laika bulta.
Visām termodinamiskajām sistēmām, uras ietilpst bezgalīgajā termodinamiskajā sistēmā, ir viena kopēja laika bulta un viena kopēja nepārtraukti pieaugoša entropija. Laiks, ko novērotājs savā lokālajā, galīgajā sistēmā var izmērīt ar savu laika mērītāju, ir tikai neliels, ierobežots laika sprīdis uz bezgalīgās laika bultas Bezgalīgajā Visumā.
Laiks Bezgalīgajā Visumā un mūsu Visumā rit tikai vienā virzienā, jo "Neatgriezeniskums eksistē tikai vai nu visos līmeņos, vai neeksistē nevienā līmenī. Tas nevar rasties kā brīnums, kad notiek pāreja no viena līmeņa uz citu" Laika bulta nav bumerangs, kas aizmests vienā virzienā, atgriežas atpakaļ no citas puses. "Neatgriezeniskums pats no sevis nevarēja nejauši rasties pasaulē ar atgriezenisku laiku. Neatgriezeniskuma izcelsme ir kosmoloģiska problēma, un lai to atrisinātu, ir jāanalizē Visuma attīstības agrīnās stadijas". Šī Prigožina un Stendersa doma attiecas uz mūsu Visumu. Bet tas ir tikai lokāls veidojums Bezgalīgā Visuma laikā un telpā. Un Bezgalīgais Visums ir mūžīgs, jo bezgalīga telpa nevar ne rasties, ne tikt iznīcināta. Tā ir mūžīga. Un mēs nevaram secināt neko citu kā vien to, ka jau līdz Lielā sprādziena brīdim laika bulta ir noskrējusi neiedomājami garu ceļu un turpina savu lidojumu uz bezgalību.
Tā kā pats bezgalīgās telpas jēdziens izslēdz tās linearitāti, tad arī laikam tādā telpā jābūt nelineāram. Bezgalīgajā Visumā laiks nav šķirams no telpas.
Arī Einšteina vispārējā relativitātes teorijā laiks ir saistīts ar telpu. Bet, ja Einšteina telplaikam ir nepieciešama gravitācija, tad termodinamiskam telplaikam gravitācija nav nepieciešama, jo tā neietilpst termodinamiskajos principos un vienādojumos. Tas vedina uz domu, ka nelīdzvarotā bezgalīgā sistēmā telplaiks ar tās matēriju ir primāri attiecībā pret gravitāciju, ko varēja radīt sistēmas nelīdzsvarotības rezultātā radušās telpiskās struktūras.
Tāpēc gravitācijas radītiem telplaika izliekumiem ap masīvām telpiskām struktūrām ir lokāls raksturs atšķirībā no vispārējā bezgalīgā bezgalīgā telplaika nelinearitātes.
Aptuveni pirms 12- 13,7 miljardiem gadu, kad saskaņā ar vispārpieņemtajiem uzskatiem notika Lielais Sprādziens, mūsu Visuma laika bulta "uzlēca" uz Bezgalīgā Visuma laika bultas un no tā brīža kopā ar to trauca no pagātnes uz nākotni.
Dabā it viss, kas atbilst atvērto termodinamisko sistēmu īpašību kopumam (citas dabīgās sistēmas neeksistē) nepārtraukti palielina gan savu, gan visa Bezgalīgā Visuma entropiju un var eksistēt tikai nelīdzsvarotos apstākļos un neatgriezeniskā laikā - no pagātnes uz nākotni.
Mūsu Visums ir galīgs, lokāls apgabals (veidojums) Bezgalīgajā Visumā, un tie abi ir atvērtas nelīdzsvarotas sistēmas. Mūsu Visums līdz ar tumšo matēriju satur arī salīdzinoši nelielu daudzumu (no 1% līdz 5%) mums zināmās matērijas. Kādu matēriju satur Bezgalīgais Visums aiz mūsu Visuma robežām, mēs nezinām. Tikai neapšaubāms ir tas, ka Bezgalīgais Visums bez piepildījuma ar matēriju nevarētu būt par tādu trmodinamisko sistēmu, kāds tas ir.
Lai izveidotos telpiskās struktūras saskaņā ar Prigožina principu, nepieciešams, lai sistēma būtu nelīdzsvarota, un tam atbilst abi Visumi."
Harijs Cimmermanis, "Visums Visumā."
"Planētu celtniecības laukums." 1997.gadā amerikāņu uziets Visuma apgabals Vērša zvaigznājā 450 gg. attālumā no Zemes, kur notiekot jaunu planētu veidošanās. "Laukuma" centrā atrodas jauna zvaigzne, kas ietilpst Vērša zodiakālajā zvaigznājā - tā apmēram 2 reizes pārspēj Sauli masas ziņā, tomēr ir daudz jaunāka par to - tai ir tikai daži miljoni gadu (Saules sistēmai - 4,5 miljardi gadu).
Šī apgabala izpētei astronomi izmantojuši vairāk kā 10 radioteleskopu, bet to saņemtajiem signāliem pielietoja komplekso analīzi. Rezultātā viņi noskaidroja, ka ap zvaigzni griežas diska formas objekts, kas ir stipri piesātināts ar gāzveida matēriju, analoģiskus "diskus" astronomi atklājuši arī vecākām zvaigznēm. Šī situācija pamato teorētiskos pieņēmumus, ka planētas formējas ap zvaigznēm un ka Zeme un citas Saules sistēmas planētas Visumā nav nekas unikāls.
Raksti.
Visums ir 10 reizes lielāks nekā uzskatīts līdz šim.
Saites.
Galaktikas.
