우주의 기원에 대한 질문 외에도 현대 우주론자들은 다른 여러 문제에 직면해 있습니다. 표준 물질이 우리가 관찰하는 물질의 분포를 예측하려면 초기 상태가 매우 높은 수준의 조직화를 특징으로 해야 합니다. 즉시 질문이 제기됩니다. 그러한 구조가 어떻게 형성될 수 있습니까?
MIT(Massachusetts Institute of Technology)의 물리학자 Alan Guth는 우주의 초기 상태를 설명하는 방정식에 정확한 매개변수를 인위적으로 도입할 필요가 없도록 이 조직의 자발적인 출현을 설명하는 자신만의 버전을 제안했습니다. 그의 모델은 "인플레이션 우주"라고 불렸습니다. 그 본질은 빠르게 팽창하고 과열된 우주 내부에서 공간의 작은 부분이 냉각되고 더 강하게 팽창하기 시작한다는 것입니다. 마치 과냉각된 물이 빠르게 얼면서 팽창하는 것과 같습니다. 이러한 급속한 팽창 단계는 표준 빅뱅 이론에 내재된 몇 가지 문제를 제거합니다.
그러나 Guth의 모델에도 단점이 없는 것은 아닙니다. Guth의 방정식이 인플레이션 우주를 정확하게 설명하기 위해 그는 방정식의 초기 매개변수를 매우 정확하게 지정해야 했습니다. 따라서 그는 다른 이론의 창시자들과 같은 문제에 직면했습니다. 그는 빅뱅 조건의 정확한 매개변수를 명시할 필요성을 없애고 싶었지만 이를 위해서는 설명할 수 없는 자신만의 매개변수화를 도입해야 했습니다. Guth와 그의 공동 저자인 P. Steingart는 자신의 모델에서 “계산은 주어진 방정식의 초기 매개변수가 매우 좁은 범위 내에서 변하는 경우에만 수용 가능한 예측으로 이어집니다. 우리를 포함한 대부분의 이론가들은 그러한 초기 조건이 있을 법하지 않다고 생각합니다.” 저자들은 언젠가 자신의 모델을 더욱 그럴듯하게 만들 수 있는 새로운 수학적 이론이 개발될 것이라는 희망에 대해 이야기합니다.
아직 발견되지 않은 이론에 대한 이러한 의존성은 Guth 모델의 또 다른 단점입니다. 인플레이션 우주 모델의 기초가 되는 통일장 이론은 전적으로 가설에 불과하며 "대부분의 예측이 실험실 조건에서 정량적으로 테스트될 수 없기 때문에 실험 테스트에 적합하지 않습니다." (통일장 이론은 우주의 근본적인 힘 중 일부를 하나로 묶으려는 과학자들의 다소 모호한 시도입니다.)
구스 이론의 또 다른 결함은 과열되고 팽창하는 물질의 기원에 대해 아무 것도 말하지 않는다는 것입니다. 구스는 우주의 기원에 관한 세 가지 가설과 그의 팽창 이론의 호환성을 테스트했습니다. 그는 먼저 표준 빅뱅 이론을 살펴보았습니다. 이 경우 Guth에 따르면 인플레이션 에피소드는 우주 진화의 초기 단계 중 하나에서 발생했음이 틀림없습니다. 그러나 이 모델은 다루기 힘든 특이점 문제를 제기합니다. 두 번째 가설은 우주가 혼돈에서 생겨났다고 가정합니다. 어떤 부분은 뜨겁고 어떤 부분은 추웠으며 어떤 부분은 팽창하고 다른 부분은 수축했습니다. 이 경우 인플레이션은 우주의 과열되고 팽창하는 지역에서 시작되었을 것입니다. 사실, Guth는 이 모델이 일차 혼돈의 기원을 설명할 수 없다는 점을 인정합니다.
Guth가 선호하는 세 번째 가능성은 과열되고 팽창하는 물질 덩어리가 공허에서 양자 기계적으로 나타난다는 것입니다. 1984년 Scientific American에 게재된 기사에서 Guth와 Steingart는 다음과 같이 말했습니다. “우주의 팽창 모델은 우리에게 관찰 가능한 우주가 우주의 극소 영역에서 나타날 수 있었던 가능한 메커니즘에 대한 통찰력을 제공합니다. 이것을 알면, 한 걸음 더 나아가 우주가 말 그대로 무(無)에서 생겨났다는 결론에 이르고 싶은 유혹을 뿌리치기가 어렵습니다.”
그러나 이 아이디어가 우주를 창조한 더 높은 의식의 존재 가능성에 대해 언급할 때 무기를 들 준비가 되어 있는 과학자들에게 아무리 매력적일지라도 주의 깊게 살펴보면 비판에 맞서지 못합니다. Guth가 말하는 "무"는 양자역학과 일반 상대성 이론의 방정식을 통합하는 아직 개발되지 않은 통일장 이론에 의해 설명되는 가상의 양자 역학적 진공입니다. 즉, 이 순간이 진공은 이론적으로도 설명할 수 없습니다.
물리학자들은 소위 "가상 입자", 즉 "거의 존재하는" 원자 조각의 바다인 더 단순한 유형의 양자 역학적 진공을 설명했다는 점에 유의해야 합니다. 때때로 이러한 아원자 입자 중 일부는 진공 상태에서 물질적 현실의 세계로 이동합니다. 이 현상을 진공 변동이라고 합니다. 진공 변동은 직접적으로 관찰할 수는 없지만, 그 존재를 가정하는 이론은 실험적으로 확인되었습니다. 이 이론에 따르면 입자와 반입자는 아무 이유 없이 진공에서 나오고 거의 즉시 사라지며 서로를 소멸시킵니다. 거스와 그의 동료들은 어느 시점에서 작은 입자 대신 우주 전체가 진공 상태에서 나타나며, 이 우주는 즉시 사라지는 대신 수십억 년 동안 지속된다고 가정했습니다. 이 모델의 저자들은 우주가 진공에서 나오는 상태가 특이점 상태와 다소 다르다고 가정하여 특이점 문제를 해결했습니다.
그러나 이 시나리오에는 두 가지 주요 단점이 있습니다. 첫째, 아원자 입자에 대한 다소 제한된 경험을 우주 전체로 확장한 과학자들의 대담한 상상력에 놀랄 수밖에 없습니다. S. Hawking과 G. Ellis는 지나치게 열정적인 동료들에게 다음과 같이 현명하게 경고합니다. “실험실에서 발견하고 연구한 물리 법칙이 시공간 연속체의 다른 지점에서도 유효할 것이라는 가정은 물론 매우 대담한 것입니다. 추정.” 둘째, 엄밀히 말하면 양자역학적 진공은 '무'라고 할 수 없습니다. 가장 단순한 것에서도 양자역학적 진공에 대한 설명 기존 이론많은 페이지를 차지한다 최고도추상적인 수학 계산. 이러한 시스템은 의심할 여지없이 "무언가"를 나타내며 동일한 완고한 질문이 즉시 발생합니다. "그렇게 복잡하게 조직된 "진공"이 어떻게 발생했습니까?"
Guth가 인플레이션 모델을 만든 원래 문제, 즉 우주의 초기 상태를 정확하게 매개변수화하는 문제로 돌아가 보겠습니다. 그러한 매개변수화 없이는 우주에서 관측된 물질의 분포를 얻는 것이 불가능합니다. 우리가 본 것처럼 Gut는 이 문제를 해결하지 못했습니다. 더욱이, Guth의 버전을 포함하여 빅뱅 이론의 모든 버전이 우주에서 관찰된 물질의 분포를 예측할 수 있다는 가능성 자체가 의심스럽습니다.
Guth 모델의 고도로 조직화된 초기 상태는 궁극적으로 균질한 초밀도, 과열 가스로 채워진 직경 10cm의 "우주"로 변합니다. 그것은 팽창하고 냉각될 것이지만 균일한 가스 구름 이상의 것이 될 것이라고 가정할 이유가 없습니다. 사실 모든 빅뱅 이론은 이런 결과를 가져온다. 만약 구스가 균질한 가스 구름의 형태로 우주를 최종적으로 얻기 위해 많은 속임수를 쓰고 모호한 가정을 해야 한다면, 우주로 이어지는 이론의 수학적 장치가 어떤 것인지 상상할 수 있습니다. 우리가 아는 형태!
좋은 과학 이론많은 복잡한 것을 예측할 수 있게 해줍니다. 자연 현상, 간단한 이론적 체계를 기반으로합니다. 그러나 Guth의 이론(및 다른 버전)에서는 그 반대가 사실입니다. 복잡한 수학적 계산의 결과로 우리는 균질한 가스의 팽창하는 거품을 얻습니다. 그럼에도 불구하고, 과학 저널은 인플레이션 이론에 대한 열광적인 기사를 출판하며, 독자들에게 Guth가 마침내 자신의 소중한 목표를 달성했다는 인상을 줄 수 있는 수많은 다채로운 삽화와 함께, 즉 그는 우주의 기원에 대한 설명을 찾았습니다. 단순히 영구 기둥을 여는 것이 더 정직할 것입니다. 과학 저널, 이번 달 유행하는 우주의 기원 이론을 출판합니다.
구조와 유기체의 모든 다양성과 함께 우리 우주의 출현에 필요한 초기 상태와 조건의 복잡성을 상상하기조차 어렵습니다. 우리 우주의 경우 이러한 복잡성의 정도는 물리적 법칙만으로는 설명하기 어려울 정도로 복잡합니다.
우주의 기원에 대한 질문 외에도 현대 우주론자들은 다른 여러 문제에 직면해 있습니다. 표준 빅뱅 이론이 우리가 관찰하는 물질의 분포를 예측하려면 초기 상태는 매우 높은 수준의 조직을 특징으로 해야 합니다. 즉시 질문이 제기됩니다. 그러한 구조가 어떻게 형성될 수 있습니까? 매사추세츠 공과대학(Massachusetts Institute of Technology)의 물리학자 A. Guth는 우주의 초기 상태를 설명하는 방정식에 정확한 매개변수를 인위적으로 도입할 필요가 없도록 이 조직의 자발적인 출현을 설명하는 자신의 빅뱅 이론 버전을 제안했습니다. 그의 모델은 "인플레이션 우주"라고 불렸습니다. 그 본질은 빠르게 팽창하고 과열된 우주 내부에서 공간의 작은 부분이 냉각되고 더 강하게 팽창하기 시작한다는 것입니다. 마치 과냉각된 물이 빠르게 얼면서 팽창하는 것과 같습니다. 이러한 급속한 팽창 단계는 표준 빅뱅 이론에 내재된 몇 가지 문제를 제거합니다.
그러나 Guth의 모델에도 단점이 없는 것은 아닙니다. Guth의 방정식이 인플레이션 우주를 정확하게 설명하기 위해 그는 방정식의 초기 매개변수를 매우 정확하게 지정해야 했습니다. 따라서 그는 다른 이론의 창시자들과 같은 문제에 직면했습니다. 그는 빅뱅 조건의 정확한 매개변수를 명시할 필요성을 없애고 싶었지만 이를 위해서는 설명할 수 없는 자신만의 매개변수화를 도입해야 했습니다. Guth와 그의 공동 저자인 P. Steingart는 자신의 모델에서 “계산은 주어진 방정식의 초기 매개변수가 매우 좁은 범위 내에서 변하는 경우에만 수용 가능한 예측으로 이어집니다. 우리를 포함한 대부분의 이론가들은 그러한 초기 조건이 있을 법하지 않다고 생각합니다.” 저자들은 언젠가 자신의 모델을 더욱 그럴듯하게 만들 수 있는 새로운 수학적 이론이 개발될 것이라는 희망에 대해 이야기합니다.
아직 발견되지 않은 이론에 대한 이러한 의존성은 Guth 모델의 또 다른 단점입니다. 인플레이션 우주 모델의 기초가 되는 통일장 이론은 전적으로 가설에 불과하며 "대부분의 예측이 실험실 조건에서 정량적으로 테스트될 수 없기 때문에 실험 테스트에 적합하지 않습니다." (통일장 이론은 우주의 근본적인 힘 중 일부를 하나로 묶으려는 과학자들의 다소 모호한 시도입니다.)
구스 이론의 또 다른 결함은 과열되고 팽창하는 물질의 기원에 대해 아무 것도 말하지 않는다는 것입니다. 구스는 우주의 기원에 관한 세 가지 가설과 그의 팽창 이론의 호환성을 테스트했습니다. 그는 먼저 표준 빅뱅 이론을 살펴보았습니다. 이 경우 Guth에 따르면 인플레이션 에피소드는 우주 진화의 초기 단계 중 하나에서 발생했음이 틀림없습니다. 그러나 이 모델은 다루기 힘든 특이점 문제를 제기합니다. 두 번째 가설은 우주가 혼돈에서 생겨났다고 가정합니다. 어떤 부분은 뜨겁고 어떤 부분은 추웠으며 어떤 부분은 팽창하고 다른 부분은 수축했습니다. 이 경우 인플레이션은 우주의 과열되고 팽창하는 지역에서 시작되었을 것입니다. 사실, Guth는 이 모델이 일차 혼돈의 기원을 설명할 수 없다는 점을 인정합니다.
Guth가 선호하는 세 번째 가능성은 과열되고 팽창하는 물질 덩어리가 공허에서 양자 기계적으로 나타난다는 것입니다. 1984년 Scientific American에 게재된 기사에서 Guth와 Steingart는 다음과 같이 말했습니다. “우주의 팽창 모델은 우리에게 관찰 가능한 우주가 우주의 극소 영역에서 나타날 수 있었던 가능한 메커니즘에 대한 통찰력을 제공합니다. 이것을 알면, 한 걸음 더 나아가 우주가 말 그대로 무(無)에서 생겨났다는 결론에 이르고 싶은 유혹을 뿌리치기가 어렵습니다.”
그러나 이 아이디어가 우주를 창조한 더 높은 의식의 존재 가능성에 대해 언급할 때 무기를 들 준비가 되어 있는 과학자들에게 아무리 매력적일지라도 주의 깊게 살펴보면 비판에 맞서지 못합니다. Guth가 말하는 "무"는 양자 역학과 일반 상대성 이론의 방정식을 통합하는 아직 개발되지 않은 통합 장 이론에 의해 설명되는 가상의 양자 역학적 진공입니다.
즉, 현재 이 진공 상태는 이론적으로도 설명할 수 없습니다.
물리학자들은 소위 "가상 입자", 즉 "거의 존재하는" 원자 조각의 바다인 더 단순한 유형의 양자 역학적 진공을 설명했다는 점에 유의해야 합니다. 때때로 이러한 아원자 입자 중 일부는 진공 상태에서 물질적 현실의 세계로 이동합니다. 이 현상을 진공 변동이라고 합니다. 진공 변동은 직접적으로 관찰할 수는 없지만, 그 존재를 가정하는 이론은 실험적으로 확인되었습니다. 이 이론에 따르면 입자와 반입자는 아무 이유 없이 진공에서 나오고 거의 즉시 사라지며 서로를 소멸시킵니다. 거스와 그의 동료들은 어느 시점에서 작은 입자 대신 우주 전체가 진공 상태에서 나타나며, 이 우주는 즉시 사라지는 대신 수십억 년 동안 지속된다고 가정했습니다. 이 모델의 저자들은 우주가 진공에서 나오는 상태가 특이점 상태와 다소 다르다고 가정하여 특이점 문제를 해결했습니다.
그러나 이 시나리오에는 두 가지 주요 단점이 있습니다. 첫째, 아원자 입자에 대한 다소 제한된 경험을 우주 전체로 확장한 과학자들의 대담한 상상력에 놀랄 수밖에 없습니다. S. Hawking과 G. Ellis는 지나치게 열정적인 동료들에게 다음과 같이 현명하게 경고합니다. “실험실에서 발견하고 연구한 물리 법칙이 시공간 연속체의 다른 지점에서도 유효할 것이라는 가정은 물론 매우 대담한 것입니다. 추정.” 둘째, 엄밀히 말하면 양자역학적 진공은 '무'라고 할 수 없습니다. 가장 단순한 기존 이론에서도 양자역학적 진공에 대한 설명은 매우 추상적인 수학적 계산의 많은 페이지를 차지합니다. 이러한 시스템은 의심할 여지없이 "무언가"를 나타내며 동일한 완고한 질문이 즉시 발생합니다. "그렇게 복잡하게 조직된 "진공"이 어떻게 발생했습니까?"
Guth가 인플레이션 모델을 만든 원래 문제, 즉 우주의 초기 상태를 정확하게 매개변수화하는 문제로 돌아가 보겠습니다. 그러한 매개변수화 없이는 우주에서 관측된 물질의 분포를 얻는 것이 불가능합니다. 우리가 본 것처럼 Gut는 이 문제를 해결하지 못했습니다. 더욱이, Guth의 버전을 포함하여 빅뱅 이론의 모든 버전이 우주에서 관측된 물질의 분포를 예측할 수 있다는 가능성 자체가 의심스럽습니다. Guth 모델의 고도로 조직화된 초기 상태는 궁극적으로 균질한 초밀도, 과열 가스로 채워진 직경 10cm의 "우주"로 변합니다. 그것은 팽창하고 냉각될 것이지만 균일한 가스 구름 이상의 것이 될 것이라고 가정할 이유가 없습니다. 사실 모든 빅뱅 이론은 이런 결과를 가져온다. 만약 구스가 균질한 가스 구름의 형태로 우주를 최종적으로 얻기 위해 많은 속임수를 쓰고 모호한 가정을 해야 한다면, 우주로 이어지는 이론의 수학적 장치가 어떤 것인지 상상할 수 있습니다. 우리가 아는 형태! 좋은 과학 이론은 단순한 이론적 틀을 바탕으로 수많은 복잡한 자연 현상을 예측하는 것을 가능하게 합니다. 그러나 Guth의 이론(및 다른 버전의 빅뱅 이론)에서는 그 반대가 사실입니다. 복잡한 수학적 계산의 결과로 우리는 팽창하는 균질한 가스 거품을 얻습니다. 그럼에도 불구하고, 과학 저널은 인플레이션 이론에 관한 열광적인 기사를 출판하며, 독자들에게 Guth가 마침내 자신의 소중한 목표를 달성했다는 인상을 줄 수 있는 수많은 다채로운 삽화와 함께, 즉 그는 우주의 기원에 대한 설명을 찾았습니다. 우리는 그러한 진술을 서두르지 않을 것입니다. 이번 달에 유행하는 우주의 기원에 관한 이론을 출판하기 위해 단순히 과학 저널에 영구 칼럼을 여는 것이 더 정직할 것입니다.
구조와 유기체의 모든 다양성과 함께 우리 우주의 출현에 필요한 초기 상태와 조건의 복잡성을 상상하기조차 어렵습니다. 우리 우주의 경우 이러한 복잡성의 정도는 물리적 법칙만으로는 설명하기 어려울 정도로 복잡합니다. 이론가들은 소위 "인류주의 원리"에 의지합니다.
그들의 가설에 따르면, 양자역학적 진공은 수백만 개의 우주를 생성합니다. 하지만 그들 대부분은 생명이 탄생하는 데 필요한 조건을 갖추고 있지 않기 때문에 누구도 이 세계를 탐험할 수 없습니다.
동시에, 우리 자신을 포함한 다른 우주에서는 탐험가의 출현에 적합한 조건이 개발되었으므로 이러한 믿기지 않는 질서가 이러한 우주를 지배한다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 즉, 인류 원리의 지지자들은 인간 존재의 사실을 인간 출현의 조건을 만든 우주의 질서있는 구조에 대한 설명으로 받아들입니다. 그러나 그러한 논리적인 속임수는 아무것도 설명하지 못합니다.
사이비과학적 주장의 또 다른 형태는 우주가 맹목적인 우연에 의해 탄생했다는 주장이다. 이 단어는 또한 전혀 아무것도 설명하지 않습니다. 한 번 나타난 것이 우연히 나타났다고 말하는 것은 단순히 나타났다고 말하는 것이다. 이런 종류의 진술은 고려될 수 없다 과학적 설명, 아무것도 포함하지 않기 때문에 새로운 정보. 즉, 이러한 "설명"은 과학자들이 우주의 기원 문제를 해결하는 데 한 걸음 더 가까워지지는 못했습니다.
이론가들이 우리를 용서해주기를 바랍니다. 그러나 우리는 그들이 사용하는 방법이 당면한 작업에 부적절하다고 감히 제안합니다. 우주학자들이 우주의 진화를 설명하기 위해 사용하는 두 가지 주요 지적 도구는 일반상대성이론과 양자역학입니다. 그러나 우리가 이미 설명한 모든 어려움 외에도 이 두 이론 모두 그 자체에 결함이 없는 것은 아닙니다. 의심할 바 없이, 이러한 이론은 다음과 같은 몇 가지 사항을 설명합니다. 물리적 현상그러나 이것이 모든 면에서 완벽하다는 것을 아직 증명하지는 않습니다.
일반이론상대성 이론은 휘어진 시공간을 설명하며 모든 것의 필수적인 부분입니다. 현대 이론우주의 기원. 따라서 일반 상대성 이론에 수정이 필요하다면 이를 기반으로 한 우주론도 수정이 필요합니다.
아인슈타인의 초기 이론인 특수 상대성 이론과 마찬가지로 일반 상대성 이론을 적용하는 데는 한 가지 어려움이 따릅니다. 둘 다 시간 개념을 다시 생각하는 것입니다. 뉴턴 물리학에서 시간은 공간과 무관한 변수로 간주됩니다. 덕분에 우리는 공간과 시간에서 물체의 궤적을 설명할 수 있습니다. 주어진 시간에 물체는 공간의 특정 지점에 있고 시간이 지남에 따라 위치가 변경됩니다. 그러나 아인슈타인의 상대성 이론은 공간과 시간을 4차원 연속체로 통합하므로 물체가 더 이상 특정 순간에 공간의 특정 위치를 차지한다고 말할 수 없습니다. 물체에 대한 상대론적 설명은 물체의 존재 시작부터 끝까지 단일한 전체로서 공간과 시간에서의 위치를 보여줍니다. 예를 들어, 상대성 이론의 관점에서 사람은 자궁 속의 태아부터 시체(소위 "시공간 벌레")까지 시공간 통일체입니다. 이 “벌레”는 “지금은 어른이지만 어렸을 때는 어렸어요”라고 말할 수 없습니다. 시간의 흐름은 존재하지 않습니다. 사람의 인생 전체는 하나의 전체입니다. 사람에 대한 이러한 견해는 과거, 현재, 미래에 대한 우리의 개인적인 인식을 평가 절하하여 우리가 이러한 인식의 현실에 의문을 제기하게 만듭니다.
M. Besso에게 보낸 편지에서 Einstein은 다음과 같이 썼습니다. "현재를 강조하는 주관적인 시간은 객관적인 의미가 없다는 점에 동의해야 합니다." Besso가 사망한 후 Einstein은 그의 미망인에게 다음과 같이 애도를 표했습니다. 나보다 조금 앞서서 여기를 떠나 이상한 세계. 그러나 그것은 중요하지 않습니다. 확신에 찬 물리학자들인 우리에게 과거, 현재, 미래의 차이는 비록 강박적이긴 하지만 단지 환상일 뿐입니다.” “본질적으로 이러한 아이디어는 경험한 순간의 현실을 강조하는 의식을 부정합니다. 우리는 현재의 몸을 실제처럼 느끼는 반면, 어린 시절의 몸은 기억 속에만 보존되어 있습니다. 우리에게는 주어진 시간에 공간의 특정 장소를 차지하고 있다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 상대성 이론은 일련의 사건을 단일 시공간 구조로 바꾸지만 우리는 그것을 시간의 특정 단계의 연속으로 경험합니다.
결과적으로, 상대성 이론을 바탕으로 구축된 우주의 기원에 대한 어떤 모델도 시간에 대한 우리의 인식을 설명할 수 없습니다. 현대적인 형태불완전하고 받아들일 수 없습니다.
V.V.카지틴스키
인플레이션 우주론 : 세계의 이론과 과학적 그림*
이제 우주 전체에 대한 지식에 대한 새로운 급진적 개정이 있습니다. 과학이 이용 가능한 것과 동일시할 수 있는 세계 전체의 가장 큰 조각 주어진 시간수단. 이 개정판은 두 가지 개념적 수준에 관한 것입니다: 1) 새로운 우주론 이론의 구성; 2) "세계 전체" 블록으로 변경 과학적인 그림세계 (NKM).
우주론의 현대적 변화는 극도로 크지만, 그것이 대표하는 이념적 관심은 말할 것도 없고 현대 NCM에 대한 기여도가 충분히 평가되지 않았습니다. 그들의 본질은 무한한 수의 세계, 공간과 시간의 무한함, 진화 과정의 무한함, 우주(메타버스)의 자기 조직화, 일부의 비고전 물리학의 언어로 표현된 아이디어로의 복귀입니다. 과학의 관점에서는 영원히 거부된 것으로 간주되었습니다.
팽창하는 우주 이론은 매우 효과적인 연구 프로그램이었습니다. 이를 통해 Metagalaxy의 구조 및 진화와 관련된 여러 가지 문제를 해결할 수 있었습니다. 초기 단계그것의 개발. 예를 들어, 뛰어난 업적은 1965년 우주 마이크로파 배경 복사의 발견으로 확인된 G. A. Gamov의 "뜨거운 우주" 이론이었습니다. 프리드만의 우주론에 대한 수많은 대안은 설득력이 없는 것으로 입증되었습니다.
동시에 팽창하는 우주 이론 자체는 여러 가지 심각한 문제에 직면했습니다. 그 중 일부는 말하자면 본질적으로 "기술적"이었습니다. 집중적인 연구에도 불구하고 A.A. 프리드먼 이론의 틀 내에서 확장되는 메타은하의 충분히 적절한 모델을 구축하는 것이 여전히 불가능하다는 것은 다소 낙담합니다. 알려진 사실, 그러한 모델을 구축하는 데 필요한 은 충분히 정확하지 않거나 모순됩니다. 다른 문제는 더 근본적입니다. "질량의 역설"은 오랫동안 우주론자들에게 "다모클레스의 검"으로 떠돌고 있었는데, 이에 따르면 메타은하 질량의 90~95%가 보이지 않는 상태에 있어야 하며 그 본질은 아직 불분명합니다. 현대 개발팽창하는 우주 이론은 본질적으로 이론의 한계, 즉 중요한 개념적 변화 없이는 이러한 문제에 대처할 수 없음을 분명히 보여주는 훨씬 더 심각한 문제를 많이 일으켰습니다. 우주 진화의 초기 단계 문제는 이론에 많은 어려움을 안겨주었습니다. 특이점 문제는 잘 알려져 있습니다. 우주의 반경이 반전될 때, 즉 우리 Metagalaxy의 수많은 매개변수가 0이 되면 무한해졌습니다. 불분명한 것으로 밝혀졌습니다 물리적 의미질문: 특이점 "이전"은 무엇이었습니까? (때때로 이 질문 자체는 의미가 없는 것으로 선언되었습니다. 어거스틴이 주장한 것처럼 시간은 우주와 함께 발생했기 때문입니다. (그러나 대답은 다음과 같습니다. "이전"에는 시간이 없었으므로 질문 자체가 가 잘못 제기되었기 때문에 많은 우주론자들은 그다지 만족하지 않았습니다.) 비양자 버전의 이론은 우주의 팽창인 빅뱅을 일으킨 이유를 설명할 수 없습니다. 또한 12개 이상의 인상적인 목록이 있습니다. A. A. 프리드먼의 이론이 처리할 수 없는 다른 문제는 다음과 같습니다. 1) 우주의 평탄도(또는 공간적 유클리드성) 문제: 공간의 곡률이 0에 근접하며 크기에 따라 다릅니다. "이론적 기대"로부터; 2) 우주 크기의 문제: 이론적 관점에서 볼 때 우리 우주에는 단지 몇 개만 포함되어 있다고 기대하는 것이 더 자연스러울 것입니다. 기본 입자, 현대 추정에 따르면 10 88이 아닙니다. 이론적 기대와 관찰 사이의 또 다른 큰 불일치입니다! 3) 지평선 문제: 우리 우주에서 충분히 먼 지점은 아직 상호작용할 시간이 없었고 공통 매개변수(예:
밀도, 온도 등). 그러나 우리 우주인 메타은하(Metagalaxy)는 먼 지역 사이의 인과적 연결이 불가능함에도 불구하고 대규모로 놀라울 정도로 균일한 상태로 남아 있습니다.
이제 인플레이션 우주론이 이러한 문제의 대부분을 해결할 수 있게 된 후에는 상대론적 우주론의 어려움이 종종 나열되며, 심지어는 매우 기꺼이 나열됩니다. 그러나 60~70년대에는 특히 Nefridman의 연구 프로그램에 직면하여 그들의 언급조차 매우 제한되고 측정되었습니다. 첫째, 많은 사람들이 여전히 기억에 남아 있습니다. 비극적 운명우리나라뿐만 아니라 이데올로기 적 공격을받은 상대론적 우주론. 둘째, "시작"이 가까워지면 결정적인 역할이 시작된다는 일반적인 이해가 있었습니다. 양자 효과. 따라서 소립자물리학과 양자장 이론의 새로운 지식을 더 깊이 있게 번역할 필요가 있었습니다. NCM 수준에서 우주론적 문제에 대한 논의는 흥미로운 결론을 이끌어 냈습니다. 우주론에 강력한 "점진적 변화"를 야기한 두 가지 기본 원칙이 제시되었습니다.
1) 우주의 양자 탄생 원리. 우주론적 특이점은 비양자 우주론의 개념적 구조의 환원 불가능한 특징이다. 그러나 양자 우주론에서 이것은 단지 대략적인 근사일 뿐이며, 이는 진공의 자발적인 변동 개념으로 대체되어야 합니다(Tryon, 1973).
2) 팽창의 원리에 따르면 우주의 팽창이 시작된 직후 지수적인 팽창 과정이 발생했습니다. 이는 약 10~35초 동안 지속되었지만 이 시간 동안 부기 부위는 A.D. Linde의 말에 따르면 "상상할 수 없는 크기"에 도달해야 합니다. 일부 인플레이션 모델에 따르면 우주의 규모(cm)는 10의 10 12승에 도달합니다. 이는 관측 가능한 우주에서 가장 먼 물체까지의 거리보다 훨씬 더 큰 크기입니다.
인플레이션의 첫 번째 버전은 1979년 A.A. Starobinsky에 의해 고려되었으며 이후 팽창하는 우주에 대한 세 가지 시나리오가 연속적으로 나타났습니다. 소위 A. Gus(1981)의 시나리오입니다. 새 스크립트(A.D. Linde, A. Albrecht, P.J. Steinhardt, 1982), 혼란스러운 인플레이션 시나리오 (A.D. Linde, 1986). 혼란스러운 인플레이션 시나리오는 초기 우주의 급속한 인플레이션을 생성하는 메커니즘이 다음과 같이 핵심적인 역할을 하는 스칼라 필드에 의해 결정된다고 가정합니다.
입자 물리학과 우주론. 스칼라 필드초기 우주에서는 임의의 값을 취할 수 있습니다. 따라서 이름은 혼란스러운 팽창입니다.
인플레이션은 프리드만의 우주론에 다루기 힘든 문제를 야기한 우주의 많은 특성을 설명합니다. 예를 들어, 우주가 팽창하는 이유는 진공 상태에서 반중력이 작용하기 때문입니다. 인플레이션 우주론에 따르면 우주는 평평해야 한다. A.D. Linde는 심지어 이 사실을 관찰에 의해 확인된 인플레이션 우주론의 예측으로 간주합니다. 우주의 원격 지역의 동작을 동기화하는 것도 문제가 되지 않습니다.
팽창하는 우주 이론은 (현재로서는 가상 수준에서) NCM의 "전체로서의 세계" 블록에 심각한 변화를 가져옵니다.
1. "전체로서의 우주"개념에 대한 철학적 분석에 완전히 일치하여 주어진 우주론 또는 모델의 관점에서 그것이 "존재하는 모든 것"이라는 결론에 이르렀습니다. 어떤 절대적인 의미), 이론은 상대론적 우주론과 비교하여 이 개념의 양을 전례 없이 확장했습니다. 우리의 메타은하가 우주 전체라는 일반적으로 받아들여지는 관점은 버려졌습니다. 인플레이션 우주론에서는 메타우주(Metauniverse)라는 개념이 도입되었고, 메타은하 규모의 지역에 대해서는 "소형우주(Miniuniverse)"라는 용어가 제안되었습니다. 이제 메타버스는 인플레이션 우주론의 관점에서 “존재하는 모든 것”으로 간주되고, 메타은하는 그 지역으로 간주됩니다. 그러나 물리적 상호 작용에 대한 통일된 이론(EFT, GUT)이 만들어지면 우주 전체의 개념 범위가 다시 크게 확장(또는 변경)될 가능성이 있습니다.
2. 프리드먼의 이론은 우주(메타은하)의 동질성 원리에 기초를 두고 있습니다. 인플레이션 메커니즘을 이용하여 우주의 대규모 동질성 사실을 설명하는 인플레이션 우주론은 동시에 새로운 원칙- 메타버스의 극단적인 이질성. 소우주의 출현과 관련된 양자 변동은 물리적 법칙과 조건, 시공간 차원, 기본 입자 및 기타 메타은하 외 물체의 특성에 차이를 가져옵니다. 물질 세계의 무한한 다양성의 원리, 특히 그 원리를 기억해야 할까요? 물리적 형태-이것은 이제 우주론에서 새로운 확증을 찾고 있는 다소 오래된 철학적 아이디어입니다.
3. 시공간 "거품"의 변동으로 인해 발생하는 많은 미니 우주의 집합체인 메타버스는 분명히 무한하며 시간의 시작과 끝이 없습니다(I.D. Novikov는 이 은유가 의심되지 않고 이를 "영원히 젊은 우주"라고 불렀습니다). 20세기 초에 K.E. Tsiolkovsky가 우주의 열사멸 이론을 비판하면서 발명했습니다.
4. 팽창하는 우주 이론은 프리드먼의 이론과는 상당히 다른 방식으로 우주 진화 과정을 고려합니다. 그녀는 전체 우주가 109년 전에 단일 상태에서 발생했다는 생각을 거부합니다. 이것은 진공 "거품"에서 나온 우리의 작은 우주, 메타은하의 시대일 뿐입니다. 결과적으로 Metagalaxy의 확장이 시작되기 "이전"에는 현대 과학이 물질의 물리적 형태 중 하나로 간주하는 진공이 있었습니다. 그러나 이 결론이 우주론적 맥락에서 이루어지기 전에도 절대성이 아닌 상대성, 확장의 초월적이 아닌 완전히 자연적인 성격이 철학적 고려에서 정당화되었습니다. 따라서 A.A. 프리드먼(A.A. Friedman)의 저작에 한 번 등장했고, 20세기 대부분의 신학, 철학, 우주론 저작에 셀 수 없이 등장했던 '세상의 창조'라는 개념은 인플레이션 우주론의 본질을 따르지 않는 은유. 이론에 따르면 메타버스는 일반적으로 고정되어 있는 것으로 판명될 수 있지만, 메타버스에 포함된 미니우주의 진화는 빅뱅 이론에 의해 설명됩니다.
A.D. Linde는 연쇄 반응으로 계속되는 진화 과정을 설명하는 영원한 인플레이션 개념을 도입했습니다. 메타버스에 하나 이상의 팽만감 영역이 포함되어 있으면 계속해서 새로운 팽만감 영역이 생성됩니다. 프랙탈과 유사한 미니 우주의 분기 구조가 나타납니다.
5. 인플레이션 우주론은 특이점 문제에 대한 완전히 새로운 이해를 가능하게 했습니다. 고전적 기술 및 설명 방법에 기초한 표준 상대론적 모델의 틀 내에서 환원될 수 없는 특이점의 개념은 인플레이션 우주론에서 사용되는 양자적 기술 및 설명 방법에서 그 의미를 크게 변화시킵니다. 이 가정에는 약간의 어려움이 있지만 세계의 단일 시작이 있었다고 가정하는 것이 전혀 필요하지 않은 것으로 나타났습니다. 그러나 A.D. Linde에 따르면, 우주의 혼란스러운 인플레이션 시나리오에서 “특히 다음과 같은 사실이 분명하게 드러납니다.
이전에는 아무것도 존재하지 않았던 특이점에서 전 세계가 탄생하고 이후 무로 변하는 비극 대신에 우리는 미터법의 양자 변동이 작거나 반대로 위상의 끝없는 상호 변환 과정을 다루고 있습니다. , 크기가 큰." 따라서 확장이 시작될 때 일반적인 우주론적 특이점이 존재한다는 최근 흔들리지 않는 결론은 신뢰성을 잃게 됩니다. 우주의 모든 부분이 동시에 팽창하기 시작했다고 말할 필요는 없습니다. 팽창하는 우주 이론에서는 특이점이 진공의 양자 요동으로 대체됩니다.
6. 인플레이션 우주론 현대 무대그것의 개발은 우주의 열적 죽음에 대한 이전 아이디어를 수정합니다. A.D. 린데(Linde)는 “자기 재생산하는 팽창하는 우주”에 대해 말합니다. 끝없는 자기 조직화 과정. 미니버스는 생기고 사라지지만, 이 과정에는 끝이 없습니다.
7. 상대론적 우주론과 인플레이션 우주론 모두에서 인류원리(AP)는 중요한 역할을 합니다. 그것은 우리 우주, 메타은하의 기본 매개 변수, 기본 입자의 매개 변수 및 메타 은하계에 인간이 존재한다는 사실을 연결합니다. 인간의 출현에 필요한 우주론적 조건은 다음과 같습니다. 우주(메타은하)는 충분히 크고, 평평하며, 균질해야 합니다. 팽창하는 우주 이론에서 나오는 것은 이러한 속성입니다. 초기 우주의 팽창 과정을 포함하지 않고, 관측 범위 내에서 우주의 구조와 특성의 균일성을 설명하는 것은 불가능합니다.
인플레이션 우주론의 철학적 기초가 서로 다른 곳에서 전달된 개인의 아이디어와 이미지를 얽히게 한다는 것을 쉽게 알 수 있습니다. 철학적 체계. 예를 들어, 무한한 수의 세계에 대한 아이디어는 레우키포스, 데모크리토스, 에피쿠로스, 루크레티우스 시대까지 거슬러 올라가는 오랜 철학적 전통을 가지고 있습니다. 특히 Nikolai Kuzansky와 Giordano Bruno가 깊이 개발했습니다. 잠재적으로 가능한 것을 실제적인 것으로 변환하는 것에 대한 아리스토텔레스 형이상학의 아이디어는 인플레이션 우주론에서 사용되는 설명 및 설명의 양자적 방법뿐만 아니라 역설적인 방식으로도 영향을 미쳤습니다! - 이 이론의 진화론적 사상의 전신. 역설적인 이유는 아리스토텔레스 자신이 우주를 독특하다고 여겼고, 창조와 파괴를 지상의 과정으로 간주하여 하늘의 불변성에 기인했기 때문입니다.
시간과 공간에서의 고립. 그러나 그가 표현한 잠재적 존재와 실제 존재에 대한 생각은 아리스토텔레스 자신의 견해와는 달리 무한한 메타버스로 옮겨졌습니다. 플라톤 사상의 영향은 인플레이션 우주론의 철학적 기초에서도 발견됩니다. 어쨌든 그것은 르네상스 시대의 신플라톤주의자들을 통해 추적될 수 있습니다.
일부 연구자(예: A.N. Pavlenko)는 인플레이션 우주론이 우주 과학에서 현대 혁명의 새로운 단계로 간주되어야 한다고 믿습니다. 왜냐하면 이는 새로운 NCM을 생성할 뿐만 아니라 일부 이상과 지식의 규범(예를 들어 이론 내 요인으로 축소된 지식의 이상 증거). 예측 또는 전문가 평가로서 이러한 관점은 다음과 같은 상황을 고려하면 허용됩니다.
물론, 세계에 대한 우리의 지식과 심각한 이데올로기적 결과에 큰 변화를 일으키는 이론의 발전은 과학 혁명의 특정 단계에 필요한 신호입니다. 그러나 이러한 특징은 새로운 이론의 정당화와 과학계의 인식으로 보완되어야 하며, 이는 또한 혁명적 전환 구조의 일부이기도 합니다. 인플레이션 우주론(특히 혼란스러운 인플레이션 버전)이 세계 전체의 모습을 수정하는 급진성의 정도 측면에서 보면 A.A. 프리드먼의 이론을 분명히 능가합니다. 그러나 그녀는 우주론자 공동체에서 큰 영향력을 누리기 시작했지만 이는 즉시 확립되지는 않았습니다. 80년대 전반기에는 경쟁력 있는 것으로 간주되었습니다. 다양한 시나리오진공에서 우주의 양자 탄생, 인플레이션 우주론이 그 중 하나입니다. 이는 첫 번째 인플레이션 시나리오의 중대한 결점 때문이었습니다. 새로운 우주론의 인식에 돌파구가 있었던 것은 혼란스러운 인플레이션 시나리오가 출현한 후에야 가능했습니다. 그럼에도 불구하고, 이 우주론 이론을 입증하는 문제는 여전히 열려 있습니다. 왜냐하면 그것이 현재 받아들여지는 지식의 증거에 대한 이상과 규범과 일치하지 않기 때문입니다(다른 우주는 근본적으로 관찰할 수 없습니다). 가까운 미래에 이러한 이상을 바꿀 가능성(“외적 정당화” 의무 제외)에 대한 희망은 여전히 낮습니다. 엄밀히 말하면, 인플레이션 우주론에 잠재적으로 포함된 혁명은 일어날 수도 있고 일어나지 않을 수도 있습니다. 현재로서 우리는 이 분야에서 예상치 못한, 아직 예측하지 못한 변화를 완전히 배제하지 않고 그 배치를 바랄 뿐입니다.
인플레이션 우주론의 사회문화적 동화에는 흥미로운 점이 있다. 본질적으로 극도로 혁명적인 새로운 우주론은 큰 “호황”을 일으키지 못했습니다. 이 이론의 첫 번째 버전이 등장한 지 약 20년이 지났지만 다소 좁은 전문가 집단을 거의 벗어나지 못했고 이념적 토론의 원천이 되지 않았으며 이론을 둘러싼 치열한 전투를 원격으로 연상시키기도 했습니다. 불멸의 논문이 출판되기 전부터 또는 A.A. 프리드먼의 이론을 중심으로 사람들의 마음을 자극했던 코페르니쿠스. 이 놀라운 상황에는 설명이 필요합니다.
슬프게도 주된 이유는 과학적, 특히 물리적 및 수학적 지식에 대한 관심이 감소했기 때문일 수 있습니다. 이는 다양한 종류의 대리자로 집중적으로 대체되어 종종 가장 일류보다 헤아릴 수 없을 정도로 더 큰 흥분을 불러일으킵니다. 과학적 업적. 이제 인간 존재의 문제와 직접적인 연관성을 드러내는 몇 가지 과학 발견 만이 공감합니다.
더욱이, 인플레이션 우주론은 극도로 복잡한 이론으로, 이웃 물리학 분야의 전문가들에게도 명확하지 않고, 비전문가들에게도 더욱 명확하지 않으며, 이러한 이유만으로도 이러한 관심 범위를 벗어납니다.
마지막으로, 시간에 따른 독특하고 유한한 우주에 대한 생각은 문화에 너무 깊이 뿌리를 내리고 문화에 너무 많은 영향을 끼쳤습니다. 강한 영향력, 오랫동안 폐기된 우주론 모델과 분명히 유사한 이론에 쉽게 양보하기 위해.
그러나 우주론의 발전은 계속되고 있으며 앞으로 몇 년 동안 팽창하는 우주 이론에 대한 보다 확실한 추정이 나올 가능성이 높습니다.
문학
1. 린데 A.D.입자물리학과 팽창우주론. 엠., 1990.
2. Kazyutinsky V.V."우주"의 개념 // 무한과 우주. 엠., 1969.
3. Kazyutinsky V.V.우주에 대한 생각 // 철학과 이념적 문제 현대 과학. 엠., 1981.
빅뱅이론을 배운 후, 폭발한 것은 어디에서 왔는가?
알려져 있거나 아직 알려지지 않은 모든 특성을 지닌 우주의 기원에 대한 질문은 옛날부터 사람들을 걱정해 왔습니다. 그러나 우주팽창이 발견된 20세기가 되어서야 우주의 진화에 대한 문제가 점차 명확해지기 시작했습니다. 최근 과학 데이터는 우리 우주가 1,500만년 전 빅뱅의 결과로 탄생했다는 결론을 내렸습니다. 하지만 그 순간 정확히 무엇이 폭발했는지, 빅뱅 이전에 실제로 존재했던 것이 무엇인지는 여전히 미스터리로 남아있습니다. 20세기에 창안된 우리 세계의 출현에 대한 인플레이션 이론은 이러한 문제를 해결하는 데 상당한 진전을 이룰 수 있게 해 주었지만, 여전히 많은 문제가 기다리고 있지만 우주의 첫 번째 순간에 대한 일반적인 그림은 이제 잘 그려져 있습니다. 날개에.
지난 세기 초까지 우리 우주의 기원에 대한 견해는 두 가지뿐이었습니다. 과학자들은 세상이 영원하고 변하지 않는다고 믿었고, 신학자들은 세상이 창조되었으므로 끝이 있을 것이라고 말했습니다. 지난 수천 년 동안 창조된 것의 대부분을 파괴한 20세기는 과거 과학자들의 마음을 사로잡았던 대부분의 질문에 대한 답을 제공했습니다. 그리고 아마도 지난 세기의 가장 큰 업적 중 하나는 우리가 살고 있는 우주가 어떻게 생겨났는지, 그리고 우주의 미래에 대해 어떤 가설이 존재하는지에 대한 질문을 명확히 한 것일 것입니다. 단순한 천문학적 사실, 즉 우주의 팽창은 모든 우주론 개념의 완전한 개정과 새로운 물리학, 즉 신흥 세계와 사라지는 세계의 물리학의 발전으로 이어졌습니다. 불과 70년 전, 에드윈 허블은 더 먼 은하에서 나오는 빛이 가까운 은하에서 나오는 빛보다 '더 붉다'는 사실을 발견했습니다. 더욱이 후퇴 속도는 지구로부터의 거리에 비례하는 것으로 밝혀졌습니다(허블의 팽창 법칙). 이는 도플러 효과(광원의 속도에 대한 빛의 파장의 의존성) 덕분에 발견되었습니다. 더 먼 은하일수록 더 "붉게" 보이기 때문에 더 빠른 속도로 멀어지고 있다고 가정했습니다. 그건 그렇고, 흩어지는 것은 별이나 개별 은하가 아니라 은하단입니다. 우리에게 가장 가까운 별과 은하계는 중력에 의해 서로 연결되어 안정적인 구조를 형성합니다. 더욱이 어느 방향을 보더라도 은하단은 같은 속도로 지구에서 멀어지고 있으며 우리 은하가 우주의 중심인 것처럼 보일 수도 있지만 그렇지 않습니다. 관찰자가 어디에 있든 그는 모든 곳에서 동일한 그림을 볼 것입니다. 모든 은하계가 그에게서 흩어지고 있습니다. 그러나 그러한 물질의 팽창에는 시작이 있어야 합니다. 이것은 모든 은하계가 한 지점에서 탄생해야 한다는 것을 의미합니다. 계산에 따르면 이런 일은 약 150억년 전에 일어났습니다. 이런 폭발이 일어나는 순간 온도는 매우 높았고, 많은 빛양자가 나타났어야 했다. 물론 시간이 지남에 따라 모든 것이 냉각되고 양자가 신흥 공간 전체에 흩어지지만 빅뱅의 메아리는 오늘날까지 살아남아야 합니다. 폭발이 처음으로 확인된 것은 1964년 미국 전파 천문학자 R. Wilson과 A. Penzias가 켈빈 온도에서 약 3°(-270°C) 온도의 잔류 전자기 복사를 발견했을 때였습니다. 과학자들에게 빅뱅이 실제로 일어났으며 처음에는 우주가 매우 뜨거웠다는 것을 확신시킨 것은 과학자들에게는 예상치 못했던 이 발견이었습니다. 빅뱅 이론은 우주론이 직면한 많은 문제를 설명했습니다. 그러나 불행하게도, 어쩌면 다행스럽게도 이는 많은 새로운 질문을 불러일으켰습니다. 특히: 빅뱅 이전에 무슨 일이 일어났나요? 왜 우리 공간은 곡률이 0이고 학교에서 배우는 유클리드 기하학이 맞는 걸까요? 빅뱅 이론이 사실이라면, 현재 우주의 크기는 이론에서 예측한 1cm보다 훨씬 더 큰 이유는 무엇입니까? 우주는 놀라울 정도로 균질한데, 폭발할 때마다 물질이 흩어지는 이유는 무엇입니까? 다른 측면엄청나게 고르지 않은데? 우주가 처음에 상상할 수 없는 10 13 K 이상의 온도로 가열된 이유는 무엇입니까?
이 모든 것은 빅뱅 이론이 불완전하다는 것을 나타냅니다. 오랫동안더 이상 더 이상 발전하는 것이 불가능한 것 같았습니다. 불과 25년 전의 작업 덕분에 러시아 물리학자 E. Gliner와 A. Starobinsky, 그리고 미국인 A. Hus는 우주의 초고속 인플레이션 팽창이라는 새로운 현상을 설명했습니다. 이 현상에 대한 설명은 이론 물리학의 잘 연구된 부분, 즉 아인슈타인의 일반 상대성 이론과 양자장 이론을 기반으로 합니다. 오늘날 “인플레이션”이라고 불리는 그러한 기간이 빅뱅 이전에 일어났다는 것이 일반적으로 받아들여지고 있습니다.
우주 생명의 초기 기간의 본질에 대한 아이디어를 제공하려고 할 때 우리는 우리의 상상력이 인식하기 어려울 정도로 매우 작은 숫자와 매우 큰 숫자를 다루어야 합니다. 인플레이션 과정의 본질을 이해하기 위해 몇 가지 비유를 사용해 보겠습니다.
자갈, 나뭇가지, 얼음 조각 등 다양한 작은 물체가 산재해 있는 눈으로 덮인 산 경사면을 상상해 봅시다. 이 비탈 꼭대기에 누군가가 작은 눈덩이를 만들어 산 아래로 굴러내리게 했습니다. 아래로 내려갈수록 눈덩이는 모든 내포물이 포함된 새로운 눈 층이 달라붙기 때문에 크기가 커집니다. 그리고 뭐 더 큰 크기눈덩이일수록 더 빨리 증가합니다. 곧 그것은 작은 눈덩이에서 거대한 덩어리로 변할 것입니다. 경사면이 심연으로 끝나면 그는 점점 더 빠른 속도로 그곳으로 날아갈 것입니다. 바닥에 도달하면 덩어리가 심연의 바닥에 닿고 그 구성 요소가 모든 방향으로 흩어집니다. 그런데 덩어리의 운동 에너지의 일부는 환경과 날아다니는 눈을 가열하는 데 사용됩니다.
이제 위의 비유를 사용하여 이론의 주요 조항을 설명하겠습니다. 우선, 물리학자들은 "인플레이션"("인플레이션"이라는 단어에서 유래)이라는 가상의 분야를 도입해야 했습니다. 이 필드는 전체 공간을 채웠습니다(우리의 경우 경사면의 눈). 무작위 변동으로 인해 시간이 걸렸습니다. 다른 의미임의의 공간 영역과 다른 시간에. 크기가 10~33cm보다 큰 이 장의 균일한 구성이 우연히 형성되기 전까지는 아무런 의미 있는 일도 일어나지 않았습니다. 우리가 관찰하는 우주의 경우, 그 생애 첫 순간의 크기는 분명히 10-27cm였습니다. 그러한 규모에서 오늘날 우리에게 알려진 물리학의 기본 법칙은 이미 유효하다고 가정하므로 다음이 가능합니다. 시스템의 향후 동작을 예측합니다. 그 직후 변동이 차지하는 공간 영역(라틴어 fluctuatio - "변동", 관찰된 것의 무작위 편차)이 밝혀졌습니다. 물리량평균값에서) 크기가 매우 빠르게 증가하기 시작하고 인플레이션 필드는 에너지가 최소인 위치(눈덩이가 굴러감)를 차지하는 경향이 있습니다. 이 팽창은 단지 10 -35초 동안 지속되지만, 이번에는 우주의 직경이 최소 10 27배 증가하기에 충분하며 팽창 기간이 끝날 때까지 우리 우주는 대략 1cm의 크기를 얻었습니다. 인플레이션 장은 최소 에너지에 도달합니다. 더 이상 떨어질 곳이 없습니다. 이 경우 축적된 운동에너지는 입자가 탄생하고 날아가는 에너지로 바뀌게 되는데, 즉 우주가 가열되는 것이다. 바로 이 순간을 오늘날 빅뱅이라고 부른다.
위에 언급된 산은 매우 복잡한 지형을 가질 수 있습니다. 여러 가지 저지대, 아래 계곡, 온갖 종류의 언덕과 험먹이 있습니다. 눈덩이(미래 우주)는 장의 변동으로 인해 산 꼭대기에서 지속적으로 탄생합니다. 각 덩어리는 최소값 중 하나로 미끄러져 들어가 특정 매개변수를 가진 자체 우주를 탄생시킬 수 있습니다. 더욱이 우주는 서로 크게 다를 수 있습니다. 우리 우주의 속성은 지능적인 생명체가 탄생할 수 있도록 놀랍도록 적응되어 있습니다. 다른 우주에서는 그렇게 운이 좋지 않았을 수도 있습니다.
다시 한 번, "실질적으로 무에서" 우주가 탄생하는 과정은 엄격하게 과학적인 계산에 기초하고 있다는 점을 강조하고 싶습니다. 그럼에도 불구하고 위에서 설명한 인플레이션 메커니즘을 처음 접하는 사람은 많은 질문을 합니다.
오늘날 우리 우주는 숨겨진 질량은 말할 것도 없고 수많은 별들로 구성되어 있습니다. 그리고 우주의 총 에너지와 질량은 엄청나는 것처럼 보일 수도 있습니다. 그리고 이 모든 것이 10-99cm3의 원래 부피에 어떻게 들어갈 수 있는지 완전히 이해할 수 없습니다. 그러나 우주에는 물질뿐만 아니라 중력장도 있습니다. 후자의 에너지는 음수인 것으로 알려져 있으며, 밝혀진 바와 같이 우리 우주에서 중력 에너지는 입자, 행성, 별 및 기타 거대한 물체에 포함된 에너지를 정확하게 보상합니다. 따라서 에너지 보존 법칙은 완벽하게 충족되며 우리 우주의 총 에너지와 질량은 거의 0과 같습니다. 초기 우주가 출현 후 즉시 거대한 블랙홀로 변하지 않은 이유를 부분적으로 설명하는 것은 바로 이러한 상황입니다. 그 총 질량은 완전히 미세했고 처음에는 무너질 것이 전혀 없었습니다. 그리고 개발의 후기 단계에서만 빛조차도 탈출할 수 없는 중력장을 자신 근처에 생성할 수 있는 국부적인 물질 덩어리가 나타났습니다. 따라서 별을 "만드는" 입자는 개발 초기 단계에는 존재하지 않았습니다. 소립자는 우주가 발달하는 시기에 팽창장이 최저 위치에너지에 도달하고 빅뱅이 시작되는 시기에 탄생하기 시작했다.
인플레이션 장이 차지하는 영역은 눈에 띄게 성장했습니다. 더 높은 속도그러나 이것은 아인슈타인의 상대성 이론과 전혀 모순되지 않습니다. 오직 물질적인 물체만이 빛보다 빠르게 움직일 수 없으며, 이 경우 우주가 탄생한 지역의 상상적이고 비물질적인 경계가 움직이고 있었습니다(초광속 운동의 예는 빠른 속도로 달 표면에 있는 광점의 움직임입니다) 그것을 조명하는 레이저의 회전).
더욱이 환경은 점점 더 빠르게 성장하는 인플레이션 장으로 덮힌 공간 영역의 확장에 전혀 저항하지 않았습니다. 왜냐하면 신흥 세계에는 존재하지 않는 것처럼 보였기 때문입니다. 일반 상대성 이론에서는 관찰자가 보는 물리적 그림은 관찰자가 어디에 있는지, 어떻게 움직이는지에 따라 달라집니다. 따라서 위 그림은 이 영역 내부에 위치한 '관찰자'에 대해 유효합니다. 더욱이, 이 관찰자는 자신이 위치한 공간 영역 밖에서 무슨 일이 일어나고 있는지 결코 알 수 없습니다. 외부에서 이 영역을 보는 또 다른 "관찰자"는 어떤 확장도 전혀 감지하지 못할 것입니다. 기껏해야 그는 시계에 따르면 거의 즉시 사라질 작은 불꽃만을 볼 것입니다. 가장 정교한 상상력조차도 그러한 그림을 인식하기를 거부합니다. 하지만 그것은 사실인 것 같습니다. 적어도 이것이 현대 과학자들이 생각하는 바이며, 이미 발견된 자연의 법칙으로부터 확신을 얻었으며 그 정확성은 여러 번 테스트되었습니다.
이 인플레이션 장은 지금도 계속 존재하고 변동하고 있다고 말해야 합니다. 그러나 내부 관찰자인 우리만이 이것을 볼 수 없습니다. 결국 우리에게는 작은 영역이 빛조차 도달할 수 없는 경계인 거대한 우주로 변했습니다.
따라서 팽창이 끝난 직후 가상의 내부 관찰자는 물질 입자와 광자 형태의 에너지로 가득 찬 우주를 보게 될 것입니다. 내부 관찰자가 측정할 수 있는 모든 에너지를 입자 질량으로 변환하면 약 1080kg이 됩니다. 일반적인 팽창으로 인해 입자 사이의 거리가 급격히 증가합니다. 입자 사이의 중력 인력으로 인해 속도가 감소하므로 인플레이션 기간이 끝난 후 우주의 팽창이 점차 느려집니다.
탄생 직후 우주는 계속해서 성장하고 차가워졌습니다. 동시에 공간의 진부한 확장으로 인해 냉각이 발생했습니다. 전자기 방사선온도와 관련될 수 있는 파장을 특징으로 합니다. 평균 길이복사파는 온도가 낮아집니다. 그러나 공간이 확장되면 파도의 두 "혹" 사이의 거리가 증가하고 결과적으로 길이도 늘어납니다. 이는 팽창하는 공간에서는 복사 온도가 감소해야 함을 의미합니다. 극도로 확인된 것 낮은 온도현대 우주 마이크로파 배경 방사선.
그것이 확장됨에 따라 우리 세계를 채우는 물질의 구성도 변합니다. 쿼크는 양성자와 중성자로 결합되며 우주는 양성자, 중성자, 전자, 중성미자 및 광자와 같이 이미 우리에게 친숙한 기본 입자로 채워져 있습니다. 반입자도 존재합니다. 입자와 반입자의 성질은 거의 동일합니다. 인플레이션 직후에는 그 숫자가 같아야 할 것 같습니다. 그러나 그렇게 되면 모든 입자와 반입자는 서로 파괴될 것이고 은하계와 우리 자신을 위한 건축 자재는 하나도 남지 않게 될 것입니다. 그리고 여기서 우리는 다시 운이 좋았습니다. 자연은 반입자보다 입자가 약간 더 많다는 것을 확인했습니다. 이 작은 차이 덕분에 우리가 사는 세상이 존재하는 것이다. 그리고 잔류 방사선은 입자와 반입자의 소멸(즉, 상호 파괴)의 결과입니다. 물론 초기에는 복사 에너지가 매우 높았지만 공간이 팽창하고 그에 따른 복사의 냉각으로 인해 이 에너지는 빠르게 감소했습니다. 이제 우주 마이크로파 배경 복사의 에너지는 거대한 기본 입자에 포함된 에너지보다 약 10,000배(104배) 적습니다.
점차적으로 우주의 온도는 1010K까지 떨어졌습니다. 이 시점에서 우주의 나이는 약 1분이었습니다. 이제서야 양성자와 중성자가 결합하여 중수소, 삼중수소, 헬륨의 핵을 형성할 수 있게 되었습니다. 이것은 사람들이 이미 열핵폭탄을 터뜨리고 지구상에서 원자로를 작동시켜 잘 연구한 핵반응 덕분에 일어났습니다. 그러므로 우리는 그러한 원자로 보일러에 얼마나 많은 요소가 나타날지, 어떤 요소가 나타날지 자신있게 예측할 수 있습니다. 현재 관찰된 가벼운 원소의 풍부함은 계산과 잘 일치하는 것으로 나타났습니다. 이는 우리에게 알려진 물리적 법칙이 관찰 가능한 우주 전체에 걸쳐 동일하며, 우리 세계가 나타난 후 첫 몇 초 동안에도 동일하다는 것을 의미합니다. 더욱이 자연에 존재하는 헬륨의 약 98%는 빅뱅 이후 첫 몇 초 안에 형성되었습니다.
탄생 직후 우주는 인플레이션 발달 기간을 겪었습니다. 모든 거리가 (내부 관찰자의 관점에서) 빠르게 증가했습니다. 그러나 공간의 서로 다른 지점의 에너지 밀도는 정확히 동일할 수 없습니다. 일부 불균일성은 항상 존재합니다. 어떤 지역에서는 에너지가 이웃 지역보다 약간 더 크다고 가정합니다. 하지만 모든 규모가 빠르게 성장하고 있으므로 이 영역의 규모도 커져야 합니다. 인플레이션 기간이 끝나면 이 확장된 영역에는 주변 영역보다 입자가 약간 더 많아지고 온도도 약간 높아집니다.
그러한 영역의 출현이 불가피하다는 것을 깨달은 인플레이션 이론 지지자들은 실험자들에게 "온도 변동을 감지하는 것이 필요합니다..."라고 말했습니다. 그리고 1992년에 이 소원이 이루어졌습니다. 거의 동시에 러시아 위성 Relikt-1과 미국 COBE는 우주 마이크로파 배경 복사의 온도에 필요한 변동을 발견했습니다. 이미 언급했듯이 현대 우주의 온도는 2.7K이며 과학자들이 발견한 평균 온도 편차는 약 0.00003K였습니다. 이전에는 그러한 편차를 감지하기 어려웠다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 따라서 인플레이션 이론은 더욱 확증되었습니다.
온도 변동의 발견으로 은하가 어떻게 형성되는지 설명할 수 있는 또 다른 흥미로운 가능성이 나타났습니다. 결국 순서대로 중력압축된 물질의 경우 초기 배아가 필요했습니다. 밀도가 증가한 영역입니다. 물질이 공간에 균일하게 분포되어 있으면 Buridan의 당나귀처럼 중력이 어느 방향으로 작용해야 할지 알 수 없습니다. 그러나 인플레이션을 유발하는 것은 바로 에너지 과잉 지역입니다. 이제 중력은 어디에서 작용해야 하는지, 즉 인플레이션 기간 동안 생성된 밀도가 높은 영역을 알고 있습니다. 중력의 영향으로 처음에는 약간 더 밀도가 높았던 영역이 압축될 것이며, 미래에는 별과 은하가 형성될 것입니다.
우주 진화의 현재 순간은 생명에 매우 잘 적응되어 있으며 수십억 년 동안 지속될 것입니다. 별들은 태어나고 죽고, 은하들은 회전하고 충돌하며, 은하단들은 서로 점점 더 멀리 날아갈 것입니다. 그러므로 인류에게는 자기 개선을 위한 충분한 시간이 있습니다. 사실, 우리처럼 광대한 우주에 대한 "지금"이라는 개념 자체가 잘못 정의되어 있습니다. 예를 들어, 천문학자들이 관찰한 지구로부터 100억~140억 광년 떨어진 퀘이사의 수명은 우리의 '지금'으로부터 정확히 100억~140억 광년 떨어져 있습니다. 그리고 우리가 다양한 망원경의 도움으로 우주의 깊이를 더 깊이 들여다 볼수록 우리가 관찰하는 개발 기간은 더 빨라집니다.
오늘날 과학자들은 10~42초의 순간부터 현재, 심지어 그 이후까지 우주의 대부분의 특성을 설명할 수 있습니다. 그들은 또한 은하의 형성을 추적하고 어느 정도 확실하게 우주의 미래를 예측할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 아직 알려지지 않은 "사소한" 문제가 많이 남아 있습니다. 이것이 우선 숨겨진 질량(암흑물질)과 암흑에너지의 본질이다. 그 외에도 우리 우주에는 반입자보다 입자가 더 많은 이유를 설명하는 모델이 많이 있는데, 최종적으로 올바른 모델을 결정하고 싶습니다.
과학의 역사가 우리에게 가르쳐 주듯이, 미래 세대의 과학자들이 확실히 할 일을 갖게 될 더 발전의 길을 열어주는 것은 대개 "작은 불완전성"입니다. 게다가 더 깊은 질문도 이미 물리학자와 수학자들의 의제에 포함되어 있습니다. 우리 공간은 왜 입체적인가? 자연의 모든 상수가 지능적인 생명체가 발생하도록 "조정"된 것처럼 보이는 이유는 무엇입니까? 그리고 중력이란 무엇입니까? 과학자들은 이미 이러한 질문에 답하려고 노력하고 있습니다.
물론 놀랄 여지는 남겨 두겠습니다. 우리는 우주의 팽창, 유물 광자의 존재 및 진공 에너지와 같은 근본적인 발견이 우연히 이루어졌으며 과학계에서 예상하지 못했다는 사실을 잊어서는 안됩니다.
우주는 탄생 직후 믿을 수 없을 만큼 빠르게 팽창했습니다.
20세기 30년대부터 천체물리학자들은 허블의 법칙에 따라 우주가 팽창하고 있다는 사실을 이미 알고 있었습니다. 이는 우주가 과거의 특정 순간에 시작되었음을 의미합니다. 따라서 천체 물리학자의 임무는 겉보기에 단순해 보였습니다. 허블 확장의 모든 단계를 역연대순으로 추적하고, 각 단계에서 해당 물리 법칙을 적용하고, 이 길을 끝까지, 더 정확하게는 처음까지 추적하는 것입니다. -모든 일이 어떻게 일어 났는지 정확히 이해합니다.
그러나 1970년대 후반에도 초기 우주와 관련된 몇 가지 근본적인 문제는 해결되지 않은 채로 남아 있었습니다.
이러한 문제를 해결하는 열쇠는 우주가 탄생한 직후에 우주가 매우 밀도가 높고 매우 뜨겁다는 생각이었습니다. 그 안의 모든 물질은 뜨거운 쿼크와 렙톤 덩어리였습니다. 센티미터.표준 모형)은 원자로 결합할 방법이 없었습니다. 현대 우주에 작용하는 다양한 힘(예: 전자기력 및 중력)은 단일 힘 상호작용 장에 해당합니다( 센티미터.보편이론). 그러나 우주가 팽창하고 냉각됨에 따라 가상의 통합 장은 여러 힘( 센티미터.초기 우주).
1981년 미국 물리학자 앨런 구스(Alan Guth)는 우주 탄생 후 약 10~35초 후에 발생하는 통일된 장에서 강한 상호 작용이 분리된다는 사실을 깨달았습니다(생각해 보세요. 0은 34개이고 소수점 이하 1은 1입니다!). 발전의 전환점이 되었습니다. 일어난 상전이우주 규모의 한 상태에서 다른 상태로의 물질 - 물이 얼음으로 변하는 것과 유사한 현상. 그리고 물이 얼 때 무작위로 움직이는 분자가 갑자기 "잡아" 엄격한 결정 구조를 형성하는 것처럼 방출된 강한 상호 작용의 영향으로 우주에서 물질의 일종의 "결정화"인 즉각적인 구조 조정이 일어났습니다.
그들이 어떻게 터지는지 누가 보았습니까? 수도관또는 심한 서리가 내린 자동차 라디에이터 튜브의 물이 얼음으로 변하자마자 자신의 경험물이 얼면 팽창한다는 것을 안다. Alan Guth는 강한 상호작용과 약한 상호작용이 분리될 때 우주에서도 비슷한 일, 즉 점프와 같은 팽창이 일어났다는 것을 보여줄 수 있었습니다. 이것은 확장 프로그램입니다. 인플레이션, 일반적인 허블 확장보다 몇 배 빠릅니다. 약 10~32초 만에 우주는 50배로 팽창했습니다. 이는 양성자보다 작았고 자몽 크기가 되었습니다(비교를 위해 물이 얼면 10%만 팽창합니다). 그리고 이러한 우주의 급속한 인플레이션 팽창은 위에서 언급한 세 가지 문제 중 두 가지를 직접적으로 설명하는 문제를 제거합니다.
해결책 공간 교정 문제다음 예는 이를 가장 명확하게 보여줍니다. 얇은 탄성 지도에 그려진 좌표 격자가 우연히 구겨지는 것을 상상해 보십시오. 이제 공 모양으로 구겨진 이 탄성 지도를 가져다가 세게 흔들면 구겨질 때 아무리 변형해도 다시 평평한 모양이 되고 좌표선이 복원됩니다. 마찬가지로, 우주의 공간이 시작될 때 아무리 휘어져 있더라도 마찬가지입니다. 인플레이션 팽창, 가장 중요한 것은 이번 확장이 완료되면 공간이 완전히 곧게 펴졌다는 것입니다. 그리고 우리는 상대성 이론을 통해 공간의 곡률이 그 안에 있는 물질과 에너지의 양에 달려 있다는 것을 알고 있으므로 우주에 허블 팽창의 균형을 맞추기에 정확히 충분한 물질이 있는 이유가 분명해집니다.
인플레이션 모델을 설명하고 지평선 문제, 그렇게 직접적이지는 않지만. 흑체 복사 이론을 통해 우리는 물체에서 방출되는 복사가 온도에 따라 달라진다는 것을 알고 있습니다. 따라서 우주의 먼 부분의 복사 스펙트럼을 통해 온도를 결정할 수 있습니다. 이러한 측정은 놀라운 결과를 가져왔습니다. 우주의 관측 가능한 모든 지점에서 온도(소수점 4자리까지의 측정 오류 포함)가 동일하다는 것이 밝혀졌습니다. 일반적인 허블 확장 모델에 따르면 빅뱅 직후의 물질은 온도가 동일해지기에는 너무 멀리 퍼져 있었을 것입니다. 팽창 모델에 따르면, t = 10 -35초가 되는 순간까지 우주의 물질은 허블 팽창 동안보다 훨씬 더 컴팩트하게 유지되었습니다. 이는 극히 짧은 기간열평형이 확립되기에는 충분했고, 이는 인플레이션 팽창 단계에서도 방해받지 않고 오늘날까지 보존되고 있습니다.
미국의 물리학자, 소립자와 우주론 분야의 전문가. 뉴저지주 뉴브런즈윅에서 태어났습니다. 매사추세츠대학교에서 박사학위를 받았습니다. 기술 연구소, 그는 1986년에 돌아와 물리학 교수가 되었습니다. Guth는 스탠포드 대학에 있으면서 기본 입자 이론을 연구하면서 우주의 인플레이션 팽창 이론을 개발했습니다. 우주를 "끝없이 스스로 조립한 식탁보"로 평가한 것으로 알려져 있습니다.
