ТЕОРІЯ ВСЬОГО

Сучасне уявлення по Всесвіт. Відлік від Землі. Джерело ілюстрації: ehttp://www.cosmology.com
Сучасне уявлення по Всесвіт. Відлік від Землі. Джерело ілюстрації: http://www.cosmology.com

 

Андрій ГЛОВ’ЯК

 

Як виник Всесвіт? Цим запитанням задавались і задаються вчені всього світу. З-поміж них і Стівен Говкінґ (Stephen Hawking), чи не найвідоміший науковець нашого часу. Він заявляє що невдовзі створить теорію, настільки могутню, що вона пояснить всі таємниці створення світу. Чому виник Всесвіт? І чи наступить колись його кінець? Це – теорія всього.

Стівен Говкінґ народився в 1942 році в Оксфорді, що у Британії. Його завжди цікавив навколишній світ, тож він вступив до Оксфордського університету, який закінчив у 1962 році, вступив до Кембрідзького університету й зайнявся теоретичною фізикою. Ще будучи юнаком, Стівен задався запитанням: як виник Всесвіт? До того вважалось, що Всесвіт існував завжди й у нього немає а ні початку, а ні кінця, але відкриття процесу його безупинного розширення, породило нову теорію – Великого вибуху. Згідно цієї теорії, увесь Всесвіт разом із міріадами зірок та галактик, виник з маленької точки, подібно до вибуху феєрверку. Однак, яким чином з нічого може з’явитись цілий світ?

Чумацький Шлях - наша рідна галактика. Джерело ілюстрації: http://www.wikipedia.org
Чумацький Шлях - наша рідна галактика. Вигляд із Землі. Джерело ілюстрації: http://www.wikipedia.org

У 20 років Стівен Говкінґ береться за пошуки відповіді на зпитання, що його турбують. Навчаючись в Кембриджському університеті, ніхто й не сподівався що він на голову стане “вищим” у цьому питанні від усіх своїх колег. В цей же час Стівен помічає, що стає дуже розсіяним. Він звертається в клініку, де йому ставлять діагноз боковий аміотрофічний склероз. Ця хвороба руйнує м’язи. Діагноз був невтішним – лікарі прогнозували цілковитий параліч, а відведений Стівену термін життя – ще два роки… І це у 21 рік! Тепер бажання розгадати теорію виникнення світу, у нього не було. Він одружується, і саме ця подія дає йому сили боротись далі, незважаючи ні нащо! Від його першого шлюбу у нього народилась донька та два сина.

В 1965 році Стівен Говкінґ відвідує лекцію видатного математика Роджера Пенроуза. Пенроуз викладає цікаву теорію про те, що у просторі може існувати діра, і якщо в неї щось потрапляє, то воно там зникне. Під ефектом теорії Пенроуза, Говкінґ задумується на тим, що якщо матерія може перетворитись в ніщо, то чому матерія не може утворитись з нічого? Але як в просторі може існувати діра, в якій зникають великі об’єкти? Загальна теорія відносності Ейнштейна говорить що гравітація, це не просто сила тяжіння, а викривлення простору. Ейнштейн уявляє що простір і час це “тканина”, планети і зірки “тиснуть” на цю тканину, створюючи “заглиблення” у які й затягуються об’єкти. Коли “заглиблення” у цій “тканині” робиться максимальним, то у просторі утворюється діра, що з неймовірною силою затягує у себе будь-які матеріальні предмети. Наприклад, процес виникнення діри розпочинається зі смерті зірки. В залежності від маси, після смерті, зірки перетворюються або на карликові світила чи пульсари, або на чорні діри. Перед смертю зірка сильно стискається і при цьому її маса збільшується, досягши критичного значення, відбувається процес, що отримав назву колапс – це межа, на якій гравітація перевищує сили відштовхування між атомами і молекулами. Зірка провалюється сама в себе, утворюючи своєрідний просторовий вихор. Уявіть, що Ви тиснете на “тканину” простору і часу з такою силою, що в ній утвориться діра. Ця діра настільки все затягує, що навіть світло не може звідти вибратись. Род жер Пенроуз вважає, що в центрі чорної діри є точка чистої гравітації. Вона називається сингулярністю. В чорній дірі відбувається те, що заперечує закони фізики, в її сингулярності простір і час зникають.

Галактика із сузір'я Центавра А активно випромінює рентґенівському спектрі, що зумовлено масивною чорною дрою у її центрі. Рентґенівські промені відтворені у блакитному кольорі. Джерело ілюсрації: http://www.wikipedia.org
Галактика із сузір'я Центавра А активно випромінює рентґенівському спектрі, що зумовлено масивною чорною дрою у її центрі. Рентґенівські промені відтворені у блакитному кольорі. Джерело ілюсрації: http://www.wikipedia.org

Говкінґа зацікавила інша сторона медалі – чи можливий зворотній процес, тобто чи може щось “вибратись” із чорної діри. Він пропонує теоретично повернути потік часу в теорії Пенроуза, тоді стиснення перетворюється в розширення. Тобто замість того щоб все затягувати в себе, чорна діра буде навпаки виплескувати назовні простір і час. Саме так, як розповідає теорія Великого вибуху. Говкінґ теоретизує що Всесвіт утворюється із сингулярності.  Тепер він знав, що момент виникнення був, але не знав чому відбувся Великий вибух. Теорія відносності Ейнштейна пояснює як гравітація впливає на великі об’єкти, але вона не пояснює як з маленької точки міг утворитися Всесвіт. Тому тут потрібна теорія найменших величин – квантова механіка – наука що описує поведінку атомів та субатомарних частинок. Атоми непередбачувані, вони не піддаються звичайній гравітації. Отже, теорія відносності і квантова механіка несумісні. Раніше вважалось, що електрони рухаються по своїй орбіті навколо ядра, як планети навколо сонця. Але тепер вчені знають, що це не так. Електрони рухаються хаотично, вони навіть можуть перебувати в різних місцях одночасно. Тому гравітація тут не грає ролі. 

Стівен Говкінґ поспвив собі завдання – об’єднати теорію відносності та квантову механіку у “теорію Всього”. Теорія відносності передбачає, що ніщо не може існувати на краю чорної діри, але згідно квантової механіки простір ніколи не буває порожнім, він заповнений віртуальними частинками. Ці частинки утворюються коливаннями простору, кожній частинці притаманна античастинка. Одні мають заряд “+”, інші – заряд “–”. Вони є антагоністами, знищуючи одна іншу. Що ж відбуватиметься, якщо дві такі частинки “помістити” біля чорної діри? Говкінґ припустив, що частинка з зарядом “–” падатиме у чорну діру, а з “+” навпаки – покидатиме її межі у вигляді випромінювання. Їй стане енергії, щоб перебороти гравітаційне поле чорної діри. Він припустив, що чорні діри випромінюють тепло в вигляді позитивно заряджених частинок, яке в подальшому отримало назву “Випромінювання Говкінґа”. Це стало сенсацією, адже до нього усі вважали, що у чорної діри не може бути випромінювання. Отже, дві теорії можуть існувати разом. Він найближче підійшов до створення теорії всього.

Однак, до того ніхто не бачив чорної діри, це була тільки теорія, і лише у 1971 році канадські вчені знаходять у космосі об’єкт який створював дуже сильне рентґенівське випромінювання – це була чорна діра. Цю діру було названо Лебідь X1. Стівен Говкінґ робить прогноз – чорні діри вибухають, що робить їх схожими на Великий Вибух. Є ще одне питання на яке Говкінґ не міг дати відповідь. Після Великого вибуху, щось трапилось із гравітацією, вона почала слабшати. Це появляється в тому, що Всесвіт безперервно розширюється. Як відомо, гравітація належить до слабких взаємодій, набагато більшою силою є електромагнітні поля і випромінювання. Вчені вважають, що в момент Великого Вибуху електромагнетизм і гравітація були єдиним цілим, а потім розділились на різні сили.

Ілюстрація теорії струн. Джерело ілюстрації: http://www.wikipedia.org
Ілюстрація теорії струн. Джерело ілюстрації: http://www.wikipedia.org

Відповідь на процеси послаблення гравітаційних сил дає нова теорія – Теорія струн. Засновником цієї теорії є фізик Майкл Ґрін. Саме вона пояснює чому гравітація зменшується. Ця теорія навіть може бути кандидатом на “Теорію всього”, адже вона об’єднує всі об’єкти всесвіту, від атомів до зірок. Вважається що усі субатомарні частинки (електрони, протони, нейтрони і т.д.) – це не частинки чи хвилі, а “струни” (за аналогією зі струнами гітари – ред.), кожна з яких вібрує на певній частоті. Об’єднуючись, ці струни утворюють видиму нам матерію і нас самих. З найдревніших часів, ми вважаємо, що живемо у тривимірному світі, де можна проміряти ширину, висоту і довжину, але сучасна фізика підійшла до розуміння 10-ти вимірного довколишнього світу! Один вимір – це час, а 10 – простір. Грін вважає що додаткові виміри закручуються самі в себе, але є настільки малими, що ми не можемо їх побачити! Те що ми їх не бачимо, не означає що вони не впливають на оточуючий світ і ту ж таки гравітацію. Саме в цих інших вимірах і знаходиться частина гравітації, що робить її слабшою для нашого тривимірного світу. Саме це послаблення гравітації не дає Всесвіту зруйнуватись самому в собі. Цієї деталі й не вистачало Говкінґу.

Та все це тільки теорії. Всупереч прогнозів лікарів, Говкінґ живе, і тепер ним править бажання дати відповідь на свої запитання про виникнення Всесвіту. Незабаром відповіді на ці питання можна буде довести практично, за допомогою Великого адронного колайдера. Можливо саме він зможе дати експериментальне підтвердження теорії струн і теорії всього…

admin Written by:

Be First to Comment

Напишіть відгук

Ваша пошт@ не публікуватиметься. Обов’язкові поля позначені *

− 1 = 3