?алам эволюциясыны? моделі

1922 жылы А.А.Фридман Эйнштейнні? салыстырмалы? теориясына с?йкес ?лемні? эволюциялы? сипатын ашты. Б?дан кейін В.М.Слайфер галактикаларды? к?пшілігі (?зіні? ?лшеген 41 ден 36) 2000 км/с жылдамды?пен алыстап бара жат?анды?ын ж?не тек, бірнеше галактиканы? ?ана жа?ындап келе жат?анды?ын аны?тады. Кейін К?н бізді? галактикамызда 250 км/с жылдамды?пен айналатынды?ы ж?не осы галактикаларды? жа?ындау жылдамды?ы К?нні? осы объектілерге ?арай ?оз?алатынды?ына байланысты екендігі аны?талды. (Алыста?ы объектілерді? жа?ындауымен алыстауын Доплерді? эффектісін пайдалану ар?ылы аны?тау?а болады. Осы эффектіге с?йкес жа?ындап келе жат?ан к?нні? с?уле тол?ындарыны? ?зынды?тары азайтылып, спектрді? к?гілдір жа?ына ы?ыс?ан, ал алыстап келе жат?ан к?н с?улесі тол?ындары ?лкейіп спектрді? ?ызыл жа?ына ?арай ы?ыс?ан.) 1929 жылы америкалы? астроном Эдвин П.Хаббл (1889-1953) галактикаларды? бастап?ы н?ктеден жан жа??а шашырайтынды?ын аны?тады. Б?л н?кте ?аламны? орталы?ы деп аталып, осыдан кейін ?алам ?алыптаса баста?ан б?л о?и?а - ?лкен Жарылыс деген ат?а ие болды.

Физика ?ылымыны? (релятивистік ж?не квантты?) жетістіктері эволюциялаушы ?аламны? моделін жасау?а м?мкіндік берді. ?азіргі кезде ба?ыланып жат?ан ж?не жа?адан к?зге т?скен объектілерді? сипаты мен ?оз?алуын, 1916 жылы Эйнштейн аш?ан салыстырмалылы?ты? жалпы теориясы ?ана толы? сипаттау?а м?мкіндік береді. Б?л теорияда ке?істікті? ?ш ?лшемі ж?не уа?ытты? бір ?лшемі байланыстырыл?ан. Осыларды? ?осылуы н?тижесінде пайда болатын т?рт ?лшемді ке?істік – уа?ыт ?исы?. Оны? ?исы? т?рде болуы ?аламда зат пен энергияны? болуымен т?сіндіріледі.

?азіргі заман?ы салыстырмалылы?ты? классикалы? жалпы теориясынан ?аламны? ?мір с?руіні? ?ш т?рлі вариантын к?рсетуге болады:

1) ?алам ?ткен уа?ытта да, болаша?та да шексіз м??гі тіршілік ете алады.

             2) ?аламны? басы мен со?ы бар.

             3) ?алам уа?ыт аралы?ында ?немі ?згеріп отырады.

С.Хокинг пен оны? ?ріптестеріні? к?з?арастары екінші вариантты жа?тайды: ?алам пайда бол?ан кезде заттарды? ты?ызды?ы шексіз ?лкен, ал ке?істік – уа?ытты? ?исаюы шексіз кішкентай болды. Осындай жа?дайда физиканы? за?дары да, бізді? кезіміздегіден бас?аша болуы керек. ?азіргі кезде физиктерді? басым к?пшілігі Жердегі материяны? атомды?-молекулярлы? ??рылысын ескере отырып, ?аламны? бастап?ы жа?дайын к?з алдына елестету ?те ?иын деп есептейді.

Сингулярлы деген ат?а ие бол?а б?л жа?дай ?аламны? барлы? материясыны? аса аз бол?анды?ым, аса жо?ары температуралармен ж?не ?ысыммен сипатталады. Б?л жа?дай ?аламны? басында аса ты?ыз ж?не ысты? жа?дайда болып, ке?ейген кезде біртіндеп суып кетуі - ?алам ?алыпты суы??а сай деуге болады. Осындай “ысты?” ?алам моделі Г.А.Гамовпен ?сынылып, кейін ол стандартты деп аталатын болды.

?рине, б?л жерде – материяны? осындай сы?ылуы м?мкін бе деген с?ра? туу м?мкін. Б?л с?ра??а космология мен физика о? жауап береді.

Салыстырмалы т?рде ?арастыратын болса?, жа?ын арада галактикаларды? жары?ынан он есе жары?ыра? ?арышты? объектілер табылды. Оларды? к?пшілігіні? спектрлеріндегі ?ызыл т?сті сызы?тарды? ы?ысуы 200% ??райды. Б?л жа?дай оларды? К?н системасынан ?те алыс жат?анды?ын к?рсетеді (бірнеше мы? мегапарсекке дейін болуы м?мкін). Б?л объектілерді? б?рыш м?лшері салыстырмалы т?рде кішкентай, массалары аса ірі ж?не олар ж?лдыздар?а ??сас. Олардан шы?атын энергия м?лшері е? ірі галактикаларды? энергиясынан онда?ан есе к?п. Б?л аспан денелері квазиж?лдыздар немесе , ?ыс?аша квазарлар деп аталды. Б?лардан бас?а “?ара ойы?тар” деп аталатын космосты? объектілер де бар. Квазарлар мен “?ара ойы?тарда?ы” материя бізге физика мен химиядан таныс атом-молекулалы? к?йден ?згеше к?йде болады.  “?ара ойы?тарда?ы” материя ?те кішкене к?лемде сы?ылып, массасы ?те жо?ары бол?анды?тан, тартылыс к?шін тіпті жары? та же?е алмайды.

Я?ни, материяны? бізге физика мен химиядан белгілі заттарды? атом-молекулалы? к?йінен бас?аша к?йі болуы м?мкін. Осы?ан с?йкес, егерде біз Жердегі барлы? атомдарды оларды? электрон ?абы?шаларынан ажыратып, жинаса?, олар бір ?ана сірі?ке ?орабына сыйып кеткен болар еді. Бас?а с?збен айт?анда теориялы? т?рде де материяны? аса кіші к?лемдерге сы?ылуы м?мкіндігі бар екендігі с?зсіз.  

?азір физиктерді? есептеулері бойынша, атом – молекулалы? к?йде болатын материяны ??райтын ?ш ж?зден аса элементарлы? б?лшектері ж?не физикалы? ара - ?атынасты? т?рт т?рін ажыратады. Оларды? ішінде адам оларды? тікелей екі т?рін ?абылдай алады:

· гравитациялы? ?серлесу  к?штері – я?ни барлы?, тіпті алыс ?ашы?ты?та?ы макроденелерде ?сер ететін тартылыс к?штері. Олар планеталар, ж?лдыздар, галактика мен бас?а ?арышты? ж?йелерді? ?оз?алуын аны?тайды. Гравитациялы? к?ш электромагниттік к?штен бірнеше есе ?лсіз.

· электромагниттік к?штер – космосты? объектілер мен ж?йелерден т?ратын микро ж?не мега?лемдер арасында?ы аралы? орын алады ж?не барлы? молекулалар, химиялы? ?осылыстар, кристаллдар, космосты? денелер мен системаларды? т?зілу процестерінде шешуші роль ат?арады. Электромагниттік к?штер ядролы? к?штерден 100-1000 есе ?лсіз.

Физикалы? к?штерді? ?ал?ан екі типін (ядролы? - к?шті ж?не ?лсіз) адам ?абылдай алмайды, біра? олар микро?лемні? ?рт?рлі объектілеріні? т?зілуінде олар ?лкен р?л ат?арады.

· К?шті ядролы? ?серлер адрондар арасында (грекше : “адрос” – к?шті) болады, олар?а бариондар (грекше: “барис” – ауыр) – нуклондар (протондар мен нейтрондар), гиперондар мен мезондар жатады. К?шті ?серлер тек алыс ?ашы?ты?тарда (радиусы 10 – 13 см) бай?алады. К?шті ?серлерді 1911 жылы атом ядроларымен бірге Э.Резерфорд ашты (осы к?штермен зат ар?ылы ?тетін альфа заттарды? шашырауы т?сіндіріледі). Юкаваны? гипотезасына с?йкес (1935) к?шті ?серлер – аралы? б?лшектер ядролы? тасымалдаушыларды? б?лінуі кезінде бай?алады. Б?л 1947 жылы табыл?ан массасы нуклонны? массасынан 6 есе аз пи-мезон, ал кейінірек бас?а да мезондар табылды. Нуклондарды мезон “б?лттары” ?оршап т?рады. Нуклондарды? ?оз?ан к?йі барионды? резонанстар к?йіне келіп бас?а б?лшектермен алмаса алады. Бариондар бір-бірімен со?ылыс?анда ?оз?ан к?йге к?шеді, оларды? б?лттары бір-бірімен ?абысып, жан-жа??а тарал?ан б?лттар ба?ытында  бірге б?лшектер б?леді. Т?йісу айма?ыны? орталы? б?лігінен жан-жа??а, жай ?оз?алатын екінші б?лшектер б?лінеді. Ядролы? к?штер б?лшектерді? зарядына байланысты болмайды. К?шті ?серлер кезінде заряд м?лшері са?талып ?алады.

· ?лсіз ядролы? ?серлер электромагниттік ?серлерден ?лсіз, біра? гравитациялы? ?серлерден к?шті. ?сер ету радиусы к?шті ?сер радиусынан екі есе аз. ?лсіз ?сер есебінен К?н жары? береді (протон нейтрон, позитрон ж?не нейтрино?а айналады). Б?лінген нейтриноны? ?ткізгіштік ?асиеті   к?шті – ол ?алы?ды?ы млрд км темір плитадан ?те алады. ?лсіз ?серлер кезінде б?лшектерді? заряды ?згереді. ?лсіз ?сер дегеніміз контактілі ?сер емес, аралы? б?лшектерді? - фотон сия?ты бозондарды? алмасуы ар?ылы бай?алады. Бозон виртуалды ж?не т?ра?сыз.

Сонымен, материяны? ?детте бізге белгілі элементарлы? б?лшектері ж?не физикалы? ?серлері жо? к?йі – сингулярлы? к?й деп аталады. Sіngular 1) –  ерекше, ?зіне т?н, арнаулы; 2) ерекше; 3) ерекшелік, арнаулылы?; деген ма?ыналарды білдіреді. ?азіргі заман?ы физика ?ылымы д?лелдеп отыр?андай, осы сингулярлы? к?йден бізге белгілі барлы? элементарлы? б?лшектер т?зілген.

?аламны? стандартты моделі бойынша сингулярлы? к?йді? бастап?ы ішкі температурасы – саналуы Цельсий шкаласы бойынша – 273⁰-тан ал абсолюттік Кельвин шкаласы бойынша 10⁵³ градустан астам болуы керек. Ал материяны? ты?ызды?ы 10 т/см3 жо?ары болуы керек. Б?ндай жа?дайда ?аламны? стандартты моделі эволюциясыны? бастамасы болып табыл?ан ж?не сол ?шін “?лкен жарылыс” деген ат?а ие бол?ан,  аса к?шті жарылыс болуы керек еді.

Болжамдар бойынша, б?л жарылыс ?аламны? алдымен тез одан кейін тежелген ?л?аюымен бірге ж?ріп, кейін температурасы бірте-бірте сал?ында?ан. ?аламны? жасын осы ке?ею ар?ылы аны?тау ?лкен алша?ты?ты к?рсетеді (13 тен 20 млрд жыл?а дейін), біра? есептеулерді? басым к?пшілігі бойынша ?лкен жарылыс шамамен 20 млрд жыл б?рын болды деп жорамалданып отыр.

?аламда?ы гелийді? м?лшерін зерттеу барысында Фред Хойл мына ?ызы?ты жа?дайды бай?ады. ?аламда?ы гелийді? 10% ?ана ж?лдыздарда пайда болып, ?ал?ан 90% бас?а жерлерде т?зілуі тиіс. Б?л орын?а е? бірінші кандидат есебінде ескі ?алам ?арастырыла бастады. Кейінірек гелийді? сол жерде пайда бол?анды?ы аны?талды. Жарылыстан кейін 3 минуттан со? нуклондардан же?іл ядроларды? ?оспасы т?зіледі: 2/3 сутегі ж?не 1/3 гелий. Сутегі пен гелийді? бейтарап атомдары т?зілгенде, зат т?ссізденіп, олар ?аламды ке?істікке с?уле шаша бастады. ?азіргі кезде б?ндай процесс реликтілік с?уле шы?ару т?рінде бай?алып отыр. Б?л реликтілік с?улелер ?лкен жарылысты? д?лелі болып табылады.

“Ысты?” ?аламны? моделіне с?йкес, реликтілі с?уле шы?аруды? м?мкіндігін физик-теоретиктер алдын-ала жорамалдап кеткен болатын. Реликтілі с?уле шы?ару ??былысын, 1965ж. американды? “Bell” компаниясыны? ?ызметкерлері Пензиас пен Вилсон  “Эко” жер серігін ба?ылау ?шін жасал?ан радиоантеннамен ж?мыс істеу кезінде кездейсо? бай?ады. Олар космостан ?лсіз антеннаны? ба?ытына т?уелсіз радиошуды естиді. Дикке, Пиблс, Ролл ж?не Вилконсон Пензиас пен Вилсонны? ж?ргізген ?лшеулерін ?аламны? ысты? моделіні? космолгиялы? д?лелеі ретінде т?сіндірді.

Кейіннен реликтілік с?уле шы?ару ??былысы ар?ылы, онда?ан см-ден мм-ге дейінгі т?рлі тол?ын ?зынды?тарында к?птеген ?лшеулер ж?ргізілді. Реликтілік с?уле шы?ару радиогалактикада т?зілген ж?лдыздарды? жары?ы не радиотол?ындар сия?ты белгілі бір к?здерден т?зілген жо?. Ол ?лемні? бастап?ы ке?еюі кезінен басталды. Ол ?аламны? сингулярлы?тан ке?ейген ысты? затында болды. Реликтілік с?уле шы?ару осы кезге дейін са?талып, ?те ертедегі сутегі мен гелийді? бейтарап атомдары т?зілген кезе?ні? реликтілік ?алды?ы болып ?алып отыр. Бас?а химиялы? элементтер осы ж?здызалдында?ы заттардан ядролы? реакциялар н?тижесінде т?зілген.

Жалпы айт?анда, ?алам т?зілуіні? стандартты моделі бойынша оны? т?зілуі т?мендегіше ж?рді. Жарылыстан кейін ?алам температурасы Кельвин шкаласы бойынша 6 млрд градус?а дейін т?мендеп, осыдан кейін ал?аш?ы 8 секундта ол электрондар мен позитрондар ?оспасынан ?ана т?рды. Б?л ?оспа жылулы? тепе-те?дікте бол?ан кезде ?рт?рлі б?лшектерді? саны шамамен бірдей болды. Б?лшектерді? бір-бірімен ?здіксіз со?ты?ысуы ?серінен фотон ж?птары, ал оларды? со?ты?ысуынан электрондар мен позитрондар пайда болды.

?аламны? б?дан кейінгі ?л?аюы ж?не осы?ан с?йкес температураны?  т?мендеуі кезінде б?лардан ауырыра? ядролы? б?лшектер – протондар мен нейтрондар пайда болды. ?лемні? микроэволюциясыны? осы кезе?іні?  негізгі н?тижесі – бір миллиард фотон?а бір протонмен немесе нейтронмен есептелетін, с?улелерге ?ара?анда заттар массасыны? басым болуы. Осыдан физикалы? эволюцияны? б?дан кейінгі процестерінде атом, молекула, кристаллдар, минералдардан бастап, т?рлі планета, ж?лдыздар мен оларды? ассоциациялары, галактикалар мен оларды? жиынты?ына дейінгі толып жат?ан материалды? ??рылымдар т?зілді.

?аламны? физикалы? эволюция процестері 10 млрд-тай жыл?а созылып, н?тижесінде молекулалар т?зіліп, ?аламны? макроэволюциясыны? басталуыны? ал?ы шарты болып табылды. Осы макроэволюция н?тижесінде бізді ?оршап т?р?ан макроденелер,  оларды? ?рт?рлі ж?йелері ??рылды.

Жо?арыда к?рсетілген ?зара ара - ?атынас к?штеріні? т?рт т?ріні? сипаттамасы оларды? ?азіргі к?йлеріне байланысты берілгендігін айта кету керек. ?аламны? физикалы? эволюциясы барысында олар бас?алай ара - ?атынаста болды. Бастап?ы кезе?де, я?ни ?аламны? ?те ысты? жа?дайында, ядролы? к?штер гравитациялы? к?штермен, ал электромагниттік к?штері - ?лсіз ?сер ету к?штерімен симметриялы болды. Тек к?шті ядролы? ж?не гравитациялы? к?штер арасында?ы симметрияны? б?зылуы н?тижесінде аспан денелері, галактика мен космосты? ж?йелер т?зілді. Сонымен ?атар, электромагниттік к?штер мен ?лсіз ?зара ?сер к?штері арасында?ы симметрияны? б?зылуы бізді ?оршап, к?зге к?рініп т?р?ан толып жат?ан денелер, ??рылымдар мен ж?йелерді? пайда болуына ?келіп со?ты. Осылайша, физикалы? ?зара ара - ?атынастарды? т?рлеріні? арасында?ы симметрияны? б?зылуы ар?ылы тек ?ана микро - ж?не макрообъектілерді? ?ана емес, б?лардан т?зілетін даму процесіні? микроскопиялы? ж?не макроскопиялы? тарма?тарыны? ?зара ты?ыз байланысты эволюциясы м?мкін болды.

Микроэволюция макроэволюцияны? дамып, ке?еюіне  жа?дай жасады. Жарылыстан кейін шамамен 700000 жыл ?ткеннен кейін гравитациялы? к?штерді? ядролы? к?штермен симметриясыны? б?зылуы н?тижесінде оларды? босанып шы?уы ж?лдыздар, галактикалар, оларды? жиынты?тары мен т?рлі ?арышты? ж?йелерді? т?зілуіне ?кеп со?ты. Осымен ?оса гравитациялы? к?штер мен тол?ын к?штері ж?лдыздарды? ішінде, галактикаларды? ядролары мен оларды? жиынты?тарында ядролы? реакцияларды? т?зілуіне ж?не ж?руіне жа?дай жасады. Я?ни, микро - ж?не макроэволюциялар бірін-бірі толы?тырып, дамытып отырды, сонды?тан да олар бір процесті? екі тарма?ы т?різді. Осы жерден бізге физикалы?, химиялы?, геологиялы? ж?не бас?а да ж?йелерді? шексіз эволюциясы жер мен ?арыш эволюциясыны? ?р б?ліктерін ??райтынды?ы т?сінікті болады.

Эйнштейн ?зіні? салыстырмалылы? теориясыны? м?нін бір-екі с?збен т?сіндіріп беруін ?тінген бір журналистке: “Б?рын егер ?лемдегі барлы? материя жойылса, онда ке?істік пен уа?ыт са?талып ?алады деген к?з?арасты? бол?анды?ы белгілі, ал салыстырмалылы? теориясы бойынша материямен бірге ке?істік пен уа?ыт та жойылып кетеді деп т?жырымдалады” – деп жауап бергендігі белгілі.  Б?л т?жырымды ?аламны? ?л?айып бара жат?ан моделіне ?атысты айтатын болса?, ?алам пайда бол?анша уа?ытта, ке?істік те бол?ан жо? деуге ?бден болады.