Trumpai apžvelgsiu Visatos evoliucijos sampratos kaitą. Pabandysime suprasti, kaip gimė ir kaip mirs mūsų Visata.


Kosmologija nagrinėja Visatos kaip visumos istoriją, sandarą ir raidą. Ji glaudžiai susijusi su bendrąja reliatyvumo teorija, nes Visatoje susiduriama su dideliais atstumais, dideliais greičiais ir milžiniškomis masėmis. Pirmąją šiuolaikinę kosmologiją Einšteinas sukūrė 1917m., kaip tiesioginę išvadą iš pradinės reliatyvumo teorijos formuluotės. Einšteinas įrodė, kad bendroji reliatyvumo teorija gali vienareikšmiškai ir suderintai paaiškinti, kodėl egzistuoja statinė, t.y. laike nekintanti Visata. Tuo metu atrodė, kad Visata yra statinė, ir tas rezultatas buvo visų pripažintas, į jį buvo žiūrima kaip į svarų reliatyvumo teorijos laimėjimą.

Kiekviena teorija priimama arba atmetama priklausomai nuo to, kaip gerai ji sugeba numatyti stebimus vyksmus. Todėl po to, kai 1929m. Edvinas Hablas įrodė, jog Visata plečiasi (apie tai plačiau rašiau praeitame straipsnyje), Einšteino kosmologiją ištiko daugelio kitų teorijų likimas – ją sugriovė stebėjimų rezultatai: besiplečiančios Visatos teoriją 1923m. sukūrė tarybinis mokslininkas A. Fridmanas bendrosios reliatyvumo teorijos pagrindu.

Kadangi statinis Einšteino modelis ir stebimasis Visatos plėtimasis aiškiai skiriasi, tai šis modelis neteisingas. Kai kurie vėlesni kosmologiniai modeliai nebuvo taip akivaizdžiai klaidingi: jais remiantis tik kartais būdavo neįmanoma paaiškinti kai kurių gana subtilių rezultatų. Iki pat paskutinių metų visi siūlyti kosmologiniai modeliai turėjo esminių trūkumų. Ištobulinus stebėjimų techniką, buvo galima patikslinti ir tarpusavyje suderinti senesnius rezultatus, ir tai parodė, kad tik viena kosmologinė teorija įstengia paaiškinti labai didelę dalį stebimų reiškinių. Tai – Didžiojo Sprogimo teorija. Suprantama, niekada negalima garantuoti, jog pastaroji teorija teisinga, bet šiandien laikoma, kad Didžiojo Sprogimo teorija turi daugiausia šansų atlaikyti eksperimentinį išbandymą.


Prielaidą, kad Visata susidarė po milžiniško sprogimo, pirmą kartą pasiūlė 1948m. Džordžas. Gamovas. Pagal didžiojo sprogimo teoriją, maždaug prieš 10^10 metų visa dabartinės Visatos energija buvo sukoncentruota vienoje sankaupoje, kurios tankis buvo ~10^28 kg/m^3, o temperatūra aukštesnė kaip 10^16 K. Nepaprastai didelis radiacinis slėgis sankaupos viduje privertė ją labai greitai išsiplėsti – įvyko Didysis Sprogimas. Sankaupos sudėtinės dalys, išsilaksčiusios didžiausiais santykiniais greičiais, dabar sudaro tolimiausias galaktikas (mes jas matome tokias, kokios jos buvo prieš 10^9 metų), dideliu greičiu tolstančias nuo mūsų. Visatos plėtimasis pagal šią teoriją visiškai pagrįstas.

Visgi efektingiausiai Didžiojo Sprogimo teoriją patvirtino 1965 metais atrastas reliktinis spinduliavimas. 2006 metais už vertingus rezultatus, gautus tiriant šį spinduliavimą, fizikams John C. Matter ir George F. Smoot buvo įteikta Nobelio premija.


Plėtimasis jau trunka maždaug 10^10 metų, ir fantastiškai aukšta pradinė temperatūra sumažėjo tiek, kad dabartiniu metu pagal teoriją vidutinė Visatos temperatūra turi būti apytiksliai lygi 3K. Esant 3K temperatūrai, pusiausvyrai spinduliuojančio šaltinio skleidžiamų spindulių spektre maksimumas turi atitikti 0,1cm bangos ilgį. Jei Didžiojo Sprogimo teorija teisinga, turėtų pasireikšti du efektai: spinduliavimo spektras turi atitikti pusiausvirąjį spinduliavimą, kai temperatūra 3K, ir šio pusiausvirojo spinduliavimo intensyvumas turi būti vienodas visomis erdvės kryptimis, t.y. spinduliavimas turi būti izotropinis.

1965 metais buvo atlikti pirmieji matavimai ir buvo užfiksuotos kosminės mažos energijos radijo bangos, kurias buvo galima interpretuoti kaip atvėsusios, bet tebesiplečiančios sankaupos pusiausvirąjį spinduliavimą. Vėliau buvo atlikta pakankamai daug matavimų, įrodžiusių, kad šis spinduliavimas yra pusiausvyras, kaip buvo numačiusi teorija, ir atitinka 2,7K temperatūrą. Negana to, matavimai parodė, jog Žemę pasiekiantys spinduliai izotropiški kelių dešimtųjų procento tikslumu.

Šiuo metu Visata plečiasi, bet ar ji plėsis be galo ir ar ilgainiui Visatos tankis pasidarys be galo mažas? Bendroji reliatyvumo teorija atsako ir į šį klausimą. Pagal šią teoriją yra tam tikra kritinė Visatos masė. Jei tikroji Visatos masė mažesnė už kritinę, medžiagos gravitacinės traukos Visatoje nepakaks plėtimuisi sustabdyti ir ji plėsis be galo. Bet jeigu tikroji Visatos masė didesnė už kritinę, gravitacinės jėgos palaipsniui sulėtins plėtimąsi, jį sustabdys ir privers Visatą trauktis. Tokiu atveju Visatos laukia kolapsas, po kurio vėl susidarys sankaupa. Viskas bus paruošta sekančiam Didžiajam Sprogimui ir naujam išsiplėtimui. Taigi Visata turėtų pulsuoti tarp maksimalaus išsiplėtimo ir sankaupos būsenų.

Ar Visatos masės (medžiagos ir energijos pavidalo) pakanka tam, kad ji galėtų pulsuoti? Apytikslį medžiagos kiekį žvaigždėse, galaktinėse dulkėse ir dujose galima nustatyti įvairiais būdais. Panašiai galima įvertinti ir žvaigždžių spinduliavimo bei kitą Visatos energijos dalį. Visa tai kartu nesiekia kritinės masės. Tačiau skaičiavimai nėra tikslūs, nes mes nežinome medžiagos kiekio tarpgalaktinėje erdvėje. Atominis vandenilis galaktiniuose dujų debesyse registruojamas pagal 21cm bangos ilgio spindulius. Bet tarpgalaktinį vandenilį greičiausiai visiškai jonizavo (vienintelis galimas vandenilio jonas – protonas) galaktikų, radiogalaktikų ir kvazarų spinduliai, ir jis šios bangos spindulių nespinduliuoja. Jonizuotam vandeniliui registruoti būtini Rentgeno spindulių metodai, bet tokius eksperimentus reikia atlikti už Žemės atmosferos ribų, kad spinduliai nebūtų absorbuojami. Atlikus pastaraisiais metais matavimus, naudojantis raketomis ir palydovais, rasta, kad tarpgalaktinėje erdvėje gali būti nemaži jonizuoto vandenilio kiekiai. Jei pasirodys teisinga pradinė šių eksperimentų interpretacija, tada tarpgalaktinės medžiagos turėtų pakakti, kad visa Visatos masė gerokai viršytų kritinę. Tai reikštų, kad gyvename pulsuojančioje Visatoje, kuri sprogsta, plečiasi ir vėl susitraukia maždaug kas 8 * 10^10 metų. Kol kas nėra galutinio atsakymo į šį svarbų kosmologijos klausimą.

Kitame straipsnyje prisiminsime antimedžiagą ir bandysime atsakyti į klausimą ar egzistuoja mūsų Visatoje didesnės antimedžiagos sankaupos. Aptarsime, kokiu būdu reikėtų jų ieškoti.