Hawking Stephen W Krotka Historia Czasu

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.Zasada antropiczna, przynajmniej jej słaba wersja, byłaby bardziej zadowalająca, gdyby udało się pokazać, że wiele różnych sytuacji początkowych mogło doprowadzić do powstania takiego wszechświata, jaki dziś obserwujemy.Gdyby tak było, to wszechświat, który rozwinął się z pewnego przypadkowego stanu początkowego, powinien zawierać wiele obszarów gładkich i jednolitych, sprzyjających rozwojowi intelektualnego życia.Z drugiej strony, jeżeli stan początkowy wszechświata musiał być wybrany wyjątkowo precyzyjnie, aby doprowadzićdo pojawienia się wszechświata podobnego do tego, jaki widzimy wokół nas, to wszechświat powstały z przypadkowego stanu początkowego najprawdopodobniej nie zawierałby ani jednego regionu, w którym mogłoby powstać życie.W opisanym powyżej modelu wielkiego wybuchu, we wczesnym okresie rozwoju wszechświata brak było czasu, by ciepło mogło przepłynąć z jednego obszaru do drugiego.Oznacza to, że wszechświat w swym stanie początkowym musiał mieć wszędzie jednakową temperaturę, inaczej mikrofalowe promieniowanie tła nie mogłoby mieć identycznej temperatury we wszystkich kierunkach.Równie starannie należało dobrać początkową wartość tempa ekspansji, by po dziś dzień była ona niemal równa wartości krytycznej, potrzebnej do uniknięcia skurczenia się wszechświata.Oznacza to, że jeśli standardowy model wielkiego wybuchu jest poprawny aż do początkowej osobliwości, to stan początkowy wszechświata musiał być wybrany z nadzwyczajną precyzją.Byłoby bardzo trudno wyjaśnić, czemu wszechświat musiał rozpocząć swą ewolucję od takiego właśnie stanu, chyba że był to akt Boga, chcącego stworzyć istoty takie jak my.Próbując zbudować model wszechświata, w którym wiele możliwych konfiguracji początkowych prowadziłoby do powstania kosmosu takiego, jaki dziś widzimy, Alan Guth, fizyk z Massachusetts Institute of Technology, wysunął sugestię, iż wczesny wszechświat przeszedł przez fazę bardzo szybkiego rozszerzenia.Ten okres szybkiej ekspansji nazywamy okresem “inflacyjnym", aby podkreślić, że w tym czasie wszechświat rozszerzał się w tempie narastającym, a nie malejącym, jak dzisiaj.Według Gutha promień wszechświata wzrósł tysiąc miliardów miliardów miliardów razy (l i trzydzieści zer) w ciągu małego ułamka sekundy.Zgodnie z koncepcją Gutha zaraz po wielkim wybuchu wszechświat był bardzo gorący i chaotyczny.Wysoka temperatura oznacza, iż cząstki poruszały się wyjątkowo szybko i miały bardzo dużą energię.Jak już wiemy, w takich warunkach należy oczekiwać unifikacji wszystkich sił, słabych, elektromagnetycznych i jądrowych w jedno oddziaływanie.W miarę jak wszechświat rozszerzał się i ochładzał, malała energia cząstek.W pewnym momencie nastąpiła przemiana fazowa i symetria między różnymi oddziaływaniami została złamana: oddziaływania silne zaczęły różnić się od słabych i elektromagnetycznych.Znanym przykładem przemiany fazowej jest zamarzanie ochłodzonej wody.Woda w stanie ciekłym jest symetryczna, ma takie same własności w każdym punkcie i w każdym kierunku.Ale gdy tworzą się kryształki lodu, zaj-mują określone pozycje i ustawiają się w pewnym kierunku.To łamie symetrię wody.Postępując bardzo ostrożnie, można przechłodzić wodę, to znaczy obniżyć jej temperaturę poniżej temperatury krzepnięcia, nie powodując zamarzania.Guth wysunął sugestię, iż wszechświat mógł się zachować w podobny sposób: temperatura mogła spaść poniżej temperatury krytycznej bez złamania symetrii między siłami.Gdyby tak było, wszechświat znalazłby się w stanie niestabilnym, o energii większej, niż gdyby symetria została złamana.Dodatkowa energia powoduje jakby anty-grawitacyjne efekty — objawia się tak, jak stała kosmologiczna wprowadzona przez Einsteina, gdy próbował zbudować statyczny model wszechświata.Ponieważ wszechświat już się rozszerza, tak jak w modelu wielkiego wybuchu, to odpychające działanie stałej kosmologicznej powoduje stały wzrost tempa ekspansji.Odpychające działanie stałej kosmologicznej przezwycięża przyciąganie grawitacyjne nawet w obszarach zawierających więcej materii niż wynosi średnia.A zatem również takie obszary ulegają inflacyjnemu rozszerzeniu.W miarę gwałtownego powiększania się wszechświata wzrasta odległość między cząstkami materii i kosmos staje się niemal próżny, choć wciąż znajduje się w stanie przechłodzonym.Wszelkie nieregularności obecne w stanie początkowym zostają wygładzone, podobnie jak znikają zmarszczki na powierzchni nadmuchiwanego balonika.Tak więc dzisiejszy, gładki i jednorodny wszechświat mógł powstać z wielu różnych, niejednorodnych stanów początkowych.We wszechświecie, którego ekspansja uległa przyspieszeniu przez stałą kosmologiczną, a nie zwolnieniu przez przyciąganie grawitacyjne, światło miało dość czasu, aby przebyć drogę z jednego obszaru do drugiego we wczesnym okresie ewolucji.To umożliwiłoby wyjaśnienie problemu, czemu różne regiony we wszechświecie mają takie same własności.Co więcej, tempo ekspansji automatycznie przyjmuje wartość bliską wartości krytycznej, wyznaczonej przez gęstość materii w kosmosie.Możemy zatem wyjaśnić, czemu tempo ekspansji jest wciąż tak bliskie tempa krytycznego, nie musząc przyjmować założenia, że wartość początkowa tempa rozszerzania się wszechświata była bardzo starannie dobrana.Koncepcja inflacji pozwala również zrozumieć, czemu we wszechświecie znajduje się tyle materii.W obszarze wszechświata dostępnym dla naszych obserwacji znajduje się około stu milionów miliardów miliardów miliardów miliardów miliardów miliardów miliardów miliar-dów (l i osiemdziesiąt zer) cząstek.Skąd się one wzięły? Odpowiedź brzmi, iż zgodnie z mechaniką kwantową cząstki mogą powstawać z energii, w postaci par cząstka - antycząstka.Ta odpowiedź natychmiast wywołuje następne pytanie — a skąd wzięła się energia? Kolejna odpowiedź brzmi, że całkowita energia wszechświata jest dokładnie równa zeru.Energia materii jest dodatnia.Jednakże różne kawałki materii przyciągają się grawitacyjnie.Dwa kawałki materii znajdujące się blisko siebie mają mniejszą energię niż wówczas, gdy są oddalone, aby je bowiem odsunąć od siebie, musimy wydatkować energię, przeciwdziałającą sile ciążenia.W tym sensie pole grawitacyjne ma ujemną energię.Można wykazać, że we wszechświecie przestrzennie jednorodnym ujemna energia pola grawitacyjnego dokładnie równoważy dodatnią energię materii.Zatem całkowita energia wszechświata wynosi zero.Dwa razy zero to również zero.Wszechświat może zatem podwoić ilość dodatniej energii i równocześnie podwoić zapas energii ujemnej bez naruszenia zasady zachowania energii.Proces ten nie zachodzi podczas normalnej ekspansji wszechświata, w trakcie której gęstość energii materii maleje.Dokonuje się wówczas, gdy rozszerzanie się wszechświata ma charakter inflacyjny, wtedy bowiem gęstość energii fazy przechłodzonej pozostaje stała: kiedy promień wszechświata wzrasta dwukrotnie, podwaja się zarówno dodatnia energia materii, jak i ujemna energia pola grawitacyjnego, suma więc pozostaje ta sama, równa zeru [ Pobierz całość w formacie PDF ]

download - pobieranie - ebook - do ÂściÂągnięcia - pdf

Menu

Drogi użytkowniku!