Աչքերս չտեսնեին. Ինչու են գիտնականներն ատում հավերժական ինֆլյացիայի տեսությունը
Գիտությունը փորձում է հնարավորինս օբյեկտիվ լինել, այսինքն` կախված չլինել մարդու, տվյալ դեպքում` գիտնականի անձնական նախասիրություններից ու ճաշակից։ Սակայն երբեմն, երբ Բնությունը չի շտապում բացել խաղաքարտերը, իսկ տեսությունը ստուգելու հնարավորություն չկա, գիտնականներն առաջնորդվում են հենց սուբյեկտիվ էսթետիկ նկատառումներով։ Նման աղմկահարույց տեսություններից է հավերժական ինֆլյացիան, որից ազատվելու ապարդյուն ջանքերը սկսվել են նախորդ դարի 80-ականներին ու շարունակվում են մինչև հիմա:
PAN-ը պատմում է տեսության մասին ու խորհուրդ է տալիս, ամբողջական պատկերացում կազմելու համար, ընթերցել նաև մեր մյուս հոդվածները այս թեմայով, որոնք կբերենք համապատասխան հղումներով:
Տիեզերագիտական ինֆլյացիայի պատմությունը սկսվում է տաք մեծ պայթյունի տեսություններից։ Վերջիններս հիանալի բացատրում են աստղագիտական դիտարկումները` գալակտիկաների հեռանալու արագությունը, որն աճում է հեռավորության հետ միասին, թեթև էլեմենտների չափաբաժինը Տիեզերքում ու, ամենակարևորը, ռելիկտային ֆոնային ճառագայթման առկայությունը։ Մեծ պայթյունի տեսություններում` մոտ 13.7 մլրդ տարի առաջ Տիեզերքը լցված էր տարրական մասնիկների խիտ ու գերշիկացած, մեծամասամբ միատարր «ապուրով», որը ժամանակի ընթացքում սկսեց սառչել։ Մեծ պայթյունի տեսությունները ստուգված ու վերստուգված են այնքան բացառիկ ճշգրտությամբ, որ գրեթե ոչ մի գիտնական չի կասկածում դրանց արդարացի լինելու մեջ։
Սակայն, ինչպես հաճախ է լինում գիտության ոլորտում, տեսությունը, անգամ ամենահաջողակ, չի նկարագրում բացարձակապես ամեն ինչ։ Մեծ պայթյունի տեսությունը նկարագրում է դիտարկումները, սակայն ինքը` տեսությունը շատ հարցեր թողնում է անպատասխան։ Օրինակ, ի՞նչ ծագում ունեին սկզբնական ոչ միատարրությունները (PDF), որոնք դարձան սաղմեր հետագայում գալակտիկաների առաջացման համար; ինչո՞ւ է Տիեզերքը այսքան մեծ ու ինչո՞ւ էր այն հենց սկզբում բավարար միատարր միջին ջերմաստիճանի առումով; վերջապես, ի՞նչ էր նախորդում մեծ պայթյունին, որովհետև մեծ պայթյունը ոչ թե Տիեզերքի սկզբի նկարագրությունն է, այլ մեր իմացած Տիեզերքի նկարագրությունը մեզանից 13.7 մլրդ տարի առաջ։ Ինչը, բնականաբար, չի նշանակում, որ մեծ պայթյունից որևիցե այլ պրոցես չի նախորդել։ Բացի այդ, անհրաժեշտ էր լուծել սկզբնական սինգուլյարության խնդիրը, որն անխուսափելիորեն առաջանում էր Հարաբերականության ընդհանուր տեսության համաձայն դեպի ավելի անցյալ նայելու դեպքում։
Տեսության վերոնշյալ խնդիրները լուծելու եկավ տիեզերագիտական ինֆլյացիան` դիտարկումներով ավելի քիչ աջակցություն ունեցող, սակայն մաթեմատիկական առումով նույնքան էլեգանտ։ Ըստ այդ տեսության` տաք մեծ պայթյունի փուլին նախորդել է շատ կարճ ժամանակաշրջան, երբ Տիեզերքն ապրել է ահռելի էքսպոնենցիալ ընդլայնում` պայմանավորված բարձր էներգետիկ դաշտով։ Ընդլայնումն այնքան արագ էր, որ վայրկյանի չնչին հատվածում տարածության միկրոսկոպիկ հատվածը դարձավ ավելի մեծ, քան մեր դիտարկելի Տիեզերքը (ինֆլյացիոն տարբեր մոդելներում ընդլայնման արագությունը տարբեր է` կախված դաշտի էներգիայի խտությունից, սակայն այն միշտ էքսպոնենցիալ է)։ Ինֆլյացիայի սկզբնական մոդելում արագացմամբ ընդլայնման կարճ փուլից հետո դաշտը կորցնում էր էներգիան, ինֆլյացիան ավարտվում էր, իսկ դաշտի էներգիան վերածվում էր տարրական մասնիկների ու ճառագայթման, ինչից հետո սկսվում էր տաք մեծ պայթյունի փուլը։
Կարդացեք նաև՝ «Տիեզերք ոչնչից, Մուլտիվերս ոչնչից. Էլ ի՞նչ խելահեղ գաղափարներ են առաջարկում տիեզերագետները»:
Սակայն ինֆլյացիայի հետագա ուսումնասիրությունը ցույց տվեց, որ որպեսզի ինֆլյացիան ավարտվի միաժամանակ ամբողջ Տիեզերքով մեկ, ու որպեսզի այդ ավարտը չբերի նյութի ծայրահեղ ոչ միատարր բաշխման (ինչը ուղիղ հակասում է դիտարկումներին), բարձր էներգետիկ դաշտը (որը ստացավ ինֆլատոնի դաշտ անվանումը) պետք է շատ ճշգրիտ կարգավորված լինի ու ունենա շատ հստակ պարամետրեր, ինչը խիստ ոչ բնական տեսք էր տալիս տեսությանը։ Ավելի ընդհանուր պարամետրերի դեպքում ինֆլյացիան երբեք ամբողջությամբ չի ավարտվում. Տիեզերքի ինչ-որ հատվածներում այն ավարտվում է, ինչի արդյունքում առաջանում են սովորական նյութով լցված պղպջակներ, իսկ մեծ մասում շարունակում է էքսպոնենցիալ ընդլայնումը` բերելով նորանոր պղպջակների առաջացմանը։ Հետագա էլ ավելի ուշադիր ուսումնասիրությունը (PDF) նաև քվանտային մեխանիկայի տեսանկյունից հայտնաբերեց այդպիսի հավերժական ինֆլյացիայի այլ մեխանիզմ, որում ինֆլյացիոն նոր փուլերի մեկնարկը պայմանավորվում էր ինֆլատոնի դաշտում քվանտային ֆլուկտուացիաներով. դրանք ձևավորում էին բարձր էներգետիկ սաղմեր, որոնցից էլ սկսվում էր նոր ինֆլյացիա։
Այսպիսով, արդեն նախորդ դարի 80-ականներին ինֆլյացիոն մոդելը անակնկալ մատուցեց տիեզերագետներին. ընդհանուր առմամբ, այն առաջարկում էր ահռելի (անվերջ մեծ) Տիեզերք, որում ինֆլյացիոն պրոցեսները շարունակվում են ու որում մեր մեծ պայթյունն ընդամենը ինֆլյացիայի լոկալ ավարտի իրադարձություն է։ Իսկ լարերի տեսության հաջողություններն էլ ավելի բարդացրին իրավիճակը` վերոնշյալ պատկերը դարձնելով ավելի խայտաբղետ. այս անգամ մեծ Տիեզերքը բաժանվում էր ոչ թե հատվածների, որտեղ ինֆլյացիան շարունակվում է, ու հատվածների, որտեղ ինֆլյացիան ավարտվել է։ Ավելին, հատվածներում, որտեղ ինֆլյացիան ավարտվել է, կարող էին գործել տարբեր ֆիզիկական պարամետրեր ու անգամ ցածր էներգիաների տարբեր ֆիզիկայի օրենքներ։ Ու մեր հատվածի ֆիզիկական պարամետրերն այսպիսին են ոչ թե որովհետև գոյություն ունի համընդհանուր տեսություն, որը նկարագրում է, թե ինչու են այդ պարամետրերը հենց այսպիսին, այլ զուտ պատահաբար` պայմանավորված նրանով, որ մեծ Տիեզերքում ռեալիզացվում են ամենատարբեր պարամետրեր։
Բնականաբար, Տիեզերքում դիտարկվող ամեն ինչ մեկ համընդհանուր տեսության միջոցով բացատրելու կողմնակից գիտնականները դժգոհ էին։ Անգամ ինֆլյացիայի հայրերից որոշները հրաժարվեցին իրենց զավակից` անվանելով այն ինտելեկտուալ փակուղի գիտության համար։ Իրավիճակն ավելի էր սրվում նրանով, որ անվերջ մեծ Տիեզերքում, որում այն ամենն, ինչ կարող է տեղի ունենալ, տեղի է ունենում անվերջ անգամներ, շատ բարդ է, եթե ոչ անհնար, հստակ կանխատեսումներ անել։ Իսկ կանխատեսումները գիտության հիմքն են։ Այդ իսկ պատճառով շատ ֆիզիկոսներ սկսեցին այլընտրանքներ որոնել հավերժական ինֆլյացիայի համար, այն դեպքում, երբ մյուսները փորձում էին ընտելացնել անկառավարելի անվերջությունները։
Մի մասը փորձում է մոդիֆիկացնել ինֆլյացիայի տեսությունը այնպես, որ հնարավոր լինի ինֆլյացիան ավարտել վերջավոր ժամանակում ու զերծ մնալ ճշգրիտ կարգավորմամբ պարամետրերից։ Դրա համար ինֆլատոնի դաշտին ավելացնում են նոր դաշտեր, երբեմն դրանք փոխազդում են, երբեմն` ոչ, սակայն ինֆլյացիան պայմանավորված է այդ դաշտերի գումարային հատկություններով։ Մյուսները չեն հրաժարվում հավերժական ինֆլյացիայից, սակայն փորձում են մաթեմատիկական միջոցներով գտնել այն իդեալական չափումը, որը թույլ կտա ճշգրիտ կանխատեսումներ անել ահռելի Տիեզերքում մեր տեղի մասին։
Կարդացեք նաև՝ «Տիեզերքը որպես ձրի նախաճաշ. Ինչ նկատի ունեն ֆիզիկոսները՝ ասելով, որ այն առաջացել է «ոչնչից»
Կան մասնագետներ, ովքեր ընդհանրապես հրաժարվում են ինֆլյացիայից, որպես Մեծ պայթյունից առաջ փուլը նկարագրող մաթեմատիկական տեսությունից։ Ու մշակում են սկզբունքորեն նոր, կամ վաղուց մոռացված հին մոտեցումներ, որոնք նույնպես ազատ չեն տարատեսակ խնդիրներից։ Այդ մոտեցումների մեծ մասը հիմնված է Տիեզերքի էվոլյուցիայի փուլային մոդելների վրա։
Փուլային մոդելների համաձայն` մեծ պայթյունի ժամանակաշրջանին նախորդել է տիեզերական էվոլյուցիայի մեկ այլ ժամանակաշրջան, որը ավարտվել է մեր մեծ պայթյունով ու արդեն մեր տիեզերական էվոլյուցիայով։ Օրինակ, նախորդ փուլում Տիեզերքը կարող էր ինչ-որ պահի սկսել սեղմվել, իսկ սեղմման պրոցեսը կարող էր ավարտվել հերթական մեծ պայթյունով ու նոր փուլի մեկնարկով, որն ինչ-որ ժամանակ հետո կրկին կավարտվի սեղմումով, ապա` նոր մեծ պայթյունով, ու այդպես` անվերջ անգամներ (չնայած, տեսություններ կան, որոնցում փուլերն անվերջ շատ չեն, բայց դրանք կրկին բախվում են սինգուլյարության խնդրին առաջին փուլից առաջ)։ Ընդ որում, փուլային մոդելները իրենք ոչ պակաս բազմազան են, քան ինֆլյացիայի մոդելները. այստեղ կան մեծ պայթյունի, մեծ սեղմման ու մեծ ցատկի; քառաչափ տարածությունում եռաչափ բրանների բախման; էնթրոպիայի անդադար աճից հետո դրա զրոյացման ու նոր էոնի մեկնարկի և այլ բազում մոդելներ։ Ընդ որում, եթե փուլերը անվերջ շատ են, ամբողջ հասակով մեկ կանգնում է նույն չափման խնդիրը, որը կա հավերժական ինֆլյացիայում, իսկ եթե վերջավոր են, առաջ է գալիս սինգուլյարության խնդիրը, որը լուծելուն էր կոչված ինֆլյացիայի ստեղծումը։
Պետք է հիշել, որ ժամանակակից տիեզերագիտությունը, այդ թվում` քվանտային տիեզերագիտությունը հիմնված է քվազիդասական ֆիզիկայի վրա, որը չի ներառում գրավիտացիայի լիարժեք քվանտավորումը։ Վերջին ժամանակներս, անգամ չունենալով քվանտային գրավիտացիայի լիարժեք տեսություն, մշակվում են հիպոթետիկ կանոններ, թե ինչպիսին պիտի լինի այդ տեսությունը։ Ու ցածր էներգիաների դաշտի շատ քվանտային տեսություններ, այդ թվում` հավերժական ինֆլյացիան, դրանց միջոցով հերքվում են։ Սակայն անհրաժեշտ է հիշել, որ սրանք ընդամենը հիպոթեզներ են` հիմնված գիտնականների խմբի ճաշակի, կապրիզների ու բարի ցանկության վրա։ Հավերժական ինֆլյացիայի իրական ճակատագիրը կարող է վճռել միայն վերջնական ու լիարժեք քվանտային գրավիտացիայի տեսությունը, որը, ցավոք, առայժմ հեռանկարում չի նշմարվում։