16-mavzu. Kosmologiya muammolari: katta portlash nazariyasi, koinot tarkibi va tazilishi

16-MAVZU. KOSMOLOGIYA MUAMMOLARI: KATTA PORTLASH NAZARIYASI, KOINOT TARKIBI VA TAZILISHI

Koinotni bir butun deb qaralgandagi tuzilishi, tarkibi va evolyusiyasini o‘rganadigan fan kosmologiya deyiladi. Kosmologiya o‘rganadigan masalalar ichida eng muhimlari - fazo va vaqtning geometrik strukturasi, evolyusiyasi, uning turli ob’ektlarining, ayniksa galaktikalar va ularning to‘dalarining tashkil topishi va rivojlanishi masalalaridir.Koinotning zamonaviy teleskoplar va astronomik qurilmalari yordamida kuzatilib o’rganilayotgan qismi Metagalaktika deyiladi.

Koinotni bir butun ob’ekt sifatida xarakterlash uchun, zamonaviy metodlar yordamida Metagalaktika yetarlicha o’rganilib, uning katta masshtabdagi tuzilishi galaktikalar to’dalari va bu to’dalarning to’dalaridan (o’tato’dalardan) iborat. Natijada Koinot “ari inini eslatib yacheikasimon tuzilishga ega. Uning devorchalari aynan o’tato’dalar bo’lib, orasida esa katta bo’shliqlar (voyidlar) mavjud.
Ma’lumki, nisbiylik nazariyasiga ko‘ra, katta massali ob’ektlarning mavjudligi fazo va vaqtning xossalariga ta’sir etadi. Evklid geometriyasi xarakterlaydigan bizga tanish fazo, yirik massali jismlar atrofida o‘zgarib “egiladi”. Xususan, uzoqdagi galaktikalar to’dalari nurlanishi orada galaktika yaqinidan o‘tayotib egiladi va o‘z yo‘nalishini o‘zgartiradi, ya’niy bu nurlar linzalanadi. Bu jarayon tufayli teleskop yordamida ko’rinmaydigan obyektlarni kuzatib o’rganish muxim axamiyatga ega.
Koinotning evolyusion modeli eng avval quyidagi ikki aksiomaga asoslanadi:
1) Koinotda, katta masshtablarda, modda bir tekis taqsimlangan (bir jinsli xossasi),
2) fazoning xususiyatlari hamma yo‘nalishlarda bir xil (izotroplik xossasi),
Koinotning bir jinsli izotrop modeli uchun Eynshteynning tortishish nazariyaisga oid tenglamalarning echimiga ko‘ra ayrim bir jinsli bo‘lmagan qismlari orasidagi masofa ularning individual xaotik harakatlarini e’tiborga olmaganda o‘zgarmas bo’lib saqlanib qolaolmaydi. Bu Koinot siqilishi yoki kuzatishlardan ma’lum bo‘lgani kabi kengaymogi lozim degani bo‘ladi.
Darvoqe, ixtiyoriy ikkita galaktika to’dasining bir-biridan uzoqlashish tezligi ular orasidagi masofaning ortishi bilan ortib boradi: υ = H · r. Bu ifoda Xabbl qonuni bo’lib, u kuzatuvdan aniqlangan va bunda H – Xabbl doimiysi deyiladi. Aytilganlardan ma’lum bo‘lishicha, ixtiyoriy ikki jism orasidagi masofa vaqtga bog’liq funksiyadir. Bunday funksiyaning ko‘rinishi, fazo egriligining ishorasiga bog‘liq bo‘ladi. Agar egrilik manfiy bo‘lsa, Koinot doimo kengayishni “boshidan kechiradi”. Evklid fazosiga mos nolinchi egrilikda Koinotning kengayishi sekinlashish bilan davom etib, kengayish tezligi nolga intiladi. Va nihoyat, musbat egrilikka ega kengayuvchi Koinot ma’lum bosqichda siqilish bilan almashishi mumkin. Bir jinsli izotrop modelda, fazoning egriligi moddaning o‘rtacha zichligining miqdoriga bog‘liq bo‘ladi. Ikkinchi hol (nolinchi egrilik) zichlikning kritik zichlikka teng mikdorida ro‘y beradi.
Koinotning kritik zichligi Xabbl doimiysi H va gravitatsion doimiylik orqali quyidagicha topiladi:
;
Bu erda N55kmsMps deb olsak, kritik zichlik teng _kr5,0·10^-30 gsm³ kelib chiqadi.
Galaktikada mavjud barcha ob’ektlarning massalarini inobatga olganda, o‘rtacha zichlikning qiymati taxminan 5·10^-31gsm³ ni tashkil etadi.
Bu erda galaktikalar orasidagi ko‘rinmas muhitning massasi hisobga olinmagani tufayli zichlikning aniqlangan bu qiymati asosida real fazo egriligining ishorasi haqida aniq bir narsa deyish qiyin.
Shuningdek, Koinotning yanada real modelini (empirik yo‘l bilan tanlash imkoniyatlari mavjud bo‘lib, juda uzoqdagi (nurlari bir necha yuz million yohud milliard yillarda etib keladigan) ob’ektlarning qizilga siljishlarini aniqlash va bu tezliklarini, boshqa metodlar yordamida aniqlangan ulargacha masofalar bilan solishtirish asosida amalga oshiriladi. Aynan shu usul yordamida Koinotning kengayish tezligini vaqt bo‘yicha o‘zgarishi kuzatishlardan aniqlash mumkin bo‘ladi. Biroq hozirgi zamon kuzatuvlari, fazo egriligining ishorasi haqida ishonch bilan biror narsa deydigan darajada aniqlikka ega emas. Faqat Koinot fazosi egriligi nolga yaqinligini ishonch bilan aytish mumkin.
Bu o‘rinda Xabbl doimiysining, bir jinsli izotrop Koinot uchun ajoyib xususiyati borligini eslatish o‘rinli. Uni anglash uchun, bu doimiylikka teskari kattalik (1H) vaqt bilan o‘lchanishini, ya’ni 1H6·10¹⁷ s yoki taxminan 20 mlrd yilga yaqin ekaniga e’tibor qarataylik. Bu, Metagalaktikaning to hozirgi holatiga qadar kengayishi uchun ketgan vaqtni ifodalashini (agar kadimda kengayish tezligi o‘zgarmagan deb qaralsa) tushunish qiyin emas. Biroq, shuni ta’kidlash joizki kengayish tezligining, uzoq o‘tmishda va hozir, o‘zgarmasligini olimlar tomonidan yaxshi o‘rganilmagan. Koinot haqiqatan ham bir vaqtlar alohida o’tazich holatda bo’lib so’ngra portlaganligini, 1965 yilda relikt (qoldiq) nurlanish deb ataluvchi kosmik radionurlanishning ochilishi bilan tasdiqlanadi. Uning spektri issiqlik nurlanishi spektriga mos kelib, Plank egriligini beradi. Bu egrilik asosida aniqlangan temperatura esa 3 K ga mos keladi (bu nurlanishning maksimumi 1 mm ga to‘g‘ri keladi). Relikt nurlarining xarakterli xususiyati shundaki, u barcha yo‘nalishlar bo‘yicha bir xil intensivlikka, ya’ni izotrop hossaga ega. Shu tufayli bu nurlanishni alohida bir ob’ekt yoki sohaning nurlanishi deb qarab bo‘lmaydi.
Hisob-kitoblar u davrda Koinotning zichligi hozirgi davrdagidan milliard martadan ziyod bo‘lganini ko‘rsatadi. Zichlik radiusning kubiga teskari proporsionalligidan, kadimda Koinotning kengayishi hozirdagidan ming martaga kam bo‘lganligi ma’lum bo‘ladi. Nurlanishning to‘lqin uzunligi  ham shuncha marta kam bo‘lganidan to‘lqin uzunligi u davrda 1 mikron astrofida bo‘lib, unga mos temperatura 3000 K ga yaqin bo‘lgan.
Shunday qilib relikt nurlanishning mavjudligi qadimda Koinot faqat katta zichlikkagina emas yuqori temperaturaga ham ega bo‘lganidan darak beradi.
Yuqoridagi muloxazalardan ko‘rinishicha kosmologiyada hali ko‘p muammolar hal qilinishi zarurligiga qaramay u Koinotning tuzilishi va rivojlanishiga umumlashgan qonunlar haqida tasavvurlar tegishli beraoladi.
Shuningdek astronomiyaning bu bo‘limi misolida to‘g‘ri ilmiy dunyokarashni shakllantirishda qanchalik buyuk axamiyat kasb etishini o‘z-o‘zidan ko‘rinib turibdi. Koinotning bu xil umumiy qonunlarini o‘rganish orqali biz materiya, fazo va vaqt xossalarini yanada chuqurrok anglaymiz. Bu muammolarning Koinot masshtabida o‘rganilishi faqat fizika yoki astronomiya fanlari uchungina emas, balki modiy dunyoning qonunlarini umumlashtirish yo‘lida falsafa fani uchun ham juda muhim hisoblanadi.
Qisqacha Koinot tarkibiga oid bugungi ilmiy tadqiqotlar natijasi haqida gapirib o’tishimiz zarur. Gap shunda-ki, 21- asrga qadar Koinotning 75% igacha tarkibi qoramtir materiya va ko’rinmas massadan iborat deb, qolgan 25% uga yulduzlar, galaktikalar, yulduzlararo muxit, sayyoralar hamda turli mayda jismlar kirishi tushuntirib berilgan. Lekin 1998 y. astronomlar B.Shmidt va A.Rayss, 1999 y. esa S.Perlmatter va b. “o’ta yangi yulduzlar” hodisalarini Koinotning eng uzoq galaktikalarida kuzatib, ulargacha bo’lgan masofalar Xabbl qonunidan farqi sistematik ravishda kattalashib, shu sabab Koinot kengayishi tezlanishga egaligini kuzatuvdan aniqlashgan.
Kengayishning ushbu tezlanishini tushuntirib berish uchun ular antimateriya tushunchasini kiritishdi. Tabiatda zarralar va antizarralar tug’ilishi teng huquqga ega. “Katta portlash “ oqibatida yuzaga kelgan Kengayuvchi Koinotda antimateriya asta tugila borib, u ma’lum momentdan boshlab materiyadan kuchli chiqib kengayishni tezlashtira boshlaydi degan gipotezani yuqoridagi 3 ta olim taklif qilishgan. Ularga ko’ra Koinot kengayishi tarixi 2 ga bo’linadi: u singular holatda portlab, kengayishi dastlab sekinlashib, Yoshi 7,5 – 8 mlrd. yilga yetganida antimateriya miqdori , gravitasion materiyadan ustun keladi va kengayish tezlanishlik bilan sodir bo’la boshlaydi. Zamoniy Koinot yoshi esa 13,7 0,2 millyard yilga teng. Kuzatuv natijalari va keltirilgan nazariya qator maqolalarda berilib, bu 3 ta olim 2011 yilning Nobel mukofotini oldilar. Demak, tortishish qonunidan tashqari “butun olam antitortishish qonuni” ham mavjud ekan. Antimateriya zichligi musbat constanta va manfiy bosimga ega, deb hisoblanadi. U nurlanmaudi va nurni yutmaydi, biz kuzata oladigan materiya jismlarini o’zidan uzoqlashtira oladi xolos. Ushbu antimateriya “Qoramtir energiya” deyilib, u Koinotning 74% ini tashkil qiladi, 22% - “Qoramtir materiya”, 4% - yulduzlar va ulararo muxit ekani yaqinda ma’lum bo’ldi. Qoramtir energiyaning mikroskopik tuzilishi umuman noma’lum, labaratoriyada uni hosil qilish muammolari hozircha ancha og’ir masala. Bugun uning tarafdorlari asta ko’payib bormoqda lekin bu g’oyaga qarshilar soni etarlicha ko’p. Qoramtir energiya effekti va Koinotdagi uning soxalari bugungi kunda Rossiyaning Moskva va Sankt – Peterburg, AQSH ning Alabama hamda Finlyandiyaning Turky Universitetlari astronomlari tomonidan hamkorlikda o’rganilmoqda.