Текст выступления:

Үлкен жарылыс теориясы. Қызыл ығысу және галактикаға дейінгі қашықтықты анықтау, Әлемнің үдемелі кеңеюі
1. Үлкен жарылыс, қызыл ығысу және ғаламның кеңеюі: Негізгі тақырыптар

Ғаламның пайда болуы мен даму тарихы кешеуілтемей даму жасап, ғылымның негізгі ұғымдары мен көзқарастарын қамтиды. Бұл баяндамамызда біз үлкен жарылыс теориясына негізделген ғаламның кеңеюі және қызыл ығысу құбылысы жайлы мәліметтер мен олардың ғылыми зерттеулері туралы білетін боламыз. Ғылым дамуының арқасында біз заманауи астрофизика мен космология саласында ғаламның құрылымы мен оның температурасы, кеңею деңгейі және бастама сәті туралы терең түсінік алудамыз. Бұл тақырыптар қазіргі заманғы астрономия мен физиканың негізін құрайды.

2. Ғаламның құрылымы мен эволюциясы: ғылыми негіз

XX ғасырдағы ғылым дамуы астрофизика мен космологияда екі негізгі бағыттың пайда болуына әкелді: статикалық модель мен динамикалық модель. Альберт Эйнштейннің салыстырмалылық теориясы ғаламның тұрақты құрылымын іздеген болса, Эдвин Хабблдің ашқан жаңалығы — ғаламның үздіксіз кеңеюі — ғаламға қатысты ойларды түбегейлі өзгертті. Осы жаңалықтар арқылы ғаламның эволюциясын зерттеуде жаңа кезең басталды, және біз Құдайдың тілін түсінудің кілтін қолға алдық.

3. Үлкен жарылыс теориясының негіздері

Үлкен жарылыс теориясы – ғаламның бастауын түсіндіруге бағытталған ғылыми түсінік. Бұл теория бойынша, шамамен 13,8 миллиард жыл бұрын ғалам өте тығыз және ыстық нүктеден кеңейе бастаған. Мұнда яғни, нақты бастамалық нүкте болмағанымен, үлкен энергияның жұмылуы нәтижесінде кеңейу және суыну процестері басталды. Теорияның дәлелі ретінде космостың микротолқынды фондық радиациясы мен ғаламдағы элементтердің таралуы, сондай-ақ галактикалардың кеңеюі келтіріледі.

4. Ғаламның дамуының кезеңдері

Ғаламның эволюциясы бірнеше маңызды кезеңдерге бөлінеді. Алғашқы жарылыс кезеңінде энергия мен материялық негіздер біріккен. Одан соң, алғашқы атомдар мен элементтер түзіліп, ғалам суыта бастады. Кейіннен, миллиардтаған жылдар ішінде жұлдыздар, галактикалар пайда болды. Ғаламның кеңеюі қазіргі уақытта да жалғасып келеді, бұл – динамикалық процестер мен жаңа құрылымдардың қалыптасу жүйесі.

5. Хаббл заңы: Қашықтық пен жылдамдықтың байланысы

Хаббл заңына сәйкес, галактикалардан жарықтың қызыл ығысуы олардың бізден алысқа, жылдамдықпен жылжып жатқанын көрсетеді. Хаббл тұрақтысының шамасы 67-74 км/с/Мпк аралығында, бұл мән ғаламның кеңеюін дәлелдейді. Ғаламдық масштабтағы бақылаулар бойынша, қашықтық неғұрлым үлкен болса, галактиканың жылдамдығы да жоғары болады. Бұл байланыс ғаламның уақытына байланысты кеңейетінін көрсетеді және космологиядағы негізгі заңдардың бірі болған.

6. Қызыл ығысу құбылысы және оны анықтау тәсілі

Қызыл ығысу – жарық спектрінде байқалатын жарық толқындарының ұзарып, қызыл шекараға жақындауы. Бұл құбылыс галактикалардың бізден алыстап кеткенін көрсетеді, яғни олардың қозғалысы бар екенін дәлелдейді. Астрономдар қызыл ығысуды спектрлік әдістер арқылы өлшеп, галактикалардың орын ауыстыру жылдамдығы мен қашықтығын есептейді. Бұл тәсіл қазіргі космологияның негізінде жатыр және ғаламның кеңеюін зерттеуде маңызды құрал болып саналады.

7. Қызыл ығысу түрлері және олардың маңыздылығы

Қызыл ығысудың бірнеше түрі бар. Космологиялық қызыл ығысу ғалам кеңеген сайын жарық толқынының созылуын туындатады, бұл ғаламның кеңеюінің басты дәлелі. Доплерлік қызыл ығысу – бақылаушыдан үдеуінен объектінің қозғалуы себепті пайда болады, бұл жергілікті астрономиялық құбылыстарды түсінуде маңызды. Ал гравитациялық қызыл ығысу – жарықтың күшті гравитациялық өріске түскенде жиілігінің төмендеуі, ол жалпы салыстырмалылық теориясының расталуына ықпал етеді.

8. Галактикалардағы қызыл ығысу және қашықтық көрсеткіштері

Галактикалардың қызыл ығысу коэффициенттері мен олардың қашықтықтарының салыстырмалы түрде жоғары мәндері ғаламның үзік-үзік кеңеюін дәлелдейді. З мәнінің артуы галактикалардың алыстан көрінуін және олардың жылдамдығының өскенін көрсетеді. Бұл қарым-қатынас астрономияда кеңінен қолданылады және ғаламның нақты құрылымын зерттеуде аса маңызды болып табылады.

9. Қашықтықты анықтаудағы астрометриялық әдістер

Ғарыштағы қашықтықты анықтау үшін астрономдар әртүрлі әдістерді әзірледі. Бірінші әдіс — тригонометриялық параллакс, ол жақын жұлдыздардың ұстану жылдамдығын дәл анықтауға көмектеседі. Екінші әдіс — жарықтың жарқырау заңдылығына негізделген, мысалы, цефеид жұлдыздарының период-жарқырау қатынасы. Бұл әдістер аралық қашықтықтарды өлшеуде қолданылады және ғарыштық масштабтағы қашықтықтардың дәл анықталуына негіз қалайды.

10. Цефеид жұлдыздары арқылы қашықтықты өлшеу

Цефеидтердің жарқырау периоды олардың нақты жарықтылығын анықтауға мүмкіндік береді, бұл ғылымда период-жарқырау заңдылығы деп аталады. Ғалымдар галактикадағы цефеидтердің жарық жыпылықтарын бақылау арқылы олардың ара қашықтығын дәл есептейді. Бұл әдіс жоғары дәлдікпен жұмыс істейді және ғаламның кеңеюін зерттеуде маңызды рөл атқарады.

11. Ia типті супержарқыраған жұлдыздар және олардың рөлі

Ia типті супержарқыраған жұлдыздар ерекше тұрақты максималды жарықтылығы арқылы ғарыштық қашықтықтарды есептеуде стандартты шам ретінде пайдаланылады. Олардың жарықтылығын бақылау астрономдарға алыстағы галактикалардың ара қашықтығын дәл анықтауға мүмкіндік береді, бұл ғаламның кеңеюін зерттеудің маңызды құралы. Сонымен қатар, олардың жарқырауы әртүрлі ортадағы көлеңкелі әсерлерге қарамастан біркелкі қасиетке ие, бұл сенімділігін арттырады. Қазіргі космологияның негізгі құралдарының бірі болып саналады.

12. Қызыл ығысу өлшеуінен қашықтық есептеуге дейінгі процесс

Ғалымдар қызыл ығысу өлшеу әдісін қолдана отырып ғаламдағы галактикалардың қашықтығын есептейді. Алдымен жарық спектрінің өзгеруін тіркеп, содан соң оны ғылыми әдістер арқылы қашықтыққа айналдырады. Бұл процесс бірнеше кезеңнен тұрады: бақылау, спектрлік талдау, салыстыру мен есептеулер. Нәтижесінде ғаламның кеңеюін және оның құрылымын терең түсінуге мүмкіндік береді, бұл космологияда шешуші перспектива әкеледі.

13. Космикалық микротолқынды фондық радиация туралы маңызды мәліметтер

Космикалық микротолқынды фондық радиация – Үлкен жарылыстың қалдығы ретінде қарастырылады. Бұл сәуле ғаламдағы барлық бағытта біркелкі таралған және оның мөлшері шамамен 2,73 Келвинге тең. Оның құрылымы мен спектрін зерттеу ғаламның жастығы, кеңею жылдамдығы және тығыздығы туралы шешуші ақпарат береді. 1965 жылы Арно Пензиас пен Роберт Вилсон бұл радиацияны кездейсоқ тапты және бұл жаңалық үшін Нобель сыйлығын алды.

14. Фондық радиация спектрі және Planck пен WMAP нәтижелері

Planck және WMAP спутниктерінің мәліметтері микротолқынды фондық радиацияның спектрін дәл өлшеуге мүмкіндік берді. Оның интенсивтілігі толқын ұзындығына байланысты өзгереді және максимум температурасы 2,73 К-ға сай келеді. Бұл спектрдің қара дене сәулелену заңына сәйкес келуі Үлкен жарылыс теориясының негізгі дәлелі болып табылады. Модерндік бақылаулар ғаламның алғашқы жағдайын әрі қарай зерттеуге жол ашты.

15. Ғаламның үдемелі кеңеюінің негізгі дәлелдері

1998 жылы екі тәуелсіз ғылыми топ супержарқырағандардың жарықтылығын бақылау арқылы ғаламның кеңею жылдамдығының үдемелі түрде артқанын анықтады. Ia типті супержарқырағандардың күтілгеннен әлсіз жарық шығуы олардың қашықтығының бұрынғы есептен үлкен екенін көрсетті, бұл ғаламның кеңеюінің үдеуімен дәлелделді. Мұндай зерттеулер қара энергияның бар екендігін растады, ол ғаламның динамикасына зор ықпал етеді және қазіргі ғылыми зерттеулердің басты тақырыбы болып табылады.

16. Қара энергия ұғымы және оның салдары

Қара энергия космологияның ең жұмбақ және маңызды құбылыстарының бірі ретінде танылған. Ғарыштық зерттеулер барысында анықталғандай, бұл энергия барлық ғарыш кеңістігіне біркелкі таралған, бірақ оның табиғаты жөнінде толық түсінік болмағандықтан, ғылыми қауым түрлі теориялар ұсынады. Қара энергияның негізгі рөлі — ғаламның үдемелі кеңеюін тудыруы, бұл дүниежүзілік астрономия мен физика ғылымдарының өзекті зерттеу тақырыптарының бірі. Ғаламдағы кеңею үдерісі алғаш рет 1920-шы жылдары Эдвин Хабблдің бақылаулары арқылы анықталған, ал кейінірек, 1998 жылы, екі тәуелсіз зерттеу тобы ғаламның кеңею жылдамдығының үдемелі екенін дәлелдеді, бұл қара энергияның ықпалын көрсетеді.

Қара энергия ғаламдағы кеңею динамикасына айтарлықтай әсер етеді. Ол галактикалардың бір-бірінен алыстау жылдамдығын арттырып, ғарыштық құрылымдардың даму сценарийіне тікелей ықпал етеді. Әлемдік астрономдар мен физиктер үшін бұл құбылыстың түсіндірмесін табу, сондай-ақ оның табиғатын анықтау үлкен маңызға ие. Қара энергияны түсіну ғаламның болашақ эволюциясын болжауға мүмкіндік береді және үлкен жарылыс модельдерін жетілдіруге жол ашады.

17. Ғаламның құрылымы: Қара энергия, қара материя және кәдімгі зат

Ғаламның құрамы күрделі және көпқабатты. Planck миссиясы 2018 жылы ең дәл мәліметтер жинаған зерттеулердің бірі болып табылады. Бұл мәліметтерге сәйкес, ғаламның шамамен 68% қара энергиядан, 27% қара материядан, ал қалғаны кәдімгі, яғни атомдардан тұрады. Қара материя — көзге көрінбейтін, бірақ гравитациялық әсері арқылы бақылауға болатын зат түрі. Бұл үш компонент ғаламның құрылымын, оның динамикасын және дамуын анықтайды. Кәдімгі зат, біз көретін және сезетін барлық нәрселер — планеталар, жұлдыздар, тірі ағзалар осы санатқа кіреді.

Ғаламның көп бөлігі көрінбейтін құбылыстардан құралғанын мойындау ғылым үшін төңкеріс болды. Бұл нәтижелер теориялық физика мен астрономияны жаңа бағыттарға жетелеп, қара энергия мен қара материяның табиғатын зерттеуде үлкен серпіліс тудырды.

18. Ғалам кеңеюінің қазіргі жылдамдығы және Хаббл тұрақтысының мәні

Ғаламның кеңею жылдамдығы — космологиядағы негізгі параметрлердің бірі. Planck 2018 жылғы мәліметтері бойынша Хаббл тұрақтысы 67,4±0,5 км/сек/Мегапарсек мөлшерінде анықталды, бұл ғаламның экспансиясының салыстырмалы баяу екенін көрсетеді. Десе де, 2019 жылы S.H0ES жобасы осы көрсеткіштің 73,0±1,0 км/сек/Мегапарсек шамасында екенін анықтады, бұл кеңею жылдамдығының жоғары екенін білдіреді.

Осы екі мәлімет арасындағы айырмашылық «Hubble tension» деп аталып, қазіргі заманғы астрофизикада үлкен сұрақ тудырады. Бұл қайшылық ғалымдарды ғаламның кеңеюін дәл анықтау үшін жаңа әдістер мен технологияларды іздеуге итермеледі. Мұндай зерттеулер ғаламның шынайы динамикасын түсінуге, сондай-ақ жаңа физикалық заңдылықтарды ашуға бағытталған.

19. Үлкен жарылыс теориясындағы қазіргі мәселелер мен зерттеу тенденциялары

Үлкен жарылыс теориясы ғаламның шығу тегі мен дамуын түсіндіруге бағытталған негізгі ғылыми концепциялардың бірі болса да, оның бірқатар күрделі мәселелері әлі толық шешілген жоқ. Мысалы, ғаламның алғашқы сәттеріндегі кванттық гравитация, қара энергияның нақты табиғаты және қара материяның бөлшектер физикасына ықпалы толық зерттелмеген. Қазіргі заманғы зерттеу тенденциялары осы тақырыптар бойынша жаңа эксперименттер мен бақылауларға шоғырланған. Астрономиялық құралдардың дамуы, мысалы, телескоптардың жоғары дәлдігі мен ғарыштық обсерваториялардың іске қосылуы, үлкен жарылыстың теориялық модельдерін жаңартуға мүмкіндік беруде.

20. Үлкен жарылыс және ғаламның кеңеюін зерттеудің маңызы

Үлкен жарылыс пен ғаламның кеңеюін зерттеу адамзатқа өзіміздің орналасқан орнымызды терең түсінуге мүмкіндік береді. Бұл зерттеулер ғаламның жасын, оның құрылымын, және динамикасын анықтап, физиканың негізгі заңдылықтарын толықтырады. Сонымен қатар, ғарыштық феномендерді зерттеу адамзаттың технологиялық және рухани дамуына үлкен серпін береді. Ғылым мен білім арқасында біз өз ғаламымыздың терең сырларын ашып, әлемнің даму заңдылықтарын тану жолында маңызды қадамдар жасап жатырмыз.

Дереккөздер

Пензиас А., Вилсон Р. 1965. Космическая микроволновая фоновая радиация. Nobel Lectures in Physics.

Хаббл Э. 1929. Об изменении расстояния между галактиками и об их скоростях. Proceedings of the National Academy of Sciences.

Planck Collaboration. 2018. Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters. Astronomy & Astrophysics.

Riess A., et al. 1998. Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant. The Astronomical Journal.

Шеперд Б. Эрикссон, Цефеиды и измерение космических расстояний. Принстонский университет, 2003.

Планк миссиясы: «Planck 2018 Results», A&A, 2018

Riess, A.G. et al., «Milky Way Cepheid Standards for Measuring Cosmic Distances and Application to Gaia DR2: Implications for the Hubble Constant», ApJ, 2019

Peebles, P.J.E., «Principles of Physical Cosmology», Princeton University Press, 1993

Liddle, A.R., «An Introduction to Modern Cosmology», Wiley, 2015

Weinberg, S., «Cosmology», Oxford University Press, 2008