Космология

ԽԱՉԱՏՈՒՐ ԱԲՈՎՅԱՆԻ ԱՆՎԱՆ ՀԱՅԿԱԿԱՆ ՊԵՏԱԿԱՆ ՄԱՆԿԱՎԱՐԺԱԿԱՆ ՀԱՄԱԼՍԱՐԱՆ

    ՖԱԿՈՒԼՏԵՏ__Մաթեմատիկայի, ֆիզիկայի և ինֆորմատիկայի

§  ԲԱԺԻՆ__ֆիզիկա

§  ԿՈՒՐՍ__առաջին

ԱՌԱՐԿԱ— Կոսմոլոգիայի տարրեր

     ԹԵՄԱ__ Մութ զանգված և մութ էներգիա:

§  ԴԱՍԱԽՈՍ__ Սերգեյ Ներսիսյան

§  ՈՒՍԱՆՈՂՈՒՀԻ__Դանիելյան Մարգարիտա

ԵՐԵՎԱՆ 2017թ.

ՆԵՐԱԾՈՒԹՅՈՒՆ

Կոսմոլոգիայում կարևոր դեր է խաղում ձգողականությունը՝ գրավիտացիան, քանի որ հենց նա է որոշում մեծ հեռավորությունների վրա զանգվածների փոխազդեցությունը, հետևաբար և տիեզերական մատերիայի, նյութի դինամիկան, դիտարկում է նրա ժամանակակից ֆիզիկական հատկությունները, ինչպես նաև դրանց էվոլյուցիան:

Աստղերի, գալակտիկաների, միջգալակտիկական գազի կազմի մեջ մտնող նյութը անցյալում ունեցել է այլ հատկություններ: Այն, համաձայն ժամանակակից կոսմոլոգիական պատկերացումների, անցել է դեռևս փորձարարական ֆիզիկային անմատչելի չափազանց բարձր խտությամբ ու ջերմաստիճանի շրջան, փուլ: Դա եղել է շուրջ 14 միլիարդ տարի առաջ: Ըստ երևույթին, այդ ժանակ սկզբնական մատերիան բաշխված է եղել համասեռ և իզոտրոպ, առանց առանձնացված տիրույթների կամ ուղղությունների, և գտնվել է համատարած ընդարձակման վիճակում, որը տանում էր խտության և ջերմաստիճանի նվազմանը (այս ամենի մասին ավելի մանրամասն տես հետագա շարադրանքում): Հավանաբար, արդեն տիեզերքի էվոլյուցիայի ամենավաղ ընթացաշրջանում (փուլում) գոյություն են ունեցել աննշան շեղումներ համասեռությունից և իզոտրոպությունից: Այս խոտորումները (շեղումները) սկսել են աճել շնորհիվ գրավիտացիոն անկայունության: Ենթադրում են, որ հենց նյութի խտության այդպիսի փոքր խոտորումներն են վերջի վերջո բերել այժմ դիտվող տարածական կառուցվածքին գալակտիկաների և նրանց կույտերի տեսքով:

Ժամանակակից տիեզերքը բնորոշվում է բարձր աստիճանի համասեռությամբ և իզոտրոպությամբ միայն շատ ու շատ մեծ մասշտաբներում, ներառյալ բազմաթիվ գալակտիկաների կույտերը, իսկ փոքր մասշտաբներում, որոնք տիպական են առանձին գալակտիկաների և կույտերի, ուժեղ անհամասեռությամբ և անիզոտրոպությամբ: Այդ իսկ պատճառով Կոսմոլոգիան զարգանում է երկու ուղղություններով: Դրանցից մեկը, ելնելով համասեռություն և իզոտրոպության սկզբունքներից, նկարագրում է ժամանակակից Տիեզերքի խոշորամասշտաբ կառուցվածքը, նրա էվոլյուցիան և ֆիզիկական պրոցեսները վաղ Տիեզերքում: Երկրորդ ուղղությունը հաշվի է առնում ինչքան ասես մեծ շեղումները համասեռությունից և իզոտրոպությունից լայն անվանում են անիզոտրոպ և ամհամասեռ Տիեզերքի տեսության և արդյունավետ կերպով օգտագործվում է Տիեզերքի փոքրամասշտաբ կառուցվածքի զարգացման և առաջացման նկարագրության ժամանակ:

Մութ զանգված և մութ էներգիա:

Մութ զանգվածի կառուցվածքի վերաբերյալ առկա տարբեր վարկածները: Տիեզերական վակուում:

       Մատերիան, նյութը, որը անտեսանելի է լույս չի ճառագայթում և կլանում կոչվում է մութ, այն ի հայտ է գալիս իր իսկ ստեղծած գրավիտացիայով, ձգողականությամբ: Աստիճանաբար պարզ դարձավ, որ մութ մատերիան ներկա է բոլոր մասշտաբներում՝ գալակտիկաներից մինչև գալակտիկաների գերկույտեր: Իր զանգվածով այն էապես գերազանցում է տեսանելի նյութին, որը բաղկացած է աստղերից, մոլորակներից, գազից, փոշուց: Մինչև օրս անհայտ է, թե ինչ է իրենից ներկայացնում մութ մատերիան:

1933 թվականին շվերացարացի աստղագետ Ֆրից Ցվիկին, ով զբաղվում էր գալակտիկաների կույտերի դինամիկայով առաջինն էր, որ հայտարարեց նրանցում մութ զանգվածի գոյության մասին: Ուսումնասիրելով Բերեն Գես համաստեղությունում գտվող գալակտիկաների հարուստ կույտը, որում գալակտիկաները շարժվում են մոտ 1000 կմ/վ արագություններով, արեց հետևյալ ենթադրությունը, կույտում նման արագություններով գալակտիկաները դիտվող ծավալում պահելու համար հնարավոր կլինի միայն, եթե կույտի զանգվածն առնվազն տաս անգամ մեծ լինի այն կազմող գալակտիկաների գումարային զնագվածից: Այսինքն՝ պետք է լինի հավելյալ զանգված, այլապես կույտի անդամները կթողնեն կհեռանան ու այն կքայքայվի: Հենց այդ հավելյալ զանգվածն էլ անվանեց մութ, անտեսանելի, թաքնված զանգված: Իսկ ինչպիսի՞ն է դրա ֆիզիկական բնույթը:

1.        Մինչ օրս պարզ չէ, սակայն ըստ առկա վարկածների հնարավոր է, որ դա սկզբնական սև խոռոչներ են՝ 0.5 M๏-ով: Տիեզերքի ընդարձակման սկզբնական շրջանում, մոտ 14 մլրդ տարի առաջ, պայմանները բարենպաստ են եղել նման սև մինի-խոռոչների առաջացմանը:

2.        Հնարավոր է, որ դա կազմում են դեռ չհայտնաբերված զանգվածեղ տարրական մասնիկները, որոնցից յուրաքանչյուրի զանգվածը մոտ 1000 անգամ գերազանցում է պրոտոնի կամ նեյտրոնի զանգվածին: Այդ հիպոթետիկ մասնիկները չունեն էլեկտրական լիցք, այնպես որ նրանք չեն ճառագում էլեկտրամագնիսական ալիքներ և ընդհանրապես չեն փոխազդում լույսի և այլ էլկտամագնիսական դաշտերի հետ:

Միակ բանը, որ հուսալիորեն հայտնի է մութ զանգվածի մասին այն է, որ չի պարունակում պրոտոններ և նեյտրոններ: Կան տարբեր վարկածներ մութ զանգվածի կառուցվածքի մասին: Դրանցից են՝ աքսիոմները: Բնության մեջ իբր գոյություն ունեն թեթև չեզոք սկալյար մասնիկներ, որոնք ստացել են աքսիոն անվանումը: Ուժեղ մագնիսական դաշտում հնարավոր է ծնվեն ինչպես աքսիոններ, այնպես էլ  դրանց փոխակերպումը ֆոտոնների: Հայտնի է, որ նման հզոր մագնիսական դաշտերը կան բաբախիչներում: Աքսիոններից ծնված ֆոտոների առանձնահատկությունն է դրանց բևեռացումը: Այդպիսի ֆոտոններ դիտելը կարող է հենց ծառացել աքսիոնների գոյության օգտին խոսող արգումենտ: Մյուս թեկնածուն նեյտրալինոն է:  Սակայն մինչ օրս նման սուպեր մասնիկ չի հայտնաբերված անգամ շվեյցարիացում գտնվող LHC սուպեր կոլայդերի փորձերում:

Մութ զանգվածի գոյության վառ ապացույց գրավիտացիոն լինզաների (ոսպնյակների) էֆեկտը: Ենթադրենք, որ դիտողի և հեռավոր ֆոնային գալակտիկայի միջև գտնվում է ինչ-որ մի զանգվածեղ օբյեկտ: Որպես կանոն դա կարող է լինել մեկ այլ գալակտիկա կամ գալակտիկաների կույտ: Ֆոնային գալակտիկայից եկող լույսի ճառագայթների հետագծերը կաղավաղվի այդ զանգվածեղ օբյեկտի կողմից: Դիտողը մեկ իրական ֆոնային գալակտիկայի փոխարեն կտեսնի երկու կամ ավելի վիրտուալ պատկերներ՝ կախված այդ օբյեկտում զանգվածի բաշխումից: Նման էֆեկտի արդյունքում ստացվում պատկերների համախումբը, միակցությունը անվանում են «գրավիտացիոն լինզա»: Հարկ է նշել, որ գրավիտացիոն լիզաները կարևոր տեղեկությունների աղբյուր են հանդիսանում կոսմոլոգիայի, Տիեզերքի երկրաչափության, նրանում «մութ զանգվածի» խտության և բաշխման, Տիեզերքի ընդարձակման արագության մասին: Գրավիտացիոն լինզավորման տեսության կարևոր բաժին է միկրոլինզավորումը: Դա մեր գալակտիկայում աստղերի կամ այլ զանգվածեղ մարմինների կողմից ֆոնային օբյեկտների գրավիտացիոն լինզավորումն է:

Տիեզերքի ամբողջ նյութի 23%-ը կազմում է մութ զանգվածը (մատերիան), տեսանելի նյութը՝ ընդհամենը 4%, իսկ 73%-ը այսպես կոչված տիեզերական վակուումն է կամ մութ էներգիան: Ի՞նչ է դա: Դեռևս Այնշտայնը ընդհանուր հարաբերական տեսությունը ստեղծելիս բացահայտեց, որ բացի սովորական նյութից և ճառագայթումից գրավիտացիայի աղբյուր կարող է ծառայել իր հավասարման աջ մասում գտնվող հատուկ անդամը: Այն նշանակեց Λ-ով և մեծ նշանակություն էլ տալիս դրան: 1917 թ. նա ստացավ Տիեզերքի ստատիկ մոդելը, այսինքն՝ անփոփոխ է, այն ոչ ընդարձակվում է և ոչ էլ սեղմվում: Միայն 1922 թ. Ա.Ա. Ֆրիդմանը տվեց ընդարձակվող Տիեզերքի լուծումը և մոդելը: Հետագայում Այնշտայնը Λ անդամը՝ կոսմոլոգիական հաստատունը, համարեց «իր կյանքի ամենամեծ սխալը»: Սակայն կյանքը ցույց տվեց ճիշտ հակառակը և իրադարձությունները զարգացան, ինչպես արկածային ֆիլմում: Փորձելով լուծել նյուտոնյան կոսմոլոգիայի պարադոքսները, որոնք ծագում էին տարածության անվերջության գաղափարից, Այնշտայնը ենթադրեց, որ Տիեզերքն օժտված է վերջավոր ծավալով, չունի սահմաններ և նկարագրվում է դրական կորությամբ Ռիմանի երկրաչափությամբ: Բաց էր մնում մնում գրավիտացի հարցը, չէ ո՞ր ձգողական ուժերը ամբողջ նյութը պետք հավաքեին մի տեղում: Եվ, որպեսզի դա տեղի չունենար նա ենթադրեց, որ կոսմոլոգիական հաստատունը զրո չէ: Դրական նշանի դեպքում այն բերում է անտիգրավիտացիայի, այսինքն՝ վանողական ուժերի:Ինչպես գիտենք, ամերկայի աստղագետ է Հաբլը 1929 թ. ցույց տվեց, որ գալակտիկաների իրարից հեռանում են, այսինքն՝

որտեղ V-ն գալակտիկայի հեռացման արագությունն է, r-ը մինչև գալակտիկա հեռավորությունն է, H=70 կմ/վՄպկ Հաբլի հաստատունն է:

(1)-ից հետևում է, որ տիեզերքն ընդարձակվում է գծայնորեն: Եվ ահա մի նոր անակնկալ 1998 - 1999 թթ. պարզվեց, որ տիեզերքը լայնանում է արագացմամբ, դրանով իսկ հայտնաբերելով համաշխարհային անտիգրավիտացիան՝ վանողական ուժերը: Ուրեմն, դիտելի տիեզերքում առկա է անտիգրավիտացիոն տիեզերական միջավայր՝ տիեզերական վակուում: Սակայն այն բնավ էլ դատարկություն չէ, այլ օժշտված է էներգիայով, որը հաստատուն է ժամանակի ընթացքում և ողջ տարածության մեջ միևնույն խտությամբ է: Անտիգրավիտացնող միջավայրին տրվեց մութ էներգիա անվանումը, որն էլ լայն տարածում գտավ:

Ինչու՞ է վակուումն ստեղծում ոչ թե ձգողության, այլ անտիձգողության: Բանն այն է, որ տիեզերական վակուումն օժտված է ոչ միայն որոշակի խտությամբ այլև ճնշումով: Ընդ որում  վակուումի խտությունը դրական է, իսկ ճնշումը՝ բացասական է վերջինս բացարձակ մեծությամբ հավասար է էներգիայի խտությունը: Ստացվում է, որ վակուումի ճնշումը էներգիայի խտությունն է մինուս նշանով: Ուրիշ ոչ մի այլ միջավայրում նման բան չկա: Գերնոր աստղերի դիտումների տվյալներից հետևում է, որ վակուումի խտությունը գերազանցում է տիեզերական էներգիայի մյուս բոլոր տեսակների գումարային էներգիայից: Այդ իսկ պատճառով դիտելի տիեզերքում անտիձգողության ուժեղ է ձգողությունից և կոսմոլոգիական ընդարձակումն անպայմանորեն տեղի է ունենում արագացմամբ: Անհրաժեշտ է նշել, որ վակուումը միշտ չէ որ գերակշռել է: Վաղ տիեզերքում գերիշխել է տիեզերական միջավայրի համաշխարհային ձգողության ոչ վակուումային բաղադրիչը: Այն դանդաղեցնում էր կոսոմոլոգիական ընդարձակումը: Իսկ անտիգրավիտացիայի և ընդարձակման արագացումը վրա է հասել, սկսել է, երբ Տիեզերքի տարիքը 6-8 միլիարդ տարի է դարձել: Դա մոտավորապես նրա ժամանակակից տարիքի 14.3 մլրդ կեսն է: Հետաքրքիրն այն է, որ մեզանից 6-8 մլրդ և ավելի լուսատարի հեռավորության վրա գտնվող գերմոր աստղերի դիտումները իրոք հաստատում են, որ անցյալում տիեզերքի ընդարձակումն ընթացել է դանդաղեցմամբ, այլ ոչ թե արագացմամբ:

Եզրակացություն

Այսպիսով մութ զանգվածները դրանք հնարավոր է, որ սկզբնական սև խոռոչներ են՝ 0.5 M๏-ով: Տիեզերքի ընդարձակման սկզբնական շրջանում, մոտ 14 մլրդ տարի առաջ, պայմանները բարենպաստ են եղել նման սև մինի-խոռոչների առաջացմանը: Նրանք կազմում են դեռ չհայտնաբերված զանգվածեղ տարրական մասնիկները, որոնցից յուրաքանչյուրի զանգվածը մոտ 1000 անգամ գերազանցում է պրոտոնի կամ նեյտրոնի զանգվածին:

Տիեզերքի ամբողջ նյութի 23%-ը կազմում է մութ զանգվածը (մատերիան), տեսանելի նյութը՝ ընդհամենը 4%, իսկ 73%-ը այսպես կոչված տիեզերական վակուումն է կամ մութ էներգիան:

Գրականություն

1.    Гриб А. А., Основные представления современной космологии, 2008г.

2.    Физикакосмоса, маленькая энциклопедия