Mokslo ir technologijų pasaulis

Mokslo revoliucijos kartais nutinka tada, kai imamasi tyrinėti iš pažiūros neįveikiamų paradoksų. Dėmesio sutelkimas į šiuos paradoksus ir vėlesnis jų išnarpliojimas – tai procesas, tapęs daugybės mokslo proveržių priežastimi, rašo medium.com.

Todėl visai naudinga būtų peržvelgti paradoksus, susijusius su dabartinėmis kosmologijos mokslo idėjomis. Visai įmanoma, kad jų išsprendimas taps ateinančios kartos idėjų apie Visatą pagrindu.

Sankt Peterburgo valstybinio universiteto (Rusija) mokslininkas Jurijus Baryševas būtent tuo ir užsiima – jis tyrinėja šiuolaikinės kosmologijos paradoksus. Jo tyrimų rezultatas – sąrašas paradoksų, susijusių su lyg ir gerai žinomomis, įsitvirtinusiomis idėjomis ir stebėjimais, nusakančiais Visatos struktūrą ir kilmę.

Turbūt pats dramatiškiausiais ir galimai svarbiausias iš šių paradoksų kyla iš idėjos, kad Visata plečiasi (tai – vienas svarbiausių šiuolaikinės kosmologijos atradimų). Atradimo pagrindas – net kelių skirtingų stebėjimų rezultatai.

Visų pirma, nustatyta, kad kitos galaktikos nuo mūsų tolsta. Tai įrodo šviesa, iki mūsų atkeliaujanti iš kitų galaktikų – joje stebimas raudonasis poslinkis. Kuo nuotolis iki šviesos šaltinio didesnis, tuo didesnis jo raudonasis poslinkis, šiaip jau rodantis ne nuotolį, o nuotolio tarp šviesos šaltinio ir stebėtojo didėjimą.

Astrofizikai tai vertina kaip įrodymą, kad toliau nuo mūsų esančios galaktikos tolsta greičiau. Naujausi kitų tyrimų duomenys taip pat rodo, kad Visatos plėtimasis greitėja.

Bet šiame plėtimesi randasi įdomus dalykas: objektams vis didėjančiu greičiu tolstant vienam nuo kito, tarp jų turi atsirasti tuščia erdvė, vakuumas. Bet nežinoma, kaip tai gali nutikti. „Erdvės atsiradimas yra naujas kosmologinis reiškinys, kuris dar nėra ištyrinėtas fizikos laboratorijose“, - sakė J. Baryševas.

Dar įdomiau yra tai, kad bet kokiam Visatos tūrio vienetui būdinga tam tikra energija. Jeigu tūris auga, daroma neišvengiama išvada, kad turi augti ir to tūrio energija. Bet fizikoje įprasta teigti, kad energija iš niekur neatsiranda ir niekur nedingsta.

J. Baryševas pacitavo britų kosmologą Tedą Harrisoną: „Patinka mums tai, ar ne, išvada aiški: Energijos tvermės dėsnis Visatoje negalioja“.

Tai yra kosmologams puikiai žinoma problema. Bet paklauskite jų apie tai tiesiai – jie nudelbs akis į žemę, pradės trypčioti ir mekenti kažką neaiškaus. Akivaizdu, kad teoretikas, sugebėjęs įveikti šį paradoksą, visų kosmologų būtų ant rankų nešiojamas.

Energijos, susijusios su vakuumu, prigimtis yra dar viena neįminta mįslė. Ji vadinama įvairiai: nulinio taško energija, Plancko vakuumo energija. Kvantinės fizikos specialistai jau kurį laiką suka savo galvas bandydami ją apskaičiuoti.

Skaičiavimai rodo, kad energijos tankis vakuume yra neįtikėtinas – maždaug 10⁹⁴ g/cm³ eilės. Ši energija, kaip masės ekvivalentas, turėtų gravitaciškai veikti Visatą.

Kosmologai, ieškodami šio gravitacinio poveikio, apskaičiavo jo vertę, pritaikydami kosmologinę konstantą. Jų skaičiavimai rodo, kad energijos tankis vakuume yra 10⁻²⁹ g/cm³.

Šiuos skirtingus skaičius lyginti labai jau sunku – vienas nuo kito jie skiriasi per 120 eilių. Kaip ir dėl ko atsiranda šis nepalyginamumas – nežinia. Bet už tai mokslininkams atsiranda rimta priežastis pasukti savo galvas.

Dar viena paslaptis yra pats raudonasis poslinkis. Mokslininkai neretai raudonąjį poslinkį aiškina Dopplerio efektu (panašiai, kaip policijos sirenos dažnis kinta priklausomai nuo to, ar jos automobilis prie mūsų artėja, ar nuo mūsų tolsta).

Dopplerio efekto priežastis – dviejų skirtingų objektų judėjimas vienas kito atžvilgiu. Bet kosmologinis raudonasis poslinkis yra kiek kitoks, nes galaktikos kosmose yra stacionarios. Ir, kaip bebūtų keista, kosmologai mano, kad plečiasi pati erdvė.

Matematika, nusakanti šiuos efektus, taip pat skiriasi – ir ne tik dėl to, kad įprastinėje fizikoje bet koks santykinis greitis niekada negali viršyti šviesos greičio. Tuo tarpu erdvės plėtimosi greitis kažkodėl yra neribotas.

Įdomu tai, kad kosmologinio raudonojo poslinkio prigimtis atveria galimybę per kelis artimiausius metus atlikti stebėjimo eksperimentus. Viena iš įdomių idėjų – daug toliau esančių objektų raudonasis poslinkis turėtų didėti jiems esant toliau. Tolimiems kvazarams šis pokytis gali siekti iki centimetro per sekundę per metus – tą galima būtų pastebėti kitos kartos itin dideliais teleskopais.

Ir paskutinis paminėjimo vertas paradoksas yra susijęs su fundamentaliomis Alberto Einšteino Bendrosios reliatyvumo teorijos prielaidomis – kad žvelgiant į Visatą pakankamai stambiu masteliu ji turi atrodyti vienoda visomis kryptimis.

Atrodo akivaizdu, kad tokia homogeniškumo prielaida vietiniu mastu negalioja. Mūsų galaktika yra spiečiaus, pavadinto Vietine grupe, dalis, o šis spiečius yra didesnio superspiečiaus dalis.

Tai verčia manyti, kad Visata yra savotiškos fraktalinės struktūros. Kitaip tariant, Visata yra sudaryta iš spiečių, nepriklausomai nuo to, kokiu mastu ją vertintum.

O tai prieštarauja vienai iš esminių moderniosios kosmologijos idėjų – Hubble'o dėsniui. Šio dėsnio pagrindas – pastebėjimas, kad kosmologinis stebimo objekto raudonasis pokytis yra tiesiškai proporcingas jo nuotoliui nuo Žemės.

Šis dėsnis moderniojoje kosmologijoje yra taip giliai įsišaknijęs, kad dauguma iš dabar taikomų visuotinio plėtimosi teorijų yra priklausomos nuo šios tiesinės proporcijos. Kas būtų visai teisinga, jeigu Visata žvelgiant stambiu masteliu būtų homogeniška (t. y., tiesinė).

Bet stebėjimų duomenys – paradoksalūs. Astrofizikai išmatavo Hubble'o dėsnio tiesinę prigimtį kelių šimtų megaparsekų atstumais, bet tokiais masteliais matomi galaktikų spiečiai rodo, kad Visata nėra homogeniška.

Todėl griežtai vertinant, neteisinga manyti, kad Hubble'o dėsnio tiesinis proporcingumas yra Visatos homogeniškumo pasekmė (arba atvirkščiai).

Norėtųsi manyti, kad šiuolaikiniai astrofizikai daugiau ar mažiau suvokia tikrąsias Visatos kosmologines tiesas, kad Didžiojo sprogimo modelis yra tikslus ir kad visi šio modelio rezultatai nusako tai, ką mes iš tiesų matome kosmose.

Bet iš tikrųjų tiesa yra visai kitokia. Kur kas panašiau, kad kosmologijos specialistai savo teorijų spragas užkamšė laikinomis priemonėmis, kad bent jau šiai akimirkai „viskas veiktų“. Tik kad tikėtina, jog tas veikimas yra iliuzija.

O ar ne taip turi veikti mokslas? Kai mokslininkai mano, kad jie labai priartėjo prie galutinio ir visiško realybės aprašymo, paprastas paradoksų sąrašas gali juos nublokšti atgal ant žemės.

Plačiau apie kosmologinius paradoksus galima paskaityti čia.