Ғаламның ұлғаюы туралы 38 қызықты мәліметтер

Адамзат ежелгі заманнан бері түнгі аспанға көз тігіп, көрінетін әлемнің ар жағында не бар екенін ойлап келеді. Қазіргі ғылым бізге жұлдыздарды тамашалаумен шектелмей, ғарышта жүріп жатқан ауқымды үдерістердің табиғатын түсінуге мүмкіндік берді. XX ғасырдағы ең таңғаларлық ашылымдардың бірі – Ғаламның статикалық емес, үздіксіз кеңейіп жатқанын анықтау болды. Бұл жаңалық кеңістік, уақыт және болмыстың тағдыры туралы түсінігімізді түбегейлі өзгертті. Төменде осы ғаламат құбылысты тереңірек ұғынуға және айналамызда болып жатқан үдерістердің ауқымын сезінуге көмектесетін 38 қызықты дерек ұсынылады.

1. Ғалам шамамен 13,8 миллиард жыл бойы кеңеюде. Бұл уақыт Үлкен жарылыстан бері өтті – дәл сол сәтте кеңістік, уақыт және материя пайда болды. Сол мезеттен бастап ғарыш бір сәтке де тоқтамай ұлғайып келеді.
2. Ғаламның кеңеюін алғаш рет 1922 жылы Александр Фридман математикалық тұрғыдан болжады. Ол бұл қорытындыны Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясы теңдеулерінен шығарды. Альберт Эйнштейннің өзі бастапқыда бұл нәтижені қабылдамай, статикалық модельді шынайырақ деп санаған.
3. 1929 жылы Эдвин Хаббл кеңеюді тәжірибелік жолмен растады. Алыс галактикаларды бақылай отырып, америкалық астроном олардың басым бөлігі бізден алыстап бара жатқанын анықтады. Галактика неғұрлым қашық болса, соғұрлым жылдам шегінеді.
4. Хаббл – Леметр заңы галактикалардың алыстау жылдамдығын сипаттайды. Оған сәйкес жылдамдық нысанға дейінгі қашықтыққа пропорционал. Әрбір мегапарсекке шамамен 67–74 км/с алыстау жылдамдығы қосылады.
5. Кеңейетін – галактикалар емес, кеңістіктің өзі. Бұл маңызды айырмашылық жиі түсінбеушілік тудырады. Галактикалар салыстырмалы түрде өз орындарында қалады, ал олардың арасындағы кеңістік-уақыт «матасы» үрленген шардың беті сияқты созылады.
6. Қызыл ығысу – кеңеюдің басты дәлелі. Жарық көзі алыстаған сайын оның толқын ұзындығы созылып, спектрдің қызыл бөлігіне ығысады. Хаббл алыс галактикалардың спектрлерін зерттей отырып, дәл осы құбылысты байқады.
7. Хаббл тұрақтысының нақты мәні әлі де дәл анықталған жоқ. Оны өлшеудің әртүрлі әдістері бір-біріне сәйкес келмейтін нәтижелер береді: кейбірі шамамен 67 км/с/Мпк, ал басқалары 73 км/с/Мпк көрсетеді. Бұл айырмашылық астрофизикада «Хаббл шиеленісі» деп аталады және қазіргі космологияның басты жұмбақтарының бірі болып отыр.
8. 1998 жылы ғалымдар кеңеюдің үдей түсетінін анықтады. Бұған дейін гравитация галактикалардың алшақтауын баяулатады деп есептелген. Сол Перлмуттер мен Брайан Шмидт бастаған топтардың бұл жаңалығы күтпеген нәтижеге айналып, 2011 жылы физика бойынша Нобель сыйлығын алып келді.
9. Кеңеюдің үдеуі қара энергиямен байланыстырылады. Бұл жұмбақ құрамдас бөлік Ғалам мазмұнының шамамен 68 пайызын құрайды. Оның табиғаты әлі күнге дейін белгісіз, біз тек галактикалардың үдемелі алыстауы арқылы әсерін тіркей аламыз.
10. Қара материя кеңеюді баяулатады, ал қара энергия жеделдетеді. Екі компонент те жарықпен тікелей әрекеттеспейді және көрінбейді. Олардың өзара «күресі» ғарыштық экспансияның қарқынын және тағдырын айқындайды.
11. Кәдімгі материя Ғаламның шамамен 5 пайызын ғана құрайды. Біз көре алатын жұлдыздар, ғаламшарлар, газ және шаң – ғарыш мазмұнының өте аз бөлігі. Қалғаны қара құрамдас бөліктер түрінде жасырын.
12. Бақыланатын Ғаламның шекарасы шамамен 46,5 миллиард жарық жылы қашықтықта орналасқан. Бұл оның ар жағында ештеңе жоқ дегенді білдірмейді – тек сол жақтан шыққан жарық бізге әлі жеткен жоқ. Ал кеңістік бұл шекарадан әрі қарай жалғасып, шамасы шексіз болуы мүмкін.
13. Ғалам жарық жылдамдығынан да жылдам кеңеюі мүмкін, және бұл физика заңдарын бұзбайды. Салыстырмалылық теориясы нысандардың кеңістік арқылы жарықтан жылдам қозғалуына тыйым салады, бірақ кеңістіктің өзінің кеңею жылдамдығын шектемейді. Сондықтан алыс галактикалар бізден жарықтан да жылдам «қашып» бара алады.
14. 14 миллиард жарық жылынан алыс орналасқан галактикалар жарықтан жылдамырақ алыстауда. Қазіргі сәтте олардан шыққан жарық Жерге ешқашан жетпейді. Уақыт өте келе бұл нысандар космологиялық көкжиектен біржола жоғалады.
15. Жергілікті галактикалар тобы кеңеймейді, өйткені оны гравитация ұстап тұр. Құс жолы, Андромеда және ондаған кіші галактикалар өзара тартылыс арқылы байланысқан. Кеңістік тек гравитация құрылымдарды ұстап тұра алмайтын аса үлкен ауқымдарда ғана кеңейеді.
16. Бірнеше миллиард жылдан кейін Андромеда Құс жолымен соқтығысады. Жалпы кеңеюге қарамастан, бұл екі галактика бір-біріне қарай қозғалып келеді. Бұл жергілікті гравитацияның космологиялық кеңеюді жеңе алатынын көрсетеді.
17. Инфляциялық теория Үлкен жарылыстан кейінгі алғашқы үлестердегі аса жылдам кеңеюді сипаттайды. Шамамен 10⁻³² секунд ішінде Ғалам көлемі 10²⁶ есеге ұлғайған. Бұл үдеріс байқалатын ғарыштың біртектілігі мен жазықтығын түсіндіреді.
18. Реликттік сәулелену – ерте кеңеюдің «жаңғырығы». Бұл бүкіл аспанды біркелкі толтыратын микротолқынды фон Үлкен жарылыстан кейін 380 000 жылдан соң тараған. Оның ұсақ флуктуацияларын зерттеу арқылы ғалымдар жас әрі жылдам кеңейген Ғаламның бейнесін қалпына келтіреді.
19. Реликттік сәулеленудің температурасы кеңею барысында төмендеді. Бастапқы кезеңде Ғалам миллиардтаған градусқа дейін қызған болатын. Бүгінде ғарыштық фон температурасы шамамен 2,7 Кельвинге тең, яғни абсолюттік нөлге өте жақын.
20. Кеңею ғарыш арқылы тарайтын фотондардың толқын ұзындығына әсер етеді. Кеңістік созылған сайын жарық толқындары да бірге «созылады». Сондықтан бір кезде рентгендік болған реликттік фотондар бүгінде микротолқындық диапазонға ауысқан.
21. Болашақтағы кеңею қара энергияның табиғатына байланысты. Егер оның тығыздығы тұрақты болса, экспансия мәңгі жалғасады. Ал егер ол арта берсе, «Үлкен жыртылу» сценарийі жүзеге асып, алдымен галактикалар, кейін жұлдыздар, ғаламшарлар және тіпті атомдар ыдырауы мүмкін.
22. «Үлкен мұздау» сценарийі Ғаламның біртіндеп сөнуін болжайды. Қара энергия тұрақты болған жағдайда галактикалар алшақтай береді, жұлдыздар сөніп, материя баяу ыдырайды. Астрономиялық тұрғыдан орасан ұзақ уақыт өткен соң суық қараңғылық орнайды.
23. «Үлкен сығылу» нұсқасы да бар. Егер гравитация бір күні кеңеюден басым түссе, Ғалам қайта жиырыла бастайды. Қазіргі деректер бұл сценарийдің ықтималдығын төмендетеді, бірақ толық жоққа шығармайды.
24. Ғарыштық стандартты шамдар кеңею үдеуін өлшеуге көмектесті. Ia типті асқынжаңалар әрдайым бірдей ең жоғары жарықтылықпен жарқырайды. Олардың көрінетін жарықтығын күтілетін мәнмен салыстыру арқылы астрономдар қашықтықтарды анықтап, кеңею тарихын қалпына келтіреді.
25. Бариондық акустикалық тербелістер – тағы бір өлшеу құралы. Ерте Ғаламдағы дыбыстық толқындар галактикалардың таралуында шамамен 500 миллион жарық жылы қашықтықта ерекше «із» қалдырды. Осы ауқымды әр дәуірде қадағалау арқылы ғалымдар кеңею қарқынын бақылайды.
26. «Джеймс Уэбб» телескопы Ғаламның бастапқы кезеңіне жақын дәуірді көруге мүмкіндік береді. Жоғары қызыл ығысумен сипатталатын нысандарды бақылай отырып, ол 13 миллиард жылдан астам уақыт бұрын шыққан жарықты тіркейді. Бұл ерте кеңею модельдерін нақтылауға көмектеседі.
27. Гравитациялық толқындар Хаббл тұрақтысын өлшеудің жаңа тәсілін ұсынады. Нейтрон жұлдыздары мен қара құрдымдардың қосылуы қашықтық туралы тәуелсіз ақпарат таситын толқындар шығарады. Оларды оптикалық бақылаулармен бірге талдау кеңею қарқынын дербес бағалауға мүмкіндік береді.
28. Ғалам кеңейсе де, шексіз болуы мүмкін. Шексіз кеңістік барлық нүктелер арасындағы қашықтықты бір мезетте арттыра отырып, ұлғая алады. Бұл парадокс сияқты көрінгенімен, жалпы салыстырмалылық математикасымен толық үйлеседі.
29. Бақыланатын Ғалам – тұтас Ғаламның шағын ғана бөлігі. Бақылау көкжиегінен тыс аймақтар біздің құралдарымызға қолжетімсіз. Кейбір инфляциялық модельдерге сәйкес, бүкіл ғарыш көлемі байқалатын бөліктен 10²³ және одан да көп есе асып түсуі мүмкін.
30. Ғаламның кеңеюінің орталығы жоқ. Қай бағытқа қарасаңыз да, галактикалар алыстап бара жатқандай көрінеді, бұл сізді эпицентрде тұрғандай сезіндіруі мүмкін. Алайда бұл – иллюзия: кез келген нүктедегі бақылаушы дәл осындай көріністі байқар еді.
31. Байланысқан нысандар арасындағы кеңістік кеңеймейді. Атомдар, молекулалар, ғаламшарлар, жұлдыздар және галактикалық шоғырлар электромагниттік немесе гравитациялық күштермен ұсталып тұрады. Космологиялық кеңею тек галактикалар шоғырларынан да ірі ауқымдарда байқалады.
32. Уақыт өте келе байқалатын галактикалар саны азаяды. Үдемелі кеңею салдарынан барған сайын көбірек галактика оқиға көкжиегін кесіп өтіп, мәңгілікке көзден ғайып болады. Триллиондаған жылдан кейін бақылаушылар тек өздерінің Жергілікті тобын ғана көре алады.
33. Үлкен жарылыстан кейінгі алғашқы секундтар кеңейіп жатқан Ғаламның химиялық құрамын айқындады. Алғашқы нуклеосинтез нәтижесінде массаның шамамен 75 пайызы сутекке, 25 пайызы гелийге тиесілі болды. Ауыр элементтердің барлығы кейін жұлдыздардың қойнауында түзілді.
34. Кеңею қарқыны әр дәуірде әртүрлі болды. Алғашқы сәттерде қарқынды инфляция жүрді, кейін материя гравитациясының әсерінен баяулау кезеңі басталды. Шамамен 5 миллиард жыл бұрын қара энергия басымдық алып, экспансия қайта үдей түсті.
35. «Евклид» миссиясы қара энергия мен кеңеюді зерттеу үшін арнайы іске қосылды. 2023 жылы ұшырылған еуропалық ғарыш телескопы миллиардтаған галактиканы картаға түсіруде. Жиналған деректер үдемелі кеңеюдің табиғатын нақтылауға көмектеседі.
36. Квазарлар – үлкен қашықтықтардағы кеңеюді зерттеуге мүмкіндік беретін шамшырақтар. Бұл алыс галактикалардың аса қуатты ядролары орасан жарықтылығының арқасында өте алыс қашықтықтан көрінеді. Олардың спектрлерін талдау арқылы астрофизиктер миллиардтаған жылдар бойғы кеңею тарихын қалпына келтіреді.
37. Көпәлем тұжырымдамасы инфляциялық модельдің ықтимал салдарының бірі. Егер инфляция біркелкі болмаған болса, кеңістіктің әртүрлі бөліктері жеке ғаламдарға «бөлініп» кетуі мүмкін еді. Әрқайсысы өз заңдары мен физикалық тұрақтылары бойынша кеңеюі ықтимал.
38. Ғаламның кеңеюі өткеннің қазіргіге қарағанда айқынырақ көрінетінін білдіреді. Кеңістікке неғұрлым терең үңілсек, соғұрлым тарихтың тереңіне бойлаймыз, өйткені жарық бұл қашықтықты миллиардтаған жыл бойы жүріп өткен. Шын мәнінде, әрбір телескоп – Ғаламды өте ежелгі қалпында көруге мүмкіндік беретін уақыт машинасы.

Ғаламның кеңеюі – адамзат тәжірибесінен әлдеқайда асып түсетін үдеріс, бірақ дәл осы құбылысты зерттеу бізді ең терең философиялық әрі ғылыми сұрақтарға жетелейді. Кеңістіктің өзі динамикалық құрылым екенін түсіну шындықты қабылдауымызды түбегейлі өзгертеді. Қара энергия табиғатын ашу бүкіл болмыстың тағдырын ұғынудың кілтіне айналуы ықтимал. Алдағы онжылдықтардағы жаңа телескоп деректері, гравитациялық толқын өлшемдері және Хаббл тұрақтысын нақтылау ғарыш туралы түсінігімізді өткен ғасырдағы ашылымдар сияқты түбегейлі өзгертуі мүмкін. Ғалам кеңеюін жалғастыруда, ал онымен бірге адамзат танымының көкжиегі де кеңейе түсуде.