კოსმოსის გასაღები – ანუ საიდან ვიცით უცნაური რაღაცეები

მკითხველთა მცირე აუდიტორია, რომელიც უკვე ყავს ბლოგს და მის facebook გვერდსაც ადევნებს თვალ ყურს, ალბათ შეამჩნევდა ვიდეოს, სტივენ ჰოკინგის – კოსმოსის გასაღები. ძალიან კარგი ფილმია, განსაკუთრებით მოსწავლეებისთვის და ახლად დაინტერესებული კოსმოსის ენთუზიასთებისთვის. facebook-ის გვერდზე მხოლოდ ბლოგის პოსტებს არ ვამისამართებ. “სამყარო შენს ოთახში”-ის პირწიგნაკს პატარა ავტონომია აქვს იმ გაგებით რომ ხშირად ვდებ იმ მასალას რაც ბლოგზე არ იდება. მაგალითად ცალკეული საინტერესო სურათები, ორ სიტყვიანი საინტერესო ამბები და ვიდეოები. ასეთი რამეების დადება აქ, ძალიან დააწვრილმანებდა ბლოგს და tumblr-ის იმ ბლოგებს დაამგვანებდა მხოლოდ gif-ებით რომაა გატენილი. მოკლედ რატომ დავიწყე ამხელა რამის მოყოლა. ჰოკინგის ფილმი რომ დავდე facebook-ზე, სულ არ ვაპირებდი ამ ფილმის სახელის გამოყენებას პოსტის სათაურად, მაგრამ მოგვიანებით ერთი კამათის ამბავი გამახსენდა და შემდეგ პოსტის დაწერაც მომინდა, სხვა უკეთესი სახელი ვერ მოვუფიქრე, თუ არა ისევ –  კოსმოსის გასაღები. ამ ფილმის სათაური მიტრიალებდა გონებაში და ვიფიქრე ჯანდაბას იყოს. ამაზე უკეთესი სახელი არც შეეფერება მეთქი.

რაც შეეხება პოსტის თემას. ამას წინათ ერთ ტიპს ვეკამათე რომელსაც არ ჯეროდა ისეთი რამეების არსებობა, როგორიცაა შავი ხვრელი, კვაზარი და ელექტრონიც კი. (არადა ელექტრონები რომ არა ახლა ამ პოსტს ვერ წაიკითხავდით, ის კი არა ვოლფრამის ნათურაც არ გეცოდინებოდათ რა არის) ადამიანი რომელიც მეცნიერებაში გათვითცნობიერებული არაა შეიძლება, სკეპტიკურად იყოს განწყობილი ისეთი უცნაური რამეების/მოვლენების მიმართ, როგორიცაა შავი ხვრელი, კვაზარი, დიდი აფეთქება და ა.შ. წარმოიდგინე ვიღაც ტიპები გამოდიან ტელევიზიით, თუ სხვაგან და საუბრობენ რაღაც წარმოუდგენელ საგნებზე. შავი ხვრელი. კვაზარი და დიდი აფეთქება. ეს ყველაფერი ზოგიერთის წარმოსახვასაც და რეალობასაც შორდება და დგება სადღაც იქ რელიგიურ მტკიცებათა რანგში. მაგრამ საქმე იმაში არაა თუ რამდენად ახლოა ეს საგნები თანდაყოლილ რწმენასთან და საშუალო ყოველდღიური სამყაროს აღქმასთან, ან რამდენად ფანტასტიკურად და წარმოუდგენლად ჟღერს. სინამდვილე ამით არ იზომება, თუ რამდენად ადვილად აღქმადია. არამედ თუ რა ემპირულ სიცხადეზეა დაშენებული ესა თუ ის საგანი ან მტკიცება.

ამ პოსტში განვიხილავ რამდენიმე მარტივ მაგალითს. თუ საიდან ვიცით ამა თუ იმ მოვლენის/საგნის არსებობის შესახებ.

დიდი აფეთქება

კრეაციონისტები სვავენ ხოლმე ხშირად ასეთ კითხვებს: “საიდან იცი რომ 15 მილიარდი წლის წინ აფეთქდა რაღაც რამაც წარმოშვა სამყარო? შენ ხომ არ იყავი იქ?” ან “მე არ მინახავს აფეთქებას რამე შეექმნას” თუ ექსპერიმენტის, დაკვირვების და მეცნიერების შესახებ არაფერი გაგიგიათ ეს კითხვა საკმაოდ რელავენტურად ჟღერს. 15 მილიარდი წლის წინ არავინ იყო ცოცხალი და არავის შეეძლო ამ მოვლენის დაკვირვება. მაგრამ თუ ცოტა დავფიქრდებით. გამომძიებელიც არ არის ხოლმე დანაშაულის ადგილზე, თუმცა კარგ გამომძიებელს შეუძლია აღადგონოს მომხდარის სურათი. მეცნიერება გამომძიებლს გავს, ისიც იძიებს, ოღონდ არა დანაშაულს. არამედ სამყაროს მუშაობას და წარმოშობას. თუ დამნაშავე შემთხვევის ადგილზე ანაბეჭდს დატოვებს, გამომძიებელი შეადარებს სხვა ანაბეჭდებს და დამნაშავეს იპოვის. სამყაროც გვიტოვებს თავის ანაბეჭდებს, რათა მეცნიერებმა მისი წარსული ამოიცნონ. დიდი აფეთქების თეორია, ვიღაცის პირად სურვილებზე არ დაფუძნებულა, მას აქვს ემპერული საფუძველი. მისი გასაღები ეს არის კოსმოსის დაკვირვება. პირველ რიგში განვმარტოთ ის რომ სიტყვა აფეთქება – გამოხატავს მხოლოდ ძალიან სწრაფ გაფართოებას და არა კლასიკურ აფეთქებას როგორც კრეაციონისტებს წარმოუდგენიათ.

მეოცე საუკუნის დასაწყისში მიიჩნეოდა რომ სამყარო მუდმივი და სტატიკურია, რომ ის ყოველთვის იყო არის და იქნება. ჩვენი გალაქტიკა მიიჩნეოდა ერთადერთ კუნძულად რომელის გარშემოც უსასრულო წყვდიადი იყო, მაგრამ ედვინ ჰაბლმა აღმოაჩინა რომ სხვა გალაქტიკებიც არსებობს და რომ ისინი გვშორდებიან, გვშორდებიან მანძილის პროპორციულად. რაც უფრო შორსაა ობიექტი მით უფრო სწრაფად გვშორდება, არა მხოლოდ ჩვენ, ისინი ერთმანეთსაც ანალოგირად შორდებიან. ეს არის სივრცის გაფართოება. როგორ აღმოაჩინა ეს ჰაბლმა? გასაღები დოპლერის ეფექტშია. ხილული სინათლე რომელიც არის ელექტრომაგნიტური ტალღა, შედგება ცისარტყელას ფერებისგან, ეს ფერები ლურჯიდან წითლამდე, განსხვავდება ენერგიით და ტალღის სიგრძით, ლურჯს გაცილებით მეტი ენერგია აქვს და მისი ტალღები შედარებით მოკლეა ვიდრე წითელი სინათლის. როდესაც სინათლის წყარო მოძრაობს დამკვირვებლისკენ, მისკენ მომავალი სინათლის ტალღები მოკლდება, რადგან სინათლეც და მისი წყაროც ერთი მიმართულებით მიდიან. შესაბამისად დამკირვებლისთვის სინათლის სპექტრი გადაიხარება ლურჯისკენ. თუ დამკვირვებელს შორდება სინათლის წყარო მაშინ მასთან მიაღწევს უფრო გრძელი ტალღები და სპექტრი გადაიხრება წითლისკენ.

ამ სიტუაციის მარტივი ანალოგია შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ ბგერებზე. თუ დადგები ავტომაგისტრალზე და მოუსმენ ავტომანქანების ხმას. როდესაც ავტომობილი გიახლოვდება, მისი ძრავის ხმაც იზრდება, ანუ შენსკენ მოდის ბგერის მოკლე ტალღები. როდესაც გშორდება, ხმა ნელ ნელა იკარგება, ტაღების სიხშირე ეცემა. დოპლერის ეფექტი ადვილი შესამჩნებია ბგერებზე.

თუმცა სინათლის შემთხვევაში ვერ დაინახავ როგორ გალურჯდა ავტომობილი ან გაწითლდა. ეს იმიტომ რომ ჩვენთვის კარგად აღქმადი მანძილები დედამიწაზე, სინათლისთვის ძალიან მცირეა. სამაგიეროდ ეს ეფექტი შესამჩნევია შორეულ კოსმოსში. ეს იყო ჰაბლის აღმოჩენის გასაღებიც, მან იხილა რომ რაც უფრო შორეული იყო გალაქტიკა მით მეტად იყო მისი სპექტრი წითლი სინათლისკენ გადახრილი. შემდგომ ათწლეულებში მეცნიერებმა გალაქტიკების დაშორების სიჩქარიდან გამომდინარე სამყაროს გაფართოების სიჩქარე გამოთვალეს. თუ ამ სურათს როგორც ვიდეოს, დროში უკან გადაახვევ, მიხვალ გარკვეულ  მომენტამდე როდესაც ყველაფერი ერთად უნდა ყოფილიყო, ერთ წერტილში. ასე დაიბადა დიდი აფეთქების თეორია.

კიდევ უფრო, რომ დავღეჭოთ: თუ იცი რა სიჩქარით მოძრაობდნენ ავტომობილები, რა დროის მანძილზე და როგორი ტრაექტრიით, მაშინ იმასაც გამოითვლი საიდან გამოვიდნენ ისინი. რა იყო მათი მოძრაობის საწყისი წერტილი. ეს მარტივი ანალოგია შეგიძლიათ შეადაროთ იმ საწყის წერტილს რომელიც გამოვლინდა დიდი აფეთქების სახით.

თუმცა ეს დიდი აფეთქების ერთადერთი გასაღები არაა,  ამ სურათის გარდა, ჩვენ დავიჭირეთ დიდი აფეთქების ექო, ციალი, რომელიც ჩვენმა მოწყობილობებმა დააფიქსირა. ამ ექოს დაჭერა არც თუ ისე ძნელია, თუ თქვენი ტელევიზორი, კვლავ სახლის ანტენაზეა შეერთებული, მასაც კი შეუძლია დიდი აფეთქების ექო დაიჭიროს. სანამ არხებს მოძებნიდეს, საჭირო ტალღიდან ტალღამდე თქვენ ხედავთ ფონურ შავ თეთრ წერტილებს რომლებიც ეკრანზე ცეკვავენ. ეს რადიოტალღების ფონია, რომელიც მრავალი წყაროდან მოდის. მათ შორის კოსმოსიდან. ამ რადიოტალღების 1% წარმოადგენს ფონური კოსმოსურ გამოსხივება რომელიც არის დიდი აფეთქების ექო.

ექო 1965 წელს იქნა აღმოჩენილი რადიო ასტრონომების არნო პენზიასის და რობერტ უილსონის მიერ. მათ თავიანთი დიდი რადიოტელესკოპის მეშვეობით დაადგინეს რომ ფონური მიკოტალღური გამოსხივება კოსმოსის ყველა მხრიდან თანაბრად მოდიოდა. გამოსხივებას არ ქონდა ერთი რომელიმე წყარო. ის კოსმოსში ყველგან იყო. მსგავსი გამოსხივება ზუსტად ნაწინასწარმეტყველევი იყო თეორიის მიერ. რადგან დიდი აფეთქების მიხედვით ადრეული სამყარო უნდა ყოფილიყო პლაზმურ მდგომარეობაში და გამოესხივებინა რადიაციის გარკვეული დონე. მილიარდი წლების განმავლობაში თერმული გამოსხივება გაცივდებოდა და გარდაიქმნებოდა მიკროტალღურ ფონად. რაც ზუსტად დაემთხვა კიდეც უილსონის და პენზიასის აღმოჩენას. დასაწყისში გამოსხივების ტემპერატურა 3000 კელვინი უნდა ყოფილიყო, ახლა კი 3 კელვინზე უფრო დაბალია.

WMAP -ის მიერ შექმნილი სამყაროს მიკროტალღური ფონური რუკა

 ფონური მიკროტალღური გამოსხივება აქტიური დაკვირვების საგანი გახდა, მის შესასწავლად კოსმოსში გაგზავნილ იქნა ზონდები COBE და WMAP, რომლებმაც აღწერეს ეს გამოსხივება. გაფართოების და თერმული გამოსხივების გაციების კოეფიციენტიდან გამომდინარე განისაზღვრა სამყაროს მიახლოებითი  ასაკი  (აქამდე ყველაზე უფრო ზუსტი) რომელიც შეადგენს 13,7 მილიარდ წელიწადს.

რადიოანტენა რომლის მეშვეობითაც უილსონმა და პენზიასმა აღმოაჩინეს კოსმოსური ფონური გამოსხივება

ასე რომ დიდ აფეთქებას საკმაოდ მყარი ემპირული მხარდაჭერა აქვს. ისევე როგორც მათემატიკური მხარდაჭერა, დიდი აფეთქება ნამდვილად მოხდა, თუმცა პრობლემაა ზოგიერთი უმნიშვნელოვანესი საკითხის ამოხსნა. მაგალითად სინგულარობა. ეს არის ის მომენტი როდესაც სამყაროს როგორც ვიდეო ფირს დროში უკან ვახვევთ და ვურტყავთ იმ მომენტს როდესაც სამყაროს პარამეტრები უსასრულოა. უსასრულო სიმკვირვე, უსასრულო ტემპერატურა და ა.შ.

ეს პრობლემა კითხვის ნიშნის ქვეშ არ აყენებს თავად დიდ ფეთქებას როგორც ფაქტს, მოვლენას რომელიც მოხდა.  არამედ სირთულეს ქმნის მის გააზრებაში. ბოლომდე ამოხსნაში. რადგან უსასრულობის ცნება ადამიანის გონებისთვის მიუწვდომელია.

P.S: ეს არის პირველი ნაწილი. პოსტის მეორე და შემდგომ გაგრძელებებში განვიხილავ: კვაზარებს, შავ ხვრელებს და ა.შ. (ბნელი ენერგია ალბათ)

მანამდე კი რახან ჰოკინგი ვახსენე აგერ ის ფილმიც. (თან იმის სადემონსტრაციოდ რომ ფილმი მაინც სულ სხვა ხაზით მიდის და სათაურის გარდა არაფერი მომიპარია :D)