2020/05/20

306. Материйг шүтэж амьдрах уу, эс шүтэж амьдрах уу?

Орчлон-ертөнцөд матери бүх байгаа зүйлийн дөнгөж 1/3-ийг эзэлж байна. Энэ нь орчлон-ертөнцийн дэндүү багахан хэсгийг бид мэддэг гэсэн үг. Ийм багахан хэсгийг мэдэж байж орчлон-ертөнцийн талаар бүхэл онолыг гаргах боломжтой юу? Энэ асуулт Хокинг, Линде нарын маргааны сэдэв болж байжээ. Уг асуулт юунаас эхтэйг товчхон үзье.


1998 оны 1-р сард болсон Америкийн одон орны хурал дээр Сол Перлмуттэр гэгч залуу нэгэн шуугиант зүйлийг зарласан нь Хабблын нээлтээс үл дутах сенсаац тарив. Хаббл орчлон ертөнц өргөсөн тэлдэг болохыг нээснээр тухайн үед одон орны судлалд томоохон эргэлт авчирч байсан бол Перлмуттэр орчлон ертөнцийн тэлэлт хурдсаж байна гэснээр өмнөх бүх онолыг үгүйсгээд хаячхав. Сансар судлаачид гайхсандаа амаа ангайж, мэл гайхаж, цэл хөхөрч, шоконд оржээ. Өмнө нь орчлон ертөнцийн тэлж буй хурд таталцлын улмаас багасаж байгаа, багасаж таарна, багасахаас өөр гарцгүй, гарцаагүй багасаж байх учиртай хэмээн тогтсон үзэлтэй байх үед Хокинг анх удаа сохор номингийн онолдоо орчлон ертөнцийн хурд багасах ч үгүй, ихсэх ч үгүй маш тогтвортой байна гээд дуусаагүй байтал Перлмуттэр юун багасах, юун тогтвортой, юун зүгээр гэж харин яг эсрэгээрээ орчлон ертөнц өшөө хурдатгалтайгаар өргөсөн тэлсээр тэлж байна шүү дээ хэмээн зарласан юм.


Перлмуттэрийн дараахан сансар судлалын Супернова төслийн хүрээнд ажиллаж байсан Калифорни дахь Лоренс Бэрклийн нэрэмжит үндэсний лабораторид орчлон ертөнцийн тэлэлт удааширч буй эсэхийг тогтоох судалгааны ажлын хүрээнд тэлэлт удаашрах биш хурдасч байна гэдгийг тогтоож уг мэдэгдлийг баталгаажуулав. Мөн оны 3-р сард Австралийн Маунт-Стромло болон Сайдинг-спиринг дэх одон орны төвөөс үүнтэй яг ижил үр дүнгийн талаар мэдээлснээр Перлмуттэрийн нээлт гарцаагүй болох нь батлагдлаа.


Перлмуттэрийн нээлт нь түлхэх хүч оршин байгаа хамгийн найдвартай баталгаа болж энэ нь гравитацын эсрэг үйлчилсээр байгааг бодитой харуулав. Эйнштейн харьцангуйн ерөнхий онолынхоо тэгшитгэл дотор багтаах гэж оролдоод сүүлд нь энэ нь юуг илэрхийлж байгааг бүрэн ойлгож мэдээгүй, эсвэл өөртөө үл итгэснээс, ердөө л яг ямар шалтгаанаар бүү мэд яваандаа тэгшитгэлээсээ хасаж хаясан сансар судлалын тогтмол ийнхүү бодитой байгаа нь илэрхий боллоо.


Перлмуттер сансар судлалын тогтмол байгаа төдийгүй түүний утга нь бага зэрэг эерэг /сансар судлалын тогтмол нь таталцлын болон анти-таталцлын хүчний зөрүү бөгөөд орчлон ертөнцийг тогтворжуулдаг гол хэмжигдэхүүн/ учраас л орчлон ертөнц хурдсан тэлж буй болохыг харуулав. Үүний өмнө Хокинг сохор номингийн онолоороо сансар судлалын тогтмол нь байна, гэхдээ түүний утга бараг тэг байна гэдгийг харуулж анти-гравитац байж магадгүй юм хэмээсэн бол Перлмуттэр яах аргагүй сансар судлалын тогтмол байна, гэхдээ Хокингийн таамагласан шиг тэг биш эерэг утгатай байна гэдгийг баталсан юм.


Сансар судлалын тогтмол байна, тэр нь эерэг утгатай байдаг гэдгээс анти-гравитац буюу таталцлын эсрэг түлхэх хүч байгаа нь илэрхий болсон ч түүний гарал үүсэл одоогоор нууц хэвээр л байна. Чухам ийм учраас анти-таталцлын хүчний эх үүсгэврийг хар матери, хар энерги, хар эрчим хүч /хар гэсэн нь эх үүсвэр нь тодорхой бус гэсэн утга агуулна/ нэршил шинээр орж ирлээ. Орчлон ертөнцөд бидний мэдэхгүй байгаа маш их хар эрчим хүч оршиж байна. Энэ эрчим хүч нь бидний мэдэж буй эрчим хүчнээс ч лавтай илүү байна гэсэн ойлголт буй боллоо.


Перлмуттерийн хийсэн зүйл өөр нэгэн онолд цохилт өгсөн юм. Тэр нь орчлон-ертөнцийн хөгжлийн талаар Фридманы 1-р загвар буюу тодорхой хугацаанд тэлээд эргэн агшдаг орчлон ертөнцийн загварт үндсэндээ цохилт өглөө. Үүнээс илүү 2-р загвар болох нээлттэй орчлон ертөнц оршин байх магадлалтай болж ирсэн. Өөрөөр хэлэх юм бол эргэн хумигддаггүй, мөхдөггүй, мөнхөд тэлж байх орчлон-ертөнц оршино байгаа гэсэн таамаглалд хүргэсэн. Мөн 3-р загвар болох орчлон-ертөнц арай ч мөхөлд хүрчихгүй аажимхан өргөсөн тэлж байх ч магадлалтай гэж үзэв. Үүнтэй холбоотой Нью-Йоркийн Строуни-Бруук сургуулийн Нил Турок, Мартин Бучэр, Алфред Годхабэр нар өргөссөн тэлж буй нээлттэй орчлон ертөнцөд ч инфляцын онол биелэхийг харуулсан боловч хил хязгаар үгүй нөхцөлийг аварч чадаагүй юм.


Хил хязгаар үгүй нөхцөл гэж юу вэ? Орчлон ертөнцийн одоо байгаа төлөв мэдэгдэж байхад хамгийн анх ямар төлөвт байсныг нь тогтоож чадвал орчлон-ертөнц хэрхэн өөрчлөгдөхийг таамаглаж болно гэж үздэг. Тэгвэл цаг хугацааны эхлэл дээр орчлон ертөнц ямар байсан бэ? Үүнийг одоогоор зөвхөн таамаглаж л болно. Тэгвэл орчлон-ертөнцийн анхны төлөвийг хил хязгаар үгүй нөхцөлөөр тодорхойлдог. Энэ нөхцөл болох орчлон ертөнцийн анхны төлөвийг маш эмх замбараагүй тогтворгүй гэж үздэг. Ийм эмх замбараагүй, тогтворгүй төлөвөөс хэрхэн одооны орчлон ертөнцийн загвар үүссэн гэдгийг ерөнхийдөө инфляцын онолоор тайлбарладаг.


Хил хязгаар арилсан нөхцөлд инфляцын онолыг амжилттай хэрэглэж хаалттай орчлон-ертөнцийн загварыг гаргасан Хокингт нээлттэй орчлон ертөнцийн загварт эдгээрийг нийцүүлэх амаргүй даваа тулгарчээ. Хокинг Нил Туроктой хамтран нэгэн загвар гаргасан нь өчүүхэн жижиг, гөлгөр биш, ялимгүй үрчгэр, 4н хэмжээст бөмбөлөг хэрхэн хязгааргүй нээлттэй орчлон ертөнц болж тэлсэн тухай загвар юм. Энэхүү эгэл бөөм нь инфляц эхлэхээс өмнө хоромхон зуур оршин тогтнодог тул инстантон хэмээн нэрлэсэн ч хэвлэлийнхэн түүнийг буурцаг хэмээн нэрлэж тэр 2 ч үүнээс нь татгалзаагүй юм. Тэдний үүсгэсэн жижиг бөөм нь хязгааргүй жижиг хэмжээтэй, жин нь ойролцоогоор 1 гр орчим жинтэй, бөөрөнхийдүү хэлбэртэй байх бөгөөд энэ нь сингуляр буюу онцгой цэг биш, нягт нь ч хязгааргүй биш.


Нил Турок инфляц гэдгийг асар хүчтэй дэлбэрэлт гэж ойлгоё. Тэгвэл инстантон нь инфляцыг өдөөдөг өөрөө гал авалцан асдаг бялт юм гэжээ. Тэрээр гал авалцан шатахын тулд таталцах хүчин, матери, орон зай, цаг хугацаа 4 зайлшгүй шаардлагатай гэснээр хил хязгаар үгүйн нөхцөл шал өөрөөр томьёологдох болов. Өөрөөр хэлбэл дээрх 4 нөхцөл зэрэг бүрэлдэж байж инстантон дэлбэрэх ба аль нэгэнгүйгээр инстантон дэлбэрэхгүй гэжээ. Ингээд дээр дурдсан 4 нөхцөл биелэх үед инстантон хоромхон зуур л өргөсөн тэлэх орчлон-ертөнц болон хувирна. Ингэснээр орчлон ертөнц гравитац, орон зай, цаг хугацаа, материйг өчүүхэн буурцаг шиг бөөрөнхий зүйлд шахаж хийснээс үүдэлтэй байх нь.


Энэ онолыг хүлээн авахад нэлээд хүндрэлтэй байсан нь энэ онолоос болж огт материгүй маш олон орчлон ертөнц байх магадлалтай гэсэнд оршдог. Хокинг энэ доголдлыг тун төвөггүйхэн тайлбарласан нь эдгээр олон орчлон ертөнцүүд дотроос зөвхөн материтай орчлон-ертөнцөд л амьдрал үүссэн хэмээн антроп зарчмаа арай хувиргаад хэлчихсэн явдал билээ.


Шинэ онолыг хамгийн хүчтэй эсэргүүцсэн хамгийн алдартай хүн нь Андрей Линде юм. Линде манай орчлон ертөнцөд ажиглагдаж буй матери нь орчлон ертөнцийн нягтын дөнгөж 1/3-ийг эзэлж байхад материйг хэт шүтсэн ийм онол байх нь тохиромжтой бус гэсэн явдал юм. Харин Хокинг Турон хоёр эл онолоо хамгийн энгийн хамгийн эхний хувилбар бөгөөд цаашид улам сайжруулагдаж боловсронгуй болгохоо амлаад байгаа билээ. Хэвлэлүүд ч үүнийг чадмаг ашиглаж Хокинг Линде нар орчлон-ертөнц хэрхэн үүссэн талаар онолын том маргаанд оролцож сөргөлдөж эхэллээ хэмээн шуугьж зарим нь Хокингийг дэмжин “Буурцагт боломжийг олго” нөгөө хэсэг нь Линдег дэмжин “Инфляц нь нээлттэй орчлон ертөнцөд заналхийлж байн” гэх мэтээр бичих болов.