/Удиртгал
Бид ертөнцийн талаар бараг юу ч мэдэхгүй амьдарч байна. Амьдралыг тэтгэгч нарны гэрлийг үүсгэдэг механизмийн тухай, огторгуйд биднийг унагачхалгүй дэлхий дээр барьж байдаг таталцлын тухай ч юм уу эсвэл биднийг бүрдүүлдэг, бүтцээс нь бид өөрсдөө гол төлөв хамаардаг атомын тухай төдий л сонирхохгүй байна. Байгаль яагаад ийм байдаг вэ, огторгуй хаанаас үүссэн бэ, эсвэл тэр эндээ л байсан уу, хэрэв цаг хугацаа хэзээ нэг цагт буцаж ухарвал үр дагавар шалтгааныхаа өмнө байх уу, үгүй юу, хүн төрөлхтний танин мэдэхүйд эцсийн зааг бий юу гэдгийг бодож суудаг хүн (ийм нухацтай асуулт тавьдаггүйгээ ч сайн мэдэхгүй) хүүхдүүдийг эс тооцвол ховор ажээ. Юуг хар нүх гэх вэ, бодисын хамгийн жижиг хэсэг юу вэ, яагаад бид өнгөрснийг мэддэг, ирээдүйг мэддэггүй вэ, хэрвээ эхлээд эмх замбараагүй байсан бол одоогийн, харагдахуйц эмх цэгц яаж бий болов, яагаад орчлон ертөнц оршин байна вэ гэдгийг мэдэхийг хүсдэг хүүхдүүд ч байдаг, би тэдэнтэй тааралдаж байсан. Эцэг эх, багш нар эдгээр асуултын ихэнхэд мөрөө хавчин хариулах эсвэл ой ухаанд нь бүүр түүрхэн хадгалагдан үлдсэн шашны домгоос эш татах үзэгдэл нийгэмд маань байсаар л байна. Иймэрхүү асуулт хүний ойлгохуйн хязгаарлагдмал байдлыг тодорхой илэрхийлдэгээс заримд нь эдгээр асуулт таалагддаггүй аж. Гэтэл философи, байгалийн шинжлэх ухааны хөгжил иймэрхүү асуудлын ачаар үндсэндээ урагш ахисан билээ. Иймэрхүү төрлийн асуулт тавихыг хүсдэг насанд хүрэгчдийн тоо нэмэгдэж байгаа ба тэд заримдаа нилээд хачирхалтай хариултыг сонсож байна, Бид маш багыг ч, маш томыг ч аль алиныг нь хамрах үүднээс судалгааныхаа хаяаг атом руу ч, од руу ч ижилхэн тэлж байна.1974 оны хавар сансрын "Викинг" хөлөг Ангараг дээр газардахаас хоёр орчим жилийн өмнө би Лондонгийн Вангын Нийгэмлэгээс зохион байгуулсан, харь гарагийн иргэншлийг хайх бололцоог хэлэлцсэн бага хуралд оролцон Англид байлаа. Завсарлагааны цагаараа зэргэлдээх танхимд болж байгаа олон хүнтэй хурлыг сонирхон тийш орсон юм. Тэгээд би шинжлэх ухааны ахмад байгууллагуудын нэг болох Вангийн Нийгэмлэгт шинэ гишүүн элсүүлэх, эртний нэгэн заншлын гэрч болж байгаагаа төдөлгүй ойлгосон билээ. Тэргүүн эгнээнд, тахир дутуу хүний тэргэнцэрт суусан нэгэн залуу эхний хуудсуудад нь Исаак Ньютоны гарын үсэг хадгалагдан байдаг номонд нэрээ ихэд удаан бичив. Түүнийг бичиж дуусахад алга ташилт нижигнэсэн юм.
Стивен Хокинг тэр үед аль хэдийн домог болчихсон байлаа. Өнөөдөр Хокинг Кембрижийн Их Сургуульд тэр нэгэн цагт Ньютон, хожим П.А.М. Дирак-нэг нь хамгийн томыг нөгөө нь хамгийн багыг судалж байсан алдарт хоёр судлаачийн хүртэж байсан Люкасийн нэрэмжит математикийн Профессор болжээ. Хокинг бол тэдний зүй ёсний залгамжлагч мөн. Мэрэгжлийн биш хүмүүст зориулан туурвисан Хокингийн энэхүү анхны ном нь өргөн олон уншигчдад тустай олон зүйлийг агуулсан байна. Ном агуулгынхаа багтаамжаар төдийгүй, зохиогчийнхоо оюун ухаан хэрхэн ажилладагийг үзүүлж байгаараа сонирхолтой. Та бүхэн энэ номноос физик, одон орон, орчлон судлал хийгээд эр зоригийн огтолцлол дээрх тодорхой нээлтийг олж харна.
Гэхдээ энэ нь бас Бурханы тухай ... тэгэхдээ Бурхан байхгүйн тухай ном байж мэдэх юм. Бурхан гэдэг үг энэ номонд олонтоо тааралдана. Орчлон ертөнцийг туурьвиж байхдаа Бурханд ямар нэг сонголт байсан болов уу гэсэн Эйнштейний алдарт асуултын хариуг олох эрэлд Хокинг морджээ. Хокинг, өөрийнх нь бичсэнчлэн, Бурхны санааг ойлгож мэдэхийг оролдсон байна. Энэ хайгуулын явцад одоогоор хүрээд буй үр дүн нь бүр ч гайхалтай агаад орчлон ертөнц орон зайд хил хязгааргүй цаг хугацаанд эхлэл, төгсгөлгүй, Бүтээгчийн хувьд хийх зүйл үгүй ажээ.
Карл Сэйган,
Нэгдүгээр бүлэг
Орчлон ертөнцийн тухай бидний төсөөлөл
Нэг удаа алдартай нэгэн эрдэмтэн (түүнийг Бертран Рассел байсан гэлцдэг) одон орны талаар олон нийтэд зориулсан лекц уншжээ. Тэрээр дэлхий нарыг, нар өөрөө манай галактик гэгдэх оддын том чуулганы төвийг тойрон хэрхэн эргэдэгийг тайлбарлаж л дээ. Лекцийн төгсгөлд танхимын арын эгнээнээс хижээл насны, жижигхэн хатагтай босоод "Бидэнд ярьсан бүхэн чинь дэмий зүйл байна. Үнэн хэрэгтээ дэлхий чинь аварга яст мэлхийн нуруун дээр байгаа хавтгай таваг юм" гэв. Эрдэмтэн маань эелдэгхэн инээмсэглээд "Харин яст мэлхий юун дээр тогтдог вэ?" гэхэд "Хүү минь, чи үнэхээр ухаантай хүү байна. Яст мэлхий өөр нэг яст мэлхий дээр, тэр нь бас яст мэлхий дээр, гэх мэтээр доошлоно доо" гэж өнөөх хатагтай хариулсан гэдэг.
Орчлон ертөнц яст мэлхийн эцэс төгсгөлгүй цамхаг болох тухай ийм төсөөлөл бидний ихэнхэд инээдтэй санагдана, гэхдээ яагаад бид өөрсдийгөө илүү зөв мэддэг гэж боддог вэ? Орчлон ертөнцийн талаар бид юуг мэддэг вэ, үүнийгээ бид яаж мэдсэн бэ? Орчлон ертөнц хаанаас үүссэн, одоо хаашаа явж байна? Орчлон ертөнцөд эхлэл байсан уу, хэрэв байсан бол түүнээс өмнө юу болсон бол? Цаг хугацааны мөн чанар юу вэ? Тэрээр хэзээ нэг цагт зогсох уу? Зарим талаар гайхамшигт шинэ техникийн ачаар бий болсон физикийн сүүл үеийн ололтууд аль эрт тавигдсан асуултуудын заримынх нь ч болов хариултыг эцэслэн олоход хүргэж байна. Цаг хугацаа өнгөрч, эдгээр хариулт дэлхий нарыг тойрон эргэдэг гэдэг шиг илэрхий болж ч магад, эсвэл яст мэлхийн цамхаг гэдэг шиг инээдтэй зүйл ч болж магад. (Аль нь ч байлаа гэсэн) цаг хугацаа л үүнийг шийднэ.
Бүр МЭӨ 340 онд Грекийн философич Аристотель "Тэнгэр огторгуйн тухай" хэмээх номондоо дэлхий хавтгай биш, харин бөөрөнхий гэдэгт итгүүлэх хоёр чухал баримтыг гарган тавьжээ. Нэгд, сарны хиртэлт нар, сарны хооронд дэлхий ороход тохиодог гэдгийг Аристотель ойлгосон байна. Дэлхий саран дээр ямагт дугуй сүүдэр тусгадаг, энэ нь дэлхий бөмбөрцөг хэлбэртэй байхад л боломжтой. Хэрэв дэлхий хавттай, зээрэнцэг хэлбэртэй байсан бол нар зээрэнцэгийн тэнхлэг ташаа байрлах үед л хиртэлт үргэлж тохиодог биш бол сүүдэр нь сунасан зууван хэлбэртэй байх байсан. Хоёрт, аялал жуулчлалын туршлагаасаа грекчүүд өмнөд бүсүүдэд Алтан гадас умардынхаас доор харагддагийг мэддэг байлаа (Алтан гадас умард туйлын харалдаа байрладаг учраас тэр нь умард туйлд байгаа ажиглагчийн эгц дээр, харин экватор дээрх ажиглагчийн хувьд тэнгэрийн хаяанд байгаа мэт харагддаг). Алтан гадас одны харагдах байдал Египет, Грек хоёрт ялгаатай байдгийг мэдээд Аристотель дэлхийн тойргийн урт 400000 үетэй тэнцүү гэдгийг ч тооцоолон гаргажээ. Үе гэдэг нь ямар хэмжигдэхүүн болох нь тодорхойгүй боловч энэ нь хоёр зуун яард орчим бөгөөд чингэвэл Аристотелийн хийсэн тооцоо өнөө хүлээн зөвшөөрдөг утгаас барагцаалбал хоёр дахин их байгаа юм. Дэлхий бөмбөрцөг хэлбэртэй гэдэг дээр грекчүүдэд гурав дахь баримт ч байжээ. Хэрэв дэлхий бөөрөнхий биш юм бол бид яагаад тэнгэрийн хаяанаас гарч ирж байгаа хөлөг онгоцны дарвуулыг эхэлж хараад, дараа нь хөлөг онгоцыг өөрийг нь хардаг вэ?
Дэлхий хөдөлгөөнгүй, харин нар, сар, од, эрхэс түүнийг тойрон тойрог замаар эргэдэг гэж Аристотель боддог байлаа. Тэрээр дэлхий бол орчлон ертөнцийн төв, харин тойрог хөдөлгөөн бол хамгийн төгс хөдөлгөөн мөн гэсэн зөнч үзэлдээ итгэдэг байсан учраас ийн үзжээ. Энэ санааг орчлон судлалын бүхэл бүтэн загвар болгон II зуунд Птолемей хөгжүүлсэн юм. Дэлхий нь сар, нар, одод, болон тэр үед мэдэгдэж байсан Буд, Цолмон, Ангараг, Бархасбадь, Санчир гэсэн таван гараг, нийт найман хүрээгээр хүрээлүүлэн төвд нь оршино (зураг 1.1).
зураг 1.1
Харин гарагууд зохих хүрээндээ баригдан, тэнгэр огторгуйд ажиглагдах нилээд нарийн нийлмэл замуудыг нь тооцож болохуйц бага тойргоор хөдөлдөг. Хамгийн гаднах хүрээнд бие биенээсээ ижил зайд түгсэн, бүгд нийлээд нэгэн цул болж тэнгэр огторгуйгаар замнадаг үл-хөдлөх одод байрлана. Уг хүрээний цаана юу байрладагийг тодорхой тайлбарлаагүй байдаг ч ямарч тохиолдолд энэ (зураг1.1) нь хүн төрөлхтний ажиглан хүртдэг орчлон ертөнцийн хэсэг огтхон ч биш ажээ.
Птолемейн загвар нь огторгуй дахь тэнгэрийн эрхэсийн байрлалыг урьдчилан хэлэхэд зориулагдсан нилээд сайн тогтолцоо байлаа. Гэхдээ тэдний байрлалыг урьдчилан хэлэхийн тулд сарны туулах зам зарим газраа дэлхийд хоёр дахин ойртдог гэсэн үндэслэлийг Птолемей дэвшүүлэх ёстой болжээ! Энэ нь нэг байрлалдаа сар бусад байрлалаасаа хоёр дахин том болж харагдах ёстой гэсэн үг! Птолемей энэ дутагдлыг ухаарсан байдаг. Гэсэн хэдий ч түүний онол газар сайгүй биш ч гэлээ ерөнхийдөө хүлээн зөвшөөрөгдсөн байжээ. Орчлон ертөнцийн талаарх Птолемейн загвар үл-хөдлөх оддын хүрээний цаана диваажин, тамд зориулсан уудам зайг үлдээснээрээ давуу байсан тул Христийн сүм хийдийнхэн энэ загварыг Ариун Бичээстэй тохирч байна хэмээн хүлээн авсан юм.
Гэвч 1514 онд Польшийн гэгээнтэн Николай Коперник бүр ч энгийн загварыг дэвшүүлэв. (Сүм хийдийнхэн өөрийг нь тэрс үзэлтэн гэж зарлахаас болгоомжилсондоо тэр үү Коперник загвараа эхэндээ нэргүйгээр ухуулан сурталчилж эхэлжээ.) Нар төв болж хөдөлгөөнгүй байдаг, харин дэлхий хийгээд бусад гараг түүнийг тойрон тойрог замаар эргэдэг гэдэгт түүний гол санаа оршино. Энэ санааг нухацтай авч үзэх хүртэл бараг зуун жил өнгөрсөн юм. Коперникийн таамагласан тойрог замууд ажиглалттай тэр бүр таарахгүй байсан ч түүний онолыг хожим одон орон судлаач Германы Иоганн Кеплер, Италийн Галилео Галилей хоёр ил цагаан дэмжиж эхэлсэн байна. 1609 онд Аристотель-Птолемейн онол эцсийн амьсгалаа авчээ. Тэр жил Галилей өөрийн зохиосон огторгуйн дурангаар шөнийн тэнгэр огторгуйг ажиглаж эхэлсэн юм. Дурангаа Бархасбадь гараг руу чиглүүлсэн Галилей Бархасбадийг тойрон эргэж байгаа хэд хэдэн жижиг дагуул буюу саруудыг олж харжээ. Энэ нь тэнгэрийн эрхэс Аристотель, Птолемейн бодсон шиг дэлхийг шууд тойрон эргэх алба үгүй гэсэн үг. (Магадгүй хуучин янзаар нь дэлхий орчлонгийн төвд тайван байж байдаг, харин Бархасбадийн сарнууд Бархасбадийг тойрон эргэж байгаа мэт харагдахаар маш нарийн нийлмэл замаар дэлхийг тойрон хөдөлдөг гэж үзэж болох юм. Гэхдээ Коперникийн онол илүү энгийн байлаа.) Яг тэр үед Иоганн Кеплер гарагууд тойрог замаар биш, харин зууван (зууван бол гонзгой тойрог) замаар хөдөлдөг гэсэн таамаглалыг үндэс болгон Коперникийн онолыг өөрчилсөн байна. Урьдач таамаглалууд одоо л нэг юм ажиглалтын үр дүнтэй таарлаа.
Кеплерийн хувьд зууван нь тойргоос тийм ч төгс биш байсан учраас зууван тойрог замууд нь нилээд зохиомол, тохиромжгүй шинжтэй байжээ. Бараг санамсаргүйгээр зууван тойрог зам ажиглалттай сайтар таарч байсныг олж мэдээд ч Кеплер энэхүү баримтыг гарагууд соронзон хүчний үйлчлэлээр нарыг тойрон эргэдэг гэсэн санаатайгаа нэгтгэж чадаагүй юм. Тайлбар нь бүр хожуу 1687онд Исаак Ньютон физикийн шинжлэх ухаанд урьд хэвлэгдэж байсан бүтээлүүдээс магадгүй хамгийн чухал нь болох "Байгалийн философийн математик зарчмууд" хэмээх номоо хэвлүүлэх үед л олдсон билээ. Ньютон энэ номондоо орон зай, цаг хугацаанд биес хэрхэн хөдөлдөг тухай онолыг дэвшүүлсэн төдийгүй тэрхүү хөдөлгөөнийг задлан шинжлэх математикийн нарийн аргуудыг боловсруулсан юм. Түүнээс гадна орчлон ертөнцөд бүх бие бусад дурын биетэй тэдний масс их, хоорондын зай нь бага байх тутам улам хүчтэй таталцдаг гэсэн бүх ертөнцийн таталцлын хуулийг үүсгэл үнэн болгон томъёолсон байна. Энэ бол биеийг газар унагадаг тэр хүч юм. (Ньютоны толгой дээр унасан алим түүнийг сэнхрүүлсэн тухай өгүүлэл зохиомол гэдэг нь мэдээж. Ньютон өөрөө энэ талаар "алим унасанаас болж" "эрэгцүүлэл бодолд дарагдсан" байх үед таталцлын тухай санаа орж ирсэн гэж өгүүлжээ.) Цаашлаад уг хуулъ ёсоор таталцлын хүчний нөлөөгөөр сар дэлхийг тойрон зууван тойрог замаар замнадаг, харин дэлхий болоод гарагууд зууван тойрог замаар нарыг тойрон эргэдэг гэдгийг тэрээр үзүүлсэн юм. Коперникийн загвар Птолемейн тэнгэр огторгуйн хүрээнүүдээс, дашрамд нь орчлон ертөнц угаас хил хязгаартай байх тухай төсөөллөөс ангижруулсан билээ. Тэнхлэгээ тойрон эргэх дэлхийн хөдөлгөөнөөс болж тэнгэр огторгуйд өөрчлөгддөгийг нь эс тооцвол "үл-хөдлөх одод" байрлалаа үл өөрчилдөг учраас тэднийг манай нартай адил, гагцхүү хэтэрхий их алслагдсан биет гэж таамаглах нь зүй ёсны байв. Таталцлын тухай онол ёсоор одод бие биедээ татагддаг, иймд огт хөдөлгөөнгүй байж чадахгүй гэдгийг Ньютон ойлгосон байна. Тэд бүгдээрээ ямар нэг цэг дээр уначихгүй юу? Тухайн үеийн тэргүүний өөр нэг сэтгэгч Ричард Бентлид 1691 онд бичсэн захидалдаа хэрвээ орон зайн төгсгөлөг мужид төгсгөлөг тооны одод байсансан бол тийм юм үнэхээр болох байсан гэж Ньютон өгүүлжээ. Харин төгсгөлгүй тооны одод төгсгөлгүй орон зайд их бага ямар нэг хэмжээгээр нэгэн жигд түгсэн бол ийм юм хэзээ ч тохиолдохгүй, яагаад гэвэл тэдэнд уначихаар төв цэг байхгүй гэдгийг Ньютон бодож үзсэн ажээ.
Энэ үндэслэл бол төгсгөлгүйн тухай ярианд тулгарч болох бэрхшээлийн жишээ юм. Төгсгөлгүй орчлон ертөнцөд дурын цэгийг төв гэж үзэж болно, учир нь түүнээс аль ч зүгт төгсгөлгүй тооны одод байна. Бүх од төв рүү тэмүүлж бие бие дээрээ унах төгсгөлөг нөхцлийг сонгон аваад, авч үзэж буй мужийн гадна бараг нэгэн жигд тархсан одноос бага багаар нэмбэл ямар өөрчлөлтүүд гарах вэ гэдгийг тооцох нь илүү зөв хандлага болохыг бур хожим л ойлгосон билээ. Ньютоны хуулиар нэмэлт одод анхны оддод ерөнхийдөө нөлөөлөхгүй, тэгэхээр одод сонгон авсан мужийн төв рүү урьдын адил унасаар байна. Бид хичнээн ч од нэмлээ гэсэн тэд бие бие дээрээ унах л болно. Хэрэв таталцал үргэлж татах хүч хэвээр байдаг бол төгсгөлгүй орчлон ертөнцийн тогтвортой загвар боломжгүй гэдэг нь өнөө үед тодорхой болжээ.
Орчлон ертөнц тэлж байна эсвэл хумигдаж байна гэж хэн ч бодож байгаагүй хорьдугаар зуунаас өмнөх шинжлэх ухааны сэтгэлгээний ерөнхий төлөвийг авч үзэх нь сонирхолтой юм. Орчлон ертөнц тогтвортой төлөвт үргэлж байсан, үгүй бол өнгөрсөн үед цаг хугацааны тодорхой нэг агшинд одоо байгаатайгаа ойролцоо байдлаар бүтээгдсэн гэж үзэж байв. Зарим талаар үүнийг мөнхийн үнэнд итгэх хуний хандлагаар, мөн тэд өөрсдөө хөгширч, үхлээ гэхэд орчлон ертөнц мөнх, өөрчлөгдөхгүй үлдэнэ гэж тайтгардагаар тайлбарлаж болох юм. Таталцлын тухай Ньютоны онол нь орчлон ертөнц тогтвортой байх боломжгүйг үзүүлсэн гэдгийг ойлгосон хүмүүс ч орчлон ертөнц тэлж байх ёстой гэж бодож байсангүй. Үүний оронд тэд таталцлын хүчийг маш хол зайд түлхэх хүч болгон онолыг өөрчлөн хувиргахыг оролджээ. Энэ нь гарагийн хөдөлгөөний таамаглагдах байдлыг өөрчлөөгүй ч төгсгөлгүй тархсан оддын хувьд ойрын од хоорондын татах хүч холын оддын түлхэх хүчтэй тэнцсэн тэнцвэр байж болохыг нөхцөлдүүлсэн юм. Гэхдээ ийм тэнцвэр тогтвортой бус байна гэж бид үздэг билээ. Учир нь ямар нэг мужийн хүрээнд одод өчүүхэн тодий ойртоход л тэдний хоорондын таталцлын хүч нэмэгдэн, түлхэлцлийн хүчнээс их болж одод улам л ойртоно. Нөгөөтэйгүүр од хоорондын зай өчүүхэн төдий нэмэгдвэл түлхэлтийн хүч давуу болж зай нь улам нэмэгдэнэ.
Төгсгөлгүй тогтвортой орчлон ертөнцийн загварын эсрэг өөр нэг эсэргуүцлийг 1823 онд ийм загварын тухай бичсэн, Германы философич Гейнрих Олберс дэвшүүлсэн гэдэг. Үнэндээ Ньютоны үед олон хүн ийм асуудлыг судалж байсан бөгөөд Олберсийн өгүүлэл ч ноцтой эсэргүүцлийг илэрхийлсэн өгүүллүүдийн дотор анхных нь бас биш юм. Тэрээр хамгийн түрүүнд өргөн эшлэгдэх болжээ. Төгсгөлгүй, тогтвортой орчлон ертөнцөд хаашаа ч харсан, харц ямар нэг одон дээр саатна гэдэгт асуудлын гол нь оршдог. Тэгэхээр шөнө байсан ч тэнгэр огторгуй бүхэлдээ нар шиг гэрэлтэнэ гэж төсөөлж болно. Олберсын эсрэг-үндэслэгээ нь холын оддын гэрэл замдаа байгаа биед шингэсэний улмаас бүдгэрэх ёстой гэдэгт тулгуурладаг. Гэхдээ тухайн тохиолдолд энэ бие өөрөө од шиг хурц гэрэлтэх хүртлээ хална. Нар шиг хурц гэрэлтэх шөнийн тэнгэрийн тухай дүгнэлтээс зайлсхийх цорын ганц боломж бол одод үргэлж гэрэлтэж байгаагүй, харин өнгөрсөн үеийн тодорхой нэг цагт гэрэлтэж эхэлсэн гэж таамаглах явдал юм. Энэ тохиолдолд шингээж байгаа бие нь гэрэлтэж амжаагүй байж болно эсвэл холын оддын гэрэл бидэнд хараахан ирээгүй байж болно. Гэвч одод яагаад гэрэлтэж эхэлсэн бэ? гэсэн асуулт үүслээ. Орчлон ертөнцийн үүслийн тухай үүнээс бүр өмнө хэлэлцэж байсан нь эргэлзээгүй. Сансар огторгуйн талаарх эртний сургаал, Жүүд-Христ-Лалын уламжлал ёсоор бол манай орчлон ертөнц цаг хугацааны тийм ч холын биш тодорхой нэг хугацааны өмнө үүссэн байна. Ийм үүсэлд тус болох нэг үндэслэгээ нь орчлон ертөнц оршин байгааг тайлбарлахад "Анхдагч Шалтгаан" зайлшгүй гэдгийг ухаарсан явдал байв, (Орчлон ертөнцийн аливаа үйл явдлыг өмнөх зарим үйл явдлаараа нөхцөлдцөг гэж тайлбарладаг, гэхдээ орчлон ертөнцийн өөрийнх нь оршин байхуйг түүнд эхлэл байсан , тохиолдолд л ийм маягаар тайлбарлаж болно.) Өөр нэг үндэслэгээг Ариун Августин "Бурханы хот" номондоо дэвшүүлсэн юм. Иргэншил дэвшин хөгждөг бөгөөд дэвшлийг хэн хийж, хэн сайжруулсаныг бид санаж байдаг : гэж тэрээр үзжээ. Иймд хүн, ингэхлээр орчлон ертөнц ч тийм удаан оршин байсан байж таарахгүй. "Үүсэл" хэмээх ном ёсоор орчлон ертөнц үүссэн тохиромжтой он цагийг барагцаалбал МЭӨ 5000 он гэж Ариун Августин тооцоолсон байна. (Энэ нь иргэншлийн эхлэл гэж археологичдын тооцдог сүүлийн мөсөн галавын төгсгөл МЭӨ 10000 орчим жилээс тийм ч зөрөөтэй биш байгаагаараа сонирхолтой.)
Харин орчлон ертөнцийн үүслийн тухай санаа бурханы оролцоотой холбоотой байдаг учраас Аристотель болон грекийн ихэнх философичдод энэ санаа таалагддаггүй байж. Тиймээс тэд хүн төрөлхтөн, түүнийг хүрээлэн буй ертөнц оршин байсан, цаашид мөнхөд оршин байх болно гэж үзсэн юм. Иргэншлийн дэвшлийн тухай үндэслэгээг эртний эрдэмтэд аль хэдийн авч үзээд хүн төрөлхтнийг иргэншлийн эхэнд нь удаа дараалан аваачсан усан болон өөр бусад галав үе үе тохиож байсан гэж хариулжээ.
Орчлон ертөнц цаг хугацаанд эхлэлтэй эсэх, орон зайд төгсгөлтэй юу, үгүй юу гэдэг асуудлыг бүр хожим философич Имманнуил Кант 1781 онд хэвлүүлсэн "Цэвэр оюун ухааны шүүмжлэл" гэдэг (маш бүрхэг) асар том бүтээлдээ гярхай авч үзсэн байдаг. Орчлон ертөнц эхлэлтэй гэсэн сэдэв ч, орчлон ертөнц мөнхөд оршин байсан гэсэн эсрэг сэдэв ч ижилхэн хүчтэй үндэслэлтэй байдаг хэмээн Кант үзсэн учраас эдгээр асуудлыг цэвэр оюун ухааны антиноми (өөрөөр хэлбэл зөрчлүүд) гэж нэрлэсэн юм. Хэрэв орчлон ертөнцөд эхлэл байгаагүй бол аливаа үйл явдлыг өмнө цаг хугацааны төгсгөлгүй үе байх байсан, гэхдээ энэ нь утгагүй гэснээрээ Кант сэдвийг үндэслэжээ. Орчлон ертөнцөд эхлэл байсан бол үүний өмнө цаг хугацааны төгсгөлгүй үе байх байсан, тэгэхлээр орчлон ертөнц яагаад тодорхой нэг цагт гэнэт үүсэх ёстой вэ? хэмээсэнээрээ эсрэг сэдвийг үндэслэж байлаа. Хэрэг дээрээ сэдвийн хувьд ч, эсрэг сэдвийн хувьд ч Кантын сонгосон үндэслэл ижил бөгөөд аль аль нь орчлон ертөнц өнө мөнхөд оршин байсан эсэхээс үл хамааран цаг хугацаа урьд мөнхөд байсан гэсэн түүний тайлбаргүй үндэслэл дээр тулгуурладаг. Хойно бидний үзэхчлэн цаг хугацааны тухай ойлголт орчлон ертөнцийн үүслээс өмнө ямарч утга холбогдолгүй билээ. Үүнийг Ариун Августин анхлан заажээ. Орчлон ертөнцийг бүтээхээсээ өмнө Бурхан юу хийж байсныг Августинаас асуухад иймэрхүү асуулт тавих хүмүүст зориулсан тамыг бэлдэж байсан гэдэг утгаар юу ч хариулаагүй байна. Оронд нь тэрээр цаг хугацаа бол Бурханы бүтээсэн орчлон ертөнцийн салшгүй шинж, орчлон ертөнц үүсэхээс өмнө цаг хугацаа байгаагүй гэж хэлжээ. Тогтвортой өөрчлөгддөггүй орчлон ертөнцөд ихэнх хүмүүс итгэж байх үед түүнд эхлэл байсан уу, үгүй юу гэдэг асуулт үнэндээ философи, шашин хоёрт хамаарч байлаа. Ажиглагдан харагдах бүхнийг орчлон ертөнц мөнхөд оршин байсан гэдэг онолоор ч, орчлон ертөнц тодорхой нэг цагт, мөнхөд оршин байсан мэт харагдахаар бүтээгдсэн гэсэн онолоор ч тайлбарлаж болно. Гэвч 1929 онд Эдвин Хаббл бид хаашаа ч харсан холын галактикууд биднээс улам л холдож байна гэсэн нэн чухал нээлт хийсэн юм. Өөрөөр хэлбэл орчлон ертөнц тэлж байна. Энэ нь эрт үед бүх бие өөр хоорондоо ойр байсан гэсэн үг. Арав эсвэл хорин мянган сая орчим жилийн өмнө тэд бүгдээрээ нэг цэгт байж орчлон ертөнцийн нягт төгсгөлгүй байсан бололтой. Хабблын нээлт орчлон ертөнцийн үүслийн асуудлыг шинжлэх ухааны талбарт оруулсан юм. Хабблын ажиглалтууд их тэсрэлт гэгдэх үе байсныг илтгэдэг. Энэ үед орчлон ертөнц төгсгөлгүй бага харин нягт нь хязгааргүй их байжээ. Тийм нөхцөлд шинжлэх ухааны бүх хууль утгаа алдах төдийгүй ирээдүйг угтан хэлэх бүх боломж алдагдана. Тэсрэлтийн үеэс өмнө ямар нэгэн үйл явдал болсон бол тэр нь одоо болж байгаа үйл явдалд яагаад ч нөлөөлж чадахгүй. Ажиглагдах үр дагавар байхгүй учир түүнийг огт тооцохгүй байж болно. Урьдах цаг хугацаа нь ерөөс тодорхойлогдохгүй гэдэг утгаар их тэсрэлтийг цаг хугацааны эхлэл гэж үзэж болох юм. Цаг хугацааг тоолох ийм эхлэл өмнө авч үзэж байснаас маш их ялгаатайг тэмдэглэе. Үл өөрчлөгдөх орчлон ертөнцөд цаг хугацааны эхлэл нь орчлон ертөнцийн гадна орших ямар нэг зүйлээр тодорхойлогдох ёстой байдаг бөгөөд ийм орчлон ертөнцийн эхлэлд физик шалтгаан хэрэггүй байв. Иймд Бурхан орчлон ертөнцийг цаг хугацааны дурын агшинд бүтээсэн гэж төсөөлж болно. Харин орчлон ертөнц тэлдэг юм бол түүнийг үүсгэсэн физик шалтгаан байж таарна. Урьдынх шигээ чухам Бурхан л орчлон ертөнцийг их тэсрэлтийн үед эсвэл их тэсрэлт болсон байлаа ч арай хожуу одоо харагдаж байгаатай нь адилаар бүтээсэн хэмээн төсөөлж болох ч түүнийг их тэсрэлтээс өмнө бүтээгдсэн гэж үзэх боломжгүй болох юм. Тэлж байгаа орчлон ертөнцийн тухай төсөөлөл бүтээгчийг хөөддөггүй ч тэрээр ажлаа эхэлсэн байх ёстой он сард хязгаарлалт тавьдаг билээ!
Орчлон ертөнцийн мөн чанарын тухай, түүнд эхлэл байсан уу, төгсгөл байх уу гэдэг талаар ярихын тулд шинжлэх ухааны онол гэж юу вэ гэдгийг тодруулах хэрэгтэй. Онол бол орчлон ертөнцийн эсвэл түүний аль нэг хэсгийнх нь тухай загвар төдий бөгөөд уг загварын хэмжигдэхүүнүүдийг бидний хийсэн ажиглалттай холбох дүрмүүдийн цогц гэсэн маш энгийн үзлийг би баримтална. Энэ загвар бидний оюун санаанд л байдаг ба түүнд ямарч утга байлаа гэсэн өөр бодит шинж үгүй билээ. Онол: нэгд, дурын цөөн хэдхэн элементийг багтаасан загварын хүрээнд олон тооны ажиглалтыг нарийн тодорхойлох ёстой, хоёрд, ирээдүйн ажиглалтын үр дүнгийн тухай тодорхой таамаглалыг гаргах ёстой гэсэн хоёр шаардлагыг хангаж байвал сайн гэгдэнэ. Жишээ нь, бүх юм шороо, агаар, гал, ус гэсэн дөрвөн мах бодиос тогтоно гэсэн Аристотелийн онол нь онол гэж тооцогдохоор хангалттай энгийн байгаа ч ямарч тодорхой таамаглал өгдөггүй. Таталцлын тухай Ньютоны онол нь биес масс гэгдэх хэмжигдэхүүндээ шууд, тэдгээрийн хоорондын зайн квадратад урвуу пропорциональ хүчээр таталцдаг гэсэн бүр илүү энгийн загварыг үндэс болгодог. Гэхдээ Ньютоны онол нар, сар, гарагуудын хөдөлгөөнийг тун нарийн урьдчилан хэлдэг юм. Физикийн аливаа онол нотолж болохгүй таамаглал байдаг гэдэг утгаар ямагт түр зуурын шинжтэй. Онол туршилтын баримттай хичнээн олон удаа таарч байсан ч дараагийн удаад туршилттай зөрчилдөхгүй гэх баталгаа байдаггүй. Өөрөөр хэлбэл таамаглалтай нь таарахгүй байгаа цор ганц ажиглалтыг илрүүлсэнээр онолыг няцааж болно. Шинжлэх ухааны философич Карл Попперийн өгүүлсэнчлэн сайн онолын зайлшгүй шинж бол тэрээр зарчмын хувьд туршилтаар няцаагдахуйц таамаглалууд дэвшүүлдэг байх явдал юм. Шинэ туршилтууд онолын таамаглалыг батлах болгонд онол амьдрах чадвараа бэхжүүлж, түүнд итгэх бидний итгэл ч бэхждэг. Гэвч цоо шинэ нэг л ажиглалт онолтой зөрчилдвөл бид нэг бол тэр онолоос татгалзах, үгүй бол түүнийг засч янзлах хэрэгтэй болдог. Учир байдал наанадаж ийм байна, гэхдээ ажиглалтыг явуулсан хүний чадварт эргэлзэж байх нь хэзээд зөвднө. Амьдрал дээр шинэ онолыг өмнөх онолын өргөтгөл болгон хэрэглэх нь олонтоо. Жишээ нь, Буд гарагийн талаарх маш нарийн ажиглалтууд түүний хөдөлгөөн хийгээд таталцлын тухай Ньютоны онолын таамаглал хооронд бага зэрэг зөрүү байгааг илрүүлсэн юм. Буд гараг Ньютоны онолд байдгаас арай өөрөөр хөдлөх ёстойг Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онол таамагласан. Эйнштейний таамаглал ажиглалтын үр дүнтэй яг таарч байхад Ньютоных зөрсөн гэдэг баримт шинэ онол зөв болохын шийдвэрлэгч нэг нотолгоо болсон байдаг. Гэвч амьдрал дээр бид одоо болтол Ньютоны онолыг ашигладаг, учир нь бидний байнга шахуу тааралдцаг тохиолдлуудад Ньютоны онолын таамаглал харьцангуйн ерөнхий онолынхоос бараг ялгагдахгүй. (Ньютоны онолтой ажиллах нь Эйнштейний онолтой ажиллахаас илүү хялбар байдгаараа ч ихээхэн давуу талтай!) Орчлон ертөнцийг бүхэлд нь тайлбарлах нэгдмэл нэг онолыг бүтээх нь шинжлэх ухааны эцсийн зорилго юм. Гэхдээ ихэнх эрдэмтдийн баримтлаж буй хандлага асуудлыг хоёр хэсэгт хуваадаг. Эхний хэсэгт орчлон ертөнц цагийн аясаар хэрхэн хувирахийг бидэнд өгүүлэх хуулиуд багтана. (Тодорхой нэг цагт орчлон ертөнц ямар байгааг мэдвэл түүнтэй хожим юу тохиолдохыг физикийн эдгээр хууль бидэнд хэлж өгдөг.) Удаах хэсэгт орчлон ертөнцийн анхны төлөвийн асуудал багтана. Зарим нь шинжлэх ухаан зөвхөн эхний хэсгийг судлах ёстой, анхны төлөвийн асуудал бол философи хийгээд шашны асуудал байх ёстой гэж үздэг юм. Ийм үзлийн талынхан бүхнийг чадагч Бурхан орчлон ертөнцийг өөрийнхөө хүссэнээр л эхлүүлсэн гэж ярьцгаадаг. Хэрэв тэдний зөв бол тэрээр орчлон ертөнцийг дурын байдлаар хөгждөг байхаар бүтээж ч чадна. Орчлон ертөнцийг тодорхой хуулинд захирагдан зүй тогтолт байдлаар хөгжихийг нь Бурхан болгоож л дээ. Тэгэхээр орчлон ертөнцийн анхны төлөвийг залж жолоодсон хуулиуд байсан гэж бодох нь мөн л үндэслэлтэй билээ. Орчлон ертөнцийг бүхэлд нь тайлбарлах онолыг нэг амьсгаагаар бүтээхэд бэрхшээл байгаа нь илэрхий байна. Ингээд бид зорилтыг хэсгүүдэд хувааж, тусгай онолууд байгуулдаг. Тусгай онол бүр ажилалтийн хязгаарлагдмал тодорхой хэсгийг тайлбарладаг бөгөөд тэр хэсгийн тухай таамаглалыг бусад хэмжигдэхүүний нөлөөг үл харгалзан эсвэл тэднийг хэдэн тоогоор орлуулаад хийдэг юм. Ийм хандлага тун буруу байж ч магад. Хэрэв орчлон ертөнцөд бүх зүйл бусдаасаа заавал хамаардаг бол асуудлыг саланги тусад нь шийдвэрлээд түүний бүрэн гүйцэт шийдэлд хүрэхгүй байх боломж бий. Гэхдээ өмнө нь бидний дэвшил ийм замаар л явж иржээ. Үүний сонгодог жишээ бол хоёр биеийн хооронд үйлчлэх таталцлын хүч нь бие тус бүрийн нэг л шинжээс, чухамдаа массаас хамаардаг ч юунаас бүрдсэнээс үл хамаардаг гэж өгүүлэх таталцлын тухай Ньютоны онол юм. Тэгэхээр нар, гаригуудын хөдлөх тойрог замыг тооцход тэдний бүтэц, бүрэлдэхүүний тухай онол хэрэггүй ажээ. Эдүгээ эрдэмтэд орчлон ертөнцийг харьцангуйн ерөнхий онол, квант механик гэсэн хоёр гол тусгай онолоор тайлбарлаж байна. Аль аль нь энэ зууны эхний хагасын оюуны их ололт билээ. Харьцангуйн ерөнхий онол таталцлын харилцан үйлчлэл, орчлон ертөнцийн том хэмжээний бүтцийг тодруулбал хэдэн милиэс саяын саяын саяын сая (нэгийн ард хорин дөрвөн тэг бүхий) миль хүртэлх буюу орчлон ертөнцийн ажиглагдах мужийн зааг хүртэлх хэмжээний бүтцийг тодорхойлдог. Харин квант механик нэг инчийг саяын саяд хуваасантай тэнцэх тийм бага хэмжээний үзэгдлийг судалдаг юм. Харамсалтай нь энэ хоёр онол таардаггүй агаад нэгэн зэрэг үнэн байж чаддаггүй. Энэ хоёрыг зөрчилгүйгээр багтаасан таталцлын квант онол гэсэн шинэ онолыг хайх нь орчин үеийн физикийн судалгааны гол чиглэлийн нэг, энэхүү номын гол судлагдахуун юм. Ийм онол одоогоор байхгүй бөгөөд түүнийг удаан хүлээх хэрэгтэй байж болох ч түүнд байх ёстой олон шинж тэмдгийг бид мэддэг болсон. Таталцлын квант онолын өгөх таамаглалуудын талаар бид нилээд зүйл мэдсэнийг дараагийн бүлгүүдээс та бүхэн олж үзнэ. Хэрэвзээ орчлон ертөнц дурын байдлаар биш, харин тодорхой хуульд захирагдан хөгждөг гэж үздэг бол эцсийн эцэст тусгай бүх онолыг орчлон ертөнцийн бүх зүйлийг тодорхойлдог бүрэн гүйцэт, нэгдмэл нэг онолд нэгтгэх хэрэгтэй болно Гэхдээ ийм бүрэн нэгдмэл онолын хайгуулд ноцтой нэг парадокс бий. Шинжлэх ухааны онолын талаар дээр дээр өгүүлсэн зүйлд бид орчлон ертөнцөд хүссэн ажаглалтаа хийж, ажаглалтынхаа үндсэн дээр логик дүгнэлт хийж чадах ухаант амьтан гэдгийг үзүүлдэг. Ийм байдлаар бид орчлон ертөнцийг захирдаг хуулиудыг ойлгоход улам бүр ойртох ёстой гэж бодох үндэстэй. Харин нэгдмэл онод үнэхээр байдаг бол тэр нь бидний ажиллагаанд ямар нэг байдлаар бас нөлөөлөх ёстой. Тэгэхээр уг онол түүнийг хайх бидний хайгуулын үр дүнг ч тодорхойлох ёстой. Харин ажиглалтаас бид зөв дүгнэлт хийнэ гэдгийг яагаад тэрээр тодорхойлох учиртай гэж? Бид буруу дүгнэлтэнд хүрэх эсвэл ямарч дүгнэлтэнд хүрэхгүй байхийг адилхан тодорхойлох учиргүй гэж үү? Эдгээр асуултанд миний өгч чадах цорын ганц хариулт маань байгалийн шалгаралын дарвинч зарчим дээр үндэслэсэн юм. Өөрийгөө нөхөн үйлдвэрлэж чадах организмын хувьд генетик өгөгдлийн хувьд төдийгүй тусдаа бодгалиудын төлөвшилд ялгаа зайлшгүй гарна гэдэгт санаа маань оршино. Энэ нь зарчим бодгаль хүрээлэн байгаа ертөнцийнхөө талаар бусдаасаа чадалтай гэдгийг илэрхийлнэ. Бодгаль амьдрах үр удмаа үлдээх илүү бололцоотой, тэгэхээр тэдний сэтгэлгээ, үйлдлийн хэлбэр нь ноёлох болно. Оюун сэтгэлгээ шинжлэх ухааны нээлт гэж бидний нэрлэдэг зүйл урьдьн цагт амьдрах давуу байдлыг хангаж байсан. Өгүүлсэн бүхэн одоо хэвээр гэхэд учир дутагдалтай юм. Учир нь бидний хийсэн шинжлэх ухааны нээлт өөрсдийг маань үгүй хийж ч чадна, ийм юм тохиолдохгүй байлаа ч бүрэн нэгдмэл онол амьд үлдэх боломжуудад маань төдийлөн өөрчлөлт оруулахгүй байж магад.
Гэхдээ орчлон ертөнц зүй тогтлоороо хөгждөг бол байгалийн шалгаралын үр дүнд олж авсан эрэгцүүлэн бодох чадварууд маань бүрэн нэгдмэл онолын хайгуулд илэрч, буруу дүгнэлтүүдээс зайлсхийхэд тусална гэж бодож болно. Одоогоор бидэнд байгаа тусгай онолууд хамгийн ээдрээтэйгээс бусад тохиолдолд нарийн тодорхой тамаглалыг гаргаж чаддаг учраас орчлон ертөнцийн талаарх төгс онолын хайгуулыг амьдралын бодит хэрэгцээний үүднээс зөвтгөхөд бэрхшээлтэй байна. Гэхдээ иймэрхүү эсэргүүцэл харьцангуйн онол, квант механик хоёрын эсрэг дэвшигдэж болох байсан ч чухам эдгээр онол цөмийн энерги, микроэлектроникийн хувьсгалд биднийг хүргэсэн билээ! Иймд бүрэн нэгдмэл онолын нээлт нь хүн төрөлхтөн тэсч үлдэхэд тус болохгүй, бидний амьдралын хэмнэлд ч нөлөөлөхгүй байж магад. Гэхдээ иргэншлийн эхнээс л хүн төрөлхтөн өөр хоорондоо холбоогүй, учир нь олдохгүй үйл явдлуудыг таалдаггүй байлаа. Тэд дэлхий ертөнцийн үндсэн зүй тогтлыг мэдэхийг машид ихээр хүсч байв. Өнөөдөр ч гэсэн бид энд байгаагаа болон хаанаас үүссэнээ мэдэхийг хүсж байна. Мэдлэгт тэмүүлэх хүн төрөлхтний агуу хүсэл бидний хувьд эрэлээ үргэлжлүүлэх хангалттай цагаатгал юм. Тэгээд ч зорилго маань оршин суугаа орчлон ертөнцөө бүрэн гүйцэт тайлбарлахаас огтхон ч дутахгүй.
Хоёрдугаар бүлэг
Орон зай, цаг хугацаа
Биесийн хөдөлгөөний талаарх орчин цагийн төсөөлөл маань Галилей, Ньютон хоёроос эхтэй. Тэднээс өмнө хүмүүс аливаа биеийн жам ёсны төлөв нь тайван төлөв бөгөөд хүч эсвэл импульсийн нөлөөгөөр л бие хөдөлж эхэлдэг гэж үзсэн Аристотелийн үзэлд итгэж байлаа. Хүнд биеийг дэлхий хүчтэй татдаг учраас тэр нь хөнгөнөөсөө хурдан унах ёстой гэдэг нь эндээс мөрдөн гардаг.
Аристотелийн уламжлалаар орчлон ертөнцийг жолооддог бүх хуулийг дан ганц оюун ухаанаар эрэгцүүлэн олж болох бөгөөд тэднийг туршлагаар шалгах нь тийм ч зайлшгүй биш байдаг. Иймээс Галилейгээс өмнө янз бүрийн бие үнэхээр янз бүрийн хурдтай унадаг уу гэдгийг хэн ч бодож байсангүй. Галилей янз бүрийн жинтэй биеийг Пизагын цамхагаас унаган Аристотелийн сургаал худал болохыг үзүүлсэн гэж ярьцдгаадаг. Үүнийг санаанаасаа зохиосон байхаа, гэхдээ Галилей үүнтэй төстэй зүйлийг үнэхээр хийжээ. Тэрээр янз бүрийн жинтэй бөмбөлөгийг гөлгөр, налуу хавтгайгаар өнхөрүүлсэн байна. Энэ нь хүнд биеийг доош чигээр нь унагахтай адил ч хурд багатай учраас ажиглахад амар юм. Галилейн хэмжилт уг биесийн хурд тэдний жингээс үл хамааран ижил хурдтай өсч байгааг үзүүлэв. Жишээлбэл, бөмбөлөг авч, арван метр тутамд нэг метр доош хазайсан налуу хавтгайгаар өнхөрүүлбэл бөмбөлөг хичнээн хүнд байсан ч нэг секундын дараа секундэд нэг метр, хоёр секундын дараа секундэд хоёр метр гэх мэт хурдтайгаар унана. Тугалган туухай өднөөс хурдан унах нь мэдээж боловч энэ нь агаарын эсэргүүцэх хүчнээс болж өд арай удаан унадагтай холбоотой. Агаарын эсэргүүцлээрээ төдий л ялгаагүй хоёр биеийг, жишээ нь хоёр өөр тугалган туухайг унагавал тэд ижил хурдтайгаар унана. Галилейн хийсэн хэмжилтийг хөдөлгөөний тухай хуулиндаа Ньютон гол зарчим болгон хэрэглэсэн юм. Галилейн сорил туршилтуудад налуу хавтгайгаар өнхөрөх биед нэг л хүч (биеийн жин) ямагт үйлчилж, үр дүнд нь биеийн хурд тогтмол өсч байв. Энэ нь хүчний бодит нөлөө өмнө бодож байсанчлан биеийг хөдөлгөөнд оруулдаг төдийхөн биш, харин биеийн хурд өөрчлөгдөхөд хүргэдэгийг үзүүлсэн юм. Хэрэв биед хүч үйлчлээгүй бол тухайн бие тогтмол хурдтайгаар шулуун хөдлөнө гэдгийг ч бас заажээ. Энэхүү санаа 1687онд Ньютоны хэвлүүлсэн "Математик зарчмууд" номонд анх тодорхой илэрхийлэгдсэн бөгөөд Ньютоны нэгдүгээр хууль гэдгээрээ алдаршсан юм. Биед хүч үйлчлэвэл түүнд юу тохиолдохыг Ньютоны хоёрдугаар хууль заадаг. Тухайн бие хүчний хэмжээтэй пропорциональ хурдатгалтай болох буюу хурдаа өөрчлөнө гэж тэр хууль өгүүлдэг. (Жишээ нь, хүч хоёр дахин нэмэгдвэл хурдатгал ч хоёр дахин өснө.) Түүнээс гадна биеийн масс (өөрөөр хэлбэл бодисын тоо) их байх тусам хурдатгал нь бага болдог. (Масс нь хоёр дахин нэмэгдсэн биед тухайн хүч үйлчилбэл хоёр дахин бага хурдатгал үүснэ.) Ойлгоход дөхөм нэгэн жишээг машинаар үзүүлж бодно. Хөдөлгүүр хэдий хүчтэй байна хурдатгал ч төдий их байна, гэвч машин маань их жинтэй бол тухайн хөдөлгүүрийн хувьд хурдатгал нь бага болдог.
Хөдөлгөөний энэхүү хуулиас гадна Ньютон бүх бие бусад аливаа биетэй тус бүрийнхээ масстай пропорциональ хүчээр таталцдаг гэсэн, таталцлын хүчийг тодорхойлдог хуулийг нээсэн билээ. Иймээс нэг биеийнх нь (А бие гэе) масс хоёр дахин ихэсвэл тэдний хооронд үйлчлэх хүч бас хоёр дахин ихсэнэ. Ижил масстай хоёр биеэс бүтсэн шинэ А биеийг төсөөлж болох учраас та дараах байдлаар бодох. учиртай. Эдгээр бие тус бүр В биеийг ижил хүчээр татна. Иймд А ба В хооронд үйлчлэх нийт хүч тэрхүү ижил хүчнээс хоёр дахин их болдог. Харин тэдний нэг нь тэрхүү массаас хоёр дахин, нөгөө нь гурав дахин их масстай байсш бол харилцан үйлчлэлийн хүч зургаа дахин өсөх байлаа. Одоо бидэнд бүх бие ижил хурдтай унадаг нь ойлгомжтой боллоо. Жин нь хоёр дахин нэмэгдсэн бие өөрийг нь доош татах таталцлын хүчийг хоёр дахин их болгохын хамт хоёр дахин их масстай болох юм. Ньютоны хоёрдугаар хуулиар энэ хоёр нөлөөлөл бие биенээ бүрэн хүчингүй болгох тул хурдатгал нь аль ч тохиолдолд ижил байна. Таталцлын тухай Ньютоны хууль биес хоорондоо хэдий зайтай байна тэдний харилцан үйлчлэлийн хүч төдий бага байна гэж өгүүлдэг. Энэ хуулиар бол ижил хоёр одны хоорондын зай хоёр дахин нэмэгдэхэд таталцлын хүч нь дөрөв дахин багасна. Дэлхий, сар, гарагуудын тойрог замыг Ньютоны хууль өндөр нарийвчлалтай урьдчилан хэлж чаддаг юм. Хэрвээ оддын татах хүч зайнаас хамаарч арай хурдан багасдаг байсан бол гарагийн тойрог замууд зууван биш, харин нар руу мушгирсан байдалтай байх байлаа. Харин арай удаан багасдаг байсан бол холын оддын татах хүч дэлхийн татах хүчнээс давах байв.
Галилей, Ньютон нарынхаас Аристотелийн үзлийн ялгагдах гол ялгаа нь тэрээр тайван төлөвийг биед хүч эсвэл импульс үйлчлээгүй үед тухайн биеийн оршиж болох хамгийн тохиромжтой төлөв гэж үзсэн юм. Тухайлбал дэлхий тайван төлөвт байдаг гэж Аристотель үзжээ. Гэвч Ньютоны хуулиудаас тайван байдлын хосгүй эх хэмжүүр байхгүй гэдэг яг урган гардаг юм. А бие тайван, харин В бие А биетэй харьдуулахад тогтмол хурдтай хөдөлж байна гэж, эсвэл В бие тайван байж, А бие хөдөлж байна гэж хэлэхэд онцын ялгаа байхгүй. Жишээ нь, манай дэлхий тэнхлэгээ тойрон эргэдгийг, бас нарыг тойрсон түүний хөдөлгөөнийг түр мартаад дэлхий тайван байж, харин галт тэрэг умар зүгт цагт ерэн милийн хурдтай явж байна гэж эсвэл галт тэрэг байрандаа байж, харин түүний доорх дэлхий цагт ерэн милийн хурдтай өмнө зүг рүү хөдөлж байна гэж хэлж болно. Энэ галт тэргэн дотор хөдөлж байгаа биеийг туршин үзсэн ч Ньютоны бүх хууль биелэх л болно. Жишээ нь, галт тэргэн дотор ширээний теннис тоглонгоо та одон бөмбөг төмөр замын далангийн дэргэдэх ширээн дээрх бөмбөг шиг Ньютоны хуульд захирагдаж байгааг ойлгох болно. Тэгэхээр галт тэрэг хөдөлж байна уу, дэлхий хөдөлж байна уу гэдгийг хэлэх ямарч арга байхгүй.Тайван байдлын үнэмлэхүй (абсолют) эх хэмжүүр байхгүй гэсэн үндэслэл нь цаг хугацааны өөр өөр агшинд болсон хоёр үйл явдал орон зайн нэг цэгт болсон эсэхийг тодорхойлох боломжгүйг илэрхийлдэг юм. Жишээ нь, хөдөлж байгаа галт тэргэн доторх одон бөмбөг ширээнээс эгц дээш ойгоод буцаж унахдаа ширээний нэг цэг дээр нэг секундын зайтайгаар хоёр удаа ойсон гэж үзье. Одон бөмбөг хоёронтоо ойх хооронд галт тэрэг дөч орчим метр зайг туулах учраас төмөр замын далан дээрх хүнд одон бөмбөгийн хоёр удаагийн ойлт дөч орчим метр зайтай болсон мэт харагдах ажээ. Иймд үнэмлэхүй тайван төлөв байхгүй нь аливаа үйл явдалд Аристотелийн бодож байсанчлан орон зайн үнэмлэхүй байрлал оноож болохгүйг үзүүлж байна. Үйл явдлын байрлал, тэдний хоорондын зай галт тэргэнд яваа ажиглагч, далан дээрх ажиглагч хоёрын хувьд ялгаатай байх ёстой бөгөөд эдгээр ажиглагчийн нэгнийх нь тэмдэглэсэн байрлалыг нөгөөгийнхөөс нь илүүд үзэх ямарч үндэслэл байхгүй билээ.Үнэмлэхүй байрлал буюу бидний нэрлэж заншсанаар үнэмлэхүй орон зай байхгүй нь үнэмлэхүй Бурханы тухай санаатай нь авцалдахгүй байсан учраас Ньютон үүнд сэтгэл их зовжээ. Өөрийнх нь нээсэн хуулиудаас үнэмлэхүй орон зай байхгүй гэж урган гарч байсан ч үүнийг хүлээн авахаас Ньютон үнэндээ татгалзсан юм. Ньютоны ухаалаг биш энэ итгэл үнэмшлийнх нь төлөө олон хүн тухайлбал бодит бүх биет мөн орон зай, цаг хугацаа ч хоосон хуурмаг гэж үздэг байсан философич, хамба Беркли нилээд шүүмжилсэн байдаг. Берклийн үзлийн талаар сонсоод доктор Жонсон "Би үүнийг ингэж л няцааж байна!" хэмээн чанга дуугаар хэлээд, том чулууг өшиглөн хөлөө гэмтээжээ.
Аристотель ч, Ньютон ч үнэмлэхүй цаг хугацаанд итгэж байлаа. Өөрөөр хэлбэл хоёр үйл явдал хоорондын хугацааг нэгэн утгатайгаар хэмжиж болох ба хэмжигчид зөв явдаг цагтай л бол хэмжилтийг хэн хийснээс үл хамааран үр дүн нь нэг байх болно гэж тэд үзсэн юм. Цаг хугацааг орон зайгаас бүрэн тусдаа,түүнээс үл хамаардаг гэж тооцжээ. Ердийн ухааны төсөөлөл ч ийм байв. Гэвч орон зай, цаг хугацааны тухай төсөөллөө бид өөрчлөхөд хүрсэн юм. Ердийн ухаан дээр үндэслэсэн төсөөллүүд маань алим эсвэл харьцангуй удаан хөдөлдөг гараг мэтийн хувьд тохирч байдаг ч гэрлийн хурдтайгаар болон түүнд ойролцоо хурдтай хөдөлж байгаа зүйлийн хувьд илт тохиромжгүй болдог ажээ.
Гэрэл төгсгөлөг боловч маш их хурдтайгаар тархдагийг 1676 онд Данийн эрдэмтэн, одон орон судлаач Оле Христенсен Рёмер тогтоосон юм. Бархасбадийн сарнууд Бархасбадийг тогтмол хурдтай тойрдог гэвэл тэрхүү сарнууд Бархасбадийн цаагуур далд ороод гарч ирэх хугацаа нь зөрөөд байгааг Рёмер ажиглажээ. Дэлхий, Бархасбадь хоёр нарыг тойрон эргэдэг болохоор тэдний хоорондын зай өөрчлөгддөг. Бархасбадиас бид хэдий хол байна Бархасбадийн сарнуудын хиртэлт төдий их оройтдогийг Рёмер тэмдэглэж авчээ. Үүнийгээ тэрээр биднийг хол байх үед сарнуудын гэрэл бидэнд иртлээ илүү хол зам туулдагаар тайлбарлав. Дэлхийгээс Бархасбадь хүртэлх зайг Рёмер тийм ч нарийн хэмжиж чадаагүй учраас гэрлийн хурдыг 140000 миль/с гэж тогтоосон байдаг. Гэтэл орчин цагийн утга нь 186000миль/с байдаг юм. Гэлээ ч гэрэл төгсгөлөг хурдтай тархдаг гэдгийг нотолсон төдийгүй, түүнийг хэмжсэн Рёмерын ололт нь Ньютоны "Математик зарчмууд" ном хэвлэгдэн гарахаас арван нэгэн жилийн өмнө тохиосноороо онцгой байлаа. Английн физикч Жеймс Кларк Максвелл цахилгаан болон соронзон хүчийг тодорхойлоход хэрэглэдэг байсан тусгай хоёр онолыг 1865 онд нэгтгэх хүртэл гэрлийн тархалтын тухай зөв онол байсангүй. Хоёр орон хосолсон цахилгаан-соронзон оронд долгион маягийн үелзэл байж болох ба тэд цөөрмийн усан дээрх долгио шиг тогтмол хурдтай тархдаг гэдгийг Максвеллийн тэгшитгэл урьдчилан хэлсэн юм. Эдгээр долгионы урт (өөрөөр хэлбэл долгионы зэргэлдээ нуруу хоорондын зай) метр эсвэл метр гаран байвал энэ нь радио долгион гэж бидний нэрлэдэг долгион байна. Илүү богино долгионуудыг сантиметрийн эрэмбийнх бол) бичил-долгион эсвэл(нэг сантиметрийг арван мянгад хувааснаас бага бол) хэт улаан долгион гэж нэрлэдэг. Үзэгдэх гэрлиин долгион нэг сантеметрийг дөчөөс наян сая дахин хуваасантай тэнцэх урттай байна. Хэт ягаан, рентген, гамма цацрагийн долгионууд бүр богино байдаг. Радио хийгээд гэрлийн долгион нь тогтмол тодорхой хурдтай тархах ёстой гэдгийг Максвеллийн онол урьдчилан хэлсэн юм. Гэхдээ Ньютоны онол үнэмлэхүй тайван байдлын тухай төсөөллийг үгүй хийсэн учраас одоо гэрлийн тогтмол хурдны тухай ярихдаа түүнийг юутай харьцуулж тодорхойлохыг зааж өгөх хэрэгтэй байлаа. Үүнтэй холбоотойгоор хаа сайгүй, тэр бүү хэл "хоосон" орон зайд ч байх "эфир" гэгдэх ямар нэг орчин байна гэж үзжээ. Дууны долгион агаарт яаж тархдагийн нэгэн адил гэрлийн долгион эфирт тэгж тархдаг байж болох тул гэрлийн хурдыг эфиртэй харьцуулах хэрэгтэй. Эфир дотор харилцан адилгүй хурдтай хөдөлж буй алжиглагчдад гэрэл янз бүрийн хурдтай ирж байгаа мэт үзэгдэхээр боловч эфирт харьцуулсан гэрлийн хурд тогтмол байх юм. Тухайлбал дэлхий нарыг тойрон эфирийн дотор хөдөлж байгаа болохоор дэлхийн хөдөлгөөний дагуу (гэрлийн үүсгүүрийн зүг хөдлөх үед) хэмжсэн гэрлийн хурд нь хөдөлгөөний чигт тэгш өнцөгөөр (өөрөөр хэлбэл бид үүсгүүр рүү хөдлөөгүй үед) хэмжсэн гэрлийн хурдыг давж байх ёстои. 1887 онд (хожим физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртсэн анхны Америк хүн болсон) Альберт Майкельсон болон Эдвард Морли нар Кливлендийн Хавсрага Ухааны Сургуульд маш нарийн туршилт хийжээ. Тэд дэлхиин хөдөлгөөний дагуу хэмжсэн гэрлийн хурдны утгыг тэгш өнцөгөөр хэмжсэн утгатай нь харьцуулсан байна. Гайхалтай нь хоёр утга яг тэнцүү болохыг тэд илрүүлсэн юм!
Майкельсон, Морли нарын туршилтын үр дүнг бүх (бие эфирийн дотор хөдөлж байхдаа хэмжээгээрээ багасч цагийн явалт удааширдаг гэдгээр тайлбарласан хэд хэдэн оролдлого (хамгийн алдартай нь Данийн физикч Хендрик Лоренцийнх) 1887-оос 1905 онд гарчээ. Гэхдээ тэр үеийг хүртэл хэнд ч танил байгаагүй, Швейцарын патентийн товчооны ажилтан Альберт Эйнштейн 1905 онд хэвлүүлсэн алдарт бүтээлдээ үнэмлэхүй цаг хугацааны ойлголтоос татгалзвал ямарч эфир хэрэггүй гэдгийг үзүүлсэн юм. Хэдхэн долоо хоногийн дараа яг ийм үзлийг Францын тэргүүний математикчдын нэг Анри Паункаре илэрхийллээ. Асуудлыг математикийн үүднээс шийдсэн Паункарегийн үндэслэгээнээс Эйнштейний үндэслэгээнүүд физикт илүү ойр байв. Эйнштейнийг шинэ онол бүтээгч гэж ярьдаг ч Паункарегийн нэрийг түүний чухал хэсгүүдийг боловсруулахтай холбон дурддаг билээ. Шинжлэх ухааны хуулиуд хөдөлж байгаа бүх ажиглагчийн хувьд тэдний хөдөлгөөний хурднаас үл хамааран адилхан байх ёстой гэдэгт харьцангуйн гэгдэх энэ онолын суурь үүсгэл үнэн оршино. Энэ үүсгэл үнэн нь хөдөлгөөний тухай Ньютоны хуулиудын хувьд үнэн байсан бол одоо тэр нь Максвеллийн онолд, гэрлийн хурданд ч хамаатай боллоо. Иймд дурын ажиглагчийн хэмжсэн гэрлийн хурд ажиглагчид ямар хурдаар хөдөлж байгаагаас үл хамааран адил байх ёстой. Энэ энгийн зарчмаас хэд хэдэн, алдартай мөрдөлгөө урган гарсан билээ. Тэднээс хамгийн алдартай нь Эйнштейний E=mc^2 (энд E-энерги, m -масс, с -гэрлийн хурд) гэсэн алдарт томъёонд илрэлээ олсон масс, энерги хоёр тэнцүү хийгээд юу ч гэрлээс хурдан хөдөлж чадахгүй гэдэг хууль биз ээ. Масс, энерги хоёр тэнцүү болохоор хөдөлж байгаа биеийн энерги нь массаа нэмэгдүүлнэ. Тодруулбал энерги их байх тусам хурдыг нэмэгдүүлэхэд бэрхшээл учрах болно. Энэ нөлөө үнэндээ гэрлийн хурданд ойролцоо хурдтай хөдөлж байгаа биетийн хувьд л чухал байдаг. Хэрэв ямар нэг биетийн хурд гэрлийн хурдны 10 хувьд хүрвэл түүний масс хэвийнхээсээ 0,5 хувиар их болно, харин гэрлийн хурдны 90 хувьд хүрвэл масс нь хэвийнхээсээ хоёр дахин их болох юм. Гэрлийн хурданд дөхөхийн хэрээр биетийн масс улам нэмэгдэж, ийн цааш хурдсахад улам их энерги шаардагдана. Үнэндээ тэрээр гэрлийн хурданд хэзээ ч хүрч чадахгүй, учир нь тэр үед түүний масс төгсгөлгүй их болох бөгөөд масс энергитэй тэнцүү тул тийм хурданд хүрэхэд төгсгөлгүй их энерги шаардагдахад хүрнэ. Иймд жирийн аливаа биет харьцангуйн зарчмаар ямагт гэрлийн хурднаас хэтрэхгүй хурдтай хөдлөнө. Зөвхөн гэрэл болон хувийн массгүй бусад долгион л гэрлийн хурдтай хөдөлж чадна. Харьцангуйн онолын өөр нэг алдарт мөрдөлгөө ч орон зай цаг хугацааны талаарх бидний төсөөллийг өөрчилсөн юм. Ньютоны онолын хувьд гэрлийн импульс нэг цэгээс нөгөөд хүрсэн бол янз бүрийн ажиглагч түүний туулсан хугацаан дээр (цаг хугацаа үнэмлэхүй учраас) санал нийлдэг ч гэрэл хэр хол зам туулсан тухайд (орон зай үнэмлэхүй биш учраас) ямагт санал зөрдөг. Гэрлийн хурд нь түүний туулсан зайг хугацаанд нь хуваасантай тэнцүү болохоор янз бүрийн ажиглагч гэрэлд өөр өөр хурд онооно. Харьцангуйн онолын хүрээнд харин эсрэгээр бүх ажиглагч гэрэл ямар хурдтай тархдаг дээр санал нийлэх ёстой байдаг. Гэхдээ гэрлийн туулсан зайны тухайд санал чөрсөн хэвээр байдаг тул гэрэл хэдэн цаг явсан дээр ч санал зөрөх болно. (Явалтын хугацаа бол ажиглагчдын санал нийлдэггүй гэрлийн туулсан зайг тэдний санал нийлдэг гэрлийн хурданд хуваасантай тэнцүү.) Өөрөөр хэлбэл харьцангуйн онол үнэмлэхүй цаг хугацааны ойлголтонд цэг тавьсан юм! Ажиглагч бүр өөрт байгаа цагаар хэмжих цаг хугацааны өөрийн гэх хэмжүүртэй байх ёстой бөгөөд ажиглагч бүрт байгаа нэг загварын цагууд нь таарахгүй байж болох ажээ.
Гэрлийн импульс эсвэл радио долгион илгээж үйл явдал хэзээ, хаана болсоныг тодорхойлохдоо радио долгионоор бүртгэгч ашиглаж болно. Илгээсэн дохионы зарим хэсэг үйл явдал дээр эргэн ойх бөгөөд ажиглагч энэхүү цуурай-дохиог хүлээн авсан хугацаагаа тэмдэглэдэг. Дохиог илгээгээд эргэн хүлээн авсан хугацааны дундажаар тухайн үйл явдал хэзээ болсоныг тогтоох бөгөөд үйл явдал хүртэлх зай нь явж ирэхэд зарцуулсан хугацааны энэ дунджийг гэрлийн хурдаар үржүүлсэнтэй тэнцүү. (Үйл явдлыг орон зайн тодорхой нэг цэгт, цаг хугацааны тодорхой нэг агшинд болсон ямар нэг зүйл гэдэг утгаар ойлгоно.) Өгүүлсэн бүхнийг орон-цагийн диаграммын жишээ болох 2.1 зурагт үзүүллээ. Бие биетэйгээ харилцан адилгүй хөдөлж байгаа ажиглагчид энэ аргыг ашиглан нэг үйл явдалд ялгаатай цаг, байрлал онооно. Янз бүрийн ажиглагчийн хийсэн хэмжилтийн нэг нь ч бусдаасаа илүү-зөв байхгүй ч бүгд өөр хоорондоо холбоотой. Бусад ажиглагчийн харьцангуй хурдыг мэдэж байвал тэд үйл явдалд ямар цаг, байрлал оноохыг ажиглагч бүр нарийн тооцож чадна. Бид цаг хугацааг уртаас нарийн тодорхой хэмжиж чаддаг болсон болохоор зайг нарийн тодорхойлохын тулд өнөө чухам ийм аргыг хэрэглэж байна. Үнэндээ метрийг ч гэсэн цезийн цагаар хэмжсэн 0.000000003335640952 секундын хугацаанд гэрлийн туулж өнгөрдөг зай гэж тодорхойлдог. (Энэ тоо нь Парист хадгалагддаг тусгай цагаан алтан туйван дээрх хоёр тэмдэглэл хоорондын зайгаар метрийг тодорхойлдог уламжлалт тодорхойлолттой таардаг.) Үүнчлэн гэрлийн секунд гэгдэх бүр ч тохиромжтой, уртын шинэ нэгжийг ашиглаж болно. Үүнийг нэг секундэд гэрлийн туулах зай гэж нийтээр тодорхойлдог. Харьцангуйн ерөнхий онолд зайг цаг хугацаа болон гэрлийн хурдаар тодорхойлдог болохоор ажиглагч бүр гэрлийн хурдыг нэгэн утгатайгаар (тодорхойлолт ёсоор 0.000000003335640952 секундэд 1 метр гэж) хэмжих нь аяндаа мөрдөн гардаг, Эфир оршин байгааг яагаад ч илрүүлж чадахгүйг Майкельсон-Морлигийн туршилт үзүүлсэн болохоор түүний тухай ойлголтыг оруулж тооцох шаардлага байхгүй. Гэхдээ харьцангуйн онол биднээс орон зай, цаг хугацааны тухай төсөөллөө үндсээр нь өөрчлөхийг шаардсан юм. Цаг хугцаа орон зайгаас бүрэн тусдаа, салангид бус, харин түүнтэй хосолж орон-цаг гэгдэх нэгдмэл зүйлийг үүсгэдэгийг бид хүлээн зөвшөөрөх хэрэгтэй боллоо. Орон зай дахь цэгийн байрлалыг гурван тоо буюу координатаар тодорхойлдог нь өдөр тутмын амьдралд байдаг л зүйл. Жишээ нь, тасалгаан дахь ямар нэг цэгийг нэг хананаас долоон алхамд, нөгөөгөөс гурван алхамд, шалнаас хоёр алдын өндөрт байна гэж тодорхойлж болох юм. Эсвэл тухайн нэг цэг тийм уртраг, тийм өргөрөгт, далайн түвшнээс дээш тийм өндөрт байна гэж тодорхойлж болдог. Тохиромжтой гурван координатыг ашиглаж болох ч тэд хязгаарлагдмал хүрээнд л хэрэглэгдэнэ. Хэн ч сарны байрлалыг Пикадиллийн Тойргийн хойноос, баруунаас милиэр тооцон, далайн түвшинээс дээш футаар [Пикадиллийн Тойрог-Лондонгийн хөл хөдөлгөөнтэй таван гудамжны уулзварт байрладаг тойрог. 1 фут=30.48 см] тодорхойлж чадахгүй. Үүний оронд нар хүртэлх зайг гарагуудын тойрог замын хавтгай хүртэлх зай, сарыг нартай холбосон шулуун болон Альфа Центавр гэх мэт ойрын одтой нарыг холбосон шулуун хоорондын өнцгийг зааж түүнийг тодорхойлох хэрэгтэй. Тэглээ ч эдгээр координат манай галактик дахь нарны байрлалыг эсвэл бусад галактикийн дундах манай галактикийн байрлалыг тогтооход төдийлөн хэрэглэгдэхгүй. Үнэндээ нийт орчлон ертөнцийг өөр хоорондоо холбоо бүхий тусгаар хэсгүүдийн цогцолбор гэж үзэж болох юм. Хэсэг тус бүрт цэгийнх нь байрлалыг тогтоож болох гурван координат бүхий өөр өөр тогтолцоог хэрэглэж болно. Үйл явдал бол орон зайн тодорхой цэгт, тодорхой нэг цаг хугацаанд болдог зүйл. Тэгэхээр үйл явдлыг дөрвөн тоо буюу дөрвөн координатаар тогтоож болно. Координатын сонголт бас л дурын байх агаад орон зайн нарийн тодорхой гурван координат, цаг хугацааны дурын нэг хэмжээсийг авч болно. Орон зайн дурын хоёр координат хооронд ялгаа байдаггүйн нэгэн адил харьцангуйн онолд орон зайн болон цаг хугацааны координат хооронд бодит ялгаа байхгүй. Орон зайн нэг координат нь орон зайн хуучин координатын хоёрых нь хослол байх координатын шинэ тогтолцоог сонгож болох юм. Жишээ нь, дэлхийн гадаргуу дээрх цэгийн байрлалыг Пикадиллийн Тойргийн хойноос, баруунаас милиэр хэмжин тогтоохын оронд Пикадиллийн Тойргоос зүүн хойш эсвэл баруун хойш хэдэн мильд байгаагаар тогтоож болно. Энэчлэн харьцангуйн онолд (секундаар хэмждэг) хуучин цаг хугацаа дээр Пикадиллийн Тойргийн хойд талаас (хэмжсэн гэрлийн секундийн) зайг нэмсэн цаг хугацааны шинэ координатыг хэрэглэж болдог. Аливаа үйл явдлын дөрвөн координатыг орон-цаг гэгдэх дөрвөн хэмжээст орон зай дахь түүний байрлалыг тодорхойлогч гэж үзэх нь тустай юм. Дөрвөн хэмжээст орон зайг төсөөлөхөд амаргүй. Би өөрөө гурван хэмжээст орон зайг ч чадан ядан төсөөлдөг юм! Харин дэлхийн гадаргуу шиг Хоёр хэмжээст орон зайг диаграммаар илэрхийлэхэд хэцүү биш. (Аливаа цэгийн байрлалыг нь уртраг, өргөрөг гэсэн хоёр координатаар илэрхийлж болдог учраас дэлхийн гадаргуу хоёр хэмжээстэй.) Цаг хугацааны тэнхлэг нь дээш чиглэсэн, харин орон зайг илэрхийлсэн нэг тэнхлэгийг нь хөндлөн байрлуулсан диаграммуудыг би ерөнхийдөө хэрэглэнэ. Орон зайн нөгөө хоёр тэнхлэгийг орхисон эсвэл зарим тохиолдолд нэгийг нь алслалтанд дүрсэлсэн байгаа. (2.1 зургийнх шиг диаграммыг орон-цагийн диаграмм гэж нэрлэнэ.) Жишээ нь, 2.2 зурагт цаг хугацааг жилээр хэмжин, дээш чигэлсэн тэнхлэгээр илэрхийлсэн бол нарнаас Альфа Центавр хуртэлх зайг Милиэр хэмжин, хөндлөн тэнхлэг дагуу уулсан байна. Нар, Альфа Центавр хоёрын орон-цагт туулсан замыг диаграммын зүүн, баруун талд босоогоор үзүүлсэн. Нарнаас цацарсан гэрлийн цацраг - тархаж, Альфа Центаврт дөрвөн жилийн дараа очно.
Хоёрдугаар бүлэг
Орон зай, цаг хугацаа
Биесийн хөдөлгөөний талаарх орчин цагийн төсөөлөл маань Галилей, Ньютон хоёроос эхтэй. Тэднээс өмнө хүмүүс аливаа биеийн жам ёсны төлөв нь тайван төлөв бөгөөд хүч эсвэл импульсийн нөлөөгөөр л бие хөдөлж эхэлдэг гэж үзсэн Аристотелийн үзэлд итгэж байлаа. Хүнд биеийг дэлхий хүчтэй татдаг учраас тэр нь хөнгөнөөсөө хурдан унах ёстой гэдэг нь эндээс мөрдөн гардаг.
Аристотелийн уламжлалаар орчлон ертөнцийг жолооддог бүх хуулийг дан ганц оюун ухаанаар эрэгцүүлэн олж болох бөгөөд тэднийг туршлагаар шалгах нь тийм ч зайлшгүй биш байдаг. Иймээс Галилейгээс өмнө янз бүрийн бие үнэхээр янз бүрийн хурдтай унадаг уу гэдгийг хэн ч бодож байсангүй. Галилей янз бүрийн жинтэй биеийг Пизагын цамхагаас унаган Аристотелийн сургаал худал болохыг үзүүлсэн гэж ярьцдгаадаг. Үүнийг санаанаасаа зохиосон байхаа, гэхдээ Галилей үүнтэй төстэй зүйлийг үнэхээр хийжээ. Тэрээр янз бүрийн жинтэй бөмбөлөгийг гөлгөр, налуу хавтгайгаар өнхөрүүлсэн байна. Энэ нь хүнд биеийг доош чигээр нь унагахтай адил ч хурд багатай учраас ажиглахад амар юм. Галилейн хэмжилт уг биесийн хурд тэдний жингээс үл хамааран ижил хурдтай өсч байгааг үзүүлэв. Жишээлбэл, бөмбөлөг авч, арван метр тутамд нэг метр доош хазайсан налуу хавтгайгаар өнхөрүүлбэл бөмбөлөг хичнээн хүнд байсан ч нэг секундын дараа секундэд нэг метр, хоёр секундын дараа секундэд хоёр метр гэх мэт хурдтайгаар унана. Тугалган туухай өднөөс хурдан унах нь мэдээж боловч энэ нь агаарын эсэргүүцэх хүчнээс болж өд арай удаан унадагтай холбоотой. Агаарын эсэргүүцлээрээ төдий л ялгаагүй хоёр биеийг, жишээ нь хоёр өөр тугалган туухайг унагавал тэд ижил хурдтайгаар унана. Галилейн хийсэн хэмжилтийг хөдөлгөөний тухай хуулиндаа Ньютон гол зарчим болгон хэрэглэсэн юм. Галилейн сорил туршилтуудад налуу хавтгайгаар өнхөрөх биед нэг л хүч (биеийн жин) ямагт үйлчилж, үр дүнд нь биеийн хурд тогтмол өсч байв. Энэ нь хүчний бодит нөлөө өмнө бодож байсанчлан биеийг хөдөлгөөнд оруулдаг төдийхөн биш, харин биеийн хурд өөрчлөгдөхөд хүргэдэгийг үзүүлсэн юм. Хэрэв биед хүч үйлчлээгүй бол тухайн бие тогтмол хурдтайгаар шулуун хөдлөнө гэдгийг ч бас заажээ. Энэхүү санаа 1687онд Ньютоны хэвлүүлсэн "Математик зарчмууд" номонд анх тодорхой илэрхийлэгдсэн бөгөөд Ньютоны нэгдүгээр хууль гэдгээрээ алдаршсан юм. Биед хүч үйлчлэвэл түүнд юу тохиолдохыг Ньютоны хоёрдугаар хууль заадаг. Тухайн бие хүчний хэмжээтэй пропорциональ хурдатгалтай болох буюу хурдаа өөрчлөнө гэж тэр хууль өгүүлдэг. (Жишээ нь, хүч хоёр дахин нэмэгдвэл хурдатгал ч хоёр дахин өснө.) Түүнээс гадна биеийн масс (өөрөөр хэлбэл бодисын тоо) их байх тусам хурдатгал нь бага болдог. (Масс нь хоёр дахин нэмэгдсэн биед тухайн хүч үйлчилбэл хоёр дахин бага хурдатгал үүснэ.) Ойлгоход дөхөм нэгэн жишээг машинаар үзүүлж бодно. Хөдөлгүүр хэдий хүчтэй байна хурдатгал ч төдий их байна, гэвч машин маань их жинтэй бол тухайн хөдөлгүүрийн хувьд хурдатгал нь бага болдог.
Хөдөлгөөний энэхүү хуулиас гадна Ньютон бүх бие бусад аливаа биетэй тус бүрийнхээ масстай пропорциональ хүчээр таталцдаг гэсэн, таталцлын хүчийг тодорхойлдог хуулийг нээсэн билээ. Иймээс нэг биеийнх нь (А бие гэе) масс хоёр дахин ихэсвэл тэдний хооронд үйлчлэх хүч бас хоёр дахин ихсэнэ. Ижил масстай хоёр биеэс бүтсэн шинэ А биеийг төсөөлж болох учраас та дараах байдлаар бодох. учиртай. Эдгээр бие тус бүр В биеийг ижил хүчээр татна. Иймд А ба В хооронд үйлчлэх нийт хүч тэрхүү ижил хүчнээс хоёр дахин их болдог. Харин тэдний нэг нь тэрхүү массаас хоёр дахин, нөгөө нь гурав дахин их масстай байсш бол харилцан үйлчлэлийн хүч зургаа дахин өсөх байлаа. Одоо бидэнд бүх бие ижил хурдтай унадаг нь ойлгомжтой боллоо. Жин нь хоёр дахин нэмэгдсэн бие өөрийг нь доош татах таталцлын хүчийг хоёр дахин их болгохын хамт хоёр дахин их масстай болох юм. Ньютоны хоёрдугаар хуулиар энэ хоёр нөлөөлөл бие биенээ бүрэн хүчингүй болгох тул хурдатгал нь аль ч тохиолдолд ижил байна. Таталцлын тухай Ньютоны хууль биес хоорондоо хэдий зайтай байна тэдний харилцан үйлчлэлийн хүч төдий бага байна гэж өгүүлдэг. Энэ хуулиар бол ижил хоёр одны хоорондын зай хоёр дахин нэмэгдэхэд таталцлын хүч нь дөрөв дахин багасна. Дэлхий, сар, гарагуудын тойрог замыг Ньютоны хууль өндөр нарийвчлалтай урьдчилан хэлж чаддаг юм. Хэрвээ оддын татах хүч зайнаас хамаарч арай хурдан багасдаг байсан бол гарагийн тойрог замууд зууван биш, харин нар руу мушгирсан байдалтай байх байлаа. Харин арай удаан багасдаг байсан бол холын оддын татах хүч дэлхийн татах хүчнээс давах байв.
Галилей, Ньютон нарынхаас Аристотелийн үзлийн ялгагдах гол ялгаа нь тэрээр тайван төлөвийг биед хүч эсвэл импульс үйлчлээгүй үед тухайн биеийн оршиж болох хамгийн тохиромжтой төлөв гэж үзсэн юм. Тухайлбал дэлхий тайван төлөвт байдаг гэж Аристотель үзжээ. Гэвч Ньютоны хуулиудаас тайван байдлын хосгүй эх хэмжүүр байхгүй гэдэг яг урган гардаг юм. А бие тайван, харин В бие А биетэй харьдуулахад тогтмол хурдтай хөдөлж байна гэж, эсвэл В бие тайван байж, А бие хөдөлж байна гэж хэлэхэд онцын ялгаа байхгүй. Жишээ нь, манай дэлхий тэнхлэгээ тойрон эргэдгийг, бас нарыг тойрсон түүний хөдөлгөөнийг түр мартаад дэлхий тайван байж, харин галт тэрэг умар зүгт цагт ерэн милийн хурдтай явж байна гэж эсвэл галт тэрэг байрандаа байж, харин түүний доорх дэлхий цагт ерэн милийн хурдтай өмнө зүг рүү хөдөлж байна гэж хэлж болно. Энэ галт тэргэн дотор хөдөлж байгаа биеийг туршин үзсэн ч Ньютоны бүх хууль биелэх л болно. Жишээ нь, галт тэргэн дотор ширээний теннис тоглонгоо та одон бөмбөг төмөр замын далангийн дэргэдэх ширээн дээрх бөмбөг шиг Ньютоны хуульд захирагдаж байгааг ойлгох болно. Тэгэхээр галт тэрэг хөдөлж байна уу, дэлхий хөдөлж байна уу гэдгийг хэлэх ямарч арга байхгүй.Тайван байдлын үнэмлэхүй (абсолют) эх хэмжүүр байхгүй гэсэн үндэслэл нь цаг хугацааны өөр өөр агшинд болсон хоёр үйл явдал орон зайн нэг цэгт болсон эсэхийг тодорхойлох боломжгүйг илэрхийлдэг юм. Жишээ нь, хөдөлж байгаа галт тэргэн доторх одон бөмбөг ширээнээс эгц дээш ойгоод буцаж унахдаа ширээний нэг цэг дээр нэг секундын зайтайгаар хоёр удаа ойсон гэж үзье. Одон бөмбөг хоёронтоо ойх хооронд галт тэрэг дөч орчим метр зайг туулах учраас төмөр замын далан дээрх хүнд одон бөмбөгийн хоёр удаагийн ойлт дөч орчим метр зайтай болсон мэт харагдах ажээ. Иймд үнэмлэхүй тайван төлөв байхгүй нь аливаа үйл явдалд Аристотелийн бодож байсанчлан орон зайн үнэмлэхүй байрлал оноож болохгүйг үзүүлж байна. Үйл явдлын байрлал, тэдний хоорондын зай галт тэргэнд яваа ажиглагч, далан дээрх ажиглагч хоёрын хувьд ялгаатай байх ёстой бөгөөд эдгээр ажиглагчийн нэгнийх нь тэмдэглэсэн байрлалыг нөгөөгийнхөөс нь илүүд үзэх ямарч үндэслэл байхгүй билээ.Үнэмлэхүй байрлал буюу бидний нэрлэж заншсанаар үнэмлэхүй орон зай байхгүй нь үнэмлэхүй Бурханы тухай санаатай нь авцалдахгүй байсан учраас Ньютон үүнд сэтгэл их зовжээ. Өөрийнх нь нээсэн хуулиудаас үнэмлэхүй орон зай байхгүй гэж урган гарч байсан ч үүнийг хүлээн авахаас Ньютон үнэндээ татгалзсан юм. Ньютоны ухаалаг биш энэ итгэл үнэмшлийнх нь төлөө олон хүн тухайлбал бодит бүх биет мөн орон зай, цаг хугацаа ч хоосон хуурмаг гэж үздэг байсан философич, хамба Беркли нилээд шүүмжилсэн байдаг. Берклийн үзлийн талаар сонсоод доктор Жонсон "Би үүнийг ингэж л няцааж байна!" хэмээн чанга дуугаар хэлээд, том чулууг өшиглөн хөлөө гэмтээжээ.
Аристотель ч, Ньютон ч үнэмлэхүй цаг хугацаанд итгэж байлаа. Өөрөөр хэлбэл хоёр үйл явдал хоорондын хугацааг нэгэн утгатайгаар хэмжиж болох ба хэмжигчид зөв явдаг цагтай л бол хэмжилтийг хэн хийснээс үл хамааран үр дүн нь нэг байх болно гэж тэд үзсэн юм. Цаг хугацааг орон зайгаас бүрэн тусдаа,түүнээс үл хамаардаг гэж тооцжээ. Ердийн ухааны төсөөлөл ч ийм байв. Гэвч орон зай, цаг хугацааны тухай төсөөллөө бид өөрчлөхөд хүрсэн юм. Ердийн ухаан дээр үндэслэсэн төсөөллүүд маань алим эсвэл харьцангуй удаан хөдөлдөг гараг мэтийн хувьд тохирч байдаг ч гэрлийн хурдтайгаар болон түүнд ойролцоо хурдтай хөдөлж байгаа зүйлийн хувьд илт тохиромжгүй болдог ажээ.
Гэрэл төгсгөлөг боловч маш их хурдтайгаар тархдагийг 1676 онд Данийн эрдэмтэн, одон орон судлаач Оле Христенсен Рёмер тогтоосон юм. Бархасбадийн сарнууд Бархасбадийг тогтмол хурдтай тойрдог гэвэл тэрхүү сарнууд Бархасбадийн цаагуур далд ороод гарч ирэх хугацаа нь зөрөөд байгааг Рёмер ажиглажээ. Дэлхий, Бархасбадь хоёр нарыг тойрон эргэдэг болохоор тэдний хоорондын зай өөрчлөгддөг. Бархасбадиас бид хэдий хол байна Бархасбадийн сарнуудын хиртэлт төдий их оройтдогийг Рёмер тэмдэглэж авчээ. Үүнийгээ тэрээр биднийг хол байх үед сарнуудын гэрэл бидэнд иртлээ илүү хол зам туулдагаар тайлбарлав. Дэлхийгээс Бархасбадь хүртэлх зайг Рёмер тийм ч нарийн хэмжиж чадаагүй учраас гэрлийн хурдыг 140000 миль/с гэж тогтоосон байдаг. Гэтэл орчин цагийн утга нь 186000миль/с байдаг юм. Гэлээ ч гэрэл төгсгөлөг хурдтай тархдаг гэдгийг нотолсон төдийгүй, түүнийг хэмжсэн Рёмерын ололт нь Ньютоны "Математик зарчмууд" ном хэвлэгдэн гарахаас арван нэгэн жилийн өмнө тохиосноороо онцгой байлаа. Английн физикч Жеймс Кларк Максвелл цахилгаан болон соронзон хүчийг тодорхойлоход хэрэглэдэг байсан тусгай хоёр онолыг 1865 онд нэгтгэх хүртэл гэрлийн тархалтын тухай зөв онол байсангүй. Хоёр орон хосолсон цахилгаан-соронзон оронд долгион маягийн үелзэл байж болох ба тэд цөөрмийн усан дээрх долгио шиг тогтмол хурдтай тархдаг гэдгийг Максвеллийн тэгшитгэл урьдчилан хэлсэн юм. Эдгээр долгионы урт (өөрөөр хэлбэл долгионы зэргэлдээ нуруу хоорондын зай) метр эсвэл метр гаран байвал энэ нь радио долгион гэж бидний нэрлэдэг долгион байна. Илүү богино долгионуудыг сантиметрийн эрэмбийнх бол) бичил-долгион эсвэл(нэг сантиметрийг арван мянгад хувааснаас бага бол) хэт улаан долгион гэж нэрлэдэг. Үзэгдэх гэрлиин долгион нэг сантеметрийг дөчөөс наян сая дахин хуваасантай тэнцэх урттай байна. Хэт ягаан, рентген, гамма цацрагийн долгионууд бүр богино байдаг. Радио хийгээд гэрлийн долгион нь тогтмол тодорхой хурдтай тархах ёстой гэдгийг Максвеллийн онол урьдчилан хэлсэн юм. Гэхдээ Ньютоны онол үнэмлэхүй тайван байдлын тухай төсөөллийг үгүй хийсэн учраас одоо гэрлийн тогтмол хурдны тухай ярихдаа түүнийг юутай харьцуулж тодорхойлохыг зааж өгөх хэрэгтэй байлаа. Үүнтэй холбоотойгоор хаа сайгүй, тэр бүү хэл "хоосон" орон зайд ч байх "эфир" гэгдэх ямар нэг орчин байна гэж үзжээ. Дууны долгион агаарт яаж тархдагийн нэгэн адил гэрлийн долгион эфирт тэгж тархдаг байж болох тул гэрлийн хурдыг эфиртэй харьцуулах хэрэгтэй. Эфир дотор харилцан адилгүй хурдтай хөдөлж буй алжиглагчдад гэрэл янз бүрийн хурдтай ирж байгаа мэт үзэгдэхээр боловч эфирт харьцуулсан гэрлийн хурд тогтмол байх юм. Тухайлбал дэлхий нарыг тойрон эфирийн дотор хөдөлж байгаа болохоор дэлхийн хөдөлгөөний дагуу (гэрлийн үүсгүүрийн зүг хөдлөх үед) хэмжсэн гэрлийн хурд нь хөдөлгөөний чигт тэгш өнцөгөөр (өөрөөр хэлбэл бид үүсгүүр рүү хөдлөөгүй үед) хэмжсэн гэрлийн хурдыг давж байх ёстои. 1887 онд (хожим физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртсэн анхны Америк хүн болсон) Альберт Майкельсон болон Эдвард Морли нар Кливлендийн Хавсрага Ухааны Сургуульд маш нарийн туршилт хийжээ. Тэд дэлхиин хөдөлгөөний дагуу хэмжсэн гэрлийн хурдны утгыг тэгш өнцөгөөр хэмжсэн утгатай нь харьцуулсан байна. Гайхалтай нь хоёр утга яг тэнцүү болохыг тэд илрүүлсэн юм!
Майкельсон, Морли нарын туршилтын үр дүнг бүх (бие эфирийн дотор хөдөлж байхдаа хэмжээгээрээ багасч цагийн явалт удааширдаг гэдгээр тайлбарласан хэд хэдэн оролдлого (хамгийн алдартай нь Данийн физикч Хендрик Лоренцийнх) 1887-оос 1905 онд гарчээ. Гэхдээ тэр үеийг хүртэл хэнд ч танил байгаагүй, Швейцарын патентийн товчооны ажилтан Альберт Эйнштейн 1905 онд хэвлүүлсэн алдарт бүтээлдээ үнэмлэхүй цаг хугацааны ойлголтоос татгалзвал ямарч эфир хэрэггүй гэдгийг үзүүлсэн юм. Хэдхэн долоо хоногийн дараа яг ийм үзлийг Францын тэргүүний математикчдын нэг Анри Паункаре илэрхийллээ. Асуудлыг математикийн үүднээс шийдсэн Паункарегийн үндэслэгээнээс Эйнштейний үндэслэгээнүүд физикт илүү ойр байв. Эйнштейнийг шинэ онол бүтээгч гэж ярьдаг ч Паункарегийн нэрийг түүний чухал хэсгүүдийг боловсруулахтай холбон дурддаг билээ. Шинжлэх ухааны хуулиуд хөдөлж байгаа бүх ажиглагчийн хувьд тэдний хөдөлгөөний хурднаас үл хамааран адилхан байх ёстой гэдэгт харьцангуйн гэгдэх энэ онолын суурь үүсгэл үнэн оршино. Энэ үүсгэл үнэн нь хөдөлгөөний тухай Ньютоны хуулиудын хувьд үнэн байсан бол одоо тэр нь Максвеллийн онолд, гэрлийн хурданд ч хамаатай боллоо. Иймд дурын ажиглагчийн хэмжсэн гэрлийн хурд ажиглагчид ямар хурдаар хөдөлж байгаагаас үл хамааран адил байх ёстой. Энэ энгийн зарчмаас хэд хэдэн, алдартай мөрдөлгөө урган гарсан билээ. Тэднээс хамгийн алдартай нь Эйнштейний E=mc^2 (энд E-энерги, m -масс, с -гэрлийн хурд) гэсэн алдарт томъёонд илрэлээ олсон масс, энерги хоёр тэнцүү хийгээд юу ч гэрлээс хурдан хөдөлж чадахгүй гэдэг хууль биз ээ. Масс, энерги хоёр тэнцүү болохоор хөдөлж байгаа биеийн энерги нь массаа нэмэгдүүлнэ. Тодруулбал энерги их байх тусам хурдыг нэмэгдүүлэхэд бэрхшээл учрах болно. Энэ нөлөө үнэндээ гэрлийн хурданд ойролцоо хурдтай хөдөлж байгаа биетийн хувьд л чухал байдаг. Хэрэв ямар нэг биетийн хурд гэрлийн хурдны 10 хувьд хүрвэл түүний масс хэвийнхээсээ 0,5 хувиар их болно, харин гэрлийн хурдны 90 хувьд хүрвэл масс нь хэвийнхээсээ хоёр дахин их болох юм. Гэрлийн хурданд дөхөхийн хэрээр биетийн масс улам нэмэгдэж, ийн цааш хурдсахад улам их энерги шаардагдана. Үнэндээ тэрээр гэрлийн хурданд хэзээ ч хүрч чадахгүй, учир нь тэр үед түүний масс төгсгөлгүй их болох бөгөөд масс энергитэй тэнцүү тул тийм хурданд хүрэхэд төгсгөлгүй их энерги шаардагдахад хүрнэ. Иймд жирийн аливаа биет харьцангуйн зарчмаар ямагт гэрлийн хурднаас хэтрэхгүй хурдтай хөдлөнө. Зөвхөн гэрэл болон хувийн массгүй бусад долгион л гэрлийн хурдтай хөдөлж чадна. Харьцангуйн онолын өөр нэг алдарт мөрдөлгөө ч орон зай цаг хугацааны талаарх бидний төсөөллийг өөрчилсөн юм. Ньютоны онолын хувьд гэрлийн импульс нэг цэгээс нөгөөд хүрсэн бол янз бүрийн ажиглагч түүний туулсан хугацаан дээр (цаг хугацаа үнэмлэхүй учраас) санал нийлдэг ч гэрэл хэр хол зам туулсан тухайд (орон зай үнэмлэхүй биш учраас) ямагт санал зөрдөг. Гэрлийн хурд нь түүний туулсан зайг хугацаанд нь хуваасантай тэнцүү болохоор янз бүрийн ажиглагч гэрэлд өөр өөр хурд онооно. Харьцангуйн онолын хүрээнд харин эсрэгээр бүх ажиглагч гэрэл ямар хурдтай тархдаг дээр санал нийлэх ёстой байдаг. Гэхдээ гэрлийн туулсан зайны тухайд санал чөрсөн хэвээр байдаг тул гэрэл хэдэн цаг явсан дээр ч санал зөрөх болно. (Явалтын хугацаа бол ажиглагчдын санал нийлдэггүй гэрлийн туулсан зайг тэдний санал нийлдэг гэрлийн хурданд хуваасантай тэнцүү.) Өөрөөр хэлбэл харьцангуйн онол үнэмлэхүй цаг хугацааны ойлголтонд цэг тавьсан юм! Ажиглагч бүр өөрт байгаа цагаар хэмжих цаг хугацааны өөрийн гэх хэмжүүртэй байх ёстой бөгөөд ажиглагч бүрт байгаа нэг загварын цагууд нь таарахгүй байж болох ажээ.
Гэрлийн импульс эсвэл радио долгион илгээж үйл явдал хэзээ, хаана болсоныг тодорхойлохдоо радио долгионоор бүртгэгч ашиглаж болно. Илгээсэн дохионы зарим хэсэг үйл явдал дээр эргэн ойх бөгөөд ажиглагч энэхүү цуурай-дохиог хүлээн авсан хугацаагаа тэмдэглэдэг. Дохиог илгээгээд эргэн хүлээн авсан хугацааны дундажаар тухайн үйл явдал хэзээ болсоныг тогтоох бөгөөд үйл явдал хүртэлх зай нь явж ирэхэд зарцуулсан хугацааны энэ дунджийг гэрлийн хурдаар үржүүлсэнтэй тэнцүү. (Үйл явдлыг орон зайн тодорхой нэг цэгт, цаг хугацааны тодорхой нэг агшинд болсон ямар нэг зүйл гэдэг утгаар ойлгоно.) Өгүүлсэн бүхнийг орон-цагийн диаграммын жишээ болох 2.1 зурагт үзүүллээ. Бие биетэйгээ харилцан адилгүй хөдөлж байгаа ажиглагчид энэ аргыг ашиглан нэг үйл явдалд ялгаатай цаг, байрлал онооно. Янз бүрийн ажиглагчийн хийсэн хэмжилтийн нэг нь ч бусдаасаа илүү-зөв байхгүй ч бүгд өөр хоорондоо холбоотой. Бусад ажиглагчийн харьцангуй хурдыг мэдэж байвал тэд үйл явдалд ямар цаг, байрлал оноохыг ажиглагч бүр нарийн тооцож чадна. Бид цаг хугацааг уртаас нарийн тодорхой хэмжиж чаддаг болсон болохоор зайг нарийн тодорхойлохын тулд өнөө чухам ийм аргыг хэрэглэж байна. Үнэндээ метрийг ч гэсэн цезийн цагаар хэмжсэн 0.000000003335640952 секундын хугацаанд гэрлийн туулж өнгөрдөг зай гэж тодорхойлдог. (Энэ тоо нь Парист хадгалагддаг тусгай цагаан алтан туйван дээрх хоёр тэмдэглэл хоорондын зайгаар метрийг тодорхойлдог уламжлалт тодорхойлолттой таардаг.) Үүнчлэн гэрлийн секунд гэгдэх бүр ч тохиромжтой, уртын шинэ нэгжийг ашиглаж болно. Үүнийг нэг секундэд гэрлийн туулах зай гэж нийтээр тодорхойлдог. Харьцангуйн ерөнхий онолд зайг цаг хугацаа болон гэрлийн хурдаар тодорхойлдог болохоор ажиглагч бүр гэрлийн хурдыг нэгэн утгатайгаар (тодорхойлолт ёсоор 0.000000003335640952 секундэд 1 метр гэж) хэмжих нь аяндаа мөрдөн гардаг, Эфир оршин байгааг яагаад ч илрүүлж чадахгүйг Майкельсон-Морлигийн туршилт үзүүлсэн болохоор түүний тухай ойлголтыг оруулж тооцох шаардлага байхгүй. Гэхдээ харьцангуйн онол биднээс орон зай, цаг хугацааны тухай төсөөллөө үндсээр нь өөрчлөхийг шаардсан юм. Цаг хугцаа орон зайгаас бүрэн тусдаа, салангид бус, харин түүнтэй хосолж орон-цаг гэгдэх нэгдмэл зүйлийг үүсгэдэгийг бид хүлээн зөвшөөрөх хэрэгтэй боллоо. Орон зай дахь цэгийн байрлалыг гурван тоо буюу координатаар тодорхойлдог нь өдөр тутмын амьдралд байдаг л зүйл. Жишээ нь, тасалгаан дахь ямар нэг цэгийг нэг хананаас долоон алхамд, нөгөөгөөс гурван алхамд, шалнаас хоёр алдын өндөрт байна гэж тодорхойлж болох юм. Эсвэл тухайн нэг цэг тийм уртраг, тийм өргөрөгт, далайн түвшнээс дээш тийм өндөрт байна гэж тодорхойлж болдог. Тохиромжтой гурван координатыг ашиглаж болох ч тэд хязгаарлагдмал хүрээнд л хэрэглэгдэнэ. Хэн ч сарны байрлалыг Пикадиллийн Тойргийн хойноос, баруунаас милиэр тооцон, далайн түвшинээс дээш футаар [Пикадиллийн Тойрог-Лондонгийн хөл хөдөлгөөнтэй таван гудамжны уулзварт байрладаг тойрог. 1 фут=30.48 см] тодорхойлж чадахгүй. Үүний оронд нар хүртэлх зайг гарагуудын тойрог замын хавтгай хүртэлх зай, сарыг нартай холбосон шулуун болон Альфа Центавр гэх мэт ойрын одтой нарыг холбосон шулуун хоорондын өнцгийг зааж түүнийг тодорхойлох хэрэгтэй. Тэглээ ч эдгээр координат манай галактик дахь нарны байрлалыг эсвэл бусад галактикийн дундах манай галактикийн байрлалыг тогтооход төдийлөн хэрэглэгдэхгүй. Үнэндээ нийт орчлон ертөнцийг өөр хоорондоо холбоо бүхий тусгаар хэсгүүдийн цогцолбор гэж үзэж болох юм. Хэсэг тус бүрт цэгийнх нь байрлалыг тогтоож болох гурван координат бүхий өөр өөр тогтолцоог хэрэглэж болно. Үйл явдал бол орон зайн тодорхой цэгт, тодорхой нэг цаг хугацаанд болдог зүйл. Тэгэхээр үйл явдлыг дөрвөн тоо буюу дөрвөн координатаар тогтоож болно. Координатын сонголт бас л дурын байх агаад орон зайн нарийн тодорхой гурван координат, цаг хугацааны дурын нэг хэмжээсийг авч болно. Орон зайн дурын хоёр координат хооронд ялгаа байдаггүйн нэгэн адил харьцангуйн онолд орон зайн болон цаг хугацааны координат хооронд бодит ялгаа байхгүй. Орон зайн нэг координат нь орон зайн хуучин координатын хоёрых нь хослол байх координатын шинэ тогтолцоог сонгож болох юм. Жишээ нь, дэлхийн гадаргуу дээрх цэгийн байрлалыг Пикадиллийн Тойргийн хойноос, баруунаас милиэр хэмжин тогтоохын оронд Пикадиллийн Тойргоос зүүн хойш эсвэл баруун хойш хэдэн мильд байгаагаар тогтоож болно. Энэчлэн харьцангуйн онолд (секундаар хэмждэг) хуучин цаг хугацаа дээр Пикадиллийн Тойргийн хойд талаас (хэмжсэн гэрлийн секундийн) зайг нэмсэн цаг хугацааны шинэ координатыг хэрэглэж болдог. Аливаа үйл явдлын дөрвөн координатыг орон-цаг гэгдэх дөрвөн хэмжээст орон зай дахь түүний байрлалыг тодорхойлогч гэж үзэх нь тустай юм. Дөрвөн хэмжээст орон зайг төсөөлөхөд амаргүй. Би өөрөө гурван хэмжээст орон зайг ч чадан ядан төсөөлдөг юм! Харин дэлхийн гадаргуу шиг Хоёр хэмжээст орон зайг диаграммаар илэрхийлэхэд хэцүү биш. (Аливаа цэгийн байрлалыг нь уртраг, өргөрөг гэсэн хоёр координатаар илэрхийлж болдог учраас дэлхийн гадаргуу хоёр хэмжээстэй.) Цаг хугацааны тэнхлэг нь дээш чиглэсэн, харин орон зайг илэрхийлсэн нэг тэнхлэгийг нь хөндлөн байрлуулсан диаграммуудыг би ерөнхийдөө хэрэглэнэ. Орон зайн нөгөө хоёр тэнхлэгийг орхисон эсвэл зарим тохиолдолд нэгийг нь алслалтанд дүрсэлсэн байгаа. (2.1 зургийнх шиг диаграммыг орон-цагийн диаграмм гэж нэрлэнэ.) Жишээ нь, 2.2 зурагт цаг хугацааг жилээр хэмжин, дээш чигэлсэн тэнхлэгээр илэрхийлсэн бол нарнаас Альфа Центавр хуртэлх зайг Милиэр хэмжин, хөндлөн тэнхлэг дагуу уулсан байна. Нар, Альфа Центавр хоёрын орон-цагт туулсан замыг диаграммын зүүн, баруун талд босоогоор үзүүлсэн. Нарнаас цацарсан гэрлийн цацраг - тархаж, Альфа Центаврт дөрвөн жилийн дараа очно.
/
/
Гэрлийн хурд үүсгүүрийн хурднаас үл хамааран тогтмол байдгийг Максвеллийн тэгшитгэл урьдчилан хэлж, энэ нь нарийн хэмжилтээр батлагдсаныг бид үзсэн. Тодорхой нэг цагт, орон зайны тодорхой нэг цэгээс гарсан гэрлийн импульс яваандаа хэмжээ, байрлал нь жирийнхээ хурднаас үл хамаарах гэрлийн хүрээ болон тархдаг гэдэг нь үүнээс урган гарна. Саяны нэг секундын гэрэл 300 метр радиустай хүрээг үүсгэн тархдаг ба хоёр секундын дараа хүрээний радиус 600 метр гэх мэтээр томордог. Энэ нь цөөрмийн ус руу чулуу шидэхэд усны долгиотой ижил юм. Эдгээр долгио яваандаа томрох тойрог байдлаар тархдаг. Цөөрмийн хоёр хэмжээст гадаргуу болон цаг хугацааны нэг хэмжээсийг нийлсэн гурван хэмжээст загварыг төсөөлбөл усанд ч тархах долгион тойрог нь усанд чулуу хүрсэн тэр агшин, тэр цэг дээр оройтой конусыг үүсгэнэ. (зураг 2.3).
/Энэ ямар нэг үйл явдлаас тархсан гэрэл нь дөрвөн хэмжээст орон-цагт гурван хэмжээст конусыг үүсгэдэг. Энэ конусыг тухайн үйл явдлын гэрлийн ирээдүйн конус гэж нэрлэнэ. Тухайн үйл явдалд хүрч чадах гэрлийн импульсыг үүсгэсэн үйл явдлын олонлог болох гэрлийн урьдын конус гэгдэх өөр нэг конусыг ч зурж болно (зураг 2.4т харуулсан байна.) Ямар нэгэн үйл явдлын гэрлийн урьдын ба ирээдүйн конус орон-цагийг гурван хэсэгт хуваана (зураг 2.5). Тухайн үйл явдлын үнэмлэхүй ирээдүй бол үйл явдлын гэрлийн ирээдүйн конус доторх муж юм. Энэ бол зарчмын хувьд Р цэгт болсон үзэгдлийн нөлөөг авч болох бүх үйл явдлын цогц. Юу ч гэрлээс хурдан хөдөлж чадахгүй учраас Р үйл явдлын гэрлийн конусын гадна байгаа үйл явдалд Р үйл явдлаас үүссэн дохио хүрч чадахгүй. Иймд Р дээр болсон үзэгдэл тэдэнд нөлөөлөхгүй. Р үйл явдлын үнэмлэхүй өнгөрсөн нь гэрлийн урьдын конусын доторх мужаар илэрхийлэгдэнэ. Энэ бол гэрлийн хурдтай эсвэл түүнээс бага хурдтайгаар тархаж үйл явдалд хүрсэн дохионуудыг үүсгэсэн бүх үйл явдлын олонлог юм. Ингэхлээр энэ нь, Р цэгт болох үзэгдэлд нөлөөлөх боломжтой бүх үйл явцын цогц мөн. Р үйл явдлын гэрлийн урьдын конус дотор багтах орон зайн тухайн нэг мужийн хаа нэгтээ, тодорхой нэг цагт юу тохиосоныг мэдвэл Р үйл явдалын хүрээнд юу тохиохыг урьдчилан хэлж чадна. Гэрлийн урьдын ба ирээдүйн конус дотор багтаагүй орон зайн мужийг гадаад тал гэж нэрлэнэ. Гадаад талд хамаарах үйл явдлууд Р үйл явдалд нөлөөлөх ч үгүй Р үйл явдлын нөлөөг ч авахгүй.
/
/
зураг 2.5
Жишээ нь, нар яг одоо гэрэлтэхээ гэнэт боливол тухайн агшинд энэ нь дэлхийн амьдралд огт нөлөөлөхгүй, яагаад гэвэл тэрээр нар бөхөх үзэгдлийн гадна талд байх болно (зураг 2.6).
Нарнаас цацарсан гэрэл дэлхийд хүрч ирдэг тэр хугацааны дараа буюу найман минутын дараа л бид энэ тухай мэднэ. Тэр үед л дэлхий дээрх үзэгдэлүүд нар бөхөх үзэгдлийн гэрлийн ирээдүйн конуст орох болно. Үүний нэгэн адил, орчлон ертөнцийн алслагдсан хэсэгт одоо юу болж байгааг бид мэддэггүй бөгөөд бидний харж байгаа холын галактикийн гэрэл хэдэн сая жилийн өмнө цацарсан, харин бидний олж нээсэн хамгийн хол биетийн гэрэл найман мянган сая жилийн өмнө цацарсан аж.Тэгэхээр орчлон ертөнцийг ажиглан харахдаа бид түүнийг өнгөрсөн үед нь харж байна гэсэн үг. 1905 онд Эйнштейн, Паункаре хоёр таталцлын нөлөөг тооцоогүйн нэгэн адилаар асуудалд хандвал тусгай гэгдэх харьцангуйн онолоор асуудлыг шийднэ гэсэн үг. Орон-цаг дахь үйл явдал бүрийн хувьд (орон-цагт тухайн үйл явдлаас цацарсан гэрлийн тархах боломжит бүх замын олонлог болох) гэрлийн конусыг байгуулж болох ба гэрлийн хурд нь ямарч үйл явдлын хувьд, бүх зүгт ижил байдаг болохоор гэрлийн бүх конус нэгэн ижил байхын хамт зүг бүрт чиглэсэн байна. Уг онол юу ч гэрлээс хурдан хөдөлж чадахгүй гэж бас өгүүлдэг. Энэ нь цаг хугацаа, орон зайд аливаа биетийн туулах зам тухайн биет дээр өрнөсөн үйл явдал бүрийн гэрлийн конусын доторх зураасаар илэрхийлэгдэх ёстой гэдгийг илтгэнэ (зураг 2.7). Бүх ажиглагчийн хувьд гэрлийн хурд (Майкельсон- Морлигийн туршлагын үзүүлсэнчлэн) ижил байдгийг тайлбарлахад төдийгүй биет гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдтай хөдлөх үед юу тохиолдохыг тодорхойлоход харьцангуйн тусгай онол маш сайн таарч байжээ. Гэвч энэ онол нь биетүүд хоорондынхоо зайнаас хамаарах хүчээр бие биенээ татдаг гэдэг таталцлын тухай Ньютоны онолтой таарахгүй байв. Ньютоны онол биетийн аль нэг нь хөдөлвөл бусдад үзүүлэх хүч нь агшин зуурт өөрчлөгддөг гэдгийг заадаг юм. Өөрөөр хэлбэл таталцлын үйлчлэл харьцангуйн онолын шаарддаг шиг гэрлийн хурдтай тэнцүү буюу бага хурдтайгаар биш, харин төгсгөлгүй хурдтай тархах ёстой. Харьцангуйн тусгай онолтой тохирох таталцлын онол байгуулах хэд хэдэн амжилтгүй оролдлогыг 1908-аас 1914 онд Эйнштейн хийсэн юм. Үүний эцэст 1915 онд тэрээр харьцангуйн ерөнхий гэж өнөө бидний нэрлэж байгаа онолыг дэвшүүлсэн билээ.
Таталцал бол жирийн нэг хүч биш бөгөөд тэр нь орон-цаг өмнө бодож байсанчлан хавтгай бус, харин өөрт агуулагдах масс, энергийн нөлөөгөөр муруйж, "тонгойдог"-ийн шалтгаан юм гэсэн хувьсгалт шинжтэй саналыг Эйнштейн дэвшүүлэв. Дэлхий шиг биетүүд таталцлын хүчнээс болж муруйсан тойрог замаар хөдлөх шаардлагагүй байдаг. Үүний оронд тэд муруй орон зайд шулуунтай нилээд төстэй, геодезийн гэгдэх замаар замнадаг. Геодезийн гэдэг нь зэргэлдээ хоёр цэг хоорондын хамгийн дөт (эсвэл хамгийн тойруу) зам юм, Жишээлбэл дэлхийн гадарга бол хоёр хэмжээст муруй орон зай бөгөөд дэлхий дээрх их тойргийг геодезийн гэх агаад энэ нь хоёр цэгийн хоорондын хамгийн дөт зам байна (зураг 2.8). Нисэх онгоцны дурын хоёр буудал хоорондын хамгийн дөт зам нь геодезийн байдаг болохоор нисэх онгоцны мэдээч нар чухам ийм замыг нисгэгчдэд мэдээлж байдаг. Харьцангуйн ерөнхий онолоор биес дөрвөн хэмжээст орон-цагт ямагт шулуунаар замнадаг ч гурван хэмжээст орон зайд муруй замаар замнадаг мэтээр харагддаг байна. (Үнэмшихийн тулд доворхог газрын дээгүүр нисч байгаа онгоцыг ажиглаарай. Онгоц өөрөө гурван хэмжээст орон зайд шулуунаар нисч байгаа ч сүүдэр нь газрын хоёр хэмжээст гадаргуу дээр муруй байдлаар шилждэг.) Нарны масс нь орон-цагийг дөрвөн хэмжээст орон зайд дэлхий шулуунаар хөдөлж байв ч гурван хэмжээст орон зайд тойрог замаар хөдөлж байгаа мэт харагдахаар муруйлгадаг ажээ. Үнэндээ харьцангуйн ерөнхий онолын таамагласан гарагийн тойрог замууд таталцлын тухай Ньютоны онолын таамагладагтай бараг л таардаг. Гэхдээ наранд хамгийн ойр байж, таталцлын хамгийн хүчтэй нөлөөнд орж, маш их сунасан тойрог замаар хөдөлдөг Буд гарагийн хувьд харьцангуйн ерөнхий онол нь зууван тойрог замын их тэнхлэг арван мянган жилд ойролцоогоор нэг орчим хэмээр өөрчлөгдөн нарыг тойрон эргэх ёстой гэж урьдчилан хэлсэн юм. Ялихгүй ч гэлээ энэ нөлөө 1915 оноос өмнө тэмдэглэгдэн, Эйнштейний онолын анхны баталгаануудын нэг болж тодорхойлогдсон билээ. Сүүлийн жилүүдэд радио долгионоор бүртгэгч төхөөрөмж ашиглан бусад гарагийн тойрог зам Ньютоны таамаглалаас бага боловч гаждагийг хэмжиж чадсан бөгөөд тэр нь харьцангуйн ерөнхий онолын таамаглалтай таарч байна.
Гэрлийн цацрагууд орон-цагт бас геодезоор замнах ёстой. Орон зай муруйдаг гэдэг нь гэрэл шулуунаар тархдаггүйг мөн илэрхийлдэг. Иймд гэрэл таталцлын оронгуудын нөлөөгөөр хазайх ёстой гэж харьцангуйн ерөнхий онол урьдчилан хэлдэг. Жишээ нь, нартай ойр орших цэгийн гэрлийн конусууд нарны массын нөлөөгөөр түүн рүү бага зэрэг хазайх ёстой гэж энэ онол таамагладаг юм. Энэ нь нарны хажуугаар өнгөрөх холын оддын гэрэл багагүй өнцгөөр хазайн дэлхий дээр байгаа ажиглагчийн хувьд ондоо байрлалд харагдах ёстой (зураг 2.9) гэсэн үг. Тухайн одны гэрэл ямагт наранд ойрхонуур явж өнгөрдөг бол бид гэрэл хазайдаг эсэхийг эсвэл тухайн од бидэнд харагдаж байгаа газраа үнэхээр байдаг эсэхийг хэлж чадахгүй байх байсан. Гэвч дэлхий нарыг тойрон эргэж, зарим од нарны цаагуур далд ороод гарч ирэх үед тэдний гэрэл гаждаг. Ингээд тэдний харагдах байрлал нь бусад одноос харьцангуйгаар өөрчлөгддөг. Нарны хурц гэрэл нь тэнгэр огторгуйд түүнтэй зэрэгцэн оршиж байгаа оддыг харах боломж олгодоггүй учраас энэ нөлөөг ажиглахад ерөнхийдөө маш бэрх. Гэхдээ ийм боломж нарны гэрлийг сар халхалсан, нар хиртэх үед тохиодог. 1915 онд Эйнштейний таамагласан гэрлийн хазайлтыг хэн ч тэр даруй шалгаж чадаагүй, учир нь Дэлхийн Нэгдүгээр Дайн эхэлчихсэн байлаа. Онолын таамаглаж байсанчлан гэрэл нарнаас болж үнэхээр муруйдагийг Баруун Африкаас нар хиртэлтийг ажиглаж байсан Английн экспедиц 1919 онд харуулжээ. Английн эрдэмтэд Германы онолын зөв болохыг нотолсон нь дайны дараа хоёр орон эвлэрэхийн бас нэг агуу үйл болон тэмдэглэгдсэн билээ. Тохуурхалтай нь энэ экспедицийн авсан фото зурганд хожим хийсэн шинжилгээ л тэдний хэмжих гэж оролдож байсан нөлөө хэмжилтийн алдааны зэрэгтэй таарахаар их байсныг илрүүлсэн юм. Англичуудын үр дүн нэг бол цэвэр аз байсан, үгүй бол шинжлэх ухааны хүрээнд цөөнгүй тохиолддог олж авахыг хүссэнээ олж авсан тэр тохиол байжээ. Гэхдээ нарнаас болж гэрэл муруйдаг нь хожим хэд хэдэн ажиглалтаар тодорхой батлагдсан юм. Дэлхий шиг их масстай биеийн ойролцоо цаг хугацаа удаашрана гэдгийг харьцангуйн ерөнхий онол бас таамагласан билээ. Энэ нь энерги их байх тусам давтамж өндөр байх тодорхой хамаарал гэрлийн энерги, давтамж (өөрөөр хэлбэл секунд дэх гэрлийн долгионы тоо) хооронд байдгаас урган гардаг. Дэлхийн таталцлын оронд гэрэл чанх дээш тархдаг болохоор энергиэ алдаж, түүний давтамж багасдаг байна. (Долгионы зэргэлдээ нуруу хоорондын хугацааны хэмжээ ихсэнэ гэсэн үг.) Их өндөрт байрласан ажиглагчид доор болж байгаа бүхэн удаан болж байх шиг санагдах учиртай. Энэ таамаглалыг нэгийг нь ус түгээх цамхагийн орой дээр, нөгөөг нь түүний суурьт байрлуулсан маш нарийн хоёр цагийн тусламжтайгаар 1962 онд шалгасан юм. Газарт ойр байсан цаг харьцангуйн ерөнхий онолтой яг таарч удаан явж байжээ. Дэлхий дээрх ялгавартай өндөрт цагууд ялгаатай явдаг нь хиймэл дагуулаас илгээсэн дохионд суурилан ажилладаг агаарын болон усан замын мэдээлэгч тогтолцоо бий болсонтой холбоотойгоор өнөөдөр ихээхэн практик ач холбогдолтой болжээ. Харьцангуйн ерөнхий онолын таамаглалыг үл хэрэгсвэл тухайн нэг байрлалын координатуудыг хэдэн милиэр алдаатай тооцох юм! Хөдөлгөөний тухай Ньютоны хууль орон зай дахь үнэмлэхүй байрлалын тухай үзэлд цэг тавьсан бол харьцангуйн онол биднийг үнэмлэхүй цаг хугацаанаас чөлөөллөө. Ихэр хүмүүсийг жишээ болгон авъя. Нэг нь уулын орой дээр амьдрахаар одсон, нөгөө нь далайн түвшинд амьдрахаар үлдсэн гэж үзье. Эхнийх нь удаахаасаа арай хурдан хөгширнө. Ингээд тэд уулзах үед нэг нь нөгөөгөөсөө хөгшин харагдах болно. Энэ тохиолдолд насны ялгаа нь тун бага байх авч ихрийн нэг нь гэрлийн хурдтай ойролцоо хурд бүхий сансрын хөлгөөр алсын аянд мордсон бол бүр их болох байлаа. Буцаж ирэхдээ тэрээр дэлхий дээр үлдсэн ихрээсээ тун залуу харагдах юм. Үүнийг ихрийн парадокс гэдэг боловч энэ нь сэтгэлийнхээ гүнд үнэмлэхүй цаг хугацаанд итгэдэг хүмүүст л зориулагдсан билээ. Харьцангуйн ерөнхий онолд үнэмлэхүй цаг хугацаа гэж байдаггүй, харин оронд нь бодгаль тус бүр хаана байрлаж, хэрхэн хөдөлж байгаагаасаа хамаарсан цаг хугацааны өөрийн хэмжүүртэй байна. Орон зай, цаг хугацааг дотоодод нь үйл явдал болж өрнөдөг ч тэдгээр үйл явдлын нөлөөнд үл автах өөрчлөгддөггүй талбар гэж 1915 оноос өмнө төсөөлж байлаа. Харьцангуйн тусгай онолын хувьд ч байдал ийм л байв. Бие хөдөлж, хүч татаж, түлхэж байхад цаг хугацаа, орон зай хоёр л хэвээр, нөлөөнд үл автан байсан юм. Орон зай, цаг хугацааг төгсгөлгүй. мөнх гэж бодох нь зүй ёсны байжээ. Харьцангуйн ерөнхий онолд нөхцөл байдал огт өөр болов. Орон зай, цаг хугацаа өнөөдөр хувьсамтгай хэмжигдэхүүн болсон бөгөөд бие хөдөлж эсвэл хүч үйлчилж байхдаа орон зайн муруйлт, цаг хугацаанд нөлөөлж, орон-цагийн бүтэц нь бие хэрхэн хөдөлж, хүч яаж үйлчлэхэд эргээд нөлөөлдөг. Орон зай, цаг хугацаа хоёр орчлон ертөнцөд болж байгаа бүхэнд нөлөөлдөг төдийгүй, өөрсдөө ч түүний хүрээнд болж байгаа бүхний нөлөөнд ордог. Орон зай, цаг хугацааны төсөөлөлгүйгээр орчлон ертөнц дэх үйл явдлын тухай ярьж болохгүйн нэгэн адил орон зай, цаг хугацааг орчлон ертөнцөөс ангид ярих нь харьцангуйн ерөнхий онол ёсоор утгагүй юм.
Орон зай, цаг хугацааны тухай энэхүү шинэ ойлгоц орчлон ертөнцийн талаарх үзэлд маань сүүлийн хэдэн арван жилд хувьсал хийлээ. Оршин байсан, мөнхөд оршин байсаар байх, бараг өөрчлөгддөггүй орчлон ертөнцийн тухай хуучин төсөөлөл маань тодорхой нэг хугацааны өмнө үүссэн, ирээдүйн аль нэг цагт оршихуйгаа алдаж ч болох хувирч өөрчлөгддөг, тэлж байгаа орчлон ертөнцийн тухай төсөөллөөр солигдлоо. Дараагийн бүлгээ энэхүү хувьсгалд зориулав. Хэдэн жилийн өмнө энэ нь онолын физик дэх судалгааны ажлын маань эхлэл цэг байсан билээ. Орчлон ертөнц эхлэлтэй байх ёстой, төгсгөлтэй ч байж болохыг Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онол илэрхийлдэгийг Рожер Пенроуз бид хоёр үзүүлсэн юм.
Гуравдугаар бүлэг
Тэлж байгаа орчлон ертөнц
Саргүй түнэр харанхуй шөнө тэнгэр огторгуй руу харвал бүхнээс түрүүн таны харах хамгийн хурц биет нь Цолмон, Улаан Нүдэн, Бархасбадь, Санчир гарагууд байх болно. Манай нартай төстэй ч биднээс асар хол оршин байгаа олон тооны оддыг ч бас харна. Дэлхий нарыг тойрон эргэдэгээс болоод үл-хөдлөх тэдгээр одны зарим нь өөр хоорондын байрлалаа үл ялиг өөрчилсөн байдаг. Үнэндээ тэд огт хөдөлгөөнгүй биш юм! Ийн өөрчлөгдөж харагддаг нь тэд бидэнтэй харьцангуй ойрхон байдагтай холбоотой. Дэлхий нарыг тойрон эргэдэг болохоор тэд бүр холын дэвсгэр оддоос ялгарч янз бүрийн байрлалд харагддаг ажээ. Энэ нь эдгээр од хүртэлх зайг шууд хэмжих боломжийг бидэнд олгодог агаад тэд ойр байх тусмаа илүү хөдлөмтгий харагддаг юм. Проксим Центавр гэгдэх хамгийн ойрын од биднээс гэрлийн дөрөв орчим жилийн алсад (түүний гэрэл дэлхийд иртлээ дөрөв орчим жилийг туулдаг) буюу барагцаалбал хорин гурван саяын сая милийн зайд оршдог. Энгийн нүдэнд харагдах ихэнх од биднээс гэрлийн хэдэн зуун жил алслагдсан байдаг юм. Үүнтэй харьцуулбал манай нар гэрлийн наймхан минутын зайд байдаг! Харагдах одод шөнийн тэнгэрт нилдээ түгсэн үзэгддэг ч Тэнгэрийн заадал гэж бидний нэрлэдэг тэр хэсэгт гойд шигүү цугласан байдаг билээ. Тэнгэрийн заадал оршин байгааг харагдах оддын ихэнх хэсэг мушгиа гэж өнөө бидний нэрлэдэг галактикуудын нэг төрөл болох дүгрэг маягийн хэлбэр дүрс бүхий галактикийн дотор байрладагаар тайлбарлана гэсэн санааг бүр 1750 онд зарим одон орон судлаач илэрхийлж байжээ. Хэдэн арван жилийн дараа одон орон судлаач Вилъям Гершель олон тооны одны байрлал, зайн жагсаалтыг гаргах маш нүсэр ажлыг хийж байхдаа энэ санааг баталсан юм. Гэсэн хэдий ч уг санааг энэ зууны эхээр л бүрэн хүлээн зөвшөөрсөн билээ. Орчлон ертөнцийн талаарх орчин үеийн дүр зураг маань Америкийн эрдэмтэн, одон орон судлаач Эдвин Хаббл манай галактик цорын ганц нь биш гэдгийг үзүүлсэн 1924 оноос л эхтэй юм. Үнэндээ асар их, хоосон зайгаар тусгаарлагдсан олон галактик оршин байдаг ажээ. Үүнийг нотлохын тулд эдгээр галактик хүртэлх зайг тодорхойлох шаардлага Хабблд тулгарсан бөгөөд тэдгээр галактик ойрын оддоос ялгаатай нь огт хөдөлгөөнгүй юм шиг харагдахаар тийм хол байдаг байна. Иймээс зайг хэмжихдээ тэрээр дам аргыг хэрэглэх хэрэгтэй болжээ. Оддын гялалзалт нь хэдий тооны гэрэл тухайн одноос цацарсанаас (түүний гэрэлтэлтээс), мөн хэр хол байгаагаас хамаардаг. Ойрын оддын тухайд тэдний гялалзалт болон зайг хэмжээд гэрэлтэлтийг нь тооцоолж болдог. Үүний эсрэгээр хэрэв бид бусад галактикийн оддын гэрэлтэлтийг мэдвэл гялалзалтыг нь хэмжиж тухайн од хүртэлх зайг тооцоолж болох юм. Зарим төрлийн од хэмжилтэнд өртөхөөр ойрхон байхдаа ч ижил гэрэлтэлттэй байдгийг Хаббл олж ажигласан бөгөөд ийм оддыг өөр галактикаас олбол тэд ижил гэрэлтэлттэй байна гэж үзээд энэ галактик хүртэлх зайг тооцоолж болно гэж тэрээр бодсон байна. Нэг галактикийн хүрээнд хэд хэдэн одны хувьд хийсэн иймэрхүү тооцоо ижил зайг илэрхийлж байвал тооцоог найдвартай гэж үзэж болно. Ийм маягаар Хаббл есөн өөр галактик хүртэлх зайг тооцоолжээ. Манай галактик бол орчин үеийн огторгуйн дурангаар харж болох, тус бүрдээ хэдэн зуун мянган сая одыг агуулсан байдаг хэдэн зуун мянган сая галактикийн нэг гэдгийг өнөө бид мэддэг болсон. Өөр ямар нэг галактик дээр амьдарч буй хэн нэгэнд манай галактик ямаршуухан харагдахыг илтгэх мушгиа нэгэн галактикийн зургийг З.1 зурагт үзүүллээ. Хөндлөнгөөрөө гэрлийн зуун мянга орчим жил байдаг, мушгирсан хоолойнууд дахь одод нь төвөө хэдэн зуун сая жил тутамд бараг нэг бүтэн тойрдог, удаан эргэж буй галактик дээр бид амьдарч байна. Манай нар бол мушгирсан нэг хоолойн дотор талд захдуу байрласан жирийн, дундаж хэмжээний шар од юм. Дэлхийг орчлонгийн төв гэж үздэг байсан Аристотель, Птолемейн үеэс хойш бид ямар их замыг туулаа вэ!
Одод гэрэлт өчүүхэн цэг болж харагдахаар тийм хол байдаг. Тэдний хэмжээ, хэлбэрийг ч бид мэдэхгүй. Тэгэхээр янз бүрийн хэлбэр. хэмжээтэй оддын талаар юу гэж яривал зохилтой вэ? Дийлэнх одны хувьд бидний ажиглаж болох зөвхөн нэг онцлог шиыж байдаг нь түүнээс ирэх гэрлийн өнгө юм. Призм гэгдэх гурвалжин шилэн дундуур орсон нарны гэрэл солонго шиг өнгө өнгийн бүрдлүүддээ (спектртээ) задардагийг Ньютон нээсэн билээ. Дурангаа ямар нэг од эсвэл галактик дээр тохируулан тэр од эсвэл галактикийн гэрлийн спектрийг ийм байдлаар ажиглаж болно. Ялгаатай одод ялгаатай спектртэй байдаг ч янз бүрийн өнгөний гялалзах харьцангуй шинж нь улайссан биетээс цацардаг гэрлийнхтэй ямагт адил байдаг. (Үнэндээ улайссан тунгалаг биш биетээс цацарсан гэрэл тухайн биеийн температураас л хамаарах дулааны гэгдэх маш онцгой спектртэй байдаг. Иймд гэрлийнх нь спектрээс тухайн одны температурыг тодорхойлж болно гэсэн үг.) Түүнээс гадна маш өвөрмөц зарим өнгө одны спектрт огт байдаггүйг, байхгүй эдгээр өнгө од бүхэнд өөр өөр байдгийг бид мэдсэн юм. Химийн элемент бүхэн өнгөний өвөрмөц бүрдэлтэй байдгийг бид мэддэг болохоор тэднийг оддын спектрт байхгүй өнгөтэй харьцуулж, одны агаар мандалд ямар элементүүд байгааг нарийн тодорхойлж чадна. Одон орон судлаачид бусад галактик дээрх оддын спектрийг судалж эхэлсэн 1920-иод онд бүр ч гайхалтай нэг зүйл илрэв. Бусад галактикийн одонд байхгүй өнгөний өвөрмөц нэгэн бүрдэл манай өөрийн галактикийн оддын хувьд илэрсэн атлаа тэд бүгдээрээ спектрийн улаан туйл руу харьцангуй ижил хэмжээтэй шилжиж байлаа. Үүнээс гарах мөрдөлгөөг ойлгохын тулд Доплерийн эффектийг эхлээд ойлгох хэрэгтэй. Бидний мэдсэнчлэн үзэгдэх гэрэл нь цахилгаан-соронзон оронгийн хэлбэлзэл буюу долгионоос тогтдог. Гэрлийн давтамж (буюу нэг секунд дэх долгионы тоо) секундэд дөрвөн зуугаас долоон зуун саяын сая хүртэлх долгионыг агуулсан үлэмж өндөр байдаг. Ялгаатай давтамж бүхий гэрлүүдийг хүний нүд янз бүрийн өнгө болгон хүлээн авдаг бөгөөд хамгийн бага давтамжтай нь спектрийн улаан туйл дээр, хамгийн өндөр давтамжтай нь хөх туйл дээр үзэгддэг юм. Одоо биднээс тодорхой зайд байрласан, тогтмол давтамжтай гэрлийн долгионыг цацруулдаг од маягийн гэрлийн үүсгүүрийг дотроо төсөөлцгөөе. Бидний хүлээн авсан долгионы давтамж цацарсан үеийнхтэйгээ адил байх нь мэдээж (галактикийн таталцлын орон чухал нөлөөтэй биш байг). Одоо үүсгүүр бидний зүг хөдөлж эхэлсэн гэж төсөөлцгөөе. Дараагийн долгион гарах үед үүсгүүр бидэн рүү ойртсон байна, тэгэхээр долгионы нуруу бидэнд иртлээ зарцуулдаг хугацаа нь од хөдөлгөөнгүй байх үеийнхээс бага болно. Иймд ирж байгаа додгионы хоёр нуруу хоорондын хугацаа бага болж, нэг хоромын дотор бидний хүлээн авах долгионы тоо (өөрөөр хэлбэл давтамж) од хөдөлгөөнгүй байсан үеийнхээс их болно гэсэн үг. Эсрэгээр, үүсгүүр холдох үед бидний хүлээн авах долгионы давтамж багасна. Гэрлийн тохиолдолд энэ нь биднээс холдож буй одод улаан туйл руу шилжих спектртэй (улаан шилжилт), харин бидэнд ойртож буй одод хөх рүү шилжих спектртэй байх ёстой гэдгийг илэрхийлнэ. Хурд, давтамж хоёрын ийм харьцааг Доплерийн эффект гэдэг бөгөөд энэ нь бидний өдөр тутмын амьдралд ч тохиолддог. Замаар яваа машинуудыг анхааран сонсоорой. Тэднийг ойртох үед хөдөлгүүрийн дуу өндөрсөж (өөрөөр хэлбэл түүний гаргаж буй дууны долгионы давтамж өндөр болж), харин машин хажуугаар өнгөрч холдох үед дуу намсдаг. Гэрлийн болон радио долгионы үйлдэл бас ийм байдаг. Цагдаа нар машины хурдыг тэднээс хүлээн авсан радио долгионы импульсийн давтамжаар тодорхойлохдоо үнэндээ Доплерийн эффектийг хэрэглэж байдаг билээ. Өөр галактикууд байгаа гэдгийг нотлоод Хаббл амьдралын сүүлийн жилүүдээ эдгээр галактик хүртэлх зайн жагсаалтыг зохиох, тэдний спектрийг ажиглахад зориулсан байна. Тэр үед ихэнх эрдэмтэд галактикууд тун эмх цэгцгүйгээр эргэдэг гэж үздэг байсан болохоор улаан шилжилттэй спектр хэд байна хөх шилжилттэй спектр төчнөөн байх ёстой хэмээн бодож байжээ. Тэгтэл ихэнх галактик улаан шилжилтийг үзүүлж, бараг бүгдээрээ биднээс холдож байсан нь үнэхээр гайхалтай байв! Гэвч галактикуудын улаан шилжилтийн хэмжээ тохиолдлын шинжтэй биш, харин биднээс галактик хүртэл зайтай шууд пропорциональ гэсэн нээлтийг 1929 онд Хаббл зарласан нь бүр гайхалтай байлаа. Өөрөөр хэлбэл галактик хэдий хол байна төдий хурдан холдож байна! Галактик хоорондын зай цаг тутам өсч байгаа болохоор энэ нь орчлон ертөнц өмнө бодож байсанчлан тогтвортой байж чадахгүйг, чухамдаа бол тэлж байгааг илэрхийлсэн юм. Орчлон ертөнц тэлж байгааг нээсэн нь хорьдугаар зууны оюун сэтгэлгээнд гарсан агуу хувьсгалуудын нэг байлаа. Өмнө нь энэ санаа хэний ч ухаанд буугаагүйг өнөө бодоод үзэхэд үнэхээр хачирхалтай. Таталцлын нөлөөгөөр тогтвортой орчлон ертөнц удахгүй хумигдаж эхлэнэ гэдгийг Ньютон болоод бусад эрдэмтэд төсөөлөх л байсан гэхдээ үүний эсрэгээр орчлон ертөнц тэлж байна гэж төсөөлцгөөе орчлон ертөнц алгуурхан тэлж байгаа бол таталцлын хүч тэлэлтийг эцсийн эцэст зогсоож тэрээр хумигдаж эхлэх болно. Харин ханасан тодорхой хурднаас давсан хурдтайгаар тэлж байгаа бол таталцал нь тэлэлтийг зогсоож чадахгүй бөгөөд тэлэлт мөнхөд үргэлжлэх юм. Энэ бүхэн нь дэлхийн гадаргуугаас сансарын хөлөг хөөрөх үед үүсдэг нөхцөлтэй нилээд төстөй. Хэрвээ хөлгийн хурд тийм ч их биш бол таталцлаас болоод тэрээр эцсийн эцэст зогсож, эргэн унах болно. Хөлгийн хурд ханасан тодорхой (секундэд долоон орчим миль) хурднаас их бол таталцлын хүч түүнийг буцааж чадахгүй ертөнцийн тэлэлтийг таталцлын тухай Ньютоны онолын үндсэн дээр XIX, XVIII зуунд, бүр XVII зууны тегсгөлд Урьдчилан хэлж болох байсан. Гэвч тогтвортой орчлон ертөнцөд итгэх итгэл манай зууны эхэн хүртэл алдархааргүй бат бөх байжээ. Эйнштейн ч гэсэн 1915 онд харьцангуйн ерөнхий онолоо томъёолсон атлаа орчлон ертөнцийг тогтвортой байлгахын тулд Эйнштейн томъёондоо сансрын гэгдэх тогтмол хэмжигдэхүүнийг оруулан онолоо өөрчлөн хувиргасан юм. Ямар нэг үүсгүүрээс үүсдэггүйгээрээ бусад хүчнээс ялгардаг. Гэхдээ орон-цагын бүтцэд багтдаг "таталцлын эсрэг" хэмээх шинэ хүчийг тэрээр оруулсан билээ. Орон-цаг угаас тэлэх хандлагатай байдаг бөгөөд энэ тэлэлт орчлон ертөнц тогтвортой байна гэж Эйнштейн батлав. Магадгүй цор ганц хүн харьцангуйн ерөнхий онолд итгэж байжээ. Тогтвортой бус орчлон ертөнцийг урьдчилан хэлсэн харьцангуй таамаглалаас зайлсхийх арга замыг Эйнштейн болон бусад эрдэмтэд хайж байхад Оросын физикч, математикч Александер Фридман харин эсрэгээр түүнийг тайлбарлахийг оролдож байв Бид хаашаа ч харлаа гэсэн орчлон ертөнц ижил харагдах бөгөөд энэ нь орчлон ертөнцийг өөр хаа нэг газраас ажиглахад ч үнэн байна гэсэн маш энгийн хоер таамаглалыг Фридман дэвшүүлжээ. Зөвхөн энэ хоёр санаан дээр тулгуурлан, орчлон ертөнцийг тогтвортой гэж бодож болохгүйг Фридман үзүүлсэн юм. Үнэндээ Эдвин Хабблын нээлтээс хэдхэн жилийн өмнө буюу 1922 онд Фридман түүний нээх зүйлийг зөв таамаглаж байжээ! Орчлон ертөнц аль ч зүгт ижил харагдана гэсэн таамаглал бодит байдал дээр биелэхгүй нь мэдээж. Жишээ нь, бидний үзсэнчлэн манай галактикийн зарим од Тэнгэрийн заадал гэгдэх гэрэлт нарийхан зурвасыг шөнийн тэнгэрт үүсгэдэг. Гэхдээ холын галактик руу харах юм бол тэд бүх зүгт бараг л ижил тооны байна. Иймд бага хэмжээний хүрээн дэх ялгааг анзаарахгүй орхиж, галактик хоорондын зайтай харьцуулсан том хэмжээнд ажиглалт хийх үед орчлон ертөнц үнэндээ бүх зүгт бараг л ижил харагдах ёстой. Бодит орчлон ертөнцийн ойролцоо тайлбар болох, Фридманы таамаглалын хувьд энэ нь олон жилийн турш хангалттай зөвтгөл болсон юм. Гэхдээ Фридманы таамаглал үнэндээ манай орчлон ертөнцийн тухай гайхалтай нарийн тайлбар өгдөгийг хожим азтай тохиолдлоор илрүүлсэн билээ.
1965 онд Америкийн хоёр физикч, Нью-Жерси мужийн Bell Telephone Laboratories компанийн Арно Пензиас, Роберт Вилсон нар бичил-долгионы маш мэдрэмтгий бүртгэгчийг ашиглаж үзсэн байна. (Бичил-долгион нь гэрлийн долгионтой маш төстэй, гэхдээ түүний давтамж нь секундэд арван мянган сая долгионы эрэмбийн байдаг.) Бүртгэгч нь байх ёстойгоос илүү их шуугиан бүртгэсэн байсан нь Пензиас, Вилсон хоёрыг гайхашруулжээ. Энэ шуугиан хаанаас ирсэн нь мэдэгдэхгүй байж. Тэр хоёр бүртгэгчээсээ сангас олоод, иймэрхүү боломжит бусад хүчин зүйлийг эхлээд шалгаж үзсэн ч удалгүй тэднийг хэрэгсэхээ больсон байна. Гэрлийн цацрагууд тэнгэрийн хаяанаас ирж бүртгэгдэхдээ чанх дээрээс ирж бүртгэгдэх үеийнхээсээ илүү их агаар мандлыг туулдаг учраас агаар мандлын дотроос ирсэн аливаа шуугиан бүртгэгчийг эгц дээш чиглүүлээгүй үед арай хүчтэй байх учиртайг тэд олж мэджээ. Илүү шуугиан нь бүртгэгчийг хаашаа ч чиглүүлсэн ижил байсан болохоор агаар мандлын гаднаас ирсэн байх ёстой болов. Тэр нь өдөр ч, шөнө ч, жилийн аль ч улиралд, дэлхий тэнхлэгээ тойрон эргэж, нарыг тойрсон эргэлтээ хийж байхад ч ижил байлаа. Тэгэхээр энэхүү цацраг Нарны Системийн цаанаас, тэр бүү хэл манай галактикийн цаанаас ирсэн байх ёстой гэсэн үг, эсрэг тохиолдолд дэлхийн хөдөлгөөнөөс болоод бүртгэгч чиглэлээ өөрчлөх учраас цацрагийн эрчим өөрчлөгдөх байсан юм. Үнэндээ энэ цацраг бидэнд хүртлээ ажиглагдах бараг бүх орчлон ертөнцөөр нэвтэрч гарсан нь илэрхий бөгөөд тэрээр янз бүрийн чигт ижил байгаа болохоор орчлон ертөнц ч гэсэн наанадаж том хэмжээндээ бүх чигт ижил байх ёстой аж. Аль ч зүг рүү ажиглалт хийлээ гэсэн энэ шуугиан арван мянгад нэг хувиас илүү байхаар хэзээ ч өөрчлөгдөхгүй гэдгийг бид одоо мэддэг болсон. Ингэж Пензиас, Вилсон хоёр Фридманы эхний таамаглалын гайхалтай нарийн баталгааг санамсаргүйгээр олсон юм. Бараг л тэр үед хөрш зэргэлдээ Принстоны Их Сургуулийн фичикч Боб Дикке, Жим Пиблэс нар бичил-долгионы судалгааг бас явуулсан байна. Тэд (нэгэн цагт Александер Фридманы шавь байсан) Жорж Гамовын дэвшүүлсэн, эрт үеийн орчлон ертөнц маш халуун, нягт, улайтлаа халсан байсан тухай таамаглалыг шалгасан ажээ, Маш хол мужийнх нь гэрэл бидэнд дөнгөж одоо л ирж чадах учраас эрт үеийн орчлон ертөнцийн гэрэлтэлтийг харж болно гэсэн санааг Дикке, Пиблэс нар санал болгов. Гэхдээ орчлон ертөнцийн тэлэлт нь энэ гэрэл бидэнд бичил-долгионы цацраг болж харагдахаар тийм их улаан шилжилттэй байх ёстой гэдгийг заасан байна. Пензиас, Вилсон хоёр тэдний ажлын талаар дуулж мэдээд, тэд түүнийг олчихсон гэж ойлгож байх үест Дикке, Пиблэс нар энэхүү цацрагийг хайхаар бэлдэж байсан аж. Энэ цацрагийг илрүүлсэнийхээ төлөө Пензиас Вилсон хоёр 1978 онд (Гамовын тухай огт дурдалгүй Дикке, Пиблэс нарыг дурдахад л хэцүүдэж мэдэх!) Нобелийн шагнал хүртсэн юм. Бид хаашаа ч харлаа гэсэн орчлон ертөнц ижил харагдана гэдэгт хамаарах энэ бүх нотолгоонд үндэслэн орчлон ертөнцийн дунд манай гараг онцгой нь юм гэж үзэж болохоор байна. Тухайлбал, бусад бүх галактик биднээс холдож байгааг харсан бол бид орчлон ертөнцийн төвд нь байх ёстой гэж үзэж болно. Гэвч орчлон ертөнцийг өөр ямар нэг галактикаас харсан тохиолдолд ч тэрээр бүх зүгт ижил харагдах ёстой гэсэн өөр тайлбар ч бий. Бйдний үзсэнчлэн энэ бол Фридманы хоёрдахь таамаглал юм. Бидэнд энэ таамаглалыг зөвшөөрөх ч, үгүйсгэх ч шинжлэх ухааны нотолгоо байхгүй. Үүнд бид зүгээр л итгэдэг бөгөөд хэрэв орчлон ертөнц бидний орчимд л бүх зүгт ижил харагддаг, харин орчлон ертөнцийн бусад цэгийн орчимд тийм биш байдагсан бол тун жигтэй байхсан, Фридманы загварт бүх галактик бие биеэсээ холдож байдаг. Энэ нь үлээх тоолон гадаргуу дээр нь алгуурхан тодрох маш олон цэг бүхий бөмбөлөгтэй нилээд төстэй. Бөмбөлөг тэлж томроход дурын хоёр цэг хоорондын зай ихсэнэ, гэхдээ түүнд тэлэлтийн төв гэж нэрлэчихээр нэг ч цэг байхгүй. Түүнээс гадна, цэгүүд хоорондоо хол байх тусмаа бие биеээсээ улам хурдан холддог. Үүнчлэн, Фридманы загварт дурын хоёр галактикийн бие биеэсээ холдох хурд тэдний хоорондын зайтай пропорциональ байдаг юм. Тэгэхээр энэ нь Хабблын нээсэнтэй ижил, галактикийн улаан шилжилт биднээс алдслагдсан зайтай нь шууд пропорциональ байх ёстой гэдгийг урьдчилан хэлсэн байна. Загвар нь төдийгүй Хабблын ажиглалтыг урьдчилан хэлсэн нь амжилттай биелсэн ч Америкийн физикч Ховард Робертсон, Английн математикч Артур Вокер нар орчлон ертөнцийн тэлэлтийн талаарх Хабблын нээлтэнд тохируулан иймэрхүү загварыг 1935 онд дэвшүүлэх хүртэл Фридманы ажил Өрнөдөд төдий л нэрд гараагүй үлдсэн билээ.
Фридман өөрөө зөвхөн ганцыг нь илрүүлсэн ч үнэндээ Фридманы суурь хоёр таамаглалд тохирох гурван төрлийн загвар бий, (Фридманы нээсэн) эхний хэв загварт орчлон ертөнцийн тэлэлт галактик хоорондын таталцлын хүчний нөлөөгөөр удааширч, эцэст нь зогсох тийм алгуурханаар явагдана, Хожим галактикууд бие биедээ ойртож, орчлон ертөнц хумигддаг. 3.2-р зурагт зэргэлдээ хоёр галактик хоорондын зай яваандаа хэрхэн өөрчлөгдөхийг үзүүлсэн юм. Тэр нь тэгээс тодорхой цэг хүртлээ өсөөд дараа нь ахин тэг хүртлээ багасна.
/
зураг 3.2
Хоёрдахь төрлийн шийдэлд таталцлын хүч тэлэлтийг удаашруулсан ч түүнийг зогсоож чадахааргүй хурдтайгаар орчлон ертөнц тэлж байна. Энэхүү загварт галактик хоорондын зай хэрхэн өөрчлөгдөхийг 3.3-р зурагт үзүүлэв. Тэр нь тэгээс эхлэх бөгөөд галактикууд бие биеэсээ алгуурхнаар тасралтгүй холдоно.
зураг 3.3
Эцэст нь, орчлон ертөнц эргэн хумилтаас зайлахад дөнгөж хүрэлцэх хурдтайгаар тэлж байгаа гуравдахь төрлийн шийдэл байна. 3.4-р зурагт үзүүлсэн энэ тохиолдол дахь галактик хоорондын зай нь бас л тэгээс эхлэх бөгөөд цаашдаа төгсгөлгүй өснө.
/
Гэхдээ галактикуудын бие биеэсээ холдох хурд бага багаар саарах боловч хэзээ ч тэг болтлоо унахгүй ажээ. Орон зай ямар ч хил хязгааргүй атал орчлон ертөнц орон зайд төгсгөлөг байдаг нь Фридманы эхний хэв загварын өвөрмөц онцлог юм. Таталцал нь орон зайг дэлхийн гадаргатай төстэй болгон, өөрийгөө бүслэн муруйлгахаар тийм хүчтэй байдаг. Хэн нэгэн хүн дэлхийн гадарга дээр тодорхой нэг чигийг барин явсаар хэзээ ч давшгүй саадтай тулгарах юмуу эрэг ирмэг давж унахгүйгээр хаанаас явсан тэр газраа эцсийн эцэст эргэн ирнэ. Фридманы эхний загварт орон зай яг ийм байдаг, гэхдээ дэлхийн гадаргын хоёр хэмжээсний оронд гурван хэмжээстэй байдаг билээ. Дөрөв дэх хэмжээс болох цаг хугацаа бас төгсгөлөг боловч энэ нь эхлэл, төгсгөлтэй буюу эхэлсэн, төгссөн хоёр хил хязгаартай хэрчимтэй төстэй. Харьцангуйн ерөнхий онолыг квант механикийн тодорхойгүйн зарчимтай нэгтгэвэл орон зай, цаг хугацаа нь хил, хязгаар үгүй атлаа төгсгөлөг байж болохыг дараа бид авч үзнэ.
Хэн нэгэн нь орчлон ертөнцийг тойроод анх явсан газраа эргэн ирж болох тухай санаа шинжлэх ухааны хүрээнд аятайхан уран сэтгэмжийг төрүүлдэг ч энэхүү гороо дуусахаас өмнө орчлон ертөнц тэг хүртэл хумигдах нь илэрхий учраас төдий л практик ач холбогдолгүй юм. Орчлон ертөнц төгсөхөөс өмнө анх явсан газраа буцаж ирэхийн тулд гэрлээс илүү хурдтайгаар явах хэрэгтэй болох ч энэ нь боломжгүй билээ! Орчлон ертөнц тэлээд хумигддаг, Фридманы эхний загварт орон зай дэлхийн гадарга шиг дотогшоогоо муруйдаг. Иймд түүний хэмжээ төгсгөлөг. Орчлон ертөнц мөнхөд тэлдэг хоёрдахь төрлийн загварт орон зай өөр маягаар, эмээлийн суудал шиг муруйна. Энэ тохиолдолд орон зай төгсгөлгүй. Эцэст нь, дөнгөн данган ханасан хурд бүхий тэлэлттэй, Фридманы гуравдахь загварт орон зай хавтгай (тэгэхээр мөн төгсгөлгүй) байдаг. Гэхдээ Фридманы аль загвар нь манай орчлон ертөнцийг тодорхойлох вэ? Орчлон ертөнц эцсийн эцэст тэлэхээ больж хумигдаж эхлэх үү эсвэл мөнхөд тэлсээр байх уу? Энэ асуултанд хариулахын тулд орчлон ертөнцийн тэлэлтийн одоогийн хурд, дундаж нягтыг мэдэх хэрэгтэй. Хэрэв нягт нь тэлэлтийн хурдаас хамаарах ханасан тодорхой утгаас бага байвал таталцлын хүч тэлэлтийг зогсооход хэтэрхий багадна. Хэрэв нягт нь ханасан утгаас их байвал таталцалаас болж ирээдүйн аль нэг агшинд тэлэлт зогсож, орчлон ертөнц хумигдаж эхэлнэ. Биднээс холдож байгаа бусад галактикийн хурдыг Доплерийн эффектээр дамжуулан хэмжээд тэлэлтийн өнөөдрийн хурдыг тодорхойлж болно. Тийм хэмжилтийг маш нарийн хийж болох ч бусад галактик хүртэлх зайг дам байдлаар хэмждэг учраас тэр нь бидэнд төдий л тодорхой биш байдаг. Тэгээд ч бидний мэдэж буй бүхэн орчлон ертөнц мянган сая жил тутамд 5-аас 10 хувиар тэлж байгаа гэдгээр хязгаарлагдаж байна. Гэтэл орчлон ертөнцийн дундаж нягтын талаарх тодорхойгүй маань бүр ч их юм. Хэрэв өөрийн болон бусад галактикийн харагдах бүх одны массыг нэмбэл нийлбэр нь тэлэлтийн хурдыг хамгийн бага ойролцоо утгаар авсан, орчлон ертөнцийн тэлэлтийг зогсооход шаардлагатай тэрхүү нягтын зууны нэгээс бага байна. Гэхдээ бидэнд шууд ажиглагддаггүй ч оршин байгаа нь галактикууд дахь оддын тойрог замд нөлөөлөх таталцалаараа мэдрэгддэг олон тооны "харанхуй биес" манай болон бусад галактикт байх учиртай. Түүнээс гадна галактикууд бөөгнөрсөн байдлаар ажиглагддаг бөгөөд бөөгнөрсөн эдгээр галактик хооронд бүр олон тооны харанхуй бие байгааг дээрхийн адил галактикуудын хөдөлгөөнд нөлөөлөх нөлөөгөөр нь мэдэж болно. Бүх харанхуй биеийн массыг нэмэхэд ч тэлэлтийг зогсооход шаардлагатай массын аравны нэг орчим л бүрддэг. Гэвч бүх орчлон ертөнцөөр бараг жигд тархсан, бидэнд хараахан бүртгэгдээгүй байгаа, тэлэлтийг зогсооход хүрэлцэх ханасан утганд орчлон ертөнцийн дундаж нягтыг хүргэж чадах бусад төрлийн бие оршин байх боломжийг үгүйсгэж болохгүй. Тэгэхдээ бидэнд одоо байгаа нотолгоонууд орчлон ертөнц магадгүй мөнхөд тэлэх тухай өгүүлж байгаа ч хэрэв орчлон ертөнц яаж ийгээд эргэн хумигддаг юмаа гэхэд орчлон ертөнц наанадаж арван мянган сая жилийн турш тэлчихсэн болохоор дор хаяж төдий хугацаа өнгөрөхөөс нааш энэ нь тохиохгүй гэдэгт бүрэн итгэж болно. Үүнд тэгтлээ их санаа зовох хэрэггүй бөгөөд тэр үед хүн төрөлхтөн нутаг сэлгэн Нарны Системийн цаана буугаагүй байх л юм бол нартайгаа хамт бөхсөн байна!
Фридманы загварын бүх шийдэл өнгөрсөн үед, цаг хугацааны ямар нэг агшинд (арваас хорин сая жилийн өмнө) зэргэлдээ галактикуудын хоорондын зай тэгтэй тэнцүү байсан байх ёстой гэдгээрээ нийтлэг юм. Их тэсрэлт гэгдэх энэ агшинд орчлон ертөнцийн нягт, орон-цагийн муруйлт төгсгөлгүй байсан байж таарна. Төгсгөлгүй тооны хувьд математик биелдэггүй болохоор (Фридманы шийдлүүдийн үндэс болсон) харьцангуйн ерөнхий онол үл биелэх цэг орчлон ертөнцөд бий гэдгийг уг онол өөрөө урьдчилан хэлсэн гэсэн үг. Ийм цэгийг математикчид онцгой гэж нэрлэдэг. Үнэндээ шинжлэх ухааны бүх онол маань орон-цаг тэгш, бараг хавтгай гэдэг таамаглал дээр суурилсан болохоор орон-цагийн муруйлт төгсгөлгүй байх их тэсрэлтийн онцгой цэг дээр тэдгээр онол биелэхгүй юм. Их тэсрэлтийн цэг дээр урьдчилан хэлэх боломж алдагдахуйц учраас энэ нь их тэсрэлтээс өмнө ямар нэг үйл явдал болсон байлаа ч гэсэн түүгээр хожим болох үйл явдлыг нь тодорхойлж болохгүйг илэрхийднэ. Энэчлэн, их тэсрэлтээс хойш юу болсоныг л бид мэддэг байлаа ч түүнээс өмнө юу болсоныг бас тодорхойлж чадахгүй. Бидний тухайд их тэсрэлтээс өмнө болсон үйл явдлууд ямарч үр дагавартай байж чадахгүй болохоор тэднийг орчлон ертөнцийн талаарх шинжлэх ухааны загварт тусгах боломжгүй. Иймд бид түүнийг загвараас хасч, цаг хугацаа их тэсрэлтээс эхэлсэн гэж тооцох хэрэгтэй. Цаг хугацаанд эхлэл байсан тухай санаа түүнд бурханлаг хүчний оролцоо далдуур агуулагдаж байдгаас олонх хүнд таалагддаггүй болтой. (Үүнээс гадна их тэсрэлтийн загварыг Католик шашны Сүм хийдийнхэн шүүрэн авч, их тэсрэлтийн загвар Библитэй таарч байна гэж 1951 онд албан ёсоор зарласан билээ.) Үүнтэй холбоотойгоор их тэсрэлт бүхий шийдлээс зайлсхийсэн хэд хэдэн оролдлого гарчээ. Тогтонги төлөвийн онол нилээн дэмжлэг авсан юм. Үүнийг нацистуудад эзлэгдсэн Австриас дүрвэн гарсан Херман Бонди, Томас Гоулд нар радио долгионоор бүртгэгчийг боловсронгуй болгох асуудлыг дайны үед тэдэнтэй хамт судалж байсан Английн иргэн Фред Хойлын хамт 1948 онд дэвшүүлжээ. Галактикууд бие биеэсээ тарж сарних үед тэдний хоорондын сул зайд, тасралтгүй бүрэлдэх шинэ бодисоос шинэ галактикууд цаг ямагт үүсч байдаг гэдэгт тэдний санаа оршино. Иймд орчлон ертөнц орон зайн бүх цэгээс гадна, цаг хугацааны бүх агшинд бараг ижил харагдах юм. Бодисын тасралтгүй бүрэлдэлтээр харьцангуйн онолыг нилээд өөрчлөхийг тогтонги төлөвийн онол шаардсан боловч бүрэлдэх тохиромжтой хурд нь туршилттай ямарч зөрчил үүсгэхээргүй бага (жилд нэг куб километрт нэг орчим бөөм) байв. Энэ онол нэгдүгээр бүлэгт дурдсан шалгуурын утгаар бол шинжлэх ухааны зайн онолын жишээ мөн. Учир нь тэрээр энгийн бөгөөд ажиглалтын аргаар шалгаж болох тодорхой таамаглалуудыг гаргадаг. Тэдгээр таамаглалын нэг нь орчлон ертөнцөд хаана, хэзээ ажиглалт хийснээс үл хамааран орон зайн дурын мужид галактик хийгээд үүнтэй төстэй бусад биеийн тоо ижил байх ёстой гэж өгүүлдэг. 1950-иад оны сүүл, 1960-аад оны эхэнд (радио долгионоор бүртгэгчийг сайжруулах асуудлаар дайны үед Бонди, Гоулд, Хойл нартай бас ажиллаж байсан) Мартин Райлын удирдсан Кембрижийн Их Сургуулийн хэсэг одон орон судлаач гадаад орон зайгаас ирсэн радио долгионы үүсгүүрийн жагсаалтыг гаргасан байна. Кембрижийн энэ бүлэг эдгээр радио-үүсгүүрийн ихэнх хэсэг манай галактикийн гадна байх ёстойг (тэдний ихэнхийг үнэндээ бусад галактиктай адилтгаж ч болохоор байжээ), түүнээс гадна сул үүсгүүрүүд хүчтэйгээсээ хамаагүй их байгааг үзүүлсэн юм. Сул үүсгүүрүүдийг илүү алслагдсан гэж, харин хүчтэйг нь ойр байгаа гэж тайлбарласан байдаг. Цаашилбал, алслагдсан мужийн нэгж эзэлхүүн дэх жирийн үүсгүүрийн тоо ойрынхоос их байв. Энэ нь бусад мужийг бодвол цөөн үүсгүүртэй байдаг, орчлон ертөнцийн их том мужийн төвд бид оршин байна гэсэн үг. Эсвэл радио долгионууд бидэн рүү замнаж эхлэсэн өнгөрсөн үед үүсгүүрүүд одоогийнхоос хамаагүй их байсан гэсэн үг. Аль аль нь тогтонги төлөвийн онолын таамаглалтай зөрчилдөж байв. Түүнээс гадна Пензиас, Вилсон нарын 1965 онд олсон бичил-долгионы цацраг өнгөрсөн үед орчлон ертөнц их нягттай байх ёстойг бас үзүүлсэн юм. Ингээд тогтонги төлөвийн онолоос татгалзахад хүрсэн билээ.
Их тэсрэлт, иймд цаг хугацааны эхлэл байх ёстой гэдэг шийдлээс зайлсхийх өөр нэг оролдлогыг 1963 онд Зөвлөлтийн хоёр физикч Евгений Лифшиц, Исаак Халатников нар хийсэн юм. Их тэсрэлт нь эцсийн эцэст бодит орчлон ертөнцийн тухай ойролцоо тайлбар өгдөг Фридманы загваруудын онцлог гэсэн санааг тэд илэрхийлэв. Бодит орчлон ертөнцтэй бараг ижил байх бүх загвараас зөвхөн Фридманы загварт л их тэсрэлтийн онцгой цэг үүсдэг болтой. Фридманы загваруудад бүх галактик бие биеэсээ шулуун чиглэлээр л холддог. Иймд өнгөрсөн үед цагийн аль нэг агшинд тэд бүгдээрээ нэг газар байсан гэхэд гайхах зүйл гарахгүй. Гэвч бодит орчлон ертөнцөд галактикууд яг шулуунаар тархдаггүй бөгөөд тэдэнд бага зэрэг хажуу тийш шилжих хурд бас байсан. Иймд тэд бүгдээрээ яг нэг газарт, бие биедээ маш ойрхон байсан байх алба үнэндээ байхгүй. Тэгвэл тэлж буй өнөөгийн орчлон ертөнц их тэсрэлтийн онцгой цэгээс биш, харин хумилтын бүр эртний ямар нэг шатнаас эхлэсэн байж болно. Учир нь орчлон ертөнц хумигдах үед түүн дэх бүх бөөм өөр хоорондоо мөргөлдөөгүй, харин зарим нь бие биенийхээ дэргэдүүр нисэн өнгөрсөн бөгөөд үүний үр дүнд орчлон ертөнцийн өнөөгийн тэлэлт явагдаж байна. Ийм байвал бодит орчлон ертөнц их тэсрэлтээс эхэлсэн эсэхийг хэрхэн тогтоох вэ? Фридманы загвартай ерөнхийдөө төстэй, гэхдээ бодит орчлон ертөнц дэх галактикуудын хурдны тогтмол биш, тохиолдлын шинжийг тооцсон загваруудын судалгааг Лифшиц, Халатников хоёр хийжээ. Тэдгээр загварын галактикууд бие биеэсээ ямагт шулуунаар холддоггүй байсан ч их тэсрэлтээс үүсч болохыг тэд үзүүлэхийн хамт энэ нь бүх галактик нэг л зүй тогтлоор тархаж байх маш хязгаарлагдмал загваруудын хүрээнд л биелэх болно гэж батласан юм. Их тэсрэлтийг агуулаагүй Фридманых шиг загварууд нь түүнийг агуулсан байдаг загвараас төгсгөлгүй их байхаар байгаа тул үнэндээ их тэсрэлт байгаагүй гэж үзэх хэрэгтэй гэсэн саналыг тэд дэвшүүлжээ. Галактикууд ямар нэг онцгой зүй тогтлоор тархах албагүй ч онцгой цэгүүдийг агуулсан Фридманых шиг загварын илүү ерөнхий анги байгааг харин тэд хожуу ойлгожээ. Ингээд 1970 онд тэд өөрсдийн баталгаанаас татгалзав. Хэрэв харьцангуйн ерөнхий онол үнэн бол орчлон ертөнцөд онцгой цэг буюу их тэсрэлт байж болно гэдгийг үзүүлсэнээрээ Лифшиц, Халатников нарын ажил ач холбогдолтой байсан юм. Гэхдээ орчлон ертөнц их тэсрэлт, цаг хугацааны эхлэлтэй байх ёстой гэдгийг харьцангуйн ерөнхий онол урьдчилан хэлдэг үү? гэсэн хамгийн чухал асуултанд энэ ажил хариулт өгөөгүй байдаг. Энэ асуултын хариуг 1965 онд Английн математикч, физикч Рожер Пенроузын дэвшүүлсэн огт өөр хандлагаар олж авсан билээ. Харьцангуйн ерөнхий онол дахь гэрлийн конусын төрхийг таталцал үргэлж татах хүч байдаг гэдэгтэй нэгтгэх замаар таталцлын оронгийнхоо нөлөөгөөр хумигдаж буй од гадаргуу нь эцсийн дүндээ тэг хүртэл хумигдах мужаар хязгаарлагддаг гэдгийг тэрээр үзүүлсэн юм. Тухайн мужийн гадаргуу тэг болтлоо хумигддаг болохоор энэ нь түүний эзэлхүүнд ч бас тохиох ёстой. Одон дээрх бүх бодис тэг эзэлхүүнтэй болж, бодисын нягт орон-цагийн муруйлт төгсгөлгүй болно. Өөрөөр хэлбэл орон-цагийн ямар нэг мужид хар нүх гэгдэх онцгой цэг үүснэ. Өнгөцхөн харахад Пенроузын энэ дүгнэлт зөвхөн одонд хамаарна. Энэ нь эрт үед орчлон ертөнц бүхэлдээ их тэсрэлтийн онцгой цэгтэй байсан эсэх талаар юу ч өгүүлдэггүй юм. Пенроуз теоремоо батлах тэр үед аспирант байсан би докторын зэрэг хамгаалах сэдвээ шамдангуй хайж байлаа. Луи Геригийн өвчин гэдгээр нь хүмүүс мэддэг, "хажуугийн хатингиралт хатуурал" буюу хөдөлгөөний мэдрэлийн эсийн өвчин гэсэн оношийг надад үүнээс хоёр жилийн өмнө тавьж, ихдээ л нэг хоёр жил амьдарна гэж ойлгуулсан байв. Би диссертациа дуусгах хүртлээ амьдарна гэдэгтээ итгэхгүй байсан ийм нөхцөлд түүн дээр ажиллах онцын бодолгүй байсан. Гэвч хоёр жил өнгөрлөө, харин би дордсонгүй. Үнэндээ ажил маань бүтэмжтэй байж Жейн Вайлд нэртэй, сайхан бүсгүйтэй сүйлэв. Гэрлэхийн тулд надад ажил хэрэгтэй, харин ажилд орохын тулд докторын зэрэг хэрэгтэй байлаа.
Таталцлаас үүдсэн хумилтын нөлөөнд орсон аливаа бие эцсийн эцэст онцгой цэг үүсгэх ёстой гэдэг Пенроузын теоремыг би 1965 онд уншсан юм. Хэрэв Пенроузын теоремд цагийн чиглэлийг хумилт нь тэлэлт болон хувирахаар эсрэг тийш хандуулбал энэ теоремын нөхцлүүд өнөө цагт том хэмжээндээ Фридманы загвараар бараг зөв тодорхойлогддог орчлон ертөнцийн хувьд ч биелэх юм гэдгийг удалгүй би ойлгов. Пенроузын теорем хумигдаж буй аливаа од онцгой цэгт төгсөх ёстой гэдгийг илэрхийлдэг. Цагийг ухраасан үеийн үндэслэгээ Фридманых шиг тэлж байгаа аливаа орчлон ертөнц онцгой цэгээс эхэлсэн байх ёстой гэдгийг илэрхийлсэн юм. Математик тодорхой шалтгааны улмаас Пенроузын теорем орчлон ертөнц орон зайд төгсгөлгүй байхыг шаарддаг. Ингээд энэ теоремыг ашиглан орчлон ертөнц (орон зайд төгсгөл үгүй фридманы загвар ёсоор) эргэн хумилтанд орохгүйгээр тийм хурдан тэлж байлаа ч онцгой цэгтэй байсан байх ёстойг нотолж чадлаа.
Онцгой цэг байх ёстой гэдгийг нотолсон теоремоос дээрх шалтгааныг болон математик бусад нөхцлийг арилгах математикийн шинэ аргуудыг дараагийн хэдэн жилд нь би боловсруулсан билээ. Харьцангуйн ерөнхий онолын үнэн, орчлон ертөнцөд бидний ажиглаж байгаа шиг маш олон бие байдаг гэдэг дээр үндэслэж их тэсрэлтийн онцгой цэг байх ёстойг төгсгөлд нь нотолсон хамтын өгүүллийг 1970 онд Пенроузтай хамтран бичсэн маань үүний үр дүн байлаа. Бидний ажил маш их эсэргүүцэлтэй тулгарсан бөгөөд тэдний заримыг нь марксист философийг баримталдагийн улмаас шинжлэх ухааны детерминизмд итгэдэг Зөвлөлтийн эрдэмтэд, заримыг нь онцгой цэгийн тухай ойлголт Эйнштейний онолын сайхныг гутааж байна гэж үзсэн хүмүүс илэрхийлсэн юм. Гэхдээ математикийн теоремтой нэг их маргаагүй. Эцсийн дүндээ ажлыг маань ерөнхийдөө хүлээн зөвшөөрсөн бөгөөд одоо бараг бүгд орчлон ертөнц их тэсрэлтийн онцгой цэгээс үүссэн гэж боддог. Төсөөлөл маань өөрчлөгдөж, дараа бидний авч үзэхчлэн орчлон ертөнц үүсэх үед үнэндээ ямарч онцгой цэг байгаагүй, квантын нөлөөг харгалзаж үзвэл онцгой цэг үгүй болно гэдэгт физикчдийг итгүүлэхийг өнөө би оролдож байгаа нь тохуутай мэт санагдаж магадгүй. Энэ бүлэгт хэдэн сая жил бүрэлдсэн орчлон ертөнцийн талаарх хүмүүний төсөөлөл хагас зуун хүрэхгүй хугацааны дотор хэрхэн өөрчлөгдөж байсныг авч үзлээ. Орчлон ертөнц тэлж байна гэсэн Хабблын нээлт агуу уудам орчлон ертөнцийн дунд манай гараг онцгой биш болохыг ойлгосон нь энэ өөрчлөлтийн эхлэл болсон юм. Туршилтын болон онолын нотолгоо олшрох тутам орчлон ертөнцөд цаг хугацааны эхлэл байх ёстой гэдэг нь улам бүр тодорхой болов. Эцэст нь үүнийг 1970 онд би Пенроузтай хамтран Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онолыг үндэслэн нотоллоо. Бидний нотолгоо харьцангуйн ерөнхий онол бүрэн гүйцэт биш гэдгийг үзүүлсэн юм. Учир нь харьцангуйн ерөнхий онол нь физикийн бүх онол, түүний дотор уг онол өөрөө ч орчлон ертөнцийн эхлэл дээр биелэхгүй гэж таамагладагаасаа болоод орчлон ертөнц яаж үүссэнийг бидэнд хэлж чаддагтүй юм. Гэхдээ харьцангуйн ерөнхий онол нь тусгай онол байж чадна, тиймээс онцгой цэгийн тухай теоремууд хөгжлийн маш эртний ямар нэг шатандаа орчлон ертөнцийн хэмжээ хорьдугаар зууны өөр нэгэн агуу, тусгай онол болох квант механикийн судладаг бага хэмжээний нөлөөнүүдийг үгүйсгэж болохооргүй тийм жижигхэн байсан гэдгийг үзүүлсэн билээ. Ингээд 1970-аад оны эхэнд бид орчлон ертөнцийн тухай судалгаандаа үлэмж томд хамаарах онолоос туйлын жижигт хамаарах онолд шилжихэд хүрсэн юм. Тусгай энэ хоёр онолыг таталцлын квантын онолд нэгтгэх оролдлогууд руу хандахаасаа өмнө квант механикийг эхлээд авч үзье.
Дөрөвдүгээр бүлэг
Тодорхойгүйн зарчим
Шинжлэх ухааны онолын ялангуяа таталцлын тухай Ньютоны онолын нөлөөгөөр францын эрдэмтэн Маркус де Лаплас орчлон ертөнц бол бүрэн шалтгаанцсан гэсэн саналыг XIX зууны эхэнд дэвшүүлсэн юм. Хэрэв цаг хугацааны ямар нэг агшин дахь орчлон ертөнцийн төлөв байдлын тухай бүрэн гүйцэт тайлбар мэдэгдэж байвал түүнд тохиолдож болох бүхнийг урьдаас хэлж чадах шинжлэх ухааны хуулиудын цуглуулга байх ёстой гэж тэрээр бодсон аж. Жишээлбэл цаг хугацааны ямар нэг агшин дахь нар болон гарагуудын байрлал, хурдыг мэдэж байвал цаг хугацааны дурын өөр агшин дахь Нарны Системийн төлөвийг Ньютоны хуулийн тусламжтайгаар тооцоолж чадна. Энэ тохиолдолд детерминизм тун тодорхой илэрч байгаа ч Лаплас бусад бүх зүйлд тэр дундаа хүний үйлдлийн хувьд ч ийм хуулиуд байна гэж батлан цааш явсан билээ.
Шинжлэх ухааны детерминизмийн сургаал энэ ертөнцийн амьдралд Бурхан оролцох эрхийг хязгаарлаж буйг мэдэрсэн ихэнх хүмүүс түүнийг хүчтэй эсэргүүцсэн ч энэ нь манай зууны эхэн хүртэл шинжлэх ухааны жирийн таамаглал хэвээр үлджээ. Английн физикч Жон Релэй, Жеймс Жинс нарын хийсэн тооцоо од маягийн халуун биес төгсгөлгүй хэмжээний энерги цацруулах ёстой гэдгийг илэрхийлэх үед ийм итгэл үнэмшлээс татгалзах хэрэгтэйг анх ухаарсан юм. Тэр үед баримталж байсан хуулиар халуун бие төрөл бүрийн давтамжтай (радио долгион, үзэгдэх гэрэл, эсвэл рентген цацраг гэх мэт) цахилгаан-соронзон долгионыг тэнцүү хэмжээгээр цацруулах ёстой байв. Тодруулбал, халуун бие нь секундэд хоёроос гурван саяын сая долгионы давтамжтай долгионд ч, секундэд нэгээс хоёр саяын сая долгионы давтамжтай долгионд ч тэнцүү хэмжээний энерги цацруулах ёстой байлаа. Гэтэл секунд дэх давтамжийн тоо хязгааргүй байдаг тул энэ нь цацарсан нийт энерги төгсгөлгүй байна гэсэн үг юм.
Илт утгагүй энэ дүгнэлтээс зайлсхийхийн тулд уг биеэс цацарч байгаа гэрэл, рентген туяа болон бусад долгион дурын хэмжээгээр биш, харин квант гэгдэх тодорхой багцаар л цацрах ёстой гэсэн таамаглалыг 1900 онд Германы эрдэмтэн Макс Планк дэвшүүллээ. Тэгэхдээ квант бүхэн долгионы давтамж өндөр байх тусам их байх тодорхой тооны энергитэй байна. Иймд нилээд өндөр давтамжтай нэг квант цацрахдаа байх ёстойгоос илүү энерги шаардах юм. Ингэхлээр өндөр давтамжтай цацралт үгүйсгэгдэж тухайн биеийн цацруулах энергийн хэмжээ төгсгөлөг болох юм.
Квантын таамаглал халуун биесээс гарах цацралтын ажиглагдах утгыг маш сайн тайлбарласан ч детерминизмд хамаарах мөрдөлгөө нь 1926 онд Германы өөр нэг эрдэмтэн Вернер Гейзенберг алдарт тодорхойгүйн зарчмаа томъёолох хүртэл илрээгүй байна. Бөөмийн ирээдүйн байрлал, хурдыг урьдчилан хэлэхийн тулд одоогийн байрлал, хурдыг нь нарийн хэмжсэн байх ёстой. Үүнийг гүйцэтгэх хамгийн хялбар арга нь бөөм рүү гэрэл тусгах явдал юм. Гэрлийн долгионы зарим хэсэг бөөм дээр сарнидаг бөгөөд энэ нь түүний байрлалыг тодорхойлно. Гэвч бөөмийн байрлалыг гэрлийн долгионы нуруу хоорондын зайнаас илүү нарийн тодорхойлж чадахгүй, тэгэхээр бөөмсийн байрлалыг маш нарийн тогтоохын тулд богино долгионы гэрлийг ашиглах хэрэгтэй болдог. Тэгэхдээ квантын тухай Планкийн таамаглал ёсоор дурын бага хэмжээний гэрлийг ашиглаж чадахгүй, хамгийн багадаа нэг квантыг л ашиглах ёстой. Энэ квант бөөмийг хөндөж түүний хурдыг урьдчилан хэлэхийн аргагүйгээр өөрчилдөг. Түүнээс гадна байрлалыг илүү нарийн тогтоох тутам хэрэглэгдэх гэрлийн долгионы урт улам богино болж нэг квантын энерги улам их болно. Үүнээс болж бөөмийн хурд их хэмжээгээр өөрчлөгдөнө. Өөрөөр хэлбэл бөөмийн байрлалыг илүү нарийн тогтоохыг оролдох тутам түүний хурдыг нарийн хэмжих боломж алдагдана, эсрэгээрээ мөн л ийм байна. Бөөмийн байрлалын тодорхойгүйгээр үржүүлсэн бөөмийн хурдны тодорхойгүйг бөөмийн массаар үржүүлсэн үржвэр Планкийн тогтмол гэгдэх тодорхой тооноос бага байж болохгүйг Гейзенберг үзүүлсэн юм. Түүнчлэн энэ хязгаарлалт нь бөөмийн байрлал эсвэл хурдыг хэмжих аргаас ч, бөөмийн хэв шинжээс ч хамаарахгүй. Иймд Гейзенбергийн тодорхойгүйн зарчим манай ертөнцийн суурь, гарцаагүй шинж юм. Тодорхойгүйн зарчим ертөнцийг үзэх үзэлд маань гүнзгий үр нөлөө үлдээсэн билээ. Тавь гаруй жил өнгөрсөн ч эдгээр үр дагаварын ач холбогдлыг олон философичид ойлгоогүй, үүний эсрэг маргасаар л байна. Бүрэн шалтгаалцсан байхуйц орчлон ертөнцийн талаар шинжлэх ухааны онол бүтээх гэсэн Лапласын мөрөөдөл биелэхгүй гэдгийг тодорхойгүйн зарчим илтгэсэн юм. Учир нь орчлон ертөнцийн одоогийн төлөв байдлыг маш нарийн хэмжиж чадаагүй бол ирээдүйн үйл явдлуудыг нарийн тодорхой урьдчилан хэлж чадахгүй нь мэдээж! Орчлон ертөнцийн одоогийн төлөв байдлыг хөндөхгүйгээр ажиглаж чадах ер бусын амьтны хувьд үйл явдлыг бүрэн тодорхойлдог хуулиудын ямар нэг цуглуулга байдаг гэж төсөөлж болох ч үхэж, үрэгддэг бидний хувьд орчлон ертөнцийн талаарх ийм загварууд анхаарал төдий л татахгүй. "Оккамын тонгорог"-ийн [У.Оккам (1285-1349)-английн философич. "Оккамын тонгорог"-ийн зарчмын утга нь туршлагын шалгалтанд өртөхгүй ойлголтуудыг шинжлэх ухаанаас зайлуулах хэрэгтэй гэдэгт оршино.] зарчим гэгдэх хэмнэх зарчмыг ашиглан ажиглалтанд өртөхгүй байгаа бүх үндэслэлийг онолоос авч хаясан нь дээр байх. Ийм хандлагыг 1920-иод онд Вернер Гейзенберг, Эрвин Шредингер, Поль Дирак нар тодорхойгүйн зарчим дээр үндэслэсэн квант механик хэмээх шинэ онолын хүрээнд механикийг ахин томъёолохдоо баримталсан юм. Квант механикийн хүрээнд бөөмс нь ажиглалтанд өртдөггүй тус тусдаа, сайтар тодорхойлогдсон байрлал ба хурдтай байдаггүй. Харин байрлал, хурд хоёр хослосон квант төлөвт оршдог. Квант механик нь ажиглалт цор ганц тодорхой үр дүнтэй байна гэж үздэггүй. Харин эсрэгээр боломжит, янз бүрийн олон үр дүнтэй байна хэмээн үзэж, тус бүрийнх нь магадлалыг хэлж өгдөг. Өөрөөр хэлбэл нэг л замаар хөгжсөн олон тооны ижил системд адилхан хэмжилтийг хийхэд нэг тохиолдолд хэмжилтийн үр дүн А-тай, нөгөө тохиолдолд Б-тэй тэнцүү гэх мэтээр байж болохыг илрүүлнэ гэсэн үг. Барагцаалбал хэдэн тохиолдолд үр дүнгүүд А эсвэл Б-тэй тэнцүү байхыг таамаглаж болох ч, тодорхой нэг хэмжилтийн тусгай үр дүнг таамаглах боломжгүй. Иймд үл таамаглагдах буюу санамсаргүйн элементийг квант механик шинжлэх ухаанд оруулдаг. Эйнштейн өөрөө энэ үзэл баримтлалын хөгжилд ихээхэн үүрэг гүйцэтгэсэн ч түүнийг хүчтэй эсэргүүцэж байв. Квант онолд оруулсан хувь нэмрийнх нь төлөө Эйнштейнд Нобелийн шагнал хүртээж байлаа. Гэсэн хэдий ч орчлон ертөнцийг санамсаргүй тохиолдол жолооддог гэдгийг Эйнштейн хэзээ ч хүлээн зөвшөөрч байгаагүй. Түүний энэ мэдрэмж нь "Бурхан шоо орхиж тоглодоггүй" гэсэн алдарт үгэнд нь илрэлээ олжээ. Гэвч квант механик туршилттай бүрэн таарч байсан учраас бусад ихэнх эрдэмтэн түүнийг хүлээн авахдаа дуртай байлаа. Үнэндээ, квант механик тэргүүлэгч онол бөгөөд орчин үеийн бараг бүх шинжлэх ухаан, техникийн үндэс болдог юм. Түүний зарчмууд телевизор, компьютер зэрэг электрон төхөөрөмжүүдийн чухал хэсэг болох хагас дамжуулагч, интеграль схемийн ажлын үндэс, мөн түүнчлэн орчин үеийн хими, биологийн суурь болдог. Квант механикийг зохих ёсоор хараахан хэрэглээгүй байгаа, физикийн цор ганц талбар нь таталцал, орчлон ертөнцийн том хэмжээний бүтэц юм.
Гэрэл долгионоос тогтдог ч гэлээ зарим тохиолдолд бөөмсөөс бүрдсэн мэт байдгийг Планкийн таамаглал илэрхийлдэг. Учир нь гэрэл зөвхөн багцаар буюу квант байдлаар л цацарч, шингэдэг. Гейзенбергийн тодорхойгүйн зарчим ч бөөмс зарим тохиолдолдоо долгионтой адил байдгийг илэрхийлдэг юм. Учир нь тэд тодорхой байрлалгүй байдаг хэдий ч тодорхой магадлалт тархалттайгаар "цацагдсан" байдаг байна. Бодит ертөнцийг бөөм, долгионы тухай ойлголтоор тодорхойлдог байсан огт өөр төрлийн математик дээр квант механикийн онол суурилсан юм. Энэ нь бөөм, долгионы ойлголтоор тодорхойлогдож болох ертөнцийн тухай ажиглалт төдий билээ. Ингээд квант механикийн хүрээнд бөөм/долгионы дуализм үүсдэг. Зарим тохиолдолд бөөмийг долгион гэж үзэх нь зохимжтой байдаг, зарим тохиолдолд долгионыг бөөм гэж үзэх нь тустай байдаг. Долгион эсвэл бөөмийн хоёр цогц хооронд интерференци хэмээх үзэгдэл үүсдэг нь үүний нэг чухал мөрдөлгөө юм. Өөрөөр хэлбэл нэг долгионы нуруу нөгөөгийнхөө хотгортой давхцаж болно. Энэ үед хоёр долгион нь бидний боддогчлон арай хүчтэй долгион болж нэмэгдэхийн оронд бие биенээ сулруулдаг байна (зураг 4.1).
/
Гэрлийн интерференцийн энгийн жишээ бол гол төлөв савангийн хөөсөнд ажиглагддаг солонгорсон өнгө юм. Энэ нь хөөсийг үүсгэж байгаа усны нимгэн хальсны хоёр талаас гэрэл туссаны үр дүнд үүсдэг. Цагаан гэрэл янз бүрийн урттай гэрлийн долгион буюу янз бүрийн өнгийг агуулдаг. Савангийн хөөсний нэг гадаргуугаас туссан долгионы нуруу хөөсний нөгөө гадаргуугаас туссан ижил урттай долгионы хотгортой давхцана. Долгионы энэ уртад харгалзах өнгө туссан гэрэлд байхгүй болохоор солонгорч үзэгддэг байна. Квант механикийн оруулж ирсэн дуализмаас болж бөөмст ч интерференци илэрдэг. Үүний алдартай жишээ нь хоёр нүхтэй ялтасны туршилт (зураг 4.2) юм.
/
Зэрэгцээ, нарийхан хоёр нүх гаргасан ялтсыг төсөөлцгөөе. Нүхтэй ялтасны наад талд ямар нэг тодорхой өнгийн (өөрөөр хэлбэл долгионы тодорхой урттай) гэрлийн үүсгүүр байрлуулъя. Ихэнх гэрэл ялтасны гадаргуу дээр тусна, гэхдээ зарим нь нүхээр нэвтэрнэ. Одоо нүхтэй ялтсын цаад талд дэлгэц байгаа гэж төсөөлье. Хоёр нүхээр гарсан гэрлийн долгионууд дэлгэцийн дурын цэгт тусах болно. Гэхдээ үүсгүүрээс гараад тухайн хоёр нүхээр дамжин дэлгэц хүртэл туулсан зай нь ерөнхийдөө ялгаатай байна. Энэ нь нүхээр гарсан долгионууд дэлгэцэн дээр ижил фазаар тусахгүй гэсэн үг. Зарим газраа тэд бие биенээ сулруулна, зарим газраа бие биенээ дэмжинэ. Үр дүнд нь дэлгэцэн дээр гэрэлтэй, харанхуй зураас хосолсон өвөрмөц дүрс үүсдэг. Яг ийм зураасууд гэрлийн үүсгүүрийг бөөмийн үүсгүүрээр жишээлбэл, тодорхой хурдтай (тухайн долгион тодорхой урттай гэсэн үг) электронуудын үүсгүүрээр солих үед үүсдэг нь гайхалтай. Зөвхөн нэг нүх байх үед ямар ч зураас үүсэхгүй, дэлгэцэн дээр электронуудын нэгэн хэвийн тархалт ажиглагддагаараа тухайн үзэгдэл бүр ч гайхалтай. Иймд ахиад нэг нүх гаргах нь дэлгэцийн цэг бүхэнд тусах электронуудын тоог зүгээр л ихэсгэчихдэг гэж бодож болохоор, гэвч интерференциэс болоод үнэндээ электронуудын тоо зарим газар багасдаг байна. Электронуудыг нүхээр нэг нэгээр нь цувуулан нэвтруүлбэл электрон бүр нэг бол баруун, үгүй бол зүүн нүхээр нэвтрэх учраас нэг нүх байх үед дэлгэцэн дээр ажиглагддаг нэгэн хэвийн тархалтаа үүсгэнэ гэж бодож болох юм. Гэвч зураасууд нь электронуудыг нэг нэгээр нь явуулахад ч илэрч байв. Ингэхлээр электрон бүр хоёр нүхээр нэгэн зэрэг нэвтэрсэн байх учиртай! Бөөмсийн интерференцийн үзэгдэл нь хими, биологийн үндсэн нэгж, биднийг болон хүрээлэн буй бүхнийг бүтээдэг тэрхүү өчүүхэн "тоосго" болох атомуудын бүтцийг ойлгож мэдэхэд маань маш чухал нөлөө үзүүлсэн юм. Энэ зууны эхээр атомыг авч үзэхдээ нарыг гарагууд тойрон эргэдэгийн нэгэн адил төвд байрласан эерэг цэнэгтэй цөмөө (сөрөг цэнэгтэй бөөмс болох) электронууд тойрон эргэж байдгаар төсөөлж байлаа. Нар болон гараг хоорондын таталцах хүч гарагуудыг тойрог замд нь барьж байдагчлан эерэг ба сөрөг цэнэг хоорондын таталцлын хүч электронуудыг тойрог замд нь тогтоож байдаг хэмээн бодож байв. Үүнэзс улбаалж үүссэн хүндрэл нь квант механикаас өмнөх үеийн механикийн болон цахилгааны хуулиуд ийм хөдөлгөөн хийж байгаа электрон энергиэ алдаж цөм дээрээ унах хүртлээ дотогшоо мушгирч эргэнэ хэмээн урьдчилан хэлсэн явдал юм. Энэ нь атомууд, иймд бүх бодис маш их нягттай төлөв рүү даруй хумигдана гэдгийг илэрхийлж байлаа. Уг хүндрэлийн зарим шийдлийг 1913 онд Данийн эрдэмтэн Нильс Бор олсон юм. Электронууд дурын зайд биш, харин тодорхой зөвшөөрөгдсөн зайд байрласан тойрог замуудаар цөмийг тойрон эргэдэг байж болох юм гэдгийг тэрээр санал болгов. Хэрэв тийм тойрог зам бүхэнд зөвхөн нэг эсвэл хоёр электрон байж болно гэж төсөөлсөн бол атомын хумигдалтын тухай асуудал шийдэгдэх байлаа. Учир нь электронууд хамгийн бага радиус, энергитэй тойрог замыг эзлээд түүнээс дотогшоо мушгиран орж чадахгүй юм.
Энэ загвар цөмийг зөвхөн нэг электрон тойрдог хамгийн энгийн атом болох устөрөгчийн атомын бүтцийг маш сайн тайлбарласан ч зөвшөөрөгдсөн тойрог замууд илүү нарийн нийлмэл атомуудад хэрхэн хуваарилагдах нь ойлгомжгүй байсан юм. Түүнээс гадна тэд хязгаарлагдмал тоотой байх тухай санаа дэндүү зохиомол мэт харагдаж байв. Уг бэрхшээлийг квант механикийн онол шийдсэн билээ. Цөмөө тойрон эргэж байгаа электроныг хурдаасаа хамаарах урттай долгион мэтээр төсөөлөх боломжтой болсон юм. Зарим тойрог замын хувьд түүний урт нь (бутархай биш) бүхэл тоон урттай электрон долгионтой таардаг бололтой. Эдгээр тойрог замын хувьд долгионы нуруу эргэлт бүрт давхарддаг тул долгионууд нь нэмэгдэнэ. Ийм тойрог замууд Борын зөвшөөрөгдсөн тойрог замтай таарах юм. Гэвч урт нь бүхэл тоон урттай долгионтой таардаггүй тойрог замын хувьд долгионы нуруу бүхэн электронууд эргэхийн хэрээр эрт орой алин боловч долгионы хотгортой таарна. Ийм тойрог замууд зөвшөөрөгдсөн тойрог замууд байж чадахгүй.
Америкийн эрдэмтэн Ричард Фейнманы санаачилсан түүхийн нийлбэр гэгдэх арга долгион/ бөөмийн дуализмыг тодорхой төсөөлөх сайхан боломж олгодог. Энэ аргын үед бөөмийг сонгодог болон квантын бус онолд үздэгчлэн орон-цагт цор ганц түүх буюу замтай гэж тооцдоггүй юм. Харин бөөм А -аас В -д боломжит бүх замаар очиж болно хэмээн үзнэ. Зам бүрт нэг нь долгионы хэмжээг, нөгөө нь мөчлөг (өөрөөр хэлбэл нуруу эсвэл хотгор) дэх байрлалыг заадаг хоёр тоо холбоотой байна А-гаас В д очих магадлалыг тэдгээр бүх замын долгионыг нэмж олдог. Зэргэлдээ хэд хэдэн замыг өөр хооронд нь харьцуулбал мөчлөг дэх фаз эсвэл байрлал нь эрс ялгарна. Энэ нь тухайн замд харгалзах долгион бие биенээ бараг бүрэн сулруулна гэсэн үг. Гэвч зэргэлдээ зарим замын хувьд фазууд нь төдий л өөрчлөгддөггүй. Тэдгээр замын долгионууд сулрахгүй. Ийм замууд Борын зөвшөөрөгдсөн тойрог замтай таарна. Тодорхой математик хэлбэрээр илэрхийлэгдсэн ийм төсөөлөл дээр тулгуурлан илүү нарийн нийлмэл атомын болон нэгээс илүү цөмийг тойрон эргэдэг электронуудын ачаар холбогддог олон тооны атомаас бүтсэн молекулуудын зөвшөөрөгдсөн тойрог замуудыг ч харьцангуй хялбар тооцоолж болдог. Молекулуудын бүтэц хийгээд тэдний өөр хоорондоо холбогдох байдал хими, биологийг бүхэлд нь тодорхойлдог болохоор квант механик нь эргэн тойрондоо харж байгаа бүхнээ тодорхойгүйн зарчмын зөвшөөрсөн хязгаарын дотор, ойролцоогоор урьдчилан хэлэхийг зарчмын хувьд бидэнд зөвшөөрдөг юм. (Гэвч амьдрал дээр олон электрон агуулсан системд шаардагдах тооцоонууд нь бодогдомгүй тийм нарийн ээдрээтэй байдаг билээ.) Орчлон ертөнцийн том хэмжээний бүтцийг Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онол тодорхойлдог бололтой. Уг онолыг сонгодог гэж нэрлэдэг, яагаад гэвэл тэрээр бусад онолтой тохирох байдлыг зайлшгүй тооцдог квант-механикийн тодорхойгүйн зарчмыг харгалздаггүй юм. Энэ онол ажиглалттай огт зөрчилд орохгүй байгаагийн шалтгаан нь бидний үргэлж мэдэрч байгаа таталцлын аливаа орон маш сул байдагтай холбоотой. Гэхдээ өмнө дурдсан онцгой цэгийн тухай теорем хар нүх болон их тэсрэлт гэсэн дор хаяж хоёр тохиолдолд таталцлын орон маш хүчтэй болох ёстойг үзүүлсэн билээ. Тийм хүчтэй оронд квант механикийн нөлөөнүүд чухал байх ёстой. Иймд сонгодог (өөрөөр хэлбэл квант бус) механик атомууд төгсгөлгүй нягттай болон хумигдах ёстой гэж таамагласанаараа өөрийн мөхлийг зөгнөсөн шиг харьцангуйн сонгодог ерөнхий онол төгсгөлгүй нягттай цэгүүдийг урьдчилан хэлсэн гэдэг утгаараа мөхлөө өөрөө зөгнөж байна. Харьцангуйн ерөнхий онолыг квант механиктай нийлүүлсэн бүрэн нэгдмэл онол бидэнд хараахан алга, гэхдээ түүнд байх ёстой зарим нэг шинжийг бид мэддэг болсон. Хар нүх болон их тэсрэлтийн хувьд хийж болох дүгнэлтүүдийг дараагийн бүлгүүддээ томъёолсон билээ. Харин одоо байгалийн бусад хүчний тухай бүх төсөөллийг маань нэгдмэл, нэг квант онолд оруулах гэсэн сүүлийн үеийн оролдлогуудад анхаарлаа хандуулъя.
Тавдугаар бүлэг
Бөөмс ба байгаль дахь хүчнүүд
Орчлон ертөнцийн бүх бодис шороо, агаар, гал, ус гэсэн үндсэн дөрвөн махбодиос бүрддэг хэмээн Аристотель үзэж байв. Шороо, ус хоёрыг доош чангаадаг татах хүч, гал, агаар хоёрыг дээш болгодог хөөргөх хүч гэсэн хоёр хүчний нөлөөнд эдгээр махбодь өртдөг ажээ. Орчлон ертөнцийн бүрдлийг бодис, хүч хоёрт хуваасан энэ хуваалт өнөөг хүртэл хэрэглэгдэж байна. Бодис тасралтгүй, өөрөөр хэлбэл бодисын дурын хэсэг улам бага хэсгүүдэд тэхдээ цаашид хуваагдахгүй маш өчүүхэн тийм үртэс болохгүйгээр, төгсгөлгүй хуваагдаж чадна гэдэгт Аристотель итгэж байсан юм. Гэхдээ грекийн зарим философич жишээ нь Демокрит бодис уг чанараараа мөхлөг бүтэцтэй бөгөөд янз бүрийн, олон тооны атомаас (атом гэдэг грек үг нь "үл хуваагдах" гэсэн утгатай) бүх юм тогтоно гэсэн үзлийг баримталж байлаа. Маргаан аль нэг талынх нь зөвийг нотлох бодит ямарч нотолгоогүйгээр хэдэн зууныг дамнан үргэлжилсэн юм. Гэвч химийн нэгдлүүд дандаа тодорхой хувь хэмжээгээр нэгддэгийг атомууд молекул хэмээх нэгжийг үүсгэн бүлэглэдэгээр тайлбарлаж болно гэдгийг 1803 онд Английн химич, физикч Жон Дальтон үзүүлжээ. Гэхдээ манай зууны эхэн хүртэл дээрх хоёр сургаал хоорондын маргаан атомистуудад ашигтайгаар эцэслэн цшйдэгдээгүй л байлаа. Энэ маргааныг шийдвэрлэх физик нотолгооны нэгэн чухал хэсгийг Эйнштейн илрүүлсэн юм. 1905 онд, харьцангуйн тусгай онолын талаарх алдарт бүтээлээсээ хэдхэн долоо хоногийн өмнө бичсэн өгүүлэлдээ шингэн зүйлд байгаа тоосны жижигхэн бөөмсийн тогтворгүй, эмх замбараагүй, Броуны гэгдэх хөдөлгөөнийг тоосны эдгээр бөөмийг шингэний атомууд мөргөдөгөөр тайлбарлаж болно гэдгийг Эйнштейн үзүүлсэн билээ. Атомууд үл хуваагдах зүйл биш гэсэн утгатай хэд хэдэн үндэслэл тэр үед байжээ. Хэдхэн жилийн урьд Кембрижийн Тринити Коллежийн Ж.Ж.Томсон хамгийн хөнгөн атомын массаас мянга дахин бага масстай электрон гэгдэх бодисын бөөм байдгийг илрүүлсэн байв. Томсоны туршилтьш төхөөрөмж орчин үеийн зурагтны дүрсний бортогыг ихээхэн санагдуулдаг. Улайсгасан металл утас нь электрон үүсгүүрийн үүрэг гүйцэтгэсэн бөгөөд электронууд сөрөг цэнэгтэй учир фосфороор бүрсэн дэлгэц рүү тэднийг хурдлуулахын тулд цахилгаан оронг ашиглажээ. Электронууд дэлгэцэн дээр тусах үед түүн дээр оч үсэрч байлаа. Удалгүй эдгээр электрон атомоос тасарч гарсан нь тодорхой болж, 1911 онд Английн физикч Эрнест Резерфорд бодисын атомууд үнэхээр дотоод бүтэцтэйг, тэд эерэг цэнэгтэй маш өчүүхэн цөм түүнийг тойрон эргэх электронуудаас тогтдог гэдгийг бас нотолсон юм. Радио-идэвхт атомын цадруулдаг эерэг цэнэг бүхий альфа-бөөмс нь атомтай мөргөлдөх үедээ хэрхэн хазайж байгааг судлан энэ дүгнэлтэнд Резорфорд хүрчээ.
Электрон хийгээд "анхны" гэсэн утга бүхий грек үгнээс гаралтай протон гэгдэх эерэг цэнэгтэй бөөмсөөс атомын цөм тогтдог гэж эхэндээ бодоцгоож байсан юм. Учир нь протон бодисыг бүрдүүлдэг суурь хэсэг гэж тооцогддог байлаа. Гэвч цөмийн дотор протонтой бараг тэнцүү масстай, гэхдээ цахилгаан цэнэггүй нейтрон гэдэг өөр бөөмс байдгийг 1932 онд Резерфордын хамтрагч, Кембрижийн Их Сургуулийн Жеймс Чедвик илрүүлэв. Энэ нээлтийнхээ төлөө Чедвик Нобелийн шагнал хүртэн, Кембрижийн Их Сургуулийн (миний одоо ажиллаж байгаа) Конвилл-энд-Кайус коллежийн тэргүүнээр сонгогдсон юм. Хожим тэрээр хамтран зүтгэгчидтэйгээ санал зөрсний улмаас энэхүү албан тушаалаасаа татгалзахад хүрсэн билээ. Дайны дараа буцаж ирсэн хэсэг залуус ахмад албан хаагчид олон жилийн өмнөөс л хашиж байсан албан тушаалдаа байсаар байгааг эсэргүүцэх болсон үеэс эхэлсэн хэрүүл маргаан коллежид байнга явагдаж байсан ажээ. Энэ бүхэн надаас бүр өмнө болсон хэрэг, би коллежид 1965 оноос ажиллаж эхэлсэн бөгөөд тэр үед коллежийн өөр нэг тэргүүн, Нобелийн шагналт Невилл Мотт бас л огцрох хэрэгтэй болж тэмцлийн яг төгсгөл тохиосон юм.
Хорьхон жилийн өмнө протон, нейтроныг "эгэл" бөөмс гэж үзэж байсан ч протон хийгээд их хурдтай хөдөлдөг электронуудын харилцан үйлчлэлийн талаарх туршилтууд үнэн хэрэгтээ протонууд ч бүр жижиг бөөмсөөс тогтдогийг үзүүлсэн билээ. Калифорнийн технологийн дээд сургуулийн физикч Мюррей Гелл-Манн эдгээр бөөмийг кварк гэж нэрлэв. Кваркийн судалгаагаараа Гелл-Манн 1969 онд Нобелийн шагнал хүртсэн юм. Кварк гэдэг нэр Жеймс Жойсын нэгэн шүлгийн "Мастер Маркийн гурван кварк!" гэсэн ойлгомжгүй мөрнөөс үүдэлтэй. Бодлоор нь бол, quark гэдэг үг төгсгөлийн t үсгийг нь к үсгээр сольсон quart (куорт) гэдэг үг шиг дуудагдах ёстой боловч тэр нь lark гэдэг үгтэй хэмнэл таарахаар дуудагддаг. Бидний нэрлэдэгээр u-кварк, d-кварк, хачин кварк, гоё кварк, b-кварк, t- кварк гэсэн дор хаяж зургаан "амт" бүхий хэд хэдэн төрлийн кварк бий гэж үздэг. Тодорхой "амттай" кварк бүр бас улаан, ногоон, цэнхэр гэсэн гурван "өнгөтэй" байна. (Энэ бол зүгээр л тэмдэглэгээ гэдгийг онцлох нь зүйтэй, яагаад гэвэл кваркуудын хэмжээ үзэгдэх гэрлийн долгионы уртаас хамаагүй бага, тэгэхээр үгийн ердийн утгаар тэдэнд өнгө байхгүй. Шинэ бөөмс, үзэгдлийн нэрийг грек цагаан толгойн үсгээр хязгаарлалгүй өөрийн уран зохиомжоор бодож олох нь орчин үеийн физикчдэд илүү таалагддагт л хэргийн учир оршино!) Протон, нейтрон хоёр нь янз бүрийн өнгийн гурван кваркаас тогтоно. Протонд u-кварк хоёр, d-кварк нэг, нейтронд d-кварк хоёр, u-кварк нэг агуулагдана. Бөөмс бусад (хачин, гоё, b, t) кваркаас ч тогтож болох боловч тэр бүх кварк нь арай илүү масстай бөгөөд протон, нейтрон болж маш хурдан задардаг. Атом ч, түүний дотор орших нейтрон, протон ч хуваагддаг гэдгийг бид мэдлээ, одоо тэгэхээр жинхэнэ эгэл бөөм буюу бүгдийг бүрдүүлдэг тэрхүү анхдагч тоосго нь юу вэ? гэсэн асуулт үүслээ. Гэрлийн долгионы урт атомын хэмжээнээс үнэхээр их учраас атомын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг жирийн аргаар "харах" найдвар бидэнд алга. Энэ зорилгод тун бага урттай долгион хэрэгтэй. Өмнөх бүлгээс бид квант механикийн онолоор бүх бөөм долгион шинжтэй бөгөөд бөөмийн энерги их байх тусам зохих долгионы урт нь төдий бага байдгийг мэдсэн. Иймд тавигдсан асуултанд хариулах хариу маань бидний мэдэлд байгаа бөөмсийн энерги хэр их байхаас хамаарна, учир нь бидний ажиглаж чадах бага хэмжээний урт түүгээр тодорхойлогдоно. Бөөмийн энергийг электрон-вольт хэмээх нэгжээр хэмждэг. (Томсон туршилтдаа электроныг хурдасгахын тулд цахилгаан оронг ашигласаныг бид мэднэ. Нэг вольт хэмжээний цахилгаан оронд электроны олж авах энергийг электрон-вольт гэдэг.) Шаталтын төрлийн химийн урвалаас ялгардаг хэдхэн электрон-вольт энергитэй бөөмсийг л ашиглаж чаддаг байсан арван есдүгээр зуунд атомыг бодисын хамгийн эгэл хэсэг гэж үзэж байлаа. Резерфордын туршилтанд альфа-бөөмийн энерги сая электрон-вольт хүрчээ. Тун саяханаас бид цахилгаан-соронзон орны тусламжтайгаар бөөмсийг эхлээд сая, дараа нь мянган сая электрон-вольт энергитэй болтол хурдлуулж сурсан. Ингээд хорин жилийн өмнө хамгийн эгэл гэж бидний тооцож байсан бөөмс үнэндээ бүр өчүүхэн бөөмсөөс тогтдогийг мэдсэн юм. Тэгвэл бүр их энергид шилжих үед эдгээр өчүүхэн бөөмс өөрсдөө бүр ч өчүүхэн бөөмсөөс тогтох бол уу? Энэ нь бүрэн магадлалтай нөхцөл мөн ч байгаль дээрх бүгдийг бүрдүүлсэн анхны "тоосгонууд"-ын тухай мэдээ баримтыг бид авчихсан эсвэл бараг авсан гэж үзэж болох онолын зарим үндэслэл бидэнд байна. Өмнөх бүлэгт ярилцсан бөөм/долгионы дуализмыг тооцон гэрэл, таталцлыг оролцуулан орчлон ертөнц дээрх бүх зүйлийг бөөмсийн тухай ойлголтоор тодорхойлон тайлбарлаж болно. Бөөм нь спин [спин-эргэх, тойрох гэсэн утгатай үг] хэмээх шинжтэй байдаг. Спинийг тодорхой төсөөлөх нэг арга нь бөөмийг тэнхлэгээ тойрон эргэж байгаа жижигхэн ээрүүл мэтээр төсөөлөх явдал юм. Бөөм эргэлтийн яг тодорхой тэнхлэггүй байдаг гэж квант механик үздэг болохоор ийм дүр зураг төөрөгдөлд оруулж ч мэднэ. Үнэндээ бөөмийн спин гэдэг нь бөөм янз бүрийн талаасаа ямар харагдаж болохыг бидэнд өгүүлдэг. 0 спинтэй бөөм цэгтэй төстэй бөгөөд тэр нь бүх талаасаа адил харагдана (зураг 5.1.I). 1 спинтэй бөөмийг сумаар зүйрлүүлж болно. Тэрээр янз бүрийн талаасаа өөр өөрөөр харагдах бөгөөд бүтэн 360° градусын эргэлтийн дараа л эхний байдалдаа орно (зураг 5.1.II). 2 спинтэй бөөмийг хоёр талдаа үзүүр бүхий сумтай зүйрлүүлж болно, түүний аливаа байрлал хагас (180°) эргэлтийн дараа давтагдана. Энэчлэн их спинтэй бөөм анхны байдалдаа бүтэн эргэлтийн бүр бага хувь хэсгээр эргэн ордог. Энэ бүхэн тун илэрхий, харин бүтэн эргэлтийн дараа өмнөх төрхөө олдоггүй өөр бөөмс байдаг нь гайхмаар бөгөөд тэднийг бүтэн хоёр удаа эргүүлэх хэрэгтэй! Ийм бөөмийг 1/2 спинтэй гэдэг юм. Орчлон ертөнц дэх мэдэгдэж буй бүх бөөмийг бодисыг бүрдүүлдэг 1/2 спинтэй бөөм, бодисын бөөм хооронд үйлчлэх хүчнүүдийг бүтээдэг 0,1,2 спинтэй бөөм гэсэн хоёр бүлэг болгон хувааж болно. Бодисын бөөм Паулийн хоригийн зарчимд захирагддаг. Үүнийг 1925 онд Австрийн физикч Вольфганг Паули нээсэн бөгөөд нээлтийнхээ төлөө 1945 онд Нобелийн шагнал хүртсэн юм. Тэрээр онолын фичикч хүний сонгодог дуурайл байжээ. Учир нь ямарч хотод түүнийг байхад сорил туршилтууд гажуудах болно гэж ярьцгаадаг юм! Паулийн хоригийн зарчим ижил хоёр бөөм адил төлөвт байж чадахгүй өөрөөр хэлбэл тодорхойгүйн зарчмын оноосон тэрхүү хязгаарлалтаас болж ижил байрлал, ижил хурдтай байж чадахгүй гэж өгүүлдэг. Энэ зарчим яагаад 0, 1, 2 спинтэй бөөмсийн үүсгэдэг хүчний үйлчлэлээр бодисын бөөм маш их нягттай төлөв болон хумигддаггүйг тайлбарладаг учраас маш чухал ач холбогдолтой юм. Бодисын бөөмсийн байрлал бараг ижил байвал хурд нь ялгаатай байх ёстой, тэгэхээр тэд энэ байрлал дээрээ удаан тогтож чадахгүй гэсэн үг. Ертөнц бүрэлдэхэд хоригийн зарчим оролцоогүйсэн бол кваркууд тусгаар, нарийн тодорхой протон, нейтронуудыг үүсгэж чадахгүй байсан. Ингэсэн бол тэд электроны хамт тусгаар, нарийн тодорхой атомуудыг ч үүсгэж чадахгүй байх байлаа. Тэд бүгдээрээ нэгэн ижил өтгөн "бантан" болон хумигдах байжээ.
/
Кембрижийн Математикийн тэнхимийн (нэгэн цагт Ньютоны, одоо миний хашиж буй) Люкасын нэрэмжит Профессорын албан тушаалд хожим сонгогдсон Поль Дирак 1928 онд онолоо дэвшүүлэхээс өмнө электрон болон 1/2 спинтэй бусад бөөмийн тухай зөв төсөөлөл байгаагүй юм. Диракийн онол нь квант механиктай ч, харьцангуйн тусгай онолтой ч таарсан анхны онол байв. Энэ онолд электроны спин яагаад 1/2-той тэнцүү байдгийн өөрөөр хэлбэл электрон анхны байдалдаа нэг удаагийн бүтэн эргэлтээр биш, харин хоёр бүтэн эргэлтээр ордог шалтгааныг математикийн үүднээс тайлбарласан байдаг. Электронд эсрэг-электрон буюу позитрон гэсэн хослогч байх ёстойг Диракийн онол урьдчилан хэлсэн юм. 1932 онд позитроныг нээснээр Диракийн онол батлагдаж, 1933 онд тэрээр физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртсэн билээ. Одоо бид бөөм бүхэн эсрэг-бөөмтэй байдгийг, тэд хоорондоо мөргөлдвөл бие биенээ үгүй хийдгийг (annihilate ) мэддэг болсон. (Хүчийг зөөдөг бөөмсийн хувьд эсрэг-бөөмс нь өөрсөдтэй нь адил байдаг.) Эсрэг-бөөмөөс тогтсон бүхэл бүтэн эсрэг-ертөнц, эсрэг-хүмүүс байж болохоор. Гэхдээ өөрийнхөө эсрэгтэй тааралдаад түүнтэй гар барин мэндчилэх гэв дээ! Нүд гялбам гэрэл гялсхийж та хоёр хоёул үгүй болох нь тэр. Бидний эргэн тойронд яагаад эсрэг-бөөмөөс хамаагүй олон бөөм байдаг вэ гэдэг нь хамгийн чухал асуулт бөгөөд энэ бүлэгт түүн рүү ахин хандах болно.
Бодисын бөөмс хоорондын хүч эсвэл харилцан үйлчлэл бүхэн 0, 1, 2 гэсэн бүхэл тоон спинтэй бөөмсөөр зөөгддөг гэж квант механикт үздэг. Электрон эсвэл кварк гэх мэт бодисын бөөм хүчийг зөөдөг бөөмийг ялгаруулдаг байна. Энэ ялгаралтаас үүдэлтэй тийрэлт бөөмсийн хурдыг өөрчилдөг. Дараа нь зөөгч-бөөм бодисын өөр нэг бөөмтэй мөргөлдөн түүнд шингэн орно. Энэ мөргөлт бодисын энэхүү хоёр бөөмийн хооронд хүч үйлчилж байгаа шигээр хоёр дахь бөөмийн хурдыг өөрчилнө.
Зөөгч-бөөмс Паулийн зарчимд захирагддаггүй нь тэдний гол онцлог юм. Энэ нь солилцогдох бөөмсийн тоонд хязгаарлалт байхгүй болж үүсэх харилцан үйлчлэлийн хүч их болно гэсэн үг. Гэхдээ зөөгч-бөөмсийн масс их байвал тэдний үүсэх, хол зайд солилцох нь бэрхшээлтэй болдог. Иймд тэдний зөөж буй хүч богино үйлчлэлийн байна. Хэрэв зөөгч-бөөмс хувийн массгүй байвал хол үйлчлэлийн хүчнүүд үүсдэг. Бодисын бөөм хооронд солилцогдож байгаа зөөгч-бөөмсийг виртуаль гэж нэрлэдэг, яагаад гэвэл "бодит" бөөмсөөс ялгаатай нь тэднийг бөөм бүртгэгчээр шууд бүртгэж чаддаггүй юм. Гэхдээ хэмжиж болох нөлөөллийг виртуаль бөөмс үзүүлдэг болохоор тэдний оршин байгааг бид мэдэж чадна. Тэд бодисын бөөм хооронд үйлчилдэг хүчнүүдийг үүсгэдэг. Зарим тохиолдолд 0, 1, 2 спинтэй бөөмс бодит бөөмс шиг ч байдаг, тэр үед нь тэднийг шууд бүртгэж болно. Сонгодог физикийн үүднээс тийм бөөмс бидэнтэй гэрлийн эсвэл таталцлын долгион байдалтай тааралддаг байна. Бодисын бөөмс өөр хоорондоо виртуаль зөөгч-бөөмсийг солилцон харилцан үйлчлэх үед тэд ялгардаг байж магадгүй. (Жишээ нь, хоёр электрон хоорондын харилцан түлхэлцлийн цахилгаан хүч нь шууд бүртгэж болдоггүй виртуаль фотонууд солигдсоны үр дүнд үүсдэг. Гэхдээ электронууд бие биенийхээ дэргэдүүр зөрж өнгөрвөл гэрлийн долгион байдлаар бүртгэгдэх бодит фотонууд ялгарах боломжтой.) Зөөгч-бөөмсийг тэдний зөөж буй харилцан үйлчлэлийн хүч болон ямар бөөмстэй харилцан үйлчлэлцэж байгаагаас нь хамааруулан дөрвөн төрөлд хувааж болно. Энэ хуваалт тун зохиомол гэдгийг, тусгай онолуудыг боловсруулахад л тохиромжтой байдгаас өөр нухацтай зүйл үүнд бараг байхгүйг тэмдэглэх нь зүйтэй. Эл дөрвөн хүчийг нэг л хүчний өөр өөр төрөл гэж тайлбарлах нэгдмэл онолыг эцсийн эцэст бүтээж чадна гэдэгт ихэнх физикч итгэдэг юм. Үүнийг орчин үеийн физикийн эрхэм зорилго гэж олонхи нь хэлдэг. Энэ дөрвөн хүчний гурвыг нь нэгтгэх оролдлогыг тун саяхан амжилттай хийж дуусгасан бөгөөд энэ бүлэгт би үүний тухай өгүүлэх гэж байна. Үлдсэн нэг төрөл болох таталцлын хүчийг нэгттэх асуудлыг бид жаахан хойно авч үзнэ.
Эхлээд таталцлын хүчний тухай ярья. Таталцлын хүчнүүд түгээмэл шинжтэй, өөрөөр хэлбэл бөөм бүхэн өөрийн масс эсвэл энергид тохирсон таталцлын хүчний нөлөөг амсдаг. Дөрвөн хүчнээс хамгийн сул нь таталцлын хүч юм. Таталцал нь хол зайд үйлчилдэг бөгөөд үргэлж татах хүч байдаг гэсэн хоёр шинжийг агуулдаггүйсэн бол бидний илрүүлж чадахгүй байсан ч байж мэдэх маш сул хүч билээ. Тэгэхээр дэлхий, нар мэтийн том биеийн тусгаар бөөмс хоорондын таталцлын маш сул хүч нийлээд маш их хүчийг үүсгэж чадна гэсэн үг. Хүчний үлдсэн гурван төрөл зөвхөн бага зайд үйлчилдэг, үгүй бол заримдаа татдаг, заримдаа түлхдэг, иймд ерөнхийдөө тэнцчихдэг. Таталцлын оронд хандах квант механик хандлага бодисын хоёр бөөм хооронд үйлчлэх таталцлын хүч нь гравитон гэгдэх 2 спинтэй бөөмөөр зөөгддөг хэмээн үздэг юм. Гравитон хувийн массгүй, иймд түүний зөөдөг хүч хол үйлчлэлийн байна. Нар, дэлхий хоорондын таталцлын хүч энэ хоёр биеийг бүрдүүлдэг бөөмс гравитонууд солилцсоноор үүсдэг. Солилцсон бөөмс нь виртуаль байдаг ч тэд хэмжилтэнд гарцаагүй өртөх нөлөөг үүсгэдэг буюу дэлхий нарыг тойрон эргэхэд хүргэдэг! Бодит гравитонууд сонгодог физикт таталцлын гэж нэрлэгддэг маш сул, иймд одоо болтол ажиглагдаагүй, бүртгэхэд бэрхшээлтэй байгаа долгионоос тогтдог байна. Хүчний дараагийн төрөл нь электрон, кварк шиг цахилгаан цэнэгтэй бөөмстэй харилцан үйлчилдэг боловч гравитон мэтийн цэнэггүй бөөмстэй үйлчлэлцдэггүй цахилгаан-соронзон хүч юм. Цахилгаан-соронзон хүч таталцлынхаас нилээд хүчтэй. Хоёр электрон хоорондын цахилгаан-соронзон хүч таталцлынхаас бараг (нэгийн ард дөчин хоёр тэгтэй) саяын саяын саяын саяын саяын саяын сая дахин их. Гэхдээ эерэг, сөрөг гэсэн хоёр төрлийн цахилгаан цэнэг байдаг. Эерэг цэнэгийн хооронд сөрөг цэнэг хоорондынх шиг түлхэлцлийн хүч үйлчилдэг, харин эерэг, сөрөг цэнэгийн хооронд таталцлын хүч үйлчилнэ. Дэлхий эсвэл нар шиг том бие бараг ижил тооны эерэг, сөрөг цэнэгтэй байдаг. Тэгэхээр бөөмс хоорондын татах, түлхэх хүч бие биетэйгээ бараг тэнцэж, цэвэр цахилгаан-соронзоны хүч тун бага үлдэнэ. Гэвч атом, молекулын хэмжээнд цахилгаан-соронзон хүч давамгайлдаг байна. Таталцлын хүчний үйлчлэлээр дэлхий нарыг тойрон эргэдэгийн нэгэн адил цөмийн хүрээнд сөрөг цэнэгтэй электрон, эерэг цэнэгтэй протон хоорондын цахилгаан-соронзон таталцлын үйлчлэлээр электронууд атомын цөмийг тойрон эргэдэг ажээ. Цахилгаан-соронзон үйлчлэлийг фотон гэгдэх 1 спинтэй, массгүй олон тооны виртуаль бөөмийн солилцлоор тесөөлдөг юм. Солилцох фотонууд бас виртуаль бөөмс байна. Гэхдээ электрон зөвшөөрөгдсөн нэг тойрог замаас цөмд ойр байрласан өөр нэг тойрог зам руу шилжих үед энерги чөлөөлөгдөн жирийн нүдэнд эсвэл фото зургийн хальс мэтийн фотон бүртгэгчид үзэгдэх гэрэл болж ажиглагдах бодит фотонууд цацардаг. Энэчлэн, бодит фотон атомтай мөргөлдөх үед электрон цөмтэй ойр нэг тойрог замаас цөмөөс арай хол өөр тойрог замд шилжих боломжтой. Фотоны энергийг шингээн авсны ачаар уг шилжилт явагддаг.
Гуравдахь төрлийн хүчийг цөмийн сул хүч гэж нэрлэдэг. Тэр нь радио-идэвхт шинжийг хангаж, 1/2 спинтэй бодисын бөөм бүхэнд үйлчилдэг боловч фотон, гравитон мэтийн 0,1,2 спинтэй бөөмст үйлчилдэггүй. Зуу орчим жилийн өмнө цахилгаан, соронзон хоёрыг Максвелл нэгтгэсэний нэгэн адил 1967 онд Лондонгийн Империад- Коллежийн Абдус Салам, Харвардын Их Сургуулийн Стивен Вайнберг нар сул хүчийг цахилгаан-соронзон хүчтэй нэгтгэсэн онолыг нэгэн зэрэг дэвшүүлэхээс өмнө цөмийн сул хүчийг төдий л мэддэггүй байлаа. Фотоноос гадна, сул хүчийг зөөдөг, хүнд векторт бозонууд гэж нэрлэгддэг, 1 спинтэй ахиад гурван бөөм байна гэсэн таамаглалыг Вайнберг, Салам хоёр дэвшүүлсэн юм. Тэрхүү бөөмсийг W (нэмэх), W ( хасах), Z (Z тэг) гэж нэрлэдэг бөгөөд тус бүрийнх нь масс 100 ГэВ орчим байдаг (ГэВ нь гига-электрон-вольт буюу мянган сая электрон вольт гэдгийг тэмдэглэдэг). Вайнберг-Саламын онол тэгш хэмт чанар аяндаа алдагдах хэмээх шинжийг үзүүлсэн. Энэ нь бага энергийн үед тун ялгаатай олон тооны бөөм болж үзэгддэг ч үнэн хэрэгтээ янз бүрийн төлөвт байгаа нэг л төрлийн бөөмс юм гэдгийг илтгэдэг юм. Их энергийн үед энэ бүх бөөмийн үйлдэх байдал ижилхэн болдог. Үүнийг ховилт хүрдний (roulette wheel) бөмбөгний үйлдэлтэй зүйрлүүлж болно. Их энергийн үед (хүрд хурдан эргэж байх үед) бөмбөг үнэн чанартаа зөвхөн нэг байдлаар буюу хүрдийг тойрон өнхөрч байдаг. Гэхдээ хүрд удаашрах үед бөмбөгний энерги багасч, эцэстээ тэрээр хүрдэн дээрх гучин долоон ховилын аль нэгэнд унадаг. Өөрөөр хэлбэл бага энергийн үед бөмбөг байрлах гучин долоон янзын төлөв байна. Хэрэв бид бөмбөгийг зөвхөн бага энергийн үед нь яагаад ч юм ажиглаж чаддагсан бол гучин долоон янзын бөмбөг байна гэж тооцох байсан! Вайнберг-Саламын онолоор 100 ГэВ-оос нилээд давсан энергийн үед тэрхүү шинэ гурван бөөм болон фотон нь ижил төрхтэй болох ёстой. Гэхдээ хэвийн ихэнх нөхцөлд илэрдэг бага энергийн үед бөөм хоорондын энэхүү тэгш хэмт чанар алдагдах учиртай аж. W(нэмэх), W(хасах), Z(тэг)-ийн зөөдөг хүч маш богино үйлчлэлийн болохоор тэдний масс их байх ёстой.Вайнберг, Салам нарыг онолоо дэвшүүлж байх үед тэдэнд итгэх нь бага байсан бөгөөд тэр үеийн хурдасгуур бодит W(нэмэх),W(хасах),Z(тэг) бөөмсийг үүсгэхэд шаардлагатай 100 ГэВ-ийн энергид хүрэх чадалгүй байв. Гэхдээ бага энергийн үед энэ онолын дэвшүүлсэн таамаглалууд арав гаруй жилийн дараа туршилтаар батлагдсан юм. Ингээд 1979 онд Вайнберг, Салам нар цахилгаан-соронзон болон цөмийн сул хүчний талаар үүнтэй төстэй нэгдмэл онол бас дэвшүүлсэн Харвардын Шелдон Глешоутай хамт Нобелийн шагнал хүртсэн билээ. Фотоны их масстай гурван хосын массын утга болон бусад шинж зөв болохыг 1983 онд ЦСЕТ-д (Женев дэх Цөмийн Судалгааны Төв) тогтоосноор Нобелийн шагналын хорооныхон алдаа хийсэн байх вий гэсэн түгшүүрээсээ ангижирсан байна. Энэ нээлтийг хийсэн олон зуун физикчдийн бүлгийг ахлаж байсан Карло Руббиа нь туршилтанд ашигласан эсрэг-бөөмийн хураагуурын төслийг зохиогч, ЦСЕТ-ийн инженер Симон ван дер Меерын хамт 1984 оны Нобелийн шагналыг хүртсэн юм. (Та оргил дээр нь гарчихаагүй л бол өнөө үед туршилтын физикт ул мөрөө үлдээхэд нэн бэрх болжээ!) Цөмийн хүчтэй харилцан үйлчлэл нь протон, нейтроны дотор кваркийг, харин атомын цөмийн дотор протон, нейтроныг тогтоон барьж байдаг дөрөв дэх төрлийн хүч юм. Зөвхөн өөр хоорондоо болон кварктай харилцан үйлчлэлцдэг глюон гэгдэх, 1 спинтэй өөр нэг бөөм энэ хүчийг зөөдөг гэж үздэг. Цөмийн хүчтэй харилцан үйлчлэлд конфайнмент гэдэг онцгой нэг шинж байдаг юм. Конфайнментаас болж бөөмс ямагт өнгөгүй хослол үүсгэн тогтдог. Кварк дангаараа байхдаа (улаан, ногоон эсвэл хөх) өнгөтэй байх ёстой болохоор тэд ганц нэгээрээ оршин байж чадахгүй. Иймд улаан кварк глюонон "утас" (string)-аар ногоон болон хөхтэй нэгдсэн байх ёстой (улаан+ногоон+хөх=цагаан). Ийм гурвал протон эсвэл нейтронд ч илэрнэ. Өөр нэг боломж бол кварк, эсрэг-кварк хоёрын хослол юм (улаан+улааны эсрэг, эсвэл ногоон+ногооны эсрэг, эсвэл хөх+хөхийн эсрэг=цагаан). Ийм хослолууд мезон гэгдэх бөөмсийг бий болгодог ч эдгээр бөөм кварк, эсрэг-кварк хоёр нь электрон болон бусад бөөмийг үүсгээд бие биенээ үгүй хийдэгээс болоод тогтворгүй байдаг. Үүнчлэн конфайнментаас болж нэг глюон дангаараа оршиж чадахгүй, яагаад гэвэл глюонууд бас өнгөтэй байдаг. Ингэхлээр глюонууд өнгө нь нийлээд цагаан өнгийг үүсгэхээр цогцлох ёстой. Глюоны энэхүү цогцлол глюбол хэмээх тогтворгүй бөөмийг үүсгэдэг.
Конфайнментаас болоод салангид кварк эсвэл глюоныг бид ажиглаж чаддаггүй нь кварк, глюон хэмээх бөөмсийн тухай төсөөлөл ямар нэг утгаар хийсвэр болохыг харуулж магадгүй. Гэхдээ кварк, глюоны тухай ойлголтыг бүрэн тодорхой болгодог, бараг чөлөөт байдал хэмээх өөр нэг шинж цөмийн хүчтэй харилцан үйлчлэлд байдаг. Жирийн энергийн нөхцөлд хүчтэй харилцан үйлчлэл үнэхээр хүчтэй байж, кваркуудыг өөр хооронд нь хүчтэй холбож байдаг ажээ. Гэхдээ хүчтэй хурдасгуур дээр хийсэн туршилтуудын үзүүлсэнээр бол их энергийн үед хүчтэй харилцан үйлчлэл нь мэдэгдэхүйц суларч, кварк, глюонууд бараг чөлөөт бөөмс шиг болдог байна. 5.2-р зурагт их энергитэй протон, эсрэг-протон хоёрын мөргөлдөөний фото-зургийг үзүүлжээ. Бараг чөлөөтэй хэд хэдэн кваркууд бий болж, зурган дээр харагдаж байгаа тойрог маягийн "хэлхээг" үүсгэсэн байна.
зураг 5.2
Цахилгаан-соронзон болон сул хүчнүүдийг амжилттай нэгтгэсэн нь энэ хоёр хүчийг цөмийн хүчтэй харилцан үйлчлэлийн хамт их нэгдлийн гэгдэх онол (буюу ИНО)-д нэгтгэх нилээд хэдэн оролдлогыг төрүүлсэн юм. Үр дүнд нь бий болсон онолууд тийм ч агуу их бишийн дээр таталцлын хүчийг багтаагаагүй болохоор бүх хүчийг бүрэн нэгтгэж чадаагүй юм. Иймд дээрх нэрэнд хэтрүүлэл нилээд бий. Түүнээс гадна онолоор таамаглаж болохгүй, харин туршилтын үр дүнтэй тааруулан сонгох учиртай хэд хэдэн хэмжигдэхүүнийг агуулдаг учраас энэ бүх онол үнэндээ бүрэн гүйцэт биш билээ. Гэлээ гэхдээ тэд бүрэн, гүйцэт нэгдмэл онолд нэг алхам болж магадгүй. ИНО-ын үндсэн санаа дараах зүйлд оршино. Түрүүн дурдсанчлан цөмийн хүчтэй харилцан үйлчлэл их энергийн үед сулардаг. Үүний эсрэгээр бараг чөлөөт биш цахилгаан-соронзон болон цөмийн сул хүчнүүд их энергийн үед нэмэгддэг. Их нэгдлийн хэмээх маш их энергийн үед энэ гурван хүч нь хүч чадлынхаа хувьд ижил болж, нэг л хүчний жирийн нэг төрлүүд болж хувирна. Энэ энергийн үед кварк, электрон мэтийн 1/2 спинтэй бодисын янз бүрийн бөөм ялгагдахаа бас больж, өөр нэг нэгдэл боломжтой болно гэж ИНО таамагладаг юм.
Их нэгдлийн энергийн утга тийм ч тодорхой биш гэлээ наанадаж мянган саяын сая ГэВ байх ёстой ажээ. Орчин үеийн хурдасгуурт бөөмс нэг зуун ГэВ орчим энергитэйгээр мөргөлддөг. Харин одоо төлөвлөгдөж байгаа машин үүнийг хэдэн мянган ГэВ хүртэл өсгөх бололтой. Гэхдээ бөөмсийг их нэгдлийн энерги хүртэл хурдасгах чадалтай машин нь Нарны Системийн дайтай том байх ёстой агаад эдийн засгийн өнөөдрийн нөхцөл байдалд үүнийг санхүүжүүлж чадах нь юу л бол. Иймээс их нэгдлийн онолыг лабораторид шууд шалгах боломжгүй. Гэхдээ цахилгаан-соронзон-сул хүчний нэгдмэл онолынх шиг шалгаж болох бага-энергийн үеийн үр дүнгүүд байдаг.
Тэдгээрээс хамгийн сонирхолтой нь жирийн бодисын массын ихэнх хэсгийг бүрдүүлдэг протонууд эсрэг- электрон мэтийн илүү хөнгөн бөөм болон аяндаа задарч чадна гэсэн таамаглал юм. Үүнийг боломжтой гэж үзэх шалтгаан нь их нэгдлийн энергийн үед кварк, эсрэг-электрон хоёр онцын ялгаагүй болдогт оршино. Протоны доторх гурван кварк нь эсрэг-электрон болон хувирах хангалттай тооны энергитэй байдаггүй боловч тодорхойгүйн зарчим протоны доторх кваркуудын энерги яг тогтвортой байх боломжгүйг хэлдэг учраас кварк нь энэ хувиралтанд хүрэлцэх энергийг нэг удаа тун санамсаргүйгээр олж авч болно. Тэр үед протон задрах ажээ. Кварк хангалттай энергитэй болох магадлал нь хэн нэгэн үүнийг наанадаж саяын саяын саяын саяын сая (нэгийн ард гучин тэгтэй) жил хүлээхээр тийм бага юм. Энэ нь их тэсрэлтийн агшинаас хойш өнгөрсөн дор хаяж арван мянган сая (нэгийн ард арван тэгтэй) жилээс хамаагүй их байна. Эндээс протон аяндаа задрах боломжийг туршилтаар шалгаж болохгүй гэж бодож болно. Гэхдээ протоны задралыг бүртгэх магадлалыг маш их протоныг агуулсан тун их бодисыг ажиглан нэмэгдүүлж болох юм. (Жишээ нь, нэгийн ард гучин нэгэн тэгтэй тэнцүү тооны протоныг нэг жилийн турш ажиглан их нэгдлийн хамгийн энгийн нэгэн онол ёсоор протоны нэгээс илүү задралыг илрүүлэх найдвар бий.) Тийм хэд хэдэн туршилт хийгдсэн ч протон эсвэл нейтроны задралын талаар тодорхой мэдээллийг өгөөгүй байдаг. Найман мянган тонн ус ашигласан туршилтыг (протоны задралаар сансрын цацрагийн үүсгэж болох бэрхшээлээс зайлсхийхийн тулд) Огайо мужийн давсны уурхайд явуулжээ. Туршилтын хугацаанд протоны аяндаа үүссэн нэг ч задрал тэмдэглэгдээгүй болохоор протоны амьдралын хугацааг арван саяын саяын саяын саяын сая (нэгийн ард гучин тэгтэй) жилээс илүү байх ёстой гэж тооцоолж болно. Энэ нь их нэгдлийн хамгийн энгийн онолын таамагладаг хугацаанаас их байгаа боловч үүнээс илүү хугацааг таамагладаг бүр нарийн тодорхой онолууд ч бий. Маш их хэмжээний бодисийг авч үзсэн нарийн туршилтууд байдаг ч тэднийг шалгах хэрэгтэй юм.Протоны аяндаа үүсэх задралыг ажиглахад бэрхшээл байгаа ч бидний оршин байхуй үүний тонгоруу үйл явцын үр дүн, протон эсвэл хамгийн багадаа кваркийн бүтээгдэхүүн байж болох ба кварк эсрэг-кваркаасаа олон байгаагүй анхдагч төлөвөөс орчлон ертөнц хөгжиж эхэлсэн гэж төсөөлөх нь хамгийн зүй ёсны байдаг. Кваркуудаас тогтох протон, нейтронуудаас дэлхий дээрх бодис голчлон бүрддэг. Том хурдасгуурын тусламжтай гаргаж авсан хэдхэн ширхэгийг эс тооцвол эсрэг-кваркаас тогтсон эсрэг-протон эсвэл эсрэг-нейтрон гэж дэлхийд байхгүй. Манай галактикийн бүх бодис мөн адил ийм байдгийг сансрын цацрагийн туршилтууд нотлодог. Их энерги бүхий мөргөлдөөний үед бөөм/эсрэг-бөөмийн хосд үүсдэг хэдхэн тооны эсрэг- бөөмийг эс тооцвол эсрэг-протон эсвэл эсрэг-нейтрон гэж галактикт байхгүй. Хэрэв манай галактикт эсрэг-бодис бүхий том муж байсан бол энэхүү муж болон бодис бүхий өөр нэг муж хоёрын зааг дээр бөөмс эсрэг-бөөмстэй мөргөлдөн устаж, их энергитэй цацраг ялгаруулсанаас үүдсэн маш их хэмжээний цацрагийг ажиглаж болохоор байлаа.
Бусад галактикийн бодис протон, нейтроноос тогтдог уу эсвэл эсрэг-протон, эсрэг-нейтроноос тогтдог уу гэдгийг бид шууд хэлж чадахгүй байгаа, гэхдээ тэр нь аль нэгээс нь л тогтох ёстой. Нэг галактикийн дотор бөөм, эсрэг-бөөм хоёрын холимог байж чадахгүй, учир нь тийм тохиолдолд бөөм эсрэг-бөөм харилцан мөргөлдөж бие биенээ үгүй хийснээс үүдэх маш их цацрагийг мөн л ажиглаж болох юм. Иймд бид бүх галактик эсрэг-кваркаас биш, харин кваркаас тогтдог гэж үзэж байна. Зарим галактик бодисоос, зарим галактик эсрэг-бодисоос тогтох нь юу л бол. Яагаад кварк эсрэг-кваркаас хамаагүй их байх ёстой вэ? Яагаад тэд тэнцүү тооны байдаггүй вэ? Тэнцүү биш байдаг нь бидний хувьд азтай хэрэг, яагаад гэвэл тэд тэнцүү байсансан бол бараг бүх кварк, эсрэг-кварк орчлон ертөнцийн балчир ахуй насанд өөр хоорондоо мөргөлдөн харилцан үгүй болж, цацрагаар дүүрсэн, гэхдээ ямар ч бодисгүй орчлон ертөнцийг үлдээх байсан юм. Тэгээд галактик ч, од ч, хүмүүний амьдрал цэцэглэж болохоор гараг ч үгүй байх байлаа. Орчлон ертөнц тэнцүү тооны кварк, эсрэг-кварктай үүссэн байлаа ч өнөөдөр орчлон ертөнцөд кварк яагаад эсрэг- кваркаас олон байх ёстойг их нэгдлийн онолоор тайлбарлаж болно. Түрүүн бидний үзсэнээр, кварк их энергийн үед эсрэг-электронууд болж хувирахыг ИНО зөвшөөрдөг. Эсрэг-кваркууд электрон болж, харин электрон, эсрэг-электрон нь эсрэг-кварк, кварк болж хувирах урвуу үйл явцыг ч бас зөвшөөрдөг. Маш эрт үеийн орчлон ертөнц нь эдгээр хувирал явагдахад хүрэлцэх их энергийг бөөмс агуулсан байхаар тийм халуун байжээ. Гэвч яагаад кваркууд эсрэг- кваркаас олон болчихов оо? Учир нь физикийн хуулиуд бөөм, эсрэг-бөөм хоёрт яг адилаар үйлчилдэггүйд оршино.
Физикийн хуулиуд С, Р, Т гэсэн тусдаа гурван тэгш хэм бүрт биелдэг хэмээн 1956 оноос өмнө үзэж байсан юм. С тэгш хэм нь бүх хууль бөөм, эсрэг-бөөмийн хувьд адил гэдгийг илэрхийлдэг. Р тэгш хэм нь физикийн хууль аливаа үзэгдэл, түүний толин тусгал хоёрын хувьд (нар зөв эргэж байгаа бөөмийн толин тусгал нь нар буруу эргэж байгаа бөөм байна) адил гэдгийг тэмдэглэдэг. Т тэгш хэмийн утга нь бүх бөөм болон эсрэг-бөөмийн хөдөлгөөний чиглэлийг эсрэгээр өөрчлөхөд тухайн систем өмнөх төлөв рүүгээ ухардаг гэдэгт оршино, өөрөөр хэлбэл хуулиуд цагийн урагшилсан эсвэл ухарсан хөдөлгөөнд ижил байна гэсэн үг. 1956 онд Америкийн Цун-Дао Ли, Чень Нин Янг хэмээх хоёр физикч сул хүч үнэндээ Р тэгш хэмийг зөрчдөг гэсэн таамаглал дэвшүүлэв. Өөрөөр хэлбэл сул харилцан үйлчлэлийн үр дүнд орчлон ертөнцийн хөгжил толин тусгалынхаасаа өөрөөр явагдах аж. Мөн онд Ли, Янг хоёрын хамтрагч Цинь-Шиюнг Ву тэдний таамаглал зөв болохыг нотолжээ. Радио-идэвхт атомуудын цөмийг соронзон оронд нэгэн зүгт эргэж байхаар өрөөд, электронууд нэг чигт бусдаасаа их цацарч байгааг тэр эмэгтэй үзүүлсэн юм. Хойтон жил нь нээлтийнхээ төлөө Ли, Янг хоёр Нобелийн шагнал хүртлээ. Сул хүч С тэгш хэмд захирагддаггүй нь бас илрэв. Өөрөөр хэлбэл эсрэг-бөөмөөс тогтсон орчлон ертөнц манайхаас өөр байх ажээ. Хэдий ийм ч сул хүч СР хосолсон тэгш хэмд захирагдах ёстой, тодруулбал хэрэв орчлон ертөнцийг толинд тусгаад бөөмийг нь эсрэг-бөөмөөр соливол одоогийнтой адилаар хөгжих ёстой гэж бүгд бодож байлаа! Гэвч 1964 онд Америкийн өөр хоёр эрдэмтэн Жеймс Кронин, Вел Фитч нар К-мезон гэдэг бөөмийн задралаар СР тэгш хэм ч алдагддагийг илрүүлэв. Хожим 1980 онд Кронин, Фитч нар энэ ажлаараа Нобелийн шагнал хүртсэн юм. (Орчлон ертөнц бидний бодож байсан шиг энгийн биш гэдгийг үзүүлсэн ажлуудад олгосон шагналын тоо яасан их юм бэ!) Квант механик, харьцангуйн онолд захирагддаг аливаа онол СРТ хосолсон тэгш хэмд ямагт хүчинтэй байна гэдгийг баталсан математикийн теорем байдаг. Өөрөөр хэлбэл бөөмийг эсрэг- бөөмөөр солин, толинд тусгаад, цагийн чиглэлийг эсрэгээр өөрчлөхөд орчлон ертөнцийн төлөв хэвээр байх аж. Харин Кронин, Фитч нар хэрэв бөөмийг эсрэг-бөөмөөр сольж, толин тусгалыг нь үүсгээд, гэхдээ цагийн чиглэлийг эсрэгээр өөрчлөөгүй байхад орчлон ертөнц өөрийгөө ондоогоор авч явна гэдгийг үзүүлсэн юм. Иймд цагийн чиглэл ухрахад физикийн хуулиуд өөрчлөгдөх ёстой өөрөөр хэлбэл тэд Т тэгш хэмийг зөрчинө. Эртний орчлон ертөнц Т тэгш хэмийг зөрчинө гэдэг нь тодорхой юм, учир нь цаг хугацаа урагшилж байхад орчлон ертөнц тэлж байна, харин цаг ухарвал орчлон ертөнц хумигдах юм. Гэтэл Т тэгш хэмийг зөрчдөг хүчнүүд байдаг тул орчлон ертөнц тэлж байхад эдгээр хүчний нөлөөгөөр эсрэг-электрон кваркт шилжих нь электрон эсрэг-кваркт шилжихээс их байх ёстой гэж эндээс мөрдөн гарна. Тэгээд орчлон ертөнц тэлээд хөрөх үед эсрэг-кваркууд нь кваркуудтай мөргөлдөн харилцан үгүй болж, гэхдээ кваркууд эсрэг-кваркаас их байсан тул кваркууд жаахан илүү үлдэхээр юм. Эд нар л бидний өнөө харж байгаа бодис хийгээд бид бүхнийг бүрдүүлсэн чухам тэр кваркууд мөн. Иймд бидний оршин байгааг их нэгдлийн онолуудын баталгаа гэж гэхдээ чанарын баталгаа гэж үзэж болно. Мөргөлдөн харилдан үгүй болсоны дараа хичнээн кварк үлдэхийг эсвэл үлдсэн нь кварк байх уу эсрэг-кварк байх уу гэдгийг таамаглаж чаддаггүйгээс олон олон тодорхойгүй зүйл үүсч байгаа юм. (Эсрэг-кваркууд илүү үлдсэн байхад бид тэднийг кварк гэж, харин кваркийг нь эсрэг-кварк гэж зүгээр л солиод нэрлэчихсэн ч байж магад).
Их нэгдлийн онол таталцлын хүчийг багтаагаагүй байдаг. Таталцал нь энгийн бөөм эсвэл атомыг судлаж байхдаа нөлөөг нь хайхрахгүй орхиж болохоор тийм сул байдаг болохоор энэ нь тийм ч чухал биш. Гэвч таталцлын хүчнүүд хол үйлчлэлийн байдгаас гадна ямагт татах хүч байдаг гэсэн баримт тэдний нөлөө ямагт нэмэгддэгийг илэрхийлдэг. Иймд бодисын хангалттай олон тооны бөөм байвал таталцлын хүч бусад хүчнээс давуу болж чадна. Чухам иймээс орчлон ертөнцийн хувьсалыг таталцал тодорхойлдог ажээ. Одны дайтай биетийн хувьд ч таталцал нь бусад бүх хүчнээс давуу байж, од хумигдахад хүргэнэ. 1970-аад оны ажлууд маань од орчмын таталцлын хүчтэй оронгийн нөлөөгөөр үүсэх ийм хумилтын үр дүнд бий болох хар нүхний тухай асуудал дээр төвлөрч байлаа. Чухамхүү энэ ажлын явцад квант механик, харьцангуйн ерөнхий онол хоёр бие биедээ хэрхэн нөлөөлж болох тухай анхны таамаглалууд буюу хараахан бүрэлдэж гүйцээгүй квант онолын анхны дүр зургууд надад бий болсон юм.
Зургадугаар бүлэг
Хар нүх
"Хар нүх" хэмээх нэр томъёо тун саяхан бий болсон билээ. Түүнийг 1969 онд Америкийн эрдэмтэн Жон Уилер наанадаж хоёр зууны өмнө хөтлөн аваачих төсөөллийн зүйр илэрхийлэл болгон эргэлтэнд оруулсан юм. Тэр нэгэн цагт гэрлийн тухай хоёр онол байжээ. Ньютоны баримталж байсан эхний онолд гэрлийг бөөмсөөс тогтдог гэж үздэг бол нөгөө онолд нь гэрлийг долгионоос тогтдог хэмээн үздэг байв. Өнөөдөр бид хоёулангийнх нь зөв гэдгийг мэддэг болсон. Квант механикийн бөөм/долгионы дуализмын зарчим ёсоор гэрлийг бөөм гэж ч, долгион гэж ч үзэж болно. Гэрэл долгионоос тогтдог гэсэн онолын хувьд түүнд таталцал хэрхэн үйлчлэх нь ойлгомжгүй байлаа. Хэрэв гэрэл нь бөөмсөөс тогтдог бол түүнд таталцал их бууны сум, пуужин, гарагуудад нөлөөлдөг шигээ нөлөөлнө гэж үзэж болно. Эхэндээ эрдэмтэд гэрлийн бөөмс төгсгөлгүй хурдтай тархдаг, тэгэхээр таталцал тэднийг удаашруулж чадахгүй гэж тооцоолж байсан ч Рёмер гэрлийн хурд төгсгөлөг болохыг тогтоосон нь таталцлын нөлөө чухал байх ёстойг тодорхой болгов. Үүнийг үндэс болгон Кембрижийн багш Жон Мичелл 1783 онд "Лондонгийн Вангийн нийгэмлэгийнхэний философийн бүтээлүүд" хэмээх сэтгүүлд их масстай од нь гэрэл түүний хязгаараас гарч чадахгүй тийм хүчтэй таталцлын оронтой байх ёстой гэдгийг үзүүлсэн бүтээлээ толилуулжээ. Тийм одны гадаргуугаас цацарсан гэрлийн аливаа цацраг түүнээс тасарч амжилгүй эргэн татагдах болно. Ийм од маш олон байж болно хэмээн Мичелл үзжээ. Гэрэл нь бидэнд ирдэггүйгээс тэднийг харж чадахгүй ч гэсэн таталцлын хүчийг нь ямартаа ч мэдрэх ёстой. Тэд огторгуй дахь гүн харанхуй цооног учраас ийм биесийг өнөөдөр хар нүх гэж нэрлэдэг. Мичеллээс хойш хэдхэн жилийн дараа францын эрдэмтэн Лаплас магадгүй түүнээс үл хамааран ийм таамаглалыг дэвшүүлсэн байна. Лаплас үүнийгээ "Ертөнцийн тогтолцоо" номынхоо нэг, хоёрдугаар хэвлэлд оруулсан ч бүр хожмын хэвлэлтээс хассан байдаг нь нилээд сонирхолтой, магадгүй тэр үүнийг утгагүй санаа гэж үзсэн байх. (Түүнчлэн гэрлийг бөөм гэж үздэг онол XIX зууны үед нэр хүндээ алдсан байлаа. Бүх үзэгдлийг долгионы онолын тусламжтайгаар тайлбарлаж болох мэт санагдах болсон ч түүний хүрээнд гэрэлд үзүүлэх таталцлын хүчний нөлөө маш ойлгомжгүй байв.) Үнэндээ гэрлийн хурд тогтмол учраас түүнийг таталцлын тухай Ньютоны онол дахь их бууны сум шиг үзэх нь зохимжгүй юм. (Газрын гадаргаас тасран дээш ниссэн их бууны сум таталцлаас болоод нисэх нь удааширч, улмаар зогсож, дараа нь унаж эхэлнэ. Фотон л тогтмол хурдтайгаар дээшлэх хөдөлгөөнөө үргэлжлүүлэх ёстой. Тэгвэл Ньютоны таталцал гэрэлд хэрхэн нөлөөлж чадах вэ?) Гэрэлд таталцал хэрхэн нөлөөлдөгийг авч үзсэн зохист онол 1915 онд Эйнштейн харьцангуйн ерөнхий онолоо дэвшүүлэх хүртэл байсангүй. Гэлээ ч гэсэн масс ихтэй оддын талаар ямар дүгнэлтүүд энэ онолоос урган гардагийг ойлгох хүртэл олон жил өнгөрсөн юм.
Хар нүх хэрхэн үүсдэгийг ойлгохын тулд оддын амьдралын мөчлөг ямар байдгийг ойлгох хэрэгтэй. Их хэмжээний (үндсэндээ ус төрөгчийн) хий өөрийн таталцлын хүчнээс болж аяндаа хумигдаж эхлэхэд од үүсдэг. Хумигдах явцдаа хийн атомууд улам хурдтай болж бие биетэйгээ улам их мөргөлдөнө. Эцэст нь хий халж, улмаар устөрөгчийн атомууд бие биеэсээ зайлахын оронд гелий үүсгэн нэгдэхээр халуун болдог ажээ. Устөрөгчийн бөмбөгний тэсрэлтийг санагдуулахуйц энэ урвалаас ялгарсан дулааны ачаар од гэрэлтдэг байна. Мөн түүнчлэн энэ нэмэлт дулаан хийн даралтыг таталцалтай тэнцүү болтол нэмэгдүүлж, хий хумигдахаа больдог. Энэ нь үлээсэн бөмбөлөгийг том болгохыг эрмэлзэж буй бөмбөлөг доторх агаарын даралт хийгээд түүнийг буцааж багасгахыг эрмэлзэх эрзээний суналт хоорондын тэнцвэрт орсон бөмбөлөгийг ихээхэн санагдуулна. Үүний адилаар цөмийн урвалаас ялгарсан дулаан нь таталцалтай тэнцсэн энэхүү тогтворт төлөвт одод удаан тогтнох болно. Гэхдээ эцсийн эцэст одод устөрөгч хийгээд цөмийн бусад төрлийн түлшээ дуусдаг. Хичнээн гаж ч гэлээ одны түлшний анхны нөөц их байх тусмаа хурдан барагдана, яагаад гэвэл таталцлын төлөөсөнд одод их масстай байх тусмаа төдий хүчтэй халах хэрэгтэй болдог юм. Тэгэхээр одод халуун байх тусмаа түлшээ төдий хурдан зарцуулна. Манай нар ахиад таван мянган сая орчим жилийн түлшний нөөцтэй, гэхдээ илүү хүнд одод бүх түлшээ зуун сая жилийн дотор өөрөөр хэлбэл орчлон ертөнцийн нас сүүдрээс хамаагүй бага хугацааны дотор өрдөөд дууссан. Түлшээ бараад одод хөрч, хумигдаж эхэлдэг. Харин дараа нь түүнтэй юу тохиолдох ёстойг 1920-иод оны эцэст л ойлгосон билээ.
1928 онд Энэтхэгийн аспирант Субраманьян Чандрасекар харьцангуйн ерөнхий онолын мэрэгжилтэн, Английн эрдэмтэн, одон орон судлаач Артур Эддингтоны багц сургалтыг дүүргэхийн тулд Англи руу усан онгоцоор аялсан байна. (Ертөнцөд харьцангуйн ерөнхий онолыг ойлгодог гуравхан хүн байдаг гэж сонссоноо 1920-иод оны эхээр нэгэн сэтгүүлч Эддингтонд ярьжээ. Эддингтон хэсэг чимээгүй байснаа "Гуравдахь нь хэн юм бол оо? гэж бодож байна" хэмээн хариулсан гэдэг.) Түлшээ бүгдий нь зарцуулж дуусаад таталцлынхаа нөлөөг эсэргүүцсээр байхын тулд одод ямар хэмжээтэй байх ёстойг Чандрасекар Энэтхэгээс эхэлсэн аялалынхаа туршид тооцоолсон байна. Тэрээр ийн боджээ. Од багасах үед бодисын бөөмс бие биедээ маш их ойртдог, тэгээд Паулийн хоригийн зарчим ёсоор тэдний хурд улам ялгаатай болох ёстой, Энэ нь бөөмсийг бие биеэс нь холдуулж, одыг том болгохыг эрмэлзэнэ. Иймд одны хөгжлийн бүр эртний шатанд дулаан таталцалтай тэнцэж байсан шиг таталцал хийгээд хоригийн зарчмаас үүдэлтэй түлхэлт хоорондын тэнцвэрийн ачаар одны радиус тогтмол болж чаддаг.
Гэхдээ хоригийн зарчмаар нөхцөлдсөн түлхэлт хязгаартай болохыг Чандрасекар ойлгосон ажээ. Харьцангуйн онол одон дахь бодисын бөөмсийн хурдны хамгийн дээд зөрөөг гэрлийн хурдаар хязгаарладаг. Энэ нь од нилээд нягт болох үед хоригийн зарчмаар нөхцөлдсөн түлхэлт нь таталцлаас бага болно гэсэн үг, Хэрэв хүйтэн одны масс нарны массаас нэг аравны тав дахин их бол энэ од таталцлаа эсэргүүцэж чадахгүй гэж Чандрасекар тооцоолжээ. (Массын энэ утгыг өнөөдөр Чандрасекарын хязгаар гэж нэрлэдэг.) Бараг л тэр үед ийм нээлтийг Оросын эрдэмтэн Лев Данидович Ландау хийв.
Тэдний дүгнэлт их масстай оддын эцсийн хувь заяаг тодорхойлоход чухал нөлөөтэй байсан юм. Хэрэв одны масс Чандрасекарын хязгаараас бага бол эцсийн эцэст тэрээр хумигдахаа больж, одны эцсийн боломжит төлөвийн нэг, хэдэн мянган миль радиустай, нэг куб инчэд зуун тонн нягттай байдаг "цагаан одой" болон хувирна. Цагаан одой нь бодис дахь электрон хоорондынхоо хоригийн зарчмаас үүдсэн түлхэлтийн ачаар тогтдог. Бид цөөнгүй цагаан одойг ажиглан хардаг юм. Шөнийн тэнгэр дэх хамгийн хурц од болох Сириусыг тойрон эргэдэг цагаан одойг нээсэн нь хамгийн анхных нь байлаа.
Масс нь нарны массаас нэгээс хоёр дахин их, гэхдээ хэмжээ нь цагаан одойноос ч бага байх эцсийн өөр нэг төлөв одны хувьд боломжтойг Ландау үзүүлсэн юм. Эдгээр од нь электрон хоорондын биш, харин протон, нейтрон хоорондын хоригийн зарчмаас үүдсэн түлхэлтийн ачаар оршин тогтнох ажээ. Иймээс тэднийг нейтрон од гэж нэрлэдэг. Тэдний радиус хэдэн арван милиэс ихгүй, харин нягт нь нэг куб инчэд зуун сая тонн байх аж. Нейтрон одыг урьдчилан хэлж байх үед тэднийг ажиглах ямарч арга байгаагүй бөгөөд тэднийг ажиглах бодит боломж бүр хожуу илэрсэн юм.
Хэрэв одны масс Чандрасекарын хязгаараас давбал түлш нь дуусах үед маш их бэрхшээл үүснэ. Зарим тохиолдолд од дэлбэрч болно эсвэл ханасан массаас бага масстай болохын тулд өөрөөсөө хэсэг бодисыг ямар нэг байдлаар гарган хаяж таталцлын аюулт хумилтаас зайлсхийж болох ч тухайн одод хэр том байгаагаас үл хамааран ийм юм ямагт тохиолдоно гэж үзэх нь бэрхшээлтэй. Жингээ хасах цаг болсоныг од хэрхэн мэддэг вэ? Тэр бүү хэл од бүхэн хумилтаас зайлхийхийн тулд жингээ тийн хасч чаддаг бол цагаан одой эсвэл нейтрон одны массыг өөрийнх нь хязгаараас хэтэрсэн байхаар нэмэгдүүлбэл юу тохиох бол? Од төгсгөлгүй нягттай болж хумигдах бус уу? Энэ мөрдөлгөө Эддингтоныг цочирдуулж, тэрээр Чандрасекарын үр дүнд итгэхээс татгалзсан юм. Од цэг болтлоо хумигдах нь зүгээр л боломжгүй гэж Эддингтон үзжээ. Ийм хандлагыг ихэнх эрдэмтэн баримталсан байдаг. Одод тэг болтлоо хумигдаж чадахгүй гэдгийг илтгэсэн нэгэн өгүүллийг Эйнштейн ч бичсэн байдаг. Бусад эрдэмтдийн тухайлбал Чандрасекарын анхны багш, одны бүтцийн судалгаанд гол хүн байсан Эддингтоны нөхөрсөг бус харилцаа Чандрасекарыг энэ чиглэлийн ажлаа орхиж, одны хуралдан бөөгнөрөх хөдөлгөөн мэтийн одон орны өөр асуудалд шилжин ороход хүргэсэн байна. Гэхдээ Чандрасекар 1983 онд Нобелийн шагналыг наанадаж зарим талаар, хүйтэн оддын ханасан масстай холбоотой өмнөх ажлуудынхаа төлөө хүртсэн билээ. Одны масс Чандрасекарын хязгаарыг давбал хоригийн зарчим түүний хумилтыг зогсоож чадахгүй гэдгийг Чандрасекар үзүүлсэн бол харьцангуйн ерөнхий онолын үүднээс тэрхүү одтой юу тохиолдож болохыг 1939 онд Америкийн залуу физикч Роберт Оппенгеймер анх шийдсэн юм. Гэхдээ тухайн үеийн огторгуйн дурангаар нэг ч үр дагаварыг илрүүлж чадахгүй гэсэн дүгнэлтийг Оппенгеймер санал болгожээ. Үүний дараахан Дэлхийн Хоёрдугаар дайн эхэлж, тэрээр атомын бөмбөг боловсруулах ажилд шахалтаар орсон байна. Таталцлаас үүдэх хумилтын асуудлыг дайны дараа ор тас мартжээ, учир нь ихэнх эрдэмтэд атом, цөмийн хүрээнд юу болдогийг сонирхон судлаж байв. Гэхдээ жараад онд, орчин үеийн техникийн ачаар одон орны ажиглалтын тоо, цар хүрээ маш их өссөнөөр одон орон, орчлон судлалын асуудлыг сонирхох сонирхол сэргэсэн юм.
Оппенгеймерын үр дүнг цаашдаа олон физикч дахин нээн, хөгжүүлжээ. Ингээд, Оппенгеймерын бүтээлийн ачаар бидэнд өнөөдөр дараах дүр зураг бүрдсэн юм. Одны таталцлын орон нь тухайн од байхгүй үед орон-цагт гэрлийн цацрагийн туулах ёстой байсан замыг өөрчилдөг. Оройгооc цацарсан гэрлийн цацрагаар орон зай, цаг хугацаанд тархах зам нь тодорхойлогддог гэрлийн конус одны гадаргуугийн орчимд дотогшоо үл ялиг хазайдаг байна. Үүнийг нар хиртэх үед ажиглагдах холын оддын гэрлийн цацрагийн хазайлтаас мэдэж болно. Од хумигдахын хэрээр түүний гадаргуу дээрх таталцлын орон ихэсч, гэрлийн конусууд улам их хазайна. Энэ нь гэрэл одноос тасран гарахад улам их хүндрэл учруулах бөгөөд холоос ажиглагч нарт тэрхүү гэрэл сүүмгэр, улаан мэт харагдана. Эцсийн эцэст одны радиус ханасан тодорхой утганд хүрэхэд түүний гадарга дээрх таталцлын орон гэрэл гадагш гарч огт чадахгүй болтол гэрлийн конус дотогшоо хазайхаар тийм хүчтэй болно (зураг 6.1). Харьцангуйн онолоор юу ч гэрлээс хурдан хөдөлж чадахгүй. Нэгэнт гэрэл гадагш гарч чадахгүй болохоор өөр юу ч гарч чадахгүй өөрөөр хэлбэл бүгд таталцлын оронгийн улмаас эргэн татагдах болно. Тэгэхээр өөрөөс нь гадагш гарч, холын ажиглагчид хүрэх боломжгүй үйл явдлын ямар нэг олонлог, орон-цагийн ямар нэг муж оршин байна. Тийм мужийг өнөөдөр хар нүх хэмээн нэрийддэг. Хар нүхний хилийг үйл явдлын хаяавч (horizon) гэдэг бөгөөд тэр нь хар нүхнээс гарах боломжоо бусдаас түрүүнд алддаг гэрлийн цацрагийн замтай давхацна.
Од хар нүх үүсгэн хумигдахыг харж болдогсон бол юу харж болох байсныг ойлгохын тулд харьцангуйн онолд үнэмлэхүй цаг хугацаа гэж байхгүйг санах хэрэгтэй. Ажиглагч бүр цаг хугацааны өөрийн гэх хэмжүүртэй байдаг. Од таталцлын оронтой байдаг болохоор одон дээрх ажиглагчийн хувьд цаг хугацаа нь холын ажиглагчийнхаас ялгаатай байна. Аймшиггүй зоригт нэгэн сансрын нисгэгч хумигдаж байгаа одны гадарга дээр байж, түүний хамт дотогш хумигдаж байна гэж төсөөлье. Тэрээр өөрийн цагаар бол секунд тутамд мөнхүү одыг тойрон тойрог замаар яваа сансрын хөлөг рүү дохио илгээсэн гэе. Түүний цагаар цаг хугацааны тодорхой нэг агшинд жишээ нь, 11:00-д одны хэмжээ таталцлын орон нь юуг ч гадагш гаргахгүйгээр хүчтэй болох ханасан радиусаас бага болтол багасахад зоригт эрийн маань дохионууд хөлөгт огт очихгүй. Цаг 11:00-д дөхөхийн хирээр сансрын нисгэгчийн хөлөг рүүгээ илгээдэг ээлжит дохио хоорондын зай улам бүр уртсах боловч 10:59:59 хүртэл энэ нөлөө их биш байна. Сансрын нисгэгчийн цагаар 1О:59:58-аас 10:59:59 хооронд илгээсэн дохиог хөлөг дээр секунд гаруйхан л хүлээх бол 11:00-д явуулсан дохиог нь мөнхөд хүлээх хэрэгтэй болно. Сансрын нисгэгчийн цагаар 10:59:59-өөс 11:00 хооронд одны гадаргаас тасарсан гэрлийн долгионуудыг сансрын хөлгийн үүднээс аваад үзвэл цаг хугацааны төгсгөлгүй үе болон төсөөлөгдөнө. Хөлөг дээр дараалж ирсэн хоёр долгион хоорондын хугацааны зөрүү хором тутамд нэмэгдэнэ, иймд одноос цацарсан гэрэл тасралтгүй бүдгэрч, улам улаан харагдах болно. Улмаар од хөлгийн давцангаас харагдахгүй болтлоо бүдгэрнэ, Түүнээс хар нүх л орон зайд үлдэх ажээ. Тэгэхдээ одны татах хүч хөлөгт өмнөхийн адил үйлчилсээр байх тул тэрээр хар нүхийг тойрсон хөдөлгөөнөө үргэлжлүүлэх болно.
Гэвч энэ зохиомж дараах шалтгаанаар огт биелэхгүй билээ. Одноос холдоход түүний татах хүч сулардаг, тэгэхээр сансрын зоригт нисгэгчийн маань хөл нь толгойноос нь илүү хүчтэй таталтын нөлөөг амсах болно. Хүчний энэ зөрөө нисгэгчийг гоймон болгон сунгана эсвэл үйл явдлын хаяавч үүсэх ханасан радиуст од хүрэхээс өмнө түүнийг хэсэг хэсэг болгон тасдан хаяна! Гэхдээ таталцлаас үүдэх хумилтын улмаас хар нүх болон хувирч болох, галактикуудын төв муж шиг маш том бие орчлон ертөнцөд оршин байдаг гэж бид үздэг юм. Тэгвэл тийм биетийн нэг дээр хар нүх үүсэх хүртэл нисгэгч маань хэсэг хэсгээрээ урагдахгүй байж болно. Үнэндээ тэрээр одны радиус ханасан утгадаа хүрэхэд ямарч онцгой зүйл мэдрэхгүйгээр, нэг мэдэхэд эргэн буцаж болохгүй муж эхэлдэг тэр цэгээс дотогш орж чадна. Гэвч хэдхэн цагийн дараа энэ хэсэг хумигдаж эхлэх бол хөл, толгойд нь үйлчлэх таталцлын хүчний зөрөө түүнийг дахиад л хэсэг хэсгээр нь тасдахаар тийм хүчтэй болж нэмэгдэнэ.
Рожер Пенроузтай хамт 1965 оноос 1970 онд гүйцэтгэсэн ажлууд маань харьцангуйн ерөнхий онол ёсоор хар нүхний дотор төгсгөлгүй нягттай, орон-цагийн төгсгөлгүй муруйлт бүхий онцгой цэг байх ёстойг үзүүлсэн билээ. Энэ нь сансрын нисгэгч хийгээд хумигдаж байгаа биетийн хувьд цаг хугацааны төгсгөлийг заахаараа л ялгаатай боловч цаг хугацааны эхлэл дэх их тэсрэлттэй нилээд төстэй. Энэхүү онцгой цэг дээр шинжлэх ухааны бүх хууль, ирээдүйг угтан хэлэх боломж маань алдагдах юм. Гэхдээ энэ гарз хар нүхний гадна байгаа ямар нэг ажиглагчид хүртээлгүй, яагаад гэвэл түүнд онцгой цэгээс үүссэн гэрлийн болон ямар нэг өөр төрлийн дохио хүрч очихгүй. Энэ гайхалтай баримтыг үндэслэж Рожер Пенроуз "Бурхан нүцгэн онцгой цэгийг тэвчдэггүй" гэж томъёолж болох сансрын шалгуурын таамаглалыг дэвшүүлсэн билээ. Өөрөөр хэлбэл таталцлаас үүдсэн хумилтын үр дүнд үүссэн онцгой цэг нь үйл явдлын хаяавчийн ачаар гадны хараанаас найдвартай халхлагддаг хар нүх орчимд л илэрнэ. Хатуухан хэлэхэд энэ бол сансрын сул шалгуурын таамаглал юм. Тэрээр онцгой цэг дээр урьдчилан хэлэх боломж алдагдах уршигаас хар нүхний гадна байгаа ажиглагчдыг хамгаалдаг боловч хар нүхэнд унасан хөөрхий золгүй нисгэгчийг аврах тухайд ямар ч үг дуугардаггүй.
Нүцгэн онцгой цэгийг үзэх боломжийг сансрын нисгэгчид олгох, харьцангуйн ерөнхий онолын тэгшитгэлийн хэд хэдэн шийд байдаг. Тэрээр онцгой цэгтэй учралгүй, "сохор номингийн нүхээр" дамжин орчлон ертөнцийн өөр муж руу орж болно. Ийм хувилбар орон зай, цаг хугацаанд аялах өргөн боломжийг олгохоор боловч харамсалтай нь эдгээр бүх шийд маш тогтворгүй болтой. Маш өчүүхэн зүйл жишээ нь сансрын нисгэгч байгаа нь л уг шийдийг сансрын нисгэгч онцгой цэгтэй учирч, түүний хувьд цаг хугацаа төгсөхөөс нааш онцгой цэгийг харж чадахгүй болтол өөрчилж чадна. Өөрөөр хэлбэл онцгой цэг нь түүний ирээдүйд л ямагт байхаас өнгөрсөнд нь хэзээ ч байхгүй байх юм. Сансрын шалгуурын таамаглалын хүчтэй томъёоллоор бодит шийдэнд бүх онцгой цэг нэг бол (таталцлаас үүдэх хумилтынх шиг) ирээдүйд байна, үгүй бол (их тэсрэлтийнх шиг) өнгерсөнд байх ёстой. "Сансрын шалгуурын таамаглал" аль ч томъёололд биелнэ гэдэгт итгэхийг маш их хүсдэгийн шалтгаан нь нүцгэн онцгой цэгүүдийн ойролцоо өнгөрсөн рүү очих боломж олдож магадгүй байдагтай холбоотой. Энэ нь шинжлэх ухааны зөгнөл зохиогчдын хувьд сайхан зүйл байхын хамт өөрийн аюулгүй байдалд хэзээ ч итгэлтэй байж болохгүйг илэрхийлэх байлаа. Хэн нэг нь өнгөрсөн рүү очоод өөрт чинь амьдрал бэлэглэхээс өмнө эцэг эхийн чинь хэн нэгний бодийг нь хөтөлчихөж мэднэ!
Дотроос нь гадагш нэвтрэх боломжгүй орон-цагийн тэрхүү мужийг хүрээлж байдаг үйл явдлын хаяавч нь хар нүхийг бүрсэн, нэг талаасаа нэвтэрдэг нэгэн зүйл мембрантай төстэй. Болгоомжгүй сансрын нисгэгч мэт биес хар нүх рүү үйл явдлын хаяавчаар нэвтрэн унаж болох ч үйл явдлын хаяавчаар юу ч эргэн гарч чадахгүй. (Үйл явдлын хаяавч бол гэрэл хар нүхнээс тасрахыг тэмүүлсэн үедээ орон-цагт туулдаг тэр зам, гэтэл юу ч гэрлээс хурдан хөдөлж чаддаггүйг сана.) Яруу найрагч Дантегийн нэгэн шүлгэнд Там руу ордог хаалган дээр "Нааш орж ирэгсэд элдэв итгэл найдвараа орхи" гэж өгүүлдэгтэй үйл явдлын хаяавчийг зүйрлэн өгүүлж болно. Үйл явдлын хаяавчин дотор унасан хэн бүхэн, ер нь юу ч төгсгөлгүй нягттай муж, цаг хугацааны төгсгөлд даруй хүрэх болно.
Хөдөлж байгаа маш хүнд биетүүд муруй орон зайд гэрлийн хурдтайгаар тархдаг долгиог буюу таталцлын долгион цацралтыг бий болгоно гэж харьцангуйн ерөнхий онол таамагладаг. Эдгээр нь цахилгаан-соронзон оронгийн долгио болох гэрлийн долгионтой адил ч бүртгэхэд бэрхшээл учруулдаг юм. Гэрлийн нэгэн адил тэд өөрсдийг нь цацруулж буй биетийн энергийг бардаг. Иймд ямарч хөдөлгөөний үед таталцлын долгион цацралтаар энерги нь барагдах учраас масс ихтэй биетээс бүрдсэн тогтолцоо эцсийн эцэст тогтонги төлөвт ордог гэж үзэж болно. (Энэ нь хөвүүрийг усанд тавихтай нилээд төстэй. Хөвүүр эхэндээ усанд нэг далд орж, нэг ил гарч ирж байснаа усны долгион энергийг нь зайлуулдаг болохоор эцсийн эцэст хөдөлгөөнгүй тогтвортой төлөвт ордог.) Жишээ нь, дэлхий нарыг тойрон эргэх хөдөлгөөн таталцлын долгион үүсгэдэг. Энерги алдагдсанаас болж дэлхий нар руу бага багаар ойртон, эцсийн эцэст түүнтэй нийлж тогтвортой төлөвт орно. Дэлхий нар хоёрын тохиолдолд алдагдсан энергийн хэмжээ маш бага буюу багахан цахилгаан буцалгуурын хэрэглэдэгтэй ойролцоо байна. Энэ нь дэлхий наран дээр нэг мянган саяын саяын саяын сая орчим жилийн дараа унана, тэгэхээр одоогоор үүнд санаа зовохгүй байж болно гэсэн үг! Дэлхийн тойрог замын өөрчлөлт нь ажиглагдамгүй хэтэрхий удаан явагдаж байгаа ч ийм өөрчлөлт РSR1913+16 (РSR нь радио долгионы тогтмол импульсийг цаируулдаг нейтрон одны онцгой нэгэн төрөл буюу "pulsar"-ийг товчилсон үг.) системд сүүлийн хэдэн жилийн дотор ажиглагдсан байна. Уг систем бие биенээ тойрон эргэдэг нейтроны хоёр одноос тогтдог бегөөд тэд татадцлын долгион цацралтанд энергиэ алддагаас бие бие рүүгээ мушгиран ойртоход хүрдэг ажээ.
Таталцлаас үүдсэн хумилтын үед одноос хар нүх үүсэхийн тулд хөдөлгөөн нь улам хурдасч алдагдах энергийн хэмжээ улам их болох учиртай. Иймд хумигдаж байгаа од ямар нэг тогтвортой төлөвт даруй шилжих ёстой. Эцсийн энэ төлөв ямар байх вэ? Тэр нь уг одны нарийн нийлмэл бүх шинжээс өөрөөр хэлбэл түүний масс, эргэлтийн хурдаас төдийгүй одны янз бүрийн муж дахь нягтын ялгаанаас, түүн доторх хийн нарийн нийлмэл хөдөлгөөнөөс ч хамаарна гэж бодож болох. Гэхдээ хар нүх өөрсдийг нь үүсгэн хумигдаж байгаа биет шигээ тийн олон янз байдагсан бол түүний талаар ямар ч хамаагүй ерөнхий таамаглал гаргахад маш их хүндрэл учрах байлаа.
Гэвч 1967 онд Канадын эрдэмтэн Вернер Израэл (тэрээр Берлинд төрөөд, Өмнөд Африкт өсөн торниж, Ирландад докторын диссертаци хамгаалсан нэгэн) хар нүхний судалгаанд хувьсгал хийлээ. Эргэдэггүй хар нүхнүүд харьцангуйн ерөнхий онол ёсоор маш энгийн шинжтэй байх ёстойг тэрээр үзүүлсэн юм. Тэдгээр хар нүх зөв бөөрөнхий хэлбэртэй байх ёстой, хар нүхний хэмжээ зөвхөн массаасаа хамаарах бөгөөд адил масстай хоёр хар нүх өөр хоорондоо ижил байх ёстой ажээ. 1917 оноос тодорхой болсон, харьцангуйн ерөнхий онолыг нээсний дараахан Карл Шварцшильдын бодож олсон, Эйнштейний тэгшитгэлийн онцгой шийдээр тэднийг тодорхойлон тайлбарлаж болдог. Эхэндээ олон хүмүүс, түүний дотор Израэл өөрөө ч хар нүхнүүд дув дугуй байх ёстой болохоор хумилтын эцэст тэд зөвхөн төгс бөөрөнхий биеийг үүсгэх болно гэж бодож байлаа. Иймд хэзээ ч төгс бөөрөнхий хэлбэртэй байдаггүй аливаа бодит од зөвхөн нүцгэн онцгой цэгийг үүсгэн хумигдаж болно. Гэхдээ Израэлийн олсон үр дүнгийн талаар ялангуяа Рожер Пенроуз, Жон Уилер нарын дэмжиж байсан өөр нэгэн тайлбар байдаг юм. Одны хумилтын үед үүсдэг хурдан хөдөлгөөн нь одны цацруулсан таталцлын долгион одыг улам бөөрөнхий болгож, од тогтвортой төлөвт орох агшинд тэрээр яг бөөрөнхий хэлбэртэй болно гэдгийг илэрхийлнэ гэж тэд үздэг. Энэ үзлээр хэлбэр, дотоод бүтэц нь нарийн нийлмэл байлаа ч эргэдэггүй аливаа од таталцлаас үүдсэн хумилтын дараа хэмжээ нь зөвхөн массаасаа хамаардаг зөв бөөрөнхий хэлбэртэй хар нүх болж хувирах естой, Хожим энэ дүгнэлт тооцоогоор батлагдаж, удалгүй хүлээн зөвшөөрөгдсөн билээ. Эргэдэггүй биеэс үүсэх хар нүхэнд л Израэлийн үр дүн хамаатай. 1963 онд Шинэ Зеландын Рой Керр эргэдэг хар нүхнүүдийг тайлбарлах харьцангуйн ерөнхий онолын тэгшитгэлийн хэд хэдэн шийдийг олов. "Керрийн" хар нүхнүүд тогтмол хурдтай эргэдэг төдийгүй хэлбэр, хэмжээ нь зөвхөн масс, эргэлтийн хурдаасаа хамаардаг, Хэрэв эргэлт байхгүй бол хар нүх төгс бөөрөнхий хэлбэртэй болж, түүнд тохирох шийд Шварцшильдын шийдтэй адил байна. Хэрэв хар нүх эргэж байгаа бол экватор орчмоороо (эргэлтээс болоод дэлхий эсвэл нар бага зэрэг цүлхийдэг шиг) гадагшаа цүлхийх бөгөөд эргэлт хурдан байх тусам улам их цүлхийнэ. Ингээд хар нүх үүсгэн хумигдах, эргэдэг аливаа бие эцсийн эцэст Керрийн шийдээр тодорхойлогдох тогтвортой төлөвт орох ёстой гэсэн таамаглалыг Израэлийн үр дүнгийн өргөтгөл болгон хийжээ. Кембриж дэх миний шавь бөгөөд хамтран зүтгэгч Брендон Картер энэ таамаглалыг нотлох анхны алхамыг хийсэн юм. Байнга эргэлдэж байдаг хар нүх эргэж байгаа ээрүүл шиг хэлбэр, хэмжээ нь зөвхөн масс, эргэлтийн хурдаасаа хамаарах тэгш хэмийн тэнхлэгтэй байна гэдгийг тэрээр үзүүлэв. Байнга эргэж буй аливаа хар нүх үнэхээр тэгш хэмийн тэнхлэгтэй байна гэдгийг дараа нь би 1971 онд нотлосон юм. Картер, бид хоёрын үр дүнд тулгуурлан энэхүү таамаг үнэн болохыг өөрөөр хэлбэл тиймэрхүү хар нүх үнэхээр Керрийн шийдлээр байх ёстойг эцэст нь 1973 онд Лондонгийн Вангийн коллежийн Дэвид Робинсон үзүүлсэн. Ингэхлээр таталцлаас үүдсэн хумилтын дараа хар нүх нь эргэж чадах ч лугшиж үл чадах тийм төлөвт орох ёстой. Түүнээс гадна хар нүхний хэмжээ зөвхөн түүний масс, эргэлтийн хурдаас хамаарах бөгөөд хар нүх болж хумигдсан биеийн шинж чанараас огтхон ч хамаарахгүй. Энэ дүгнэлт "хар нүх үсгүй байдаг" гэсэн томъёололоор алдаршсан юм. Хар нүх "үсгүй" тухай теорем хар нүхний боломжит хэв маягуудад хатуу хязгаарлалт тавьдаг учраас маш их практик ач холбогдолтой. Ингэснээр хар нүхийг агуулж чадахуйц биетийн хэсэгчилсэн загварыг байгуулж, түүнээс гарах таамаглалыг ажиглалтын үр дүнтэй харьцуулах боломж олддог. Үүнээс гадна хар нүх үүсэх үед хумигдсан биеийн тухай мэдээллийн ихэнх хэсэг алдагдах ёстой гэдэг нь эндээс урган гарна, учир нь хумилтын дараа биеийн талаар бидний хэмжиж болох бүхэн нь түүний масс, эргэлтийн хурд хоёр л байна. Өгүүлсэн зүйлийн ач холбогдол дараагийн бүлгээс тодорхой болно.
Хар нүх бол онол нь үнэнээ нотлох туршилтын ямарч нотолгоогүйгээр цэвэр математик загвар маягаар бүх бүрэлдэхүүн хэсгээрээ хөгжсөн, шинжлэх ухааны түүхэн дэх цөөн хэдэн жишээний нэг юм. Оршин байгаа нь харьцангуйн ерөнхий онол мэтийн тийм эргэлзээтэй онол дээр үндэслэсэн тооцооноос л урган гардаг биетүүдийн бодитойд итгэж яаж болно хэмээн хар нүхийг эсэргүүцэхдээ үүнийг гол үндэслэл болгон ашигладаг. Гэхдээ 1963 онд Калифорнийн Паламарын одон орны хүрээлэнгийн одон орон судлаач Мартен Шмидт ЗС273 дугаарын радио долгионы үүсгүүр (радио долгионы талаарх Кембрижийн 3 дугаар жагсаалтын 273 дугаартай үүсгүүр)-ийн зүгт, одтой төстэй бүдэг биетийн улаан шилжилтийг хэмжсэн байна. Шмидтын илрүүлсэн улаан шилжилт таталцлын орны нөлөөгөөр тайлбарлагдахаар хэтэрхий их байжээ, өөрөөр хэлбэл тэрээр таталцлын гаралтай байх юм бол түүнтэй холбоотой бие нь Нарны Системийн бүх гарагийн тойрог замыг өөрчлөхөөр тийм их масстай, бидэнд тийм ойрхон байх ёстой байв. Энэ улаан шилжилт орчлон ертөнцийн тэлэлтээс болж үүссэн бол тухайн биет маш хол байна гэсэн саналыг үүний эсрэг дэвшүүлсэн байдаг. Тийм хол зайнаас харагдахын тулд тухайн биет маш хурц байх ёстой өөрөөр хэлбэл маш их энерги цацруулах ёстой. Тийм их энергийг цацруулж чадах цорын ганц механизм бол таталцлаас үүдсэн хумилт, гэхдээ ямар нэг одны биш, харин галактикийн яг төв мужийн хумилт байна. Маш их улаан шилжилттэй хэд хэдэн иймэрхүү "хуурмаг од маягийн өөр биеийг" буюу квазарыг тэр үед нээсэн байлаа. Гэхдээ тэдний их алслагдсан байдал нь ажиглалтыг ихэд хүндрүүлж, хар нүхний талаар эцсийн дүгнэлт өгөх боломж олгодоггүй юм.
Радио долгионы тогтмол импульс цацруулдаг биетүүдийг 1967 онд Кембрижийн Их Сургуулийн аспирант Жослин Белл огторгуйгаас илрүүлсэнээр хар нүхнүүд оршин байгааг нотлох шинэ баримт олдов. Эхэндээ Белл болон түүний удирдагч Энтони Хэюиш нар өөрсдийгөө манай галактик дахь харь гарагийн иргэншилтэй холбоо тогтоочихлоо гэж бодсон аж! Нээлтээ семинар дээр зарлахдаа илрүүлсэн дөрвөн үүсгүүрээ "жижигхэн ногоон хүмүүс" (Little green men) гэдгийн товчлол болох LGM-ийг оролцуулсан LGМ 1-4 гэж хураангуйлан нэрлэсэн байсныг би санаж байна. Гэхдээ илрүүлсэн тэрхүү биетүүд соронзон орон болон хүрээлэн буй бодис хоорондынхоо нарийн нийлмэл харилцан үйлчлэлээс болоод радио долгионы импульс цацруулан эргэдэг, лугшигч (Pulsar) гэж нэрлэгдэх нейтрон одод юм гэсэн арай бага утга уянга бүхий дүгнэлтэнд эцсийн эцэст зохиогчид нь ч, бусад нь ч хүрсэн юм. Энэ мэдээ сансрын гийчдийн тухай хурц үйл явдалтай кино зохиогчдын урмыг хугалсан ч хар нүхний талын бидний цөөн хэдэн хүний урмыг маш их тэтгэсэн билээ. Учир нь энэ бол нейтрон од байдгийн анхны эерэг баталгаа байлаа. Нейтрон од нь од хар нүх болон хувирах тэрхүү радиусаас дөнгөж наахнуур буюу арав орчим миль радиустай. Хэрвээ од тийм бага хэмжээтэй болж чаддаг юм бол хумилтын үр дүнд бусад од бүр бага болж хар нүхнүүд үүсгэдэг гэж бодох бүрэн үндэс байна.
Гэхдээ хар нүх ямар ч гэрэл цацруулдаггүй гэсэн үндсэн тодорхойлолт үнэн бол түүнийг хэрхэн олж тогтоох вэ? Энэ нь харанхуй өрөөнөөс хар муур барихтай агаар нэгэн. Гэлээ ч гэсэн нэг арга бий. Жон Мичелл 1783 онд бичсэн анхныхаа бүтээлд хар нүхнүүд түүнд ойрхон байдаг биетүүдэд таталцлын нөлөө үзүүлдэг гэдгийг заажээ. Бие биенээ тойрон эргэдэг, таталцлын үйлчлэлээр бие бие рүүгээ татагддаг хоёр од бүхий олон тогтолцоог одон орон судлаачид ажигласан байдаг. Үл үзэгдэгч хослогчоо тойрон эргэж буй үзэгдэх ганцхан одтой тийм тогтолцоонуудыг ч ажигласан юм. Тэр хослогч нь хэтэрхий бүдэгхэн од байж болох тул түүнийг хар нүх мөн гэж шууд дүгнэж болохгүй нь мэдээжийн хэрэг. Гэвч тийм тогтолцооны зарим нь жишээлбэл (зураг 6.2) Хун Х-1 хүчтэй рентген цацраг цацруулдаг. Үүнийг үзэгдэх одны гадаргаас бодис үлээгддэгээр тайлбарлах нь хамгийн зохимжтой байдаг билээ.
Тэр бодис үл үзэгдэх од руу унахдаа (онгоцноос урсан гарах ус шиг) мушгиран эргэж, рентген цацраг үүсгэн хүчтэй хална (зураг 6.3). Ийм механизм хэрэгжихийн тулд үл үзэгдэх бие нь цагаан одой, нейтрон од, эсвэл хар нүх шиг маш бага байх ёстой. Үзэгдэх одны тойрог замыг ажиглан үл үзэгдэх биеийн боломжит хамгийн бага массыг тооцоолж болно. Хун X-1-ийн хувьд энэ масс нарны массыг ойролцоогоор зургаа дахин авсантай тэнцэнэ тодруулбал Чандрасекарын дүгнэлт ёсоор энэ нь үл үзэгдэх биет цагаан одой байхад хэтэрхий ихдэнэ. Тэгэхээр энэ масс нейтрон одонд ч ихдэнэ, энэ бие магадгүй хар нүх байх ёстой. Хун Х-1-ийн ажиглалтын үр дүнг хар нүхийг оролцуулахгүйгээр тайлбарладаг өөр загварууд байдаг ч тэд бүгдээрээ хэтэрхий зохиомол шинжтэй. Хар нүх бол ажиглалтын цорын ганц тун зүй ёсны тайлбар билээ. Хэдий ийм ч би Калифорнийн Техникийн Институтын Кип Торнтой Хун Х-1-д үнэндээ хар нүх байхгүй гэж бооцоо тавьсан юм! Миний хувьд энэ бооцоо бол нэгэн төрлийн даатгал байлаа. Би хар нүхийг маш их судалсан бөгөөд хэрэв хар нүх байдаггүй нь нэгэнт тогтоогдвол миний бүх ажил балрах билээ. Гэхдээ энэ тохиолдолд хожсон бооцоо маань надад тайтгарал болж, тохиролцоо ёсоор би дөрвөн жилийн туршид "Рrivate Еуе" сэтгүүлийг үнэгүй авах юм. Хэрэв хар нүхнүүд ямартаа ч байдаг бол Кип бүтэн жилийн турш "Рenthouse" сэттүүлийг авна. 1975 онд бооцоо тавихдаа Хун Х-1 бол хар нүх мөн гэдэгт бид 80 хувь итгэж байсан. Харин одоо бидний итгэл 95 хувь хүртэл өссөн гэж би хэлмээр байна, гэхдээ бооцоо маань хүчин төгөлдөр хэвээр байгаа.
/
Манай галактик болон том, жижиг Магелланы Үүлс гэгдэх хөрш хоёр галактикийн хүрээнд Хун Х-1 шиг тогтолцоонуудад өөр хэд хэдэн хар нүх байдаг тухай баримт бидэнд бий. Гэхдээ бүр олон хар нүх байх нь бүр ч магадтай. Орчлон ертөнцийн урт удаан түүхийн явцад олон тооны од түлшээ дуустал нь зарцуулж, хумигдсан байх ёстой. Хар нүхний тоо манай галактикт л гэхэд зуун мянган сая орчим байдаг үзэгдэх одны тооноос бүрэн давж чадна. Тийм олон тооны хар нүхний нэмэлт таталцал манай галактик яагаад өөр ямар нэг хурдтайгаар биш чухам энэ хурдтай эргэдэгийн шалтгаан байж чадах юм. Учир нь энэ хурдыг тайлбарлахад үзэгдэх оддын масс хангалтгүй байдаг. Нарнаас зуун мянга дахин их масстай асар том хэмжээний хар нүх манай галактикийн төвд байгаа гэсэн хэд хэдэн баталгаа ч бий. Энэ хар нүхтэй хэтэрхий ойр галактикийн одод түүнтэй ойр болон хол талынх нь таталцлын хүчний зөрөөнөөс болоод хэсэг хэсэг болон бутарна. Бутарсан одны үлдэгдэл, бусад одноос хаяагдсан хийний хамт хар нүх рүү чиглэн унах болно. Хун Х-1 тохиолдлынх шиг эдгээр хий дотогш мушгиран эрчилж, тийм ч их биш хална. Энэ халалт рентген цацраг ялгаруулахаар халуун байхгүй ч үүгээр л галактикийн төвд ажиглагддаг радио долгион, хэт улаан туяаны бяцхан үүсгүүрийг тайлбарлаж болно.
Квазаруудын төвд мөн ийм, гэхдээ нарны массаас зуун сая дахин их масстай бүр том хар нүхнүүд байдаг гэж үздэг. Тийм ер бусын масстай хар нүхэнд бодис унах үзэгдлээр л тэндээс ялгарах асар их энергийг тайлбарлаж болох юм. Бодис мушгиран эргэж хар нүхэнд унахдаа тэр чиглэлдээ хар нүхийг эргүүлж, үүний ачаар дэлхийн соронзон оронтой төстэй соронзон орон үүсдэг. Дотогш унасан бодис хар нүхний орчимд маш их энергитэй бөөмсийг төрүүлэх болно. Соронзон орон нь эдгээр бөөмийг хар нүхний эргэх тэнхлэгийн дагуу өөрөөр хэлбэл түүний өмнө ба хойд туйлын чигт гадагшаа тасран гарах урсгал дээр төвлөрүүлж чадахаар хүчтэй байдаг. Зарим галактик, квазаруудын хувьд тийм урсгал үнэхээр ажиглагдсан юм.
Нарны массаас бага масстай хар нүхнүүд оршин байх бололцоог ч авч үзэж болно. Тийм хар нүхнүүд таталцлаас үүдсэн хумилтын үрээр үүсч чадахгүй, учир нь тэдний масс Чандрасекарын хязгаараас доогуур байдаг. Ийм бага масстай одод цөмийн бүх түлшээ бүрэн зарцуулсан ч таталцлыг эсэргүүцэж чадна. Бага масстай хар нүхнүүд гадны хэт өндөр даралтаар бодис маш их нягттай болтлоо шахагдсан нөхцөлд л үүсч болно. Ийм нөхцлийг устөрөгчийн маш том бөмбөгөөр үүсгэж болно. Хэрэв дэлхийн далай тэнгисээс бүх хүнд усыг ялган авч чадвал төвд нь хар нүх үүсч болох тийм хүчтэй даралт үүсгэж чадах устөрөгчийн бөмбөгийг бүтээж болно гэж физикч Жон Уилер нэгэнтээ тооцоолжээ. (Үүнийг үзэж чадах хүн эргэн тойронд нь үлдэхгүй нь лав!) Илүү бодитой боломж бол маш их температур, даралттай байсан орчлон ертөнцийн бүр эрт үед бага масстай ийм хар нүхнүүд үүссэн байх явдал юм. Эрт үеийн орчлон ертөнц тэв тэгш, нэгэн төрөл биш байсан байх тохиолдолд л хар нүх үүссэн байна, яагаад гэвэл дундаж нягтыг давсан нягттай ямар нэг муж л хар нүх болон хувирахаар тэгж шахагдаж чадна. Гэхдээ орчлон ертөнц нэгэн төрөл байсан бол бодисууд од, галактикийг үүсгэн бөөгнөрөхийн оронд өнөө үеийг хүртэл орчлон ертөнцөөр нэгэн жигд тарах байсан учраас орчлон ертөнц нэгэн төрөл биш байсан байх ёстойг бид мэддэг. Од, галактикийг авч үзэхэд шаардагдах энэхүү нэгэн төрөл биш байдал нь эртний орчлон ертөнцийн нөхцөл байдлаас хамаарсан "эртний" хар нүхнүүд үүсэхэд хүргэсэн байж болох биш үү. Тэгвэл хичнээн тооны эртний хар нүх одоо байгааг тогтоочихвол бид орчлон ертөнцийн хөгжлийн хамгийн эрт үеийн талаар улам их зүйлийг мэдэж болохнээ. Мянган сая тонноос (том уулын массаас) их масстай эртний хар нүхнүүдийг үзэгдэх биетийн эсвэл орчлон ертөнцийн тэлэлтийн үйл явцад нөлөөлөх таталцлын оронгийн нөлөөгөөр нь тэмдэглэн авч болохоор юм. Гэхдээ дараагийн бүлгээс бид үнэндээ хар нүх огт хар биш гэдгийг мэдэх болно. Тэд улайссан биет шиг гэрэлтдэг бөгөөд хар нүх жижиг байх тусам улам хурц гэрэлтдэг. Хичнээн гаж ч гэлээ жижигхэн хар нүх томоосоо хялбар мэдэгдэх естой!
.JPG)
Post a Comment