Олон ертөнцийн онол

Саяхныг хүртэл орчлон ертөнц хэмээх үг энэ ертөнцийн бүхий л юмсыг илэрхийлж, орчлон ертөнц цорын ганц гэсэн санаа ноёлж байв. Хэрэв бид нарны аймгаас гарч, Адагчуулганы мананцарыг, түүний цаана байх галактикуудыг өнгөрч, орчлонгийн зах хязгаарт хүрч чадвал тэнд маш олон орчлон ертөнц оршин байгааг олж харж магадгүй. Тэнд шинэ шинэ орчлонгууд үүсэн бий болж, хуучин нь мөхөн сөнөж байх магадлал бий. Бид үржин олширч буй олон ертөнц (multiverse)-ийн далайд хөвөх нэгэн орчлон (universe)-д оршин байж ч магадгүй. Хэрэв өөр орчлон ертөнцөд очиж чадвал тэнд бидний орчлонгоос ялгаатай байгалийн хууль үйлчилж, бидний мэдэх юмс оршин байхгүй ч байж магадгүй. Нөгөө талаас хэмжээлшгүй олон тооны орчлон ертөнц оршин байгаа гэж үзвэл тэдний дунд манай орчлонтой үл ялих ялгааг эс тооцвол бараг адилхан нэг нь байж болно. Тэнд таньтай усны дусал мэт адилхан, таны ихрийн өрөөсөн байж ч магад. Олон ертөнцийн онол (multiverse theory) бол метафизик биш, философи биш, шашин ч бас биш. Олон физикч эрдэмтний сэтгэлгээгээр онолын хувьд байж болохыг илэрхийлсэн шинжлэх ухаан юм.

Дээр үед бид нар болон бусад гаригс дэлхийг тойрон эргэдэг гэдэгт итгэж байсан. Тэгтэл Галилей, Коперник нар орчлонгийн төвд нар байдгийг тодорхойлсон. Бас нарны аймаг аварга Сүүн замын нэгээхэн буланд байх жижигхэн одны цуглаанаас хэтрэхгүй, Сүүн зам ч бас орчлон ертөнцөд оршин байх үй олон галактикийн нэг гэдгийг ойлгож мэдсэн. Энэ бүхэн өнөөдөр хэний ч мэдэх бодит үнэн. Үүнтэй адил олон ертөнцийн тухай ойлголтыг хэзээ нэгэн цагт хүлээн зөвшөөрч магадгүй юм. Нөгөө талаас олон ертөнцийн онол физикийн шинжлэх ухааныг сүйрэлд хүргэнэ гэж үзэх хүмүүс бас бий. Зарим нь шинжлэх ухааны үндэслэл дутагдаж байгаа гэж үзэж байхад нөгөө зарим нь бурхан бий гэдэгтэй адил хийсвэр онол гэж үздэг. Тэгвэл олон ертөнц оршин байх магадлал хангалттай өндөр, энэ бүхэн магадгүй 100 жилийн дараа батлагдана гэдэгт эсрэг талыхан итгэж байна.

Үнэн чанартаа олон ертөнцийн онолд итгэхэд хүргэх хэд хэдэн гайхалтай үндэслэл бий. Түүний нэг нь орчлонгийн гарал үүслийн тухай Их тэсрэлтийн онолтой холбогддог. 13.8 тэрбум жилийн өмнөх Их тэсрэлтээр орчлон ертөнц үүссэн. Түүнээс хойших хэдэн тэрбум жилийн хугацаанд орчлон ертөнц хөрч, бөөмс нэгдэх замаар одод, галактикууд үүссэн. Орчлон ертөнц их тэсрэлтээс хойш тасралтгүй тэлсээр байна. Их тэсрэлтийн онол нь их тэсрэлт хэрхэн болсон, түүнээс өмнөх орчлон ямархуу дүр төрхтэй байсныг тайлбарлаж чаддаггүй. Тэгвэл их тэсрэлтийн үндэс суурь буюу орчлонг үргэлжлэн тэлэхэд хүргэсэн энерги хаанаас бий болов гэдэг асуулт урган гарна. Энэ асуултын хариуг эрсэн эрдэмтдийн эрэл хайгуул олон ертөнцийн онолыг дэвшүүлэхэд хүргэжээ.

Массечусетсийн их сургуулийн профессор, физикч Алан Гүүтийн нээлт олон ертөнцийн онолд хүрэх замын эхлэл байв. 1979 онд тэрээр Хенри Тайгийн хамт орчлон ертөнцийн эхлэл үед эгэл бөөмс хэрхэн бүрэлдэн бий болсныг судлаж байв. Нэгэн өдөр Хенри орчлонгийн эхэн үеийн тэлэлтийн хурдыг тооцоолж үзэхийг санал болгожээ. Тэдний зорилго их тэсрэлтийн үеийн орчлонгийн тэлэлтийн хурдыг тодорхойлох явдал биш байв. Гэвч Гүүт Тайгийн саналын дагуу тооцоолол хийж үзээд, өндөр температур, нягт бүхий орчлон ертөнцийн эхлэл үед хүндийн хүч одоогийнхоос эсрэг үйлчилгээ үзүүлж байсны баталгааг олжээ. Юмсыг хооронд нь түлхэлцүүлэх "эсрэг хүндийн хүч" орчлон ертөнцийг огцом тэлэхэд хүргэсэн гэж үзсэн нь томоохон нээлт байв. Тооцоогоор эсрэг үйлчлэх хүндийн хүчний нөлөөгөөр бөөмийн хэмжээтэй байсан орчлон аварга галактиктай адил хэмжээнд хүрч тэлжээ. Энэ үйл явдал нүд цавчих хугацааг тэрбум хувааж, дахин тэрбум хувааж, түүнийг дахин тэрбум хуваасантай тэнцэх өчүүхэн хугацаанд өрнөсөн байна.

Дараа нь орчлон ертөнц аажим хурдаар тэлэх болж, температур буурснаар их тэсрэлтийн онолын таамаглалын дагуу одод, гаригууд бүрэлдэн бий болсон гэж үздэг. Гүүт өөрийн нээсэн огцом тэлэлтийн үеийг инфляци гэж нэрлэв. Улмаар эрдэмтэд инфляцын ул мөр орчлон ертөнцөд үлдсэн байх ёстой гэж үзжээ. Инфляцийн үед огторгуйн орон зайд үлдсэн энерги орчлонд тархсан дулааныг шингээсэн гэрэл хэлбэрээр ажиглагдах ёстой. Температурын хувьд өндөр, нам хэсгүүд тод ялгарах тархалт бүхий сансарын богино долгионы үлдэгдэл цацрагийг энэ тухай таамаглал анх гарснаас хойш 10 жилийн дараа хиймэл дагуулын ажиглалтаар илрүүлэв. НАСА-гийн 1989 онд хөөргөсөн KOBE, 2001 онд хөөргөсөн WMAP станцуудын (2009 онд Европын Сансарын Агентлагийн Планк) ажиглалтаар инфляцийн онол нотлогджээ. Температурын тархалтын хэмжилтийн үр дүн онолын таамаглалтай бараг бүрэн нийцэв.

Удалгүй Андрей Линдэ, Алекс Виленкин хэмээх хоёр орос эрдэмтэн инфляцийн онолын томъёололд агуулагдах өөр нэгэн нууцыг илрүүлж, олон ертөнц оршин байх магадлалыг анзаарах болно. Гүүтийн илтгэлийг нэг удаа сонсох боломж олдсон Виленкиний толгойноос инфляцийн тухай бодол хэдэн сарын туршид салсангүй. Эцэст нь инфляци аль хэдийн дууссан байгааг анзаарчээ. Хэрэв инфляци бүхий л орон зайд нэгэн зэрэг дуусах зүйл биш гэж үзвэл орчлонгийн хаа нэгтээ яг одоо ч өрнөж байж болно. Инфляци аль нэгэн бүст дууссан ч өөр бүст дөнгөж эхэлж байж болно. Энэ нь их тэсрэлт цорын ганц онцгой үзэгдэл биш бөгөөд өнгөрсөн үед олон удаа тохиосоор ирсэн, цаашид ч давтагдсаар байх болно хэмээн таамаглахад хүргэнэ. Инфляцаас үүдэн шинэ шинэ олон орчлон ертөнц үүсэн бий болно. Бөөрөнхий швейцари бяслагийг одод, гаригууд үүсэхээс өмнөх орчлон ертөнц хэмээн төсөөлье. Инфляцийн явцад орчлон огцом тэлэх үед аянгын цахилалт мэт хаа сайгүй энерги ялгарна. Тэрхүү энерги нь огцом хувирч бөөмсийг үүсгэнэ. Ийнхүү их тэсрэлт хэмээн нэрлэгдэх үзэгдлийн үр дүнд шинэ орчлон үүсэн бий болно.

Бяслагны хөндий нүх мэт шинэ орчлон аажим тэлж эхлэнэ. Заримд нь манай орчлон шиг одод, гаригууд, галактикууд үүсэн бий болно. Тэгвэл нүх үүсээгүй бяслагны үндсэн хэсэг болох бүсүүдэд өмнөхийн адил энергээр дүүрэн байх тул орон зайн огцом тэлэлт явагдана. Ийм бүст энерги ялгарч их тэсрэлт явагдах, шинэ орчлон ертөнц төрөн гарах нөхцөл бүрэлдэнэ. Энэ процесс эцэс төгсгөлгүй үргэлжлэх магадлалтай тул олон ертөнц үүсэн бий болно. Ийнхүү мөнхөд үргэлжлэх инфляцийн нөлөөгөөр олон ертөнц үүснэ хэмээсэн шинэ онол төрөн гарчээ. Гэвч олон ертөнцийн онол тийм ч амархан хүлээн зөвшөөрөгдөөгүй юм. Виленкиний онолоо хамгийн анх танилцуулсан хүн Гүүт байв. Түүнийг гайхширна хэмээн найдаж, хичээнгүйлэн тайлбарласан боловч, Гүүт аль хэдийн зүүрмэглэж эхлэхийг хараад санаагаар унаж, өрөөнөөс чимээгүйхэн гарч одохоос өөр арга байгаагүй гэдэг.

Олон ертөнцийн онолын сул тал бол түүнийг батлах боломжгүй мэт харагддаг байдал юм. Батлагдах боломжгүй зүйл шинжлэх ухаан биш гэсэн итгэл үнэмшил оршин байсан учир Виленкин онолоо 10 жил хав даржээ. Гэвч Линдэ итгэл найдвараа алдаагүйгээр барахгүй бие даан хийсэн судалгаагаар адилхан мөнхийн инфляцийн онолд хүрчээ. Тэрээр арваад өгүүлэл нийтлүүлсэн боловч, физикчид төдийлөн хүлээн авсангүй. Хэн ч олон ертөнцийн тухай сонсохыг хүсэхгүй мэт байв. Гэвч уг онол физикийн шинжлэх ухааны хоёр өөр салбарын дэмжлэгийг авах болно. Нэг нь орчлон ертөнцийг өчүүхэн бага хэмжээст тайлбарлах утасны онол бол нөгөө нь аварга том хэмжээст тайлбарлах эрдэмтэдийн хийсэн гайхалтай нээлт болно. Орчлонгийн тэлэлтийн хурд нэмэгдэж байгааг ажиглалтаар тогтоосон нээлт нь хүндийн хүчний эсрэг үйлчлэх үл үзэгдэгч ямар нэгэн хүч үйлчилж байгааг илрүүлжээ. Хар энерги хэмээн нэрлэгдэх болсон уг хүч, түүний хэмжээ эрдэмтэдийг гайхашруулав. Үнэндээ хар энергийг нээснээс хойш 10-аад жил өнгөрөөд байгаа ч орчлон ертөнцөд хар энерги ямар шалтгаанаар оршин байгаа нь тодорхойгүй хэвээр байна.

Гэхдээ олон ертөнцийн онолоор үүнийг хялбар тайлбарлах боломжтой. Бид вакум орчинг хий хоосон зүйл гэж ойлгодог ч тэнд нүдэнд үл үзэгдэх бөөмс идэвхтэй хөдлөж, орон зайг энергиэр хангадаг гэж квант механикт үздэг. Мөн бөөмийн идэвхжлээр үүсэх энерги аварга том хэмжээтэй байна гэж таамагладаг. Нөгөө талаас одон оронч эрдэмтэд орчлонгийн тэлэлтийн хурднаас хар энергийн хэмжээг тооцоолж үзсэн байна. Үр дүнд нь таслалын дараа 122 орон үргэжлэх тоон утга (0.00...001) гарч, орчлонгийн орон зай дахь энергийн хэмжээ бараг тэгтэй тэнцүү гэдгийг илтгэв. Өөрөөр хэлбэл квант механикийн онолын таамаглалаас тэс өөр, хэт бага гэсэн үг. Үүний учир шалтгааныг тайлбарлаж чадахгүй байв. Тооцооноос хэт бага гэдэг нь амьдрал оршин байх эсэхийг шийдэх томоохон асуудал юм. Эсрэг хүчний зөрүү хэтэрхий бага байлаа ч бидний амьдралд нөлөөлөх чадвартай. Тухайлбал дээрх тооцоолсон хар энергийн хэмжээ яльгүй ихэсгэх буюу таслалын дараах дөрвөн тэгийг арилгахад л юмс нэг нэгнээсээ илүү хурдан алслах учир одод, галактик бүрэлдэн тогтох боломжгүй болно. Хар энергийн хэмжээ юуны учир ийм бага, өнөөдрийн бидний мэдэх одод, гаригууд, амьдрал оршин байх хэмжээнд хадгалагдаж байгаагийн шалтгаан тодорхойгүй. Мөн онолын тооцооллоос ихээхэн зөрөх болсон шалтгаан ч нууц хэвээр байна.

Харин олон ертөнц оршин байна гэж үзвэл хар энергийн нууц амархан тайлагдана. Бодит байдалд ажиглалтад тулгуурлан тооцоолсон хар энергийн хэмжээ зөв байж магадгүй юм. Иймд хар энерги болон олон ертөнцийн онолын хоорондын холбоог энгийн жишээгээр тайлбарлая. Таныг зочид буудлын хүлээн авахаас өрөөний түлхүүр авлаа гэж төсөөлөе. Өрөөний дугаөр 10000001 байна. Ийм тоог харсан ямар ч үйлчүүлэгч гайхна. Хар энергийн хэмжээг тооцоолсон одон оронч эрдэмтэд ч бас гайхсан шүү дээ. Харин зочид буудлын өрөөний тоо хэмжээлшгүй олон байна гэж тооцоё. Хэрэв хэдэн тэрбум өрөөтэй аварга зочид буудал байдаг гэвэл 10000001 дугаар гайхах зүйл биш болно. Үүнтэй адил хар энергийн янз бүрийн хэмжээ бүхий олон ертөнц байвал түүний дотор энергийн хэмжээ багатай нэгийн зэрэг орчлон ертөнц байх нь этгээд зүйл биш болно. Ийм тохиолдолд ихэнх нь амьдрал оршин тогтноход тохиромжгүй байна. Бидний орчлонгоос бага хар энергитэй орчлон агшина. Харин их хар энергитэй бол тэлэлтийн хурд нэмэгдэж, бодисууд нэгдэх, одод галактик бүрдэх боломжгүй. Бидний орчлон олон ертөнцийн нэг гэвэл хар энергийн утга тийм ч учир битүүлэг зүйл биш байна.

Олон ертөнцийн онолд дэмжлэг өгсөн хоёрдахь хүчин зүйл нь юмсыг өчүүхэн жижиг хэмжээст тайлбарлах нэгэн төгс онол юм. Бид юмсыг атом, электрон, протон, түүнээс ч жижиг кварк хэмээх эгэл бөөмсөөс бүрддэг гэдгийг мэднэ. Тэгвэл физикчид бодисыг бүрдүүлэх анхдагч элемент нь бөөм бус илүү жижиг чичирхийлсэн утас байх магадлалтай гэж үздэг. Энэ санаанаас төрсөн онол нь утасны онол юм. Утасны онолд нэмэлт 6 хэмжээс шаарддаг. Нэмэлт хэмжээсүүдийн хэлбэр анхдагч элемент болох утасны хэлбэрийг, улмаар орчлонгийн шинж чанарыг тодорхойлно. Нэмэлт 6 хэмжээс хоорондоо холбогдсон хэмээн төсөөлөгдөж, тэдгээрийн үйлчлэлийг ДНХ-тэй адилтгаж болно. ДНХ амьтны хэлбэр дүрс, төрөл зүйлийг шийддэгтэй адил нэмэлт хэмжээсүүд орчлонгийн зүй тогтлийг шийддэг. Гэтэл утасны онолын судалгаа нарийсах тусам орооцолдсон өчүүхэн жижиг хэмжээсүүдийн төрх, хэлбэр олширч, яг аль нь бидний орчлон ертөнцөд хамаарахыг математикийн хувьд тодорхойлох боломжгүй болжээ. Эрдэм шинжилгээний зарим өгүүллээр нэмэлт хэмжээсийн нэг л хэлбэрт орчлон ертөнцийн 10⁵⁰⁰ хувилбар хамаарч байж магадгүй гэж үзэж байна. Энэ бол аймшигтай тоо юм.

Гэхдээ асуудлыг арай өөр өнцөгөөс харах тохиолдолд энэ бүхэн олон ертөнцийн онолын дам нотлогоо байж болно. Өөрөөр хэлбэл утасны онол олон ертөнцийн онолд яв цав таарч байна. Үүгээр олон ертөнцийн онолын сул тал нөхөгдөж дээрх аймшигтай тоо өөр өөр орчлонгийн тоог зааж байна гэсэн үзэл эрдэмтэдийн дунд бий болов. Ийнхүү Линдэ, Виленкин нарын мөнхийн инфляцийн онолоос хойш 10-аад жилийн дараа олон ертөнцийн онол шинэ эрч хүчийг олоод байна. Мөнхийн инфляцийн, Утасны, Хар энергийн гэсэн гурван ч онол олон ертөнцийн онолыг дэмжиж байна. Утасны онол болон инфляцийн онолоор таамаглах орчлон бүрт хар энергийн хэмжээ ялгаатай хэмээн төсөөлөгдөж байна. Гэхдээ энэхүү 3 онолоос адилхан үр дүн гарлаа ч тэдгээрийг үнэн зөв гэдгийг баталсан хэрэг биш юм. Гэвч найдлага бий. Юутай ч өнөө цагийн эрдэмтэдийн дунд олон ертөнцийн онол тун идэвхтэй хэлэлцэгдэж байгаа юм.

Хэрэв бид өөр орчлон ертөнцөд аялж чадвал ямархуу дүр зураг харагдах бол. Тэдгээрийн дунд бидний орчлонгоос огт өөр шинж чанарыг агуулах орчлон байж болно. Тухайлбал гэрэл, матер зэрэг бидний танил зүйл тэнд огт үгүй байж болно. Тэгвэл өөр нэгэн орчлонд бидний орчлонтой үндсэн шинж чанараар адил ч харилцааны гайхалтай хэлбэрийг ашиглах амьтан байж ч магад. Хэрэв бид өөр өөр олон орчлонд зочилбол бидний орчлонтой яг адил нэгтэй ч учирч магад. Тэнд оршин байх бүхэн биднээс өчүүхэн төдий ялгагдана. Магадгүй үлэг гүрвэлийг мөхөөхөд хүргэсэн бага гариг биднийхтэй адил дэлхийтэй мөргөлдөөгүй, амьтад нь шинэ төрлийн хувьсалд хүрэх тохиолдол ч байж болно. Бас бидэнтэй яг адил дүр төрхтэй хүмүүс оршин байлаа гэхэд тэд олон янзын үйлдлийг нэгэн зэрэг хийх чадвартай байж ч магадгүй. Бас бидний орчлонтой усны дусал мэт адилхан орчлон оршин байж, тэнд янз бүрийн юмс, тэр ч байтугай хүн бидний ихрийн өрөөсөн байж ч магад.

Юуны учир бидний хуулбар өөр орчлонд оршин байх нөхцөл үүсэх вэ. Үүнийг хөзөр ашиглан тайлбарлаж болно. Xөзөр нэгнээсээ ялгагдах 52 ширхэгтэй. Нэг хүний гарт ирсэн хөзрийн хувилбар (комбинаци) өөр хүнийхтэй хэзээ ч адил байхгүй. Гэвч олон дахин тоглох үед яг адил хувилбар давтагдах магадлал бий. Нийт 52 хөзрийн хослох хувилбар хязгаартай. Хязгааргүй тоглолт хийвэл адил хослол эргэн ирэх магадлалаас зайлах аргагүй. Энэ үзэгдэл олон ертөнцөд мөн адил тохионо. Байгалийн хуулиар бол материйг бүрүүлэгч элемент нь хөзөртэй төстэй шинж чанарыг агуулна. Тэдгээрийн хослолууд төгсгөлөг учир яг адилхан хоёр ертөнц үүсэн бий болох магадлал бий. Хүний биеийг химийн элементүүдийн дараалал төдий зүйл гэж үзвэл хязгааргүй олон ертөнцийн хаа нэгтээ таньтай, надтай адил хүн оршин байж таарна.

Олон ертөнцөд чиглэсэн онолыг хэтэрхий тааруулахыг оролдсон зүйл гэх үзэл бодол бий. Үнэндээ орчлонгийн хар энергийн хэмжээ, утасны онолд тохиох хэмжээсүүдийн хувилбарын тухай тайлбарыг бүрэн бус гэж хэлж болно. Хар энергийн утга онолын хэмжээнээс бага байгааг тайлбарлахад санамсаргүйг ашиглаж байна гэх мэтийн тайлбарыг олон ертөнцийн онолыг үл дэмжигсэд хэлдэг. Гэхдээ нөгөө талаас гүн утга хайсан ч тодорхой хариулт өгөх боломжгүй үзэгдэл байж болно хэмээн олон ертөнцийн онолыг дэмжигсэд хэлж байна. Үүнд нарыг тойрон эргэх дэлхийн эргэлтийн траекторын жишээг авч үзэж болно. Дэлхий нарнаас 149000 км зайд, амьдрал үүсэж хөгжихөд тохиромжтой зайд эргэлдэж байна. Хэрэв наранд илүү ойрхон байсан бол хэтэрхий халуун учир амьдрал үүсэхгүй, эсрэгээр илүү холдвол хэт хүйтэн учир бас л амьдрал үүсэх боломжгүй. Дэлхий яагаад яг ийм тааламжтай зайд оршин байна вэ гэдэг асуулт 16-р зууны сүүлийн хагаст одон оронч Иоханес Кеплерт төржээ. Тэр асуултын хариуг олохыг олон жил хичээсэн боловч чадаагүй. Учир нь тийм хууль дүрэм үгүй. Дэлхий, амьдрал оршин байгаа нь гайхамшиг биш, зүгээр л нэг санамсаргүй тохиолдол төдий.

Мөн олон ертөнц оршин байгааг хүлээн зөвшөөрөөгүй нөхцөлд бидний орчлонгийн ихэнх хэсгийн учир холбогдлыг тайлбарлах боломжгүй гэж үзэх эрдэмтэд бий. Олон ертөнцийн онол баталгаатай байлаа ч туршилтаар батлах боломжгүй онолд итгэх нь зөв хэрэг үү. Гэхдээ бидний туулсан хэдэн зуун жилийн түүхэнд нүдэнд үл үзэгдэх юмс, туршилтаар нотлох боломжгүй асуудлуудад таамаглах физик чухал баримжаа болсоор ирсэн. Хар нүх, эгэл бөөмс оршин байгааг ажиглахаас өмнө математикийн хувьд зөв таамаглаж ирсэн. Олон ертөнцийн тухай таамаглалыг заавал үнэн байх ёстой хэмээн мэтгэх аргагүй. Гэвч эргэцүүлэн бодох физик бодит байдлыг илрүүлэхэд чухал үүрэгтэй байсан гэдэг нь үнэн. Эрдэмтэд олон ертөнцийн онолыг батлах оролдлого хийсээр байна. Хэрэв 2 орчлон зэрэгцэн үүссэн гэж үзвэл хоорондоо мөргөлдсөн байж болно. Тэрхүү мөргөлдөөний ул мөр сансарын үлдэгдэл цацраг дунд долгион хэлбэрээр агуулагдаж байх ёстой гэж зарим эрдэмтэд үзэж байна. Үнэхээр бидний орчлон ертөнц олон ертөнцийн нэг нь байгаад тань шиг, над шиг хүн хаа нэгтээ өөр нэгэн орчлонд үнэхээр оршин байгаа юу. Зөв хариултыг одоохондоо хэлж мэдэхгүй л байна.

эх сурвалж, Beyond the cosmos multiverse 2011

Физик