Что было до теории большого взрыва. Происхождение и эволюция Вселенной: теория Большого взрыва. История теории Большого взрыва

Даже современные ученые не могут с точностью сказать, что было во Вселенной до Большого взрыва. Существует несколько гипотез, приоткрывающих завесу тайны над одним из самых сложных вопросов мироздания.

Происхождение материального мира

До XX века существовало только две Сторонники религиозной точки зрения считали, что мир был создан богом. Ученые, наоборот, отказывались признавать рукотворность Вселенной. Физики и астрономы были сторонниками идеи о том, что космос существовал всегда, мир был статичен и все останется таким же, как миллиарды лет назад.

Однако ускорившийся научный прогресс на рубеже веков привел к тому, что у исследователей появились возможности для изучения внеземных просторов. Некоторые из них первыми попытались ответить на вопрос, что было во Вселенной до Большого взрыва.

Исследования Хаббла

XX столетие разрушило многие теории прошлых эпох. На освободившемся месте появились новые гипотезы, объяснившие доселе непонятные тайны. Все началось с того, что ученые установили факт расширения Вселенной. Сделано это было Эдвином Хабблом. Он обнаружил, что далекие галактики отличаются по своему свету от тех космических скоплений, которые находились ближе к Земле. Открытие этой закономерности легло в основу закона расширения Эдвина Хаббла.

Большой взрыв и происхождение Вселенной были изучены, когда стало ясно, что все галактики «убегают» от наблюдателя, в какой бы точке он ни был. Как это можно было объяснить? Раз галактики движутся, значит, их толкает вперед некая энергия. Кроме того, физики вычислили, что все миры когда-то находились в одной точке. Из-за некоего толчка они начали двигаться во все стороны с невообразимой скоростью.

Это явление и получило название «Большой взрыв». И происхождение Вселенной было объяснено именно с помощью теории об этом давнем событии. Когда оно случилось? Физики определили скорость движения галактик и вывели формулу, по которой они вычислили, когда произошел первоначальный «толчок». Точных цифр никто назвать не возьмется, но приблизительно это явление имело место около 15 миллиардов лет назад.

Появление теории Большого взрыва

Тот факт, что все галактики являются источниками света, означает, что при Большом взрыве выделилось огромное количество энергии. Именно она породила ту самую яркость, которую миры теряют по ходу своего отдаления от эпицентра произошедшего. Теория Большого взрыва впервые была доказана американскими астрономами Робертом Вильсоном и Арно Пензиасом. Они обнаружили электромагнитное реликтовое излучение, температура которого равнялась трем градусам по кельвиновской шкале (то есть -270 по Цельсию). Эта находка подтвердила идею о том, что сначала Вселенная была крайне горячей.

Теория Большого взрыва ответила на многие вопросы, сформулированные в XIX веке. Однако теперь появились новые. Например, что было во Вселенной до Большого взрыва? Почему она так однородна, в то время как при таком огромном выбросе энергии вещество должно разлететься во все стороны неравномерно? Открытия Вильсона и Арно поставили под сомнения классическую Евклидову геометрию, так как было доказано, что пространство имеет нулевую кривизну.

Инфляционная теория

Новые поставленные вопросы показывали, что современная теория возникновения мира отрывочна и неполна. Однако долгое время казалось, что продвинуться дальше открытого в 60-е годы будет невозможно. И только совсем недавние исследования ученых позволили сформулировать новый важный принцип для теоретической физики. Это было явление сверхбыстрого инфляционного расширения Вселенной. Оно было изучено и описано с помощью квантовой теории поля и общей теории относительности Эйнштейна.

Так что было во Вселенной до Большого взрыва? Современная наука называет этот период «инфляцией». Вначале было только поле, которое заполняло все воображаемое пространство. Его можно сравнить со снежком, пущенным вниз по склону снежной горы. Ком будет катиться вниз и увеличиваться в размерах. Точно так же поле из-за случайных колебаний на протяжении невообразимого времени меняло свою структуру.

Когда образовалась однородная конфигурация, произошла реакция. В ней и заключаются самые большие загадки Вселенной. Что было до Большого взрыва? Инфляционное поле, которое совсем не походило на нынешнюю материю. После реакции начался рост Вселенной. Если продолжить аналогию со снежным комом, то вслед за первым из них вниз покатились другие снежки, также увеличивавшиеся в размерах. Момент Большого взрыва в этой системе можно сравнить с той секундой, когда огромная глыба рухнула в пропасть и, наконец, столкнулась с землей. В это мгновение выделилось колоссальное количество энергии. Она не может иссякнуть до сих пор. Именно за счет продолжения реакции от взрыва наша Вселенная растет и сегодня.

Материя и поле

Сейчас Вселенная состоит из невообразимого количества звезд и других космических тел. Эта совокупность материи источает огромную энергию, что противоречит физическому закону сохранения энергии. О чем он гласит? Суть этого принципа сводится к тому, что на протяжении бесконечного времени сумма энергии в системе остается неизменной. Но как это может сочетаться с нашей Вселенной, которая продолжает расширяться?

Инфляционная теория смогла ответить на этот вопрос. Крайне редко разгадываются подобные загадки Вселенной. Что было до Большого взрыва? Инфляционное поле. После возникновения мира на его место пришла привычная нам материя. Однако помимо нее во Вселенной также существует которое обладает отрицательной энергией. Свойства этих двух сущностей противоположны. Так компенсируется энергия, исходящая от частиц, звезд, планет и другой материи. Эта взаимосвязь также объясняет, почему Вселенная до сих пор не превратилась в черную дыру.

Когда Большой взрыв только произошел, мир был слишком мал, чтобы в нем что-то могло коллапсировать. Теперь же, когда Вселенная расширилась, на отдельных ее участках появились локальные черные дыры. Их гравитационное поле поглощает все окружающее. Из него не может выбраться даже свет. Собственно из-за этого подобные дыры становятся черными.

Расширение Вселенной

Даже несмотря на теоретическое обоснование инфляционной теории, до сих пор непонятно, как выглядела Вселенная до Большого взрыва. Человеческое воображение не может представить себе этой картины. Дело в том, что инфляционное поле является нематериальным. Оно не поддается объяснению привычными законами физики.

Когда произошел Большой взрыв, инфляционное поле начало расширяться в темпе, который превысил скорость света. Согласно физическим показателям, во Вселенной нет ничего материального, что могло бы двигаться быстрее этого показателя. Свет распространяется по существующему миру с запредельными цифрами. Инфляционное поле же распространилось с еще большей скоростью, как раз в силу своей нематериальной природы.

Современное состояние Вселенной

Текущий период эволюции Вселенной как нельзя лучше подходит для существования жизни. Ученые затрудняются определить, сколько будет продолжаться этот временной отрезок. Но если кто и брался за такие расчеты, то получавшиеся цифры были никак не меньше сотен миллиардов лет. Для одной человеческой жизни подобный отрезок настолько велик, что даже в математическом исчислении его приходится записывать с помощью использования степеней. Настоящее изучено гораздо лучше, чем предыстория Вселенной. Что было до Большого взрыва, в любом случае останется только предметом теоретических изысканий и смелых расчетов.

В материальном мире даже время остается величиной относительной. Например, квазары (вид астрономических объектов), существующие на расстоянии 14 миллиардов световых лет от Земли, отстают от нашего привычного «сейчас» на те самые 14 миллиардов световых лет. Этот временной разрыв колоссален. Его сложно определить даже математически, не говоря уже о том, что отчетливо представить себе подобное с помощью человеческого воображения (даже самого пылкого) просто невозможно.

Современная наука может теоретически объяснить себе всю жизнь нашего материального мира, начиная с первых долей секунд его существования, когда только что произошел Большой взрыв. Полная история Вселенной дополняется до сих пор. Астрономы открывают новые удивительные факты с помощью модернизированного и улучшенного исследовательского оборудования (телескопов, лабораторий и т. д.).

Однако существуют и так и не понятые явления. Таким белым пятном, например, является и ее темная энергия. Сущность этой скрытой массы продолжает будоражить сознание самых образованных и передовых физиков современности. Кроме того, так и не возникло единой точки зрения о причинах того, почему во Вселенной частиц все-таки больше, чем античастиц. По этому поводу было сформулировано несколько фундаментальных теорий. Некоторые из этих моделей пользуются наибольшей популярностью, но ни одна из них пока не принята международным научным сообществом в качестве

В масштабе всеобщего знания и колоссальных открытий XX столетий эти пробелы кажутся совсем незначительными. Но история науки с завидной регулярностью показывает, что объяснение таких «малых» фактов и явлений становится основой для всего представления человечества о дисциплине в целом (в данном случае речь идет об астрономии). Поэтому будущим поколениям ученых, безусловно, будет чем заняться и что открывать в области познания природы Вселенной.

12. Чем вызван Большой взрыв?

Парадокс возникновения

Ни одна из лекций по космологии, которые мне доводилось читать, не обходилась без вопроса о том, чем же был вызван Большой взрыв? Еще несколько лет назад я не знал истинного ответа; сегодня, полагаю, он известен.

По существу в этом вопросе в завуалированной форме содержится два вопроса. Во-первых, нам хотелось бы знать, почему развитие Вселенной началось со взрыва и чем в первую очередь был вызван этот взрыв. Но за чисто физической проблемой скрывается другая, более глубокая проблема философского характера. Если Большой взрыв знаменует начало физического существования Вселенной, включая возникновение пространства и времени, то в каком смысле можно говорить о том, что вызвало этот взрыв?

С точки зрения физики внезапное возникновение Вселенной в результате гигантского взрыва представляется в какой-то степени парадоксальным. Из четырех управляющих миром взаимо­действий только гравитация проявляется в космическом масштабе, причем, как показывает наш опыт, гравитация имеет характер притяжения. Однако для взрыва, ознаменовавшего рождение Вселенной, по-видимому, нужна была сила отталкивания невероятной величины, которая смогла, в клочья разорвать космос и вызвать его расширение, продолжающееся и по сей день.

Это кажется странным, поскольку, если во Вселенной господствуют силы гравитации, то ей следовало бы не расширяться, а сжиматься. Действительно, гравитационные силы притяжения заставляют физические объекты сжиматься, а не взрываться. Например, очень плотная звезда теряет способность противостоять собственному весу и коллапсирует, образуя нейтронную звезду или черную дыру. Степень сжатия вещества в очень ранней Вселенной была значительно выше, чем у самой плотной звезды; поэтому нередко возникает вопрос, почему первичный космос с самого начала не сколлапсировал в черную дыру.

Обычно на это отвечают, что первичный взрыв следует просто принимать за начальное условие. Такой ответ явно не удовлетворителен и вызывает недоумение. Безусловно, под влиянием гравитации скорость космического расширения с самого начала непрерывно уменьшалась, однако в момент рождения Вселенная расширялась бесконечно быстро. Взрыв не был вызван какой-либо силой - просто развитие Вселенной началось с расширения. Если бы взрыв оказался менее сильным, гравитация очень скоро воспрепятствовала бы разлету вещества. В результате расширение сменилось бы сжатием, которое приняло бы катастрофический характер и превратило Вселенную в нечто подобное черной дыре. Но в действительности взрыв оказался достаточно «большим», что дало возможность Вселенной, преодолев собственную гравитацию, либо продолжать вечно расширяться за счет силы первичного взрыва, либо по крайней мере просуществовать на протяжении многих миллиардов лет, прежде чем подвергнуться сжатию и уйти в небытие.

Недостаток этой традиционной картины состоит в том, что она ни в коей мере не объясняет Большого взрыва. Фундаментальное свойство Вселенной вновь просто трактуется как начальное условие, принятое ad hoc (на данный случай); по существу, здесь только утверждается, что Большой взрыв имел место. По-прежнему остается непонятным, почему сила взрыва была именно такой, а не иной. Почему взрыв не был еще более сильным, чтобы Вселенная расширялась сейчас значительно быстрее? Можно также спросить, почему Вселенная в настоящее время не расширяется значительно медленнее или вообще не сжимается. Разумеется, если бы взрыв не имел достаточной силы, Вселенная вскоре коллапсировала бы и некому было бы задавать подобные вопросы. Вряд ли, однако, подобные рассуждения можно принять за объяснение.

При более детальном анализе оказывается, что парадокс происхождения Вселенной в действительности еще более сложен, чем описано выше. Тщательные измерения показывают, что скорость расширения Вселенной очень близка к критическому значению, при котором Вселенная способна преодолеть собственную гравитацию и расширяться вечно. Будь эта скорость чуть меньше - и произошел бы коллапс Вселенной, а будь она чуть больше - космическое вещество давно бы полностью рассеялось. Интересно выяснить, насколько точно скорость расширения Вселенной попадает в этот очень узкий допустимый интервал между двумя возможными катастрофами. Если бы в момент времени, соответствующий 1 с, когда картина расширения уже четко определилась, скорость расширения отличалась бы от своего реального значения более чем на 10^-18 , этого оказалось бы достаточно для полного нарушения тонкого баланса. Таким образом, сила взрыва Вселенной с почти невероятной точностью соответствует ее гравитационному взаимодействию. Большой взрыв, таким образом, это не просто какой-то далекий взрыв - это был взрыв совершенно определенной силы. В традиционном варианте теории Большого Взрыва приходится принимать не только сам факт взрыва, но и то, что взрыв произошел чрезвычайно прихотливым образом. Иными словами, начальные условия оказываются исключительно специфическими.

Скорость расширения Вселенной - лишь одна из нескольких очевидных космических загадок. Другая связана с картиной расширения Вселенной в пространстве. По данным современных наблюдений. Вселенная в больших масштабах чрезвычайно однородна, что касается распределения вещества и энергии. Глобальная структура космоса почти одинакова как при наблюдении с Земли, так и из отдаленной галактики. Галактики рассеяны в пространстве с одинаковой средней плотностью, и из каждой точки Вселенная выглядит одинаково по всем направлениям. Заполняющее Вселенную первичное тепловое излучение падает на Землю, имея во всех направлениях одну и ту же температуру с точностью не ниже 10-4 . Это излучение на пути к нам проходит в пространстве миллиарды световых лет и несет на себе отпечаток любого встречающегося ему отклонения от однородности.

Крупномасштабная однородность Вселенной сохраняется по мере расширения Вселенной. Отсюда следует, что расширение происходит однородно и изотропно с очень высокой степенью точности. Это означает, что скорость расширения Вселенной не только одинакова по всем направлениям, но и постоянна в различных областях. Если бы Вселенная в одном направлении расширялась быстрее, чем в других, то это привело бы к уменьшению температуры фонового теплового излучения в этом направлении и изменило бы видимую с Земли картину движения галактик. Таким образом, эволюция Вселенной не просто началась со взрыва строго определенной силы - взрыв был четко «организован», т.е. произошел одновременно, точно с одинаковой силой во всех точках и по всем направлениям.

Крайне маловероятно, чтобы подобное одновременное и согласованное извержение могло произойти чисто самопроизвольно, и это сомнение усиливается в рамках традиционной теории Большого взрыва тем, что различные области первичного космоса причинно не связаны друг с другом. Дело в том, что, согласно теории относительности, никакое физическое воздействие не может распространяться быстрее света. Следовательно, различные области пространства могут оказаться причинно связанными друг с другом лишь по прошествии определенного промежутка времени. Например, спустя 1с после взрыва свет может пройти расстояние не более одной световой секунды, что соответствует 300 тыс. км. Области Вселенной, разделенные большим расстоянием, через 1с еще не будут оказывать влияния друг на друга. Но к этому моменту наблюдаемая нами область Вселенной уже занимала пространство не менее 10^14 км в поперечнике. Следовательно, Вселенная состояла примерно из 10^27 причинно не связанных друг с другом областей, каждая из которых, тем не менее, расширялась с точно одинаковой скоростью. Даже сегодня, наблюдая тепловое космическое излучение, идущее с противоположных сторон звездного неба, мы регистрируем совершенно одинаковые «дактилоскопические» отпечатки областей Вселенной, разделенных огромными расстояниями: эти расстояния оказываются в 90с лишним раз больше расстояния, которое мог бы пройти свет с момента испускания теплового излучения.

Как объяснить столь замечательную согласованность различных областей пространства, которые, очевидно, никогда не были связаны друг с другом? Как возникло столь сходное поведение? В традиционном ответе вновь звучит ссылка на особые начальные условия. Исключительная однородность свойств первичного взрыва рассматривается просто как факт: так возникла Вселенная.

Крупномасштабная однородность Вселенной выглядит еще более загадочной, если учесть, что в малых масштабах Вселенная отнюдь не однородна. Существование отдельных галактик и галактических скоплений свидетельствует об отклонении от строгой однородности, причем это отклонение к тому же повсеместно одинаково по масштабам и величине. Поскольку гравитация стремится увеличить любое начальное скопление вещества, степень неоднородности, необходимая для образования галактик, во время Большого взрыва была значительно меньше, нежели теперь. Однако в начальной фазе Большого взрыва должна была все-таки присутствовать небольшая неоднородность, иначе галактики никогда бы не образовались. В старой теории Большого взрыва эти неоднородности на ранней стадии также приписывались «начальным условиям». Таким образом, мы должны были поверить, что развитие Вселенной началось не из совершенно идеального, а из крайне необычного состояния.

Все сказанное можно суммировать следующим образом: если единственной силой во Вселенной является гравитационное притяжение, то Большой взрыв следует трактовать как «ниспосланный богом», т.е. не имеющий причины, с заданными начальными условиями. Кроме того, для него характерна поразительная согласованность; чтобы прийти к существующей структуре, Вселенная должна была с самого начала развиваться надлежащим образом. В этом и заключается парадокс возникновения Вселенной.

Поиск антигравитации

Парадокс возникновения Вселенной удалось разрешить лишь в последние годы; однако основную идею решения можно про­следить в далекой истории, в те времена, когда еще не существовало ни теории расширения Вселенной, ни теории Большого взрыва. Ещё Ньютон понимал, сколь сложную проблему представляет устойчивость Вселенной. Каким образом звезды сохраняют свое положение в пространстве, не имея опоры? Универсальный характер гравитационного притяжения должен был привести к стягиванию звезд в скопления вплотную друг к другу.

Чтобы избежать этой нелепости, Ньютон прибег к весьма любопытному рассуждению. Если бы Вселенная коллапсировала под действием собственной гравитации, каждая звезда «падала» бы в направлении центра скопления звезд. Предположим, однако, что Вселенная бесконечна и звезды распределены в среднем равномерно по бесконечному пространству. В этом случае вообще отсутствовал бы общий центр, по направлению к которому могли бы падать все звезды, - ведь в бесконечной Вселенной все области идентичны. Любая звезда испытывала бы воздействие гравитационного притяжения всех своих соседей, но вследствие усреднения этих воздействий по различным направлениям не возникло бы никакой результирующей силы, стремящейся переместить данную звезду в определенное положение относительно всей совокупности звезд.

Когда спустя 200 лет после Ньютона Эйнштейн создал новую теорию гравитации, он также был озадачен проблемой, каким образом Вселенной удается избежать коллапса. Его первая работа по космологии была опубликована до того, как Хаббл открыл расширение Вселенной; поэтому Эйнштейн, подобно Ньютону, предполагал, что Вселенная статична. Однако Эйнштейн пытался решить проблему устойчивости Вселенной гораздо более прямым путем. Он считал, что для предотвращения коллапса Вселенной под действием ее собственной гравитации должна существовать иная космическая сила, которая могла бы противостоять гравитации. Эта сила должна быть скорее силой отталкивания, а не притяжения, чтобы компенсировать гравитационное притяжение. В этом смысле подобную силу можно было бы назвать « антигравитационной », хотя правильнее говорить о силе космического отталкивания. Эйнштейн в этом случае не просто произвольно придумал эту силу. Он показал, что в его уравнения гравитационного поля можно ввести дополнительный член, который приводит к появлению силы, обладающей нужными свойствами.

Несмотря на то, что представление о силе отталкивания, противодействующей силе гравитации, само по себе достаточно просто и естественно, в действительности свойства такой силы оказываются совершенно необычными. Разумеется, никакой подобной силы на Земле не замечено, и никакого намека не нее не обнаружено на протяжении нескольких веков существования планетной астрономии. Очевидно, если сила космического отталкивания и существует, то она не должна оказывать сколько-нибудь заметного действия на малых расстояниях, но ее величина значительно возрастает в астрономических масштабах. Подобное поведение противоречит всему предшествующему опыту изучения природы сил: обычно они интенсивны на малых расстояниях и ослабевают с увеличением расстояния. Так, электромагнитное и гравитационное взаимодействия непрерывно убывают по закону обратных квадратов. Тем не менее, в теории Эйнштейна естественным образом появилась сила с такими довольно необычными свойствами.

Не следует думать о введенной Эйнштейном силе космического отталкивания как о пятом взаимодействии в природе. Это просто причудливое проявление самой гравитации. Нетрудно показать, что эффекты космического отталкивания можно отнести на счет обычной гравитации, если в качестве источника гравитационного поля выбрать среду с необычными свойствами. Обычная материальная среда (например, газ) оказывает давление, тогда как обсуждаемая здесь гипотетическая среда должна обладать отрицательным давлением, или натяжением. Чтобы более наглядно представить, о чем идет речь, вообразим, что нам удалось наполнить таким космическим веществом сосуд. Тогда в отличие от обычного газа, гипотетическая космическая среда будет не давить на стенки сосуда, а стремиться втянуть их внутрь сосуда.

Таким образом, мы можем рассматривать космическое отталкивание как своего рода дополнение гравитации или как явление, обусловленное обычной гравитацией, присущей невидимой газообразной среде, заполняющей все пространство и обладающей отрицательным давлением. Нет никакого противоречия в том, что, с одной стороны, отрицательное давление как бы всасывает внутрь стенки сосуда, а, с другой - эта гипотетическая среда отталкивает галактики, а не притягивает их. Ведь отталкивание обусловлено гравитацией среды, а отнюдь не механическим действием. В любом случае, механические силы создаются не самим давлением, а разностью давлений, но предполагается, что гипотетическая среда заполняет все пространство. Ее нельзя ограничить стенками сосуда, и находящийся в этой среде наблюдатель вообще не воспринимал бы ее как ощутимую субстанцию. Пространство выглядело бы и воспринималось совершенно пустым.

Несмотря на столь удивительные особенности гипотетической среды, Эйнштейн в свое время заявил, что построил удовлетворительную модель Вселенной, в которой поддерживается равновесие между гравитационным притяжением и открытым им космическим отталкиванием. С помощью несложных расчетов Эйнштейн оценил величину силы космического отталкивания, необходимую, чтобы уравновесить гравитацию во Вселенной. Ему удалось подтвердить, что отталкивание должно быть столь малым в пределах Солнечной системы (и даже в масштабах Галактики), что его невозможно обнаружить экспериментально. Какое-то время казалось, что вековая загадка блестяще решена.

Однако затем ситуация изменилась к худшему. Прежде всего, возникла проблема устойчивости равновесия. Основная идея Эйнштейна основывалась на строгом балансе сил притяжения и отталкивания. Но, как и во многих других случаях строгого баланса, здесь также выявились тонкие детали. Если бы, например, статическая вселенная Эйнштейна немного расширилась, то гравитационное притяжение (ослабевающее с расстоянием) несколько уменьшилась бы, тогда как сила космического отталкивания (возрастающая с расстоянием) слегка возросла бы. Это привело бы к нарушению баланса в пользу сил отталкивания, что вызвало бы дальнейшее неограниченное расширение Вселенной под действием всепобеждающего отталкивания. Если бы, напротив, статическая вселенная Эйнштейна слегка бы сжалась, то гравитационная сила возросла, а сила космического отталкивания уменьшилась, что привело бы к нарушению баланса в пользу сил притяжения и, как следствие, ко все более быстрому сжатию, а в конечном итоге - к коллапсу, которого, как казалось Эйнштейну, он избежал. Таким образом, при малейшем отклонении строгий баланс нарушился бы, и космическая катастрофа была бы неизбежна.

Позднее, в 1927 г., Хаббл открыл явление разбегания галактик (т.е. расширение Вселенной), что лишило смысла проблему равновесия. Стало ясно, что Вселенной не угрожает сжатие и коллапс, поскольку она расширяется. Если бы Эйнштейн не был отвлечен поиском силы космического отталкивания, он наверняка пришел бы к этому выводу теоретически, предсказав таким образом расширение Вселенной на добрый десяток лет раньше, чем его удалось открыть астрономам. Такое предсказание, несомненно, вошло бы в историю науки как одно из самых выдающихся (такое предсказание и было сделано на основе уравнения Эйнштейна в 1922-1923 гг. профессором Петроградского университета А. А. Фридманом). В конце концов Эйнштейну пришлось с досадой отречься от космического отталкивания, которое он впоследствии считал «самой большой ошибкой своей жизни». Однако на этом история отнюдь не закончилась.

Эйнштейн придумал космическое отталкивание для решения несуществующей проблемы статической вселенной. Но, как это всегда бывает, джинна, выпущенного из бутылки, невозможно загнать обратно. Идея о том, что и динамика Вселенной, возможно, обусловлена противоборством сил притяжения и отталкивания, продолжала жить. И хотя астрономические наблюдения не давали никаких свидетельств существования космического отталкивания, они не могли доказать и его отсутствие - оно могло быть просто слишком слабым, чтобы проявиться.

Уравнения гравитационного поля Эйнштейна, хотя и допускают наличие силы отталкивания: не накладывают ограничений на ее величину. Наученный горьким опытом, Эйнштейн был вправе постулировать, что величина этой силы строго равна нулю, тем самым полностью исключая отталкивание. Однако это было отнюдь не обязательно. Некоторые ученые сочли необходимым сохранить отталкивание в уравнениях, хотя в этом уже не было нужды с точки зрения первоначальной задачи. Эти ученые считали, что при отсутствии надлежащих доказательств нет оснований полагать силу отталкивания равной нулю.

Не составляло особого труда проследить последствия, к которым приводит сохранение силы отталкивания в сценарии расширяющейся Вселенной. На ранних этапах развития, когда Вселенная еще находится в сжатом состоянии, отталкиванием можно пренебречь. В течение этой фазы гравитационное притяжение замедляло темп расширения - в полной аналогии с тем, как притяжение Земли замедляет движение ракеты, запущенной вертикально вверх. Если принять без объяснений, что эволюция Вселенной началась с быстрого расширения, то гравитация должна постоянно уменьшать скорость расширения до величины, наблюдаемой в настоящее время. С течением времени по мере рассеяния вещества гравитационное взаимодействие ослабевает. Напротив, космическое отталкивание возрастает, поскольку галактики продолжают удаляться друг от друга. В конечном счете, отталкивание превзойдет гравитационное притяжение и скорость расширения Вселенной вновь начнет возрастать. Отсюда можно сделать вывод, что во Вселенной доминирует космическое отталкивание, и расширение будет происходить вечно.

Астрономы показали, что такое необычное поведение Вселенной, когда расширение сначала замедляется, а затем вновь ускоряется, должно было бы отразиться в наблюдаемом движении галактик. Но при самых тщательных астрономических наблюдениях не удалось выявить каких-либо убедительных свидетельств такого поведения, хотя время от времени высказываются и противоположные утверждения.

Интересно, что идею расширяющейся Вселенной голландский астроном Вилем де Ситтер выдвинул еще в 1916 г. - за много лет до того, как Хаббл экспериментально открыл это явление. Де Ситтер утверждал, что если из Вселенной удалить обычное вещество, то гравитационное притяжение исчезнет, и в космосе будут безраздельно господствовать силы отталкивания. Это вызовет расширение Вселенной - по тем временам это была новаторская идея.

Поскольку наблюдатель не в состоянии воспринимать странную невидимую газообразную среду с отрицательным давлением, ему просто будет казаться, будто расширяется пустое пространство. Расширение можно было бы обнаружить, повесив в различные места пробные тела и наблюдая их удаление друг от друга. Представление о расширении пустого пространства рассматривалось в то время как некий курьез, хотя, как мы увидим, именно оно оказалось пророческим.

Итак, какой же вывод можно сделать из этой историй? Тот факт, что астрономы не обнаруживают космического отталкивания, еще не может служить логическим доказательством его отсутствия в природе. Вполне возможно, что оно просто слишком слабое, чтобы его удалось зарегистрировать современными приборами. Точность наблюдения всегда ограничена, и потому можно оценить только верхний предел этой силы. Против этого можно было бы возразить, что с эстетической точки зрения законы природы выглядели бы проще в отсутствие космического отталкивания. Подобные обсуждения тянулись многие годы, не приводя к определенным результатам, пока внезапно на проблему не взглянули под совершенно новым ракурсом, который придал ей неожиданную актуальность.

Инфляция: объяснение Большого взрыва

В предыдущих разделах мы говорили, что если сила космического отталкивания и существует, то она должна быть очень слабой, настолько слабой, чтобы не оказать сколько-нибудь значительного влияния на Большой взрыв. Однако такой вывод основывается на предположении, что величина отталкивания не изменяется со временем. Во время Эйнштейна это мнение разделяли все ученые, поскольку космическое отталкивание вводилось в теорию «рукотворно». Никому не приходило в голову, что космическое отталкивание может вызываться другими физическими процессами, возникающими по мере расширения Вселенной. Если бы подобная возможность предусматривалась, то космология могла оказаться иной. В частности, не исключается сценарий эволюции Вселенной, допускающий, что в экстремальных условиях ранних стадий эволюции космическое отталкивание какое-то мгновение преобладало над гравитацией, заставив Вселенную взорваться, после чего его роль практически свелась к нулю.

Эта общая картина вырисовывается из последних работ по изучению поведения материи и сил на очень ранних этапах развития Вселенной. Стало ясно, что гигантское космическое отталкивание - неизбежный результат действия Суперсилы. Итак, « антигравитация », которую Эйнштейн прогнал в дверь, вернулась через окно!

Ключ к пониманию нового открытия космического отталкивания дает природа квантового вакуума. Мы видели, как такое отталкивание может быть обусловлено необычной невидимой средой, не отличимой от пустого пространства, но обладающей отрицательным давлением. Сегодня физики считают, что именно такими свойствами обладает квантовый вакуум.

В гл.7 отмечалось, что вакуум следует рассматривать как своего рода «фермент» квантовой активности, кишащий виртуальными частицами и насыщенный сложными взаимодействиями. Очень важно понять, что в рамках квантового описания вакуум играет определяющую роль. То, что мы называем частицами - всего лишь редкие возмущения, подобные «пузырькам» на поверхности целого моря активности.

В конце 70-х годов стало очевидно, что объединение четырех взаимодействий требует полного пересмотра представлений о физической природе вакуума. Теория предполагает, что энергия вакуума проявляется отнюдь не однозначно. Попросту говоря, вакуум может быть возбужденным и находиться в одном из многих состояний с сильно различающимися энергиями, подобно тому как атом может возбуждаться, переходя на уровни с более высокой энергией. Эти собственные состояния вакуума - если бы мы могли их наблюдать - выглядели бы совершенно одинаково, хотя обладают совершенно разными свойствами.

Прежде всего, заключенная в вакууме энергия в огромных количествах перетекает из одного состояния в другое. В теориях Великого объединения, например, различие между самой низкой и самой высокой энергиями вакуума невообразимо велико. Чтобы получить какое-то представление о гигантских масштабах этих величин, оценим энергию, выделенную Солнцем за весь период его существования (около 5 млрд. лет). Представим себе, что все это коллоссальное количество испущенной Солнцем энергии заключено в область пространства, по размерам меньшую Солнечной системы. Достигнутые в этом случае плотности энергии близки к плотностям энергии, соответствующим состоянию вакуума в ТВО.

Наряду с потрясающими разностями энергий различным вакуумным состояниям соответствуют столь же гигантские разности давлений. Но здесь-то и кроется «фокус»: все эти давления - отрицательные. Квантовый вакуум ведет себя точно так же, как упомянутая ранее гипотетическая среда, создающая космическое отталкивание, только на этот раз численные значения давления столь велики, что отталкивание в 10^120 раз превосходит силу, которая понадобилась Эйнштейну для поддержания равновесия в статической Вселенной.

Теперь открыт путь и для объяснения Большого взрыва. Предположим, что вначале Вселенная находилась в возбужденном состоянии вакуума, которое называют «ложным» вакуумом. В этом состоянии во Вселенной действовало космическое отталкивание такой величины, которое вызвало бы безудержное и стремительное расширение Вселенной. По существу, в этой фазе Вселенная соответствовала бы модели де Ситтера, о которой шла речь в предыдущем разделе. Разница, однако, состоит в том, что у де Ситтера Вселенная спокойно расширяется в астрономических масштабах времени, тогда как «фаза де Ситтера » в эволюции Вселенной из «ложного» квантового вакуума в действительности далеко не спокойна. Занимаемый Вселенной объем пространства должен в этом случае удваиваться каждые 10^-34 с (или промежуток времени такого же порядка).

Подобное сверхрасширение Вселенной имеет ряд характерных особенностей: все расстояния возрастают по экспоненциальному закону (с понятием экспоненты мы уже встречались в гл.4). Это означает, что каждые 10^-34 с все области Вселенной удваивают свои размеры, а затем этот процесс удвоения продолжается в геометрической прогрессии. Такой тип расширения, впервые рассмотренный в 1980г. Аланом Гутом из МТИ (Массачусетский технологический институт, США), был назван им «инфляцией». В результате чрезвычайно быстрого и непрерывно ускоряющегося расширения очень скоро оказалось бы, что все части Вселенной разлетаются, как при взрыве. А это и есть Большой взрыв!

Однако так или иначе, но фаза инфляции должна прекратиться. Как и во всех возбужденных квантовых системах, «ложный» вакуум неустойчив и стремится к распаду. Когда распад происходит, отталкивание исчезает. Это в свою очередь ведет к прекращению инфляции и переходу Вселенной во власть обычного гравитационного притяжения. Разумеется, Вселенная и в этом случае продолжала бы расширяться благодаря первоначальному импульсу, приобретенному в период инфляции, однако скорость расширения неуклонно снижалась бы. Таким образом, единственный след, сохранившийся до настоящего времени от космического отталкивания, - это постепенное замедление расширения Вселенной.

Согласно «инфляционному сценарию», Вселенная начала свое существование из состояния вакуума, лишенного вещества и излучения. Но, если бы даже они присутствовали изначально, их следы быстро затерялись бы вследствие огромной скорости расширения в фазе инфляции. За чрезвычайно короткий отрезок времени, соответствующий этой фазе, область пространства, которую сегодня занимает вся наблюдаемая Вселенная, выросла от миллиардной доли размера протона до нескольких сантиметров. Плотность любого существовавшего первоначально вещества фактически стала бы равной нулю.

Итак, к концу фазы инфляции Вселенная была пустой и холодной. Однако, когда инфляция иссякла, Вселенная вдруг стала чрезвычайно «горячей». Этот всплеск тепла, осветивший космос, обусловлен огромными запасами энергии, заключенными в «ложном» вакууме. Когда состояние вакуума распалось, его энергия высвободилась в виде излучения, которое мгновенно нагрело Вселенную примерно до 10^27 К, что достаточно для протекания процессов в ТВО. С этого момента Вселенная развивалась согласно стандартной теории «горячего» Большого взрыва. Благодаря тепловой энергии возникло вещество и антивещество, затем Вселенная стала остывать, и постепенно стали «вымораживаться» все ее элементы, наблюдаемые сегодня.

Таким образом, трудную проблему - чем вызван Большой взрыв? - удалось решить с помощью теории инфляции; пустое пространство самопроизвольно взорвалось под действием отталкивания, свойственного квантовому вакууму. Однако загадка по-прежнему остается. Колоссальная энергия первичного взрыва, пошедшая на образование вещества и излучения, существующих во Вселенной, должна была откуда-то взяться! Мы не сможем объяснить существование Вселенной, пока не найдем источник первичной энергии.

Космический бутстрэп

Англ. bootstrap в буквальном смысле означает « зашнуровка », в переносном - самосогласование, отсутствие иерархии в системе элементарных частиц.

Вселенная родилась в процессе гигантского выброса энергии. Следы ее мы обнаруживаем до сих пор - это фоновое тепловое излучение и космическое вещество (в частности, атомы, из которых состоят звезды и планеты), хранящее определенную энергию в виде «массы». Следы этой энергии проявляются также в разбегании галактик и в бурной активности астрономических объектов. Первичная энергия «завела пружину» рождающейся Вселенной и по сей день продолжает приводить ее в действие.

Откуда же взялась эта энергия, вдохнувшая жизнь в нашу Вселенную? Согласно теории инфляции, это - энергия пустого пространства, иначе - квантового вакуума. Однако может ли такой ответ полностью удовлетворить нас? Естественно спросить, каким образом приобрел энергию вакуум.

Вообще, задавая вопрос о том, откуда возникла энергия, мы по существу делаем важное предположение о природе этой энергии. Одним из фундаментальных законов физики является закон сохранения энергии, согласно которому различные формы энергии могут изменяться и переходить одна в другую, однако полное количество энергии остается неизменным.

Нетрудно привести примеры, в которых можно проверить действие этого закона. Предположим, у нас имеется двигатель и запас горючего, причем двигатель используется в качестве привода электрического генератора, который в свою очередь питает электроэнергией нагреватель. При сгорании топлива запасенная в нем химическая энергия пре­образуется в механическую, затем в электрическую и, наконец, в тепловую. Или допустим, что двигатель, используется для подъема груза на вершину башни, после чего груз свободно падает; при ударе о землю возникает в точности такое же количество тепловой энергии, как и в примере с нагревателем. Дело в том, что, как бы энергия ни передавалась или как бы ни изменялась ее форма, ее, очевидно, нельзя ни, создать, ни уничтожить. Этим законом инженеры пользуются в повседневной практике.

Если энергию нельзя ни создать, ни уничтожить, то как же все-таки возникает первичная энергия? Не впрыскивается ли она просто в первый момент (своего рода новое начальное условие, принимаемое ad hoc )? Если так, то почему Вселенная содержит данное, а не какое-то другое количество энергии? В доступной наблюдению Вселенной заключено около 10^68 Дж (джоулей) энергии - почему, скажем, не 10^99 или 10^10000 или любое другое число?

Теория инфляции предлагает одно из возможных научных объяснений этой загадки. Согласно этой теории. Вселенная вначале имела энергию, фактически равную нулю, и за первые 10^32 с ей удалось вызвать к жизни все гигантское количество энергии. Ключ к пониманию этого чуда следует искать в том замечательном факте, что закон сохранения энергии в обычном смысле не применим к расширяющейся Вселенной.

По существу, мы уже встречались с подобным фактом. Космологическое расширение приводит к понижению температуры Вселенной: соответственно энергия теплового излучения, столь большая в первичной фазе, истощается и температура опускается до значений, близких к абсолютному нулю. Куда же делась вся эта тепловая энергия? В некотором смысле она израсходована Вселенной на расширение и обеспечила давление, дополняющее силу Большого взрыва. При расширении обычной жидкости ее давление, направленное наружу, совершает работу, используя энергию жидкости. При расширении обычного газа его внутренняя энергия расходуется на совершение работы. В полную противоположность этому космическое отталкивание сходно с поведением среды с отрицательным давлением. При расширении такой среды ее энергия не уменьшается, а растет. Именно это и происходило в период инфляции, когда космическое отталкивание заставило Вселенную ускоренно расширяться. В течение всего этого периода полная энергия вакуума продолжала возрастать, пока к концу периода инфляции не достигла громадной величины. Как только период инфляции завершился, вся накопленная энергия высвободилась в одном гигантском всплеске, порождая теплоту и вещество в полном масштабе Большого взрыва. С этого момента началось обычное расширение с положительным давлением, так что энергия вновь стала уменьшаться.

Возникновение первичной энергии отмечено каким-то волшебством. Вакуум с таинственным отрицательным давлением, наделен, по-видимому, совершенно невероятными возможностями. С одной стороны, он создает гигантскую силу отталкивания, обеспечивающую его все ускоряющееся расширение, а с другой - само расширение форсирует возрастание энергии вакуума. Вакуум, по существу, сам питает себя энергией в огромных количествах. В нем заложена внутренняя неустойчивость, обеспечивающая непрерывное расширение и неограниченное производство энергии. И только квантовый распад ложного вакуума кладет предел этому «космическому мотовству».

Вакуум служит у природы волшебным, бездонным кувшином энергии. В принципе не существует предела величины энергии, которая могла бы выделяться в ходе инфляционного расширения. Это утверждение знаменует собой переворот в традиционном мышлении с его многовековым «из ничего не родится ничто» (это изречение датируется, по крайней мере эпохой Парменидов, т.е. V в. до н.э.). Идея о возможности «сотворения» из ничего до недавнего времени целиком находилась в компетенции религий. В частности, христиане издавна верят, что бог сотворил мир из Ничего, однако мысль о возможности самопроизвольного возникновения всего вещества и энергии в результате чисто физических процессов еще десяток лет назад считалось учеными абсолютно неприемлемой.

Те, кто не может внутренне примириться со всей концепцией возникновения «чего-то» из «ничего», имеют возможность иначе взглянуть на возникновение энергии при расширении Вселенной. Поскольку обычная гравитация имеет характер притяжения, для удаления частей вещества друг от друга необходимо совершить работу по преодолению гравитации, действующей между этими частями. Это означает, что гравитационная энергия системы тел отрицательна; при добавлении к системе новых тел происходит высвобождение энергии, и вследствие этого гравитационная энергия становится «еще более отрицательной». Если применить это рассуждение ко Вселенной на стадии инфляции, то именно появление теплоты и вещества как бы «компенсирует» отрицательную гравитационную энергию образовавшихся масс. В этом случае полная энергия Вселенной в целом равна нулю и никакой новой энергии вообще не возникает! Подобный взгляд на процесс «сотворения мира», конечно, привлекателен, однако его все же не следует принимать слишком всерьез, поскольку в целом статус понятия энергии применительно к гравитации оказывается сомнительным.

Все сказанное здесь о вакууме очень напоминает излюбленную физиками историю о мальчике, который, провалившись в болото, вытащил себя за шнурки от собственных ботинок. Самосоздающаяся Вселенная напоминает этого мальчика - она тоже вытягивает сама себя за собственные «шнурки» (этот процесс обозначается термином « бутстрэп »). Действительно, благодаря собственной физической природе Вселенная возбуждает в себе всю энергию, необходимую для «создания» и «оживления» материи, а также инициирует порождающий ее взрыв. Это и есть космический бутстрэп; его поразительному могуществу мы и обязаны своим существованием.

Успехи теории инфляции

После того как Гут выдвинул основополагающую идею о том, что Вселенная претерпела ранний период чрезвычайно быстрого расширения, стало очевидно, что такой сценарий позволяет красиво объяснить многие особенности космологии Большого взрыва, которые ранее принимались «на веру».

В одном из предшествующих разделов мы встретились с парадоксами очень высокой степени организации и согласованности первичного взрыва. Один из замечательных примеров тому - сила взрыва, которая оказалась точно «подогнанной» к величине гравитации космоса, вследствие чего скорость расширения Вселенной в наше время очень близка к граничному значению, разделяющему сжатие (коллапс) и быстрое разбегание. Решающая проверка инфляционного сценария как раз и состоит в том, предусматривает ли он Большой взрыв настолько точно определенной силы. Оказывается, что благодаря экспоненциальному расширению в фазе инфляции (что составляет ее самое характерное свойство) сила взрыва автоматически строго обеспечивает возможность преодоления Вселенной собственной гравитации. Инфляция может привести именно к той скорости расширения, которая наблюдается в действительности.

Другая «великая загадка» связана с однородностью Вселенной в больших масштабах. Она также немедленно решается на основе теории инфляции. Любые первоначальные неоднородности в структуре Вселенной должны абсолютно стираться при грандиозном увеличении ее размеров, подобно тому, как складки на спущенном воздушном шаре разглаживаются при его надувании. А в результате увеличения размеров пространственных областей примерно в 10^50 раз любое начальное возмущение становится несущественным.

Однако неверно было бы говорить о полной однородности. Чтобы стало возможным появление современных галактик и галактических скоплений, структура ранней Вселенной должна была иметь некоторую «комковатость». Первоначально астрономы надеялись, что существование галактик можно объяснить скоплением вещества под действием гравитационного притяжения после Большого взрыва. Облако газа должно сжиматься под действием собственной гравитации, а затем распадаться на более мелкие фрагменты, а те в свою очередь - на еще меньшие и т.д. Возможно, распределение газа, возникшее в результате Большого взрыва, было совершенно однородным, но за счет чисто случайных процессов то там, то здесь возникали сгущения и разрежения. Гравитация еще более усиливала эти флуктуации, приводя к разрастанию областей сгущения и поглощению ими добавочного вещества. Затем эти области сжимались и последовательно распадались, а сгущения наименьших размеров превращались в звезды. В конце концов, возникла иерархия структур: звезды объединялись в группы, те - в галактики и далее в скопления галактик.

К сожалению, если в газе с самого начала не было неоднородностей, то такой механизм возникновения галактик сработал бы за время, значительно превышающее возраст Вселенной. Дело в том, что процессы сгущения и фрагментации конкурировали с расширением Вселенной, которое сопровождалось рассеянием газа. В первоначальном варианте теории Большого взрыва предполагалось, что «зародыши» галактик существовали изначально в структуре Вселенной при ее возникновении. Более того, эти начальные неоднородности должны были иметь вполне определенные размеры: не слишком малые, иначе никогда бы не образовались, но и не слишком большие, иначе области большой плотности просто испытали бы коллапс, превратившись в огромные черные дыры. При этом совершенно непонятно, почему галактики имеют именно такие размеры или почему в скопление входит именно такое число галактик.

Инфляционный сценарий дает более последовательное объяснение галактической структуры. Основная идея достаточно проста. Инфляция обусловлена тем, что квантовым состоянием Вселенной является неустойчивое состояние ложного вакуума. В конце концов, это состояние вакуума распадается, и избыток его энергии превращается в теплоту и вещество. В этот момент космическое отталкивание исчезает - и инфляция прекращается. Однако распад ложного вакуума происходит не строго одновременно во всем пространстве. Как и в любых квантовых процессах, скорости распада ложного вакуума флуктуируют. В некоторых областях Вселенной распад осуществляется несколько быстрее, чем в других. В этих областях инфляция завершится раньше. В результате этого неоднородности сохраняются и в конечном состоянии. Не исключено, что эти неоднородности могли служить «зародышами» (центрами) гравитационного сжатия и, в конце концов, привели к образованию галактик и их скоплений. Проводилось математическое моделирование механизма флуктуаций, однако, с весьма ограниченным успехом. Как правило, эффект оказывается слишком большим, вычисленные неоднородности - слишком значительными. Правда, использовались слишком грубые модели и, возможно, более тонкий подход оказался бы более успешным. Хотя теория пока далека от завершения, она, по крайней мере, описывает характер механизма, который мог бы привести к возникновению галактик без необходимости введения специальных начальных условий.

В предложенном Гутом варианте инфляционного сценария ложный вакуум вначале превращается в «истинный», или в вакуумное состояние с наинизшей энергией, которое мы отождествляем с пустым пространством. Характер этого изменения вполне аналогичен фазовому переходу (например, из газа в жидкость). При этом в ложном вакууме происходило бы случайное образование пузырьков истинного вакуума, которые, расширяясь со скоростью света, захватывали бы все большие области пространства. Чтобы ложный вакуум мог просуществовать достаточно долго и инфляция совершила бы свое «чудотворное» дело, эти два состояния должны быть разделены энергетическим барьером, сквозь который должно произойти «квантовое туннелирование » системы, аналогично тому, как это происходит с электронами (см. гл. ). Однако у этой модели есть один серьезный недостаток: вся энергия, выделившаяся из ложного вакуума, оказывается сконцентрированной в стенках пузырьков и отсутствует механизм ее перераспределения по всему пузырьку. При столкновении и слиянии пузырьков энергия в конечном счете накапливалась бы в беспорядочно перемешанных слоях. В результате Вселенная содержала бы очень сильные неоднородности, и вся работа инфляции по созданию крупномасштабной однородности потерпела бы крах.

При дальнейшем усовершенствовании инфляционного сценария эти трудности удалось обойти. В новой теории отсутствует туннелирование между двумя состояниями вакуума; вместо этого параметры выбираются так, что распад ложного вакуума происходит очень медленно и, таким образом, Вселенная получает достаточное время для инфляции. Когда же распад завершается, энергия ложного вакуума высвобождается во всем объеме «пузыря», который быстро нагревается до 10^27 К. Предполагается, что вся наблюдаемая Вселенная содержится в одном таком пузыре. Таким образом, в ультрабольших масштабах Вселенная может быть крайне нерегулярной, но доступная нашему наблюдению область (и даже значительно более крупные части Вселенной) находится в пределах полностью однородной зоны.

Любопытно, что Гут первоначально разрабатывал свою инфляционную теорию для решения совершенно другой космологической проблемы - отсутствия в природе магнитных монополей. Как показано в гл.9, стандартная теория Большого взрыва предсказывает, что в первичной фазе эволюции Вселенной монополи должны возникать в избытке. Они, возможно, сопровождаются их одно- и двумерными аналогами - странными объектами, имеющими характер «струны» и «листа». Проблема заключалась в том, чтобы избавить Вселенную от этих «нежелательных» объектов. Инфляция автоматически решает проблему монополей и другие аналогичные проблемы, поскольку гигантское расширение пространства эффективно уменьшает их плотность до нуля.

Хотя инфляционный сценарий разработан только частично и всего лишь правдоподобен, не более, он позволил сформулировать ряд идей, обещающих безвозвратно изменить облик космологии. Теперь мы не только можем предложить объяснение причины Большого взрыва, но и начинаем понимать, почему он был столь «большим» и почему принял такой характер. Мы можем теперь приступить к решению вопроса о том, каким образом возникла крупномасштабная однородность Вселенной, а наряду с ней - наблюдаемые неоднородности меньшего масштаба (например, галактики). Первичный взрыв, в котором возникло то, что мы называем Вселенной, отныне перестал быть загадкой, лежащей за пределами физической науки.

Вселенная, создающая сама себя

И все-таки, несмотря на огромный успех инфляционной теории в объяснении происхождения Вселенной, тайна остается. Каким образом Вселенная первоначально оказалась в состоянии ложного вакуума? Что происходило до инфляции?

Последовательное, вполне удовлетворительное научное описание возникновения Вселенной должно объяснять, как возникло само пространство (точнее, пространство-время), которое затем подверглось инфляции. Одни ученые готовы допустить, что пространство существует всегда, другие считают, что этот вопрос вообще выходит за рамки научного подхода. И лишь немногие претендуют на большее и убеждены, что вполне правомерно ставить вопрос о том, каким образом пространство вообще (и ложный вакуум, в частности) могло возникнуть буквально из «ничего» в результате физических процессов, в принципе поддающихся изучению.

Как уже отмечалось, мы лишь недавно бросили вызов стойкому убеждению, «из ничего не возникает ничто». Космический бутстрэп близок теологической концепции сотворения мира из ничего (ex nihilo). Без сомнения, в окружающем нас мире существование одних объектов обусловлено обычно наличием других объектов. Так, Земля возникла из протосолнечной туманности, та в свою очередь - из галактических газов и т.д. Если бы нам довелось увидеть объект, внезапно возникший «из ничего», мы, по-видимому, восприняли бы это как чудо; например, нас поразило бы, если бы в запертом пустом сейфе мы вдруг обнаружили массу монет, ножей или сладостей. В повседневной жизни мы привыкли сознавать, что все возникает откуда-то или из чего-то.

Однако все не так очевидно, если речь идет о менее конкретных вещах. Из чего, например, возникает живописное полотно? Разумеется, для этого необходимы кисть, краски и холст, но ведь это всего лишь инструменты. Манера, в которой написана картина, - выбор формы, цвета, текстуры, композиции - рождается не кистями и красками. Это результат творческого воображения художника.

Из чего возникают мысли и идеи? Мысли, без сомнения, существуют реально и, по-видимому, всегда требуют участия мозга. Но мозг лишь обеспечивает реализацию мыслей, а не является их причиной. Сам по себе мозг порождает мысли не более чем, например, компьютер - вычисления. Мысли могут быть вызваны другими мыслями, однако это не раскрывает природы самой мысли. Некоторые мысли могут рождаться, ощущениями; мысли рождает и память. Большинство художников, однако, рассматривает свою работу как результат неожиданного вдохновения. Если это действительно так, то создание картины - или, по крайней мере, рождение ее идеи - как раз представляет собой пример рождения чего-то из ничего.

И все же можем ли мы считать, что физические объекты и даже Вселенная в целом возникают из ничего? Эта смелая гипотеза вполне серьезно обсуждается, например, в научных учреждениях восточного побережья США, где довольно много физиков-теоретиков и специалистов по космологии занимаются разработкой математического аппарата, который помог бы выяснить возможность рождения чего-то из ничего. В этот круг избранных входят Алан Гут из МТИ, Сидней Коулмен из Гарвардского университета, Алекс Виленкин из Университета Тафта, Эд Тайон и Хайнц Пейджелс из Нью-Йорка. Все они считают, что в том или ином смысле «ничто неустойчиво» и что физическая Вселенная спонтанно «распустилась из ничего», управляемая лишь законами физики. «Подобные идеи чисто умозрительны, - признается Гут, - однако на определенном уровне они, возможно, правильны... Иногда говорят, что бесплатного ланча не бывает, но Вселенная, по-видимому, как раз и являет собой такой «бесплатный ланч ».

Во всех этих гипотезах ключевую роль играет квантовое поведение. Как мы говорили в гл.2, основная особенность квантового поведения состоит в утрате строгой причинно-следственной связи. В классической физике изложение механики следовало строгому соблюдению причинности. Все детали движения каждой частицы были строго предопределены законами движения. Считалось, что движение непрерывно и строго определено действующими силами. Законы движения в прямом смысле воплощали в себе связь между причиной и следствием. Вселенная рассматривалась как гигантский часовой механизм, поведение которого строго регламентировано происходящим в данный момент. Именно вера в подобную всеобъемлющую и абсолютно строгую причинность побудила Пьера Лапласа утверждать, что сверхмощный калькулятор способен в принципе предвычислить на основе законов механики как историю, так и судьбу Вселенной. Согласно этой точке зрения, Вселенная обречена вечно следовать предписанному ей пути.

Квантовая физика разрушила методичную, но бесплодную лапласовскую схему. Физики убедились в том, что на атомном уровне материя и ее движение неопределенны и непредсказуемы. Частицы могут вести себя «сумасбродно», как бы сопротивляясь строго предписанным движениям, внезапно появляясь в самых неожиданных местах без видимых на то причин, а иногда возникая и исчезая «без предупреждения».

Квантовый мир не свободен полностью от причинности, однако она проявляется довольно нерешительно и неоднозначно. Например, если один атом в результате столкновения с другим атомом оказывается в возбужденном состоянии, он, как правило, быстро возвращается в состояние с наинизшей энергией, испуская при этом фотон. Возникновение фотона является, разумеется, следствием того, что атом перед этим перешел в возбужденное состояние. Мы можем с уверенностью сказать, что именно возбуждение привело к возникновению фотона, и в этом смысле связь причины и следствия сохраняется. Однако истинный момент возникновения фотона непредсказуем: атом может испустить его в любое мгновение. Физики в состоянии вычислить вероятное, или среднее, время появления фотона, но в каждом конкретном случае невозможно предсказать момент, когда это событие произойдет. Видимо, для характеристики подобной ситуации лучше всего сказать, что возбуждение атома не столько приводит к появлению фотона, сколько «подталкивает» его к этому.

Таким образом, квантовый микромир не опутан густой паутиной причинных взаимосвязей, но все же «прислушивается» к многочисленным ненавязчивым командам и предложениям. В старой ньютоновской схеме сила как бы обращалась к объекту с не допускающим возражения приказом: «Двигайся!». В квантовой физике взаимоотношения силы и объекта строятся скорее на приглашении, чем на приказе.

Почему вообще мы считаем столь неприемлемой мысль о внезапном рождении объекта «из ничего?» Что при этом заставляет нас думать о чудесах и сверхъестественных явлениях? Возможно, все дело лишь в необычности подобных событий: в повседневной жизни мы никогда не сталкиваемся с беспричинным появлением объектов. Когда, например, фокусник достает из шляпы кролика, мы знаем, что нас дурачат.

Предположим, что мы действительно живем в мире, где объекты время от времени явно возникают «ниоткуда», без всякой причины и притом совершенно непредсказуемым образом. Привыкнув к таким явлениям, мы перестали бы удивляться им. Спонтанное рождение воспринималось бы как одна из причуд природы. Возможно, в таком мире нам уже не пришлось бы напрягать свою доверчивость, чтобы представить внезапное возникновение из ничего всей физической Вселенной.

Этот воображаемый мир по существу не столь уж сильно отличается от реального. Если бы мы могли непосредственно воспринимать поведение атомов с помощью наших органов чувств (а не при посредничестве специальных приборов), нам бы частоприходилось наблюдать объекты, появляющиеся и исчезающие без четко определенных причин.

Явление, наиболее близкое «рождению из ничего», происходит в достаточно сильном электрическом поле. При критическом значении напряженности поля «из ничего» совершенно случайным образом начинают возникать электроны и позитроны. Расчеты показывают, что вблизи поверхности ядра урана напряженность электрического поля достаточно близка к пределу, за которым возникает этот эффект. Если бы существовали атомные ядра, содержащие 200 протонов (в ядре урана их 92), то происходило бы спонтанное рождение электронов и позитронов. К сожалению, ядро со столь большим числом протонов, по-видимому, становится крайне неустойчивым, но полной уверенности в этом нет.

Спонтанное рождение электронов и позитронов в сильном электрическом поле можно рассматривать как особый вид радиоактивности, когда распад испытывает пустое пространство, вакуум. Мы уже говорили о переходе одного вакуумного состояния в другое в результате распада. В этом случае вакуум распадается, превращаясь в состояние, в котором присутствуют частицы.

Хотя распад пространства, вызванный электрическим полем, трудно постижим, аналогичный процесс под действием гравитации вполне мог бы происходить в природе. Вблизи поверхности черных дыр гравитация столь сильна, что вакуум кишмя кишит непрерывно рождающимися частицами. Это и есть знаменитое излучение черных дыр, открытое Стивеном Хокингом. В конечном счете именно гравитация ответственна за рождение этого излучения, однако нельзя сказать, что это происходит «в старом ньютоновском смысле»: нельзя утверждать, что какая-то конкретная частица должна появиться в определенном месте в тот или иной момент времени в результате действия гравитационных сил. В любом случае, поскольку гравитация - лишь искривление пространства-времени, можно сказать, что пространство-время вызывает рождение вещества.

О спонтанном возникновении вещества из пустого пространства часто говорят как о рождении «из ничего», которое близко по духу рождению ex nihilo в христианской доктрине. Однако для физика пустое пространство совсем не «ничто», а весьма существенная часть физической Вселенной. Если мы все-таки хотим ответить на вопрос, как возникла Вселенная, то недостаточно предполагать, что с самого начала существовало пустое пространство. Необходимо объяснить, откуда взялось это пространство. Мысль о рождении самого пространства может показаться странной, однако в каком-то смысле это все время происходит вокруг нас. Расширение Вселенной есть не что иное, как непрерывное «разбухание» пространства. С каждым днем доступная нашим телескопам область Вселенной возрастает на 10^18 кубических световых лет. Откуда же берется это пространство? Здесь полезна аналогия с резиной. Если упругий резиновый жгут вытянуть, его «становится больше». Пространство напоминает суперэластик тем, что оно, насколько нам известно, может неограниченно долго растягиваться, не разрываясь.

Растяжение и искривление пространства напоминают деформацию упругого тела тем, что «движение» пространства происходит по законам механики точно так же, как и движение обычного вещества. В данном случае это законы гравитации. Квантовая теория в равной мере применима как к веществу, так и к пространству и к времени. В предшествующих главах мы говорили, что квантовая гравитация рассматривается как необходимый этап поиска Суперсилы. В этой связи возникает любопытная возможность; если, согласно квантовой теории, частицы вещества могут возникать «из ничего», то применительно к гравитации не будет ли она описывать возникновение «из ничего» и пространства? Если это произойдет, то не является ли рождение Вселенной 18 млрд. лет назад, примером именно такого процесса?

Бесплатный ланч?

Основная идея квантовой космологии состоит в применении квантовой теории к Вселенной в целом: к пространству-времени и веществу; особенно серьезно эту идею рассматривают теоретики. На первый взгляд здесь налицо противоречие: квантовая физика имеет дело с самыми малыми системами, тогда как космология - с самыми большими. Тем не менее Вселенная когда-то также была ограничена очень малыми размерами и, следовательно, тогда были чрезвычайно важны квантовые эффекты. Результаты вычислений говорят о том, что квантовые законы следует учитывать в эру ТВО (10^-32 с), а в эру Планка (10^-43 с) они, вероятно, должны играть определяющую роль. Как считают некоторые теоретики (например, Виленкин), между этими двумя эпохами существовал момент времени, когда возникла Вселенная. По словам Сиднея Коулмена, мы совершили квантовый скачок из Ничего во Время. По-видимому, пространство-время представляет собой реликт этой эпохи. Квантовый скачок, о котором говорит Коулмен, можно рассматривать как своего рода «туннельный процесс». Мы отмечали, что в первоначальном варианте теории инфляции состояние ложного вакуума должно было туннелировать через энергетический барьер в состояние истинного вакуума. Однако, в случае спонтанного возникновения квантовой Вселенной «из ничего», наша интуиция достигает предела своих возможностей. Один конец туннеля представляет собой физическую Вселенную в пространстве и времени, которая попадает туда путем квантового туннелирования «из ничего». Следовательно, другой конец туннеля представляет собой это самое Ничто! Возможно, лучше было бы сказать, что у туннеля имеется лишь один конец, а второго просто «не существует».

Главная трудность этих попыток объяснить происхождение Вселенной состоит в описании процесса ее рождения из состояния ложного вакуума. Если бы вновь возникшее пространство-время оказалось в состоянии истинного вакуума, то инфляция никогда не смогла бы произойти. Большой взрыв свелся бы к слабому всплеску, а пространство-время спустя мгновение снова прекратило бы свое существование - его истребили бы те самые квантовые процессы, благодаря которым оно первоначально возникло. Не окажись Вселенная в состоянии ложного вакуума, она никогда не оказалась бы вовлеченной в космический бутстрэп и не материализовала бы свое иллюзорное существование. Возможно, состояние ложного вакуума оказывается предпочтительным благодаря характерным для него экстремальным условиям. Например, если Вселенная возникала при достаточно высокой начальной температуре, а затем остывала, то она могла бы даже «сесть на мель» в ложном вакууме, но пока многие технические вопросы такого типа остаются нерешенными.

Но как бы ни обстояло в действительности дело с этими фундаментальными проблемами, Вселенная должна тем или иным образом возникнуть, и квантовая физика представляет собой единственную область науки, в которой имеет смысл говорить о событии, происходящем без видимой причины. Если речь идет о пространстве-времени, то в любом случае бессмысленно говорить о причинности в обычном понимании. Обычно понятие причинности тесно связано с понятием времени, и потому любые соображения о процессах возникновения времени или его «выхода из небытия» должны опираться на более широкое представление о причинности.

Если пространство действительно десятимерно, то теория считает все десять измерений вполне равноправными на самых ранних стадиях. Привлекает возможность связать явление инфляции со спонтанной компактификацией (сворачиванием) семи из десяти измерений. Согласно такому сценарию, «движущая сила» инфляции представляет собой побочный продукт взаимодействий, проявляющихся через дополнительные измерения пространства. Далее десятимерное пространство могло бы естественно эволюционировать таким образом, что при инфляции три пространственных измерения сильно разрастаются за счет семи остальных, которые, напротив, сжимаются, становясь невидимыми? Таким образом, квантовый микропузырь десятимерного пространства сжимается, а три измерения благодаря этому раздуваются, образуя Вселенную: остальные семь измерений остаются в плену микрокосмоса, откуда проявляются лишь косвенно - в форме взаимодействий. Эта теория кажется очень привлекательной.

Несмотря на то, что теоретикам предстоит еще много работы по изучению природы очень ранней Вселенной, уже сейчас можно дать общий набросок событий, в результате которых Вселенная обрела наблюдаемый сегодня облик. В самом начале Вселенная спонтанно возникла «из ничего». Благодаря способности квантовой энергии служить своего рода ферментом, пузыри пустого пространства могли раздуваться со все возрастающей скоростью, создавая благодаря бутстрэпу колоссальные запасы энергии. Этот ложный вакуум, наполненный саморожденной энергией, оказался неустойчивым и стал распадаться, выделяя энергию в виде теплоты, так что каждый пузырек заполнился огнедышащей материей (файерболом). Раздувание (инфляция) пузырей прекратилось, но начался Большой взрыв. На «часах» Вселенной в этот момент было 10^-32 с.

Из такого файербола и возникла вся материя и все физические объекты. По мере остывания космический материал испытывал последовательные фазовые переходы. При каждом из переходов из первичного бесформенного материала «вымораживалось» все больше различных структур. Одно за другим отделялись друг от друга взаимодействия. Шаг за шагом объекты, которые мы называем теперь субатомными частицами, приобретали присущие им ныне черты. По мере того как состав «космического супа» все более усложнялся, оставшиеся со времен инфляции крупномасштабные нерегулярности разрастались в галактики. В процессе дальнейшего образования структур и обособления различных видов вещества Вселенная все больше приобретала знакомые формы; горячая плазма конденсировалась в атомы, формируя звезды, планеты и, в конечном счете, жизнь. Так Вселенная «осознала» самое себя.

Вещество, энергия, пространство, время, взаимодействия, поля, упорядоченность и структура - все эти понятия, заимствованные из «прейскуранта творца», служат неотъемлемыми характеристиками Вселенной. Новая физика приоткрывает заманчивую возможность научного объяснения происхождения всех этих вещей. Нам уже не нужно с самого начала специально вводить их «вручную». Мы можем увидеть, каким образом все фундаментальные свойства физического мира могут появиться автоматически как следствия законов физики, без необходимости предполагать существование крайне специфических начальных условий. Новая космология утверждает, что начальное состояние космоса не играет никакой роли, так как вся информация о нем стерлась в ходе инфляции. Наблюдаемая нами Вселенная несет на себе лишь отпечатки тех физических процессов, которые происходили с момента начала инфляции.

Тысячелетиями человечество верило в то, что «из ничего не родится ничто». Сегодня мы можем утверждать, что из ничего произошло все. За Вселенную не надо «платить» - это абсолютно «бесплатный ленч».

Астрономы употребляют термин «Большой взрыв» в двух взаимосвязанных значениях. С одной стороны этим термином называют само событие, ознаменовавшее зарождение Вселенной около 15 миллиардов лет назад; с другой — весь сценарий ее развития с последующим расширением и остыванием.

Концепция Большого взрыва появилась с открытием в 1920-е годы закона Хаббла . Этот закон описывает простой формулой результаты наблюдений, согласно которым видимая Вселенная расширяется и галактики удаляются друг от друга. Нетрудно, следовательно, мысленно «прокрутить пленку назад» и представить, что в исходный момент, миллиарды лет назад, Вселенная пребывала в сверхплотном состоянии. Такая картина динамики развития Вселенной подтверждается двумя важными фактами.

Космический микроволновой фон

В 1964 году американские физики Арно Пензиас и Роберт Уилсон обнаружили, что Вселенная наполнена электромагнитным излучением в микроволновом диапазоне частот. Последовавшие измерения показали, что это характерное классическое излучение черного тела , свойственное объектам с температурой около -270°С (3 К), т. е. всего на три градуса выше абсолютного нуля.

Простая аналогия поможет вам интерпретировать этот результат. Представьте, что вы сидите у камина и смотрите на угли. Пока огонь горит ярко, угли кажутся желтыми. По мере затухания пламени угли тускнеют до оранжевого цвета, затем до темно-красного. Когда огнь почти затух, угли перестают испускать видимое излучение, однако, поднеся к ним руку, вы почувствуете жар, что означает, что угли продолжают излучать энергию, но уже в инфракрасном диапазоне частот. Чем холоднее объект, тем ниже излучаемые им частоты и больше длина волн (см. Закон Стефана—Больцмана). По сути, Пензиас и Уилсон определили температуру «космических углей» Вселенной после того, как она остывала на протяжении 15 миллиардов лет: ее фоновое излучение оказалось в диапазоне микроволновых радиочастот.

Исторически это открытие и предопределило выбор в пользу космологической теории Большого взрыва. Другие модели Вселенной (например, теория стационарной Вселенной) позволяют объяснить факт расширения Вселенной, но не наличие космического микроволнового фона.

Изобилие легких элементов

Теория Большого взрыва позволяет определить температуру ранней Вселенной и частоту соударений частиц в ней. Как следствие, мы можем рассчитать соотношение числа различных ядер легких элементов на первичной стадии развития Вселенной. Сравнив эти прогнозы с реально наблюдаемым соотношением легких элементов (с поправкой на их образование в звездах), мы обнаруживаем впечатляющее соответствие между теорией и наблюдениями. По моему мнению, это лучшее подтверждение гипотезы Большого взрыва.

Помимо двух приведенных выше доказательств (микроволновой фон и соотношение легких элементов) недавние работы (см. Инфляционная стадия расширения Вселенной) показали, что сплав космологии Большого взрыва и современной теории элементарных частиц разрешает многие кардинальные вопросы устройства Вселенной. Конечно, проблемы остаются: мы не можем объяснить саму первопричину возникновения Вселенной; не ясно нам и то, действовали ли в момент ее зарождения нынешние физические законы. Но убедительных аргументов в пользу теории Большого взрыва на сегодняшний день накоплено более чем достаточно.

См. также:

Arno Allan Penzias, р. 1933
Robert Woodrow Wilson, р. 1936

Арно Аллан Пензиас (на фото справа) и Роберт Вудро Уилсон (на фото слева) — американские физики, открывшие реликтовое электромагнитное излучение.

Пензиас родился в Мюнхене, эмигрировал в США вместе с родителями в 1940 году. Уилсон родился в Хьюстоне (США). Оба приступили к работе в лабораториях Bell в Холмдейле, штат Нью-Джерси в начале 1960-х годов. В 1963 году перед ними была поставлена задача выяснить природу шумов в радиодиапазоне, создающих помехи для радиосвязи. Отметя целый ряд вероятных причин (вплоть до загрязнения антенн голубиным пометом), они пришли к выводу, что источник стабильного фонового шума находится за пределами нашей Галактики. Иными словами, это был космический радиационный фон, предсказанный астрофизиками-теоретиками, включая Роберта Дика (Robert Dick), Джима Пиблза (Jim Peebles) и Георгия Гамова (George Gamov). За свое открытие Пензиас и Уилсон были удостоены в 1978 году Нобелевской премии по физике.

Показать комментарии (148)

Свернуть комментарии (148)

Мы еще расширяемся и остываем. Только расширяемся очень медленно. А через миллиарды лет. Когда гравитация достигнет придела. Вселенная начнет обратный процесс сжатия. К сожалению чем он закончиться мы уже не узнаем

Ответить

Сомнений нет.
«Большого Взрыва», нет, не было, и не будет.
http://www.proza.ru/texts/2004/09/17-31.html - Не было большого взрыва!!!
http://www.proza.ru/texts/2001/11/14-54.html - Вне математическое приложение.
http://www.proza.ru/texts/2006/04/08-05.html - Об исламе, инопланетянах, и не только.
А коротко это так. Красное смещение сообщает нам, что некоторое время назад удаленные объекты были меньше чем сейчас. Просто конечность скорости света причина того, что произошедшее у нас у изменение величины скорости света - вдалеке (в прошлом) мы не наблюдаем.
Информанция опаздывает.
Субъективное удаление от нас удаленных объектов, процесс обратный тяготению (субъективному, или если хотите – относительному приближению) объектов лежащих внутри некоторой синхронизированной системы.
С уважением,
Сергей

Ответить

Сомнений нет, а как это могло быть иначе, этот факт, открытый современными физиками только в ХХ веке, был засвидетельствован в Коране четырнадцать веков назад:

"Он [Аллах] - Установитель небес и земли" (сура аль-Анам: 101).

Теория Большого взрыва показала, что вначале все предметы во Вселенной были едины, а потом были разделены. Этот факт, установленный теорией Большого взрыва, опять-таки был описан четырнадцать столетий назад в Коране, когда у людей было весьма ограниченное представление о Вселенной:

"Разве не видели те, которые не веровали, что небеса и земля были соединены, а Мы разделили их..." (сура Пророки, 30)

Имеется в виду, что вся материя была сотворена посредством Большого взрыва из одной точки, и, будучи разделенной, образовала известную нам Вселенную. Расширение Вселенной - одно из самых важных свидетельств того, что Вселенная создавалась из ничего. Хотя этот факт был обнаружен наукой только в ХХ веке, Аллах сообщил нам о реальности этого в Коране, посланном людям тысячу четыреста лет назад:

"Это Мы установили Вселенную (Нашей творческой) силой, и поистине, это Мы постоянно расширяем ее" (сура Рассеивающие, 47).

Большой взрыв - явное указание на то, что Вселенная была сотворена из ничего, сотворена Творцом, сотворена Аллахом.

Ответить

А никакого расширения Вселенной нет, она практически статична, и даже наоборот галактики сближаются, иначе не было бы столько столкнувшихся галактик.

Ответить

С чего вы решили, что свет тратит какую-то энергию? (и не только свет) что он преодолевает? Он летит так же по прямой, как все во вселенной, по большому счету, всё не отрывается (как мы пытаемся оторваться от земли), а будучи однажды выброшенным в пространство, падает в никуда.(Я приверженец теории, что вселенная раздувается, а не расширяется, а это значит, скорее всего, что возможно, есть другие силы, заставляющие всё лететь без затрат - вспомните вторую серию детей шпионов, когда им надоело уже лететь, и они даже отдыхали при этом. Я утрирую, но имею ввиду нечто подобное). ХОтя раньше я тоже считала, что всё, что-то куда-то летит, что-то преодолевает, значит, теряет энергию, но жизненный опыт показал, что теряя, мы порой приобретаем гораздо больше. Может, это и есть парадокс в физике? Наращивая энтропию, мы ее упорядочиваем, и снова наращиваем, но на другом уровне?!
PS.Желательно в ответах на мыло давать ссылку на эту страницу, я давно не была тут, и с трудом нашла куда отвечать!

Ответить

А мне вот непонятно одно. Надеюсь на чьё-нибудь разъяснение.
Утверждается, что судьба Вселенной зависит от плотности межзвёздного газа. Если газ будет достаточно плотен, то звёзды и галактики рано или поздно прекратят своё взаимоудаление и начнут сближаться.
Но ведь газ - тоже часть Вселенной.
Он возник в пламени Большого Взрыва, как и всё сущее.
Каким образом звёзды могут испытывать трение при прохождении сквозь газ, который движется в том же направлении и с той же скоростью, что и они сами?
Получается, что Вселенная в любом случае обречена на вечное расширение?
Если в этот процесс не вмешается некий непредсказуемый фактор - например, человек?

Ответить

Вселенная возникла около 15 миллиардов лет назад в виде раскаленного сгустка сверхплотной материи, и с тех пор она расширяется и остывает.
Я не астроном, не ученый и моя логика довольно проста, так мне легче понять.
существует теория о том, что черные дыры являются центрами галактик.
однако я предполагаю, основываясь на вышеизложенное, что, возможно
черные дыры это тоже будущие вселенные. сверхплотное вещество - черная дыра, которая может быть любого размера
Просьба прочитавших отправить свои мысли на [email protected]

Ответить

Структура Вакуума. Моя крестьянская логика: 1+1=2.

Много лет тому назад, (20 миллиардов лет) вся материя
(все элементарные частицы и все кварки и их подруги античастицы и антикварки,
все виды волн: электромагнитные, гравитационные, мюонные,: глионные и т.д.
- все было собрано в "сингулярную точку".
Что тогда окружало сингулярную точку?
ПУСТОТА - НИЧТО.
Согласен. Но почему об этом говорят общими фразами, не уточняя,
Не конкретно. Меня удивляет, почему это ПУСТОТУ - НИЧТО.
никто не записывает физической формулой?
Ведь каждому школьнику известно, что ПУСТОТА - НИЧТО.
записывается формулой Т=0К.
* * *
И, однажды, произошёл большой взрыв.
В каком пространстве произошёл этот взрыв?
В каком пространстве распространялась материя большого взрыва?
Не в T=OK? Ясно, что только в ПУСТОТЕ - НИЧТО T=OK.
* * *

Сейчас считают, что Вселенная, как Абсолютная система отсчёта,находится в
состоянии Т = 2,7К (остатки реликтового излучения большого взрыва).
Но это реликтовое изучение расширяется и в будущем изменится, уменьшится.
Какой температуры она достигнет?
Не T=OK? Таким образом, если мы пойдем и в прошлом и в настоящем и в
будущем мы не можем убежать от ПУСТОТЫ- НИЧТО.
* * *
Все знают, что такое сингулярная точка.
Но никто не знает, что такое ПУСТОТА- НИЧТО, Т=0К.
Чтобы это понять, надо задать вопрос:
Какие геометрические и физические праметры могут иметь частицы при T=OK?
Есть ли у них объём?
Нет. Значит их геометрическая форма - плоский круг C/D = 3,14
НО что эти частицы делают?
Ничего. Они находятся в состоянии покоя: (h = 0)
Так неужели это мертвые частицы? Ведь все в природе находится в движении.
Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо более ясно понять ПУСТОТУ - НИЧТО.
* * *
Имеет ли эта ПУСТОТА - НИЧТО границы?
Нет. ПУСТОТА - НИЧТО и есть ПУСТОТА - НИЧТО.
Она не имеет границ. ПУСТОТА - НИЧТО бесконечно.
Запишем это формулой: Т=0К= .
А какое там время? Время там отсутствует.
Оно неразрывно слито с пространством.
Стоп.
Но ведь такое пространство описывает Эйнштейн в СТО.
В СТО пространство также имеет отрицательную характеристику и там тоже пространство неразрывно слито с временем.
Только в СТО эта ПУСТОТА - НИЧТО имеет другое название:
отрицательное четырёхмерное пространство Минковского.
Тогда СТО описывает поведение частиц, имеющих геометрическую
форму - круг в ПУСТОТЕ - НИЧТО Т=0К.
* * *
Согласно СТО эти частицы круги могут находится в двух состояниях движения:
1)Эти частицы-круги могут лететь прямолинейно со скорость с=1.
В этом виде движения частицы-круги зовут Квантом Света (Фотон).
2) Эти частицы-круги можут вращаться вокруг своего диаметра и тогда их форма и физические параметры изменяются согласно преобразованиям Лоренца.
В этом виде движения частицы-круги зовут Электроном.
* * *
Но что является причиной движения частицы-круги, ведь в ПУСТОТЕ -НИЧТО
никто не влияет на ее покой?
Квантовая теория дает ответ на этот вопрос.
1) Прямолинейное движение частицы-круги зависит от спина Планка (h=1)
2) Вращательное движение частицы-круги зависит от спина
Гоудсмита -Уленбека (ħ = h / 2pi).
* * *
Странные частицы окружают "сингулярную точку".
Эти частицы-круги могут находится в трех состояниях:
1) h = 0 ,
2) h = 1,
3) ħ = h / 2pi.
и сами самостоятельно принимать решение какое действие им совершать.
Так действовать могут только частицы, которые обладают собственным сознанием.
Это сознание не может быть застывшим, оно развивается.
Развитие этого сознания идёт "от неопределённого желания до ясной мысли ".

Ответить

этот сгусток величиной и временем жизни как кварк современные представления говорят что вселенная проживет 10 в 100 лет а кварк живет 10-23 сек так вот жизнь их кварка и нашей вселенной равны и масса этого кварка равна массе вселеной так если у них такой кварк то каким должна быть их звезда и какой энергией она обладает мы ведь должны на все смотреть путем аналогии есть нечто где таких кварков множества и они вырываются и ударяются о что-то древние учение говорит что всевышний 950 раз создавал и разрушал вселенные как кузнец бьет по наковальне и разлетаются искры и когда увидел нашу в которой мы живем сказал вот этот хорош прошу уважаемый мною форум поразмыслить над этим

Ответить

Уважаемяе ученые. МЕНЯ ЧТРАШНО ТЕРЗАЕТ ВОПРОС А ЧТО БЫЛО ДО БОЛЬШОГО ВЗРЫВА. ГОВОРЯТ ЧТО НЕ БЫЛО СОВЕРШЕННО НИЧЕГО. А КАК ПОНЯТЬ НИЧЕГО И ГДЕ ЗАКАНЧИВАЛОСЬ ЭТО НИЧЕГО. ОЧЕНЬ ПРОШУ ХОТЯ БЫ ПРИБЛИЗТЕ МЕНЯ К ИСТИНЕ (КОТОРАЯ ГДЕ-ТО ТАМ)

Ответить

Этот мир обладает определёнными свойствами. Одно из этих свойств СУБЪЕКТИВНО ощущается человеком как течение времени. Более точно это свойство описывается на языке математики - и это описание не вполне совпадает с бытовыми представлениями человека о времени. Точнее, практически совпадает в обычных бытовых условиях, но возможны такие условия, когда разница становится ощутимой. В частности, условия Большого взрыва как раз такие, что житейское представление о времени в них не работает.

То есть вопрос "что было до Большого взрыва?" некоректен по той же причине, как и вопрос "что находится севернее Северного полюса?".

Ответить

Слушай а ты пацан умный. Надо бы с тобой подружиться. Я тоже увлекаюсь астрономией, и тоже зациклился на большом взрыве. УЧЕНЫЕ ГОВОРЯТ ЧТО ДО БОЛЬШОГО ВЗРЫВА НЕ БЫЛО НИЧЕГО. А ЧТО ТАКОЕ ЭТО НИЧЕГО, И ГДЕ У НЕГО ГРАНИЦЫ.

Ответить

Может быть много в самом названии непотребном, остюда и всякие пересуды? Назвали очень плохо, "взрыв", поэтому и понимают это как взрыв, а наверное же не совсем обычный взрыв? Многие даже очень уажаемые авторы мною начинают про это рассуждать как о взрыве просто по крестьянски, а это не есть хорошо. Ндадо собрать научный симпозиум и выдвинуть переименование, например "Транссингулярный переход материи", тогда меньше может станет болтовни вокруг этого очевидного явления;))

Ответить

Мне интересно вот что...
1)"Вселенная возникла около 15 миллиардов лет назад в виде раскаленного сгустка сверхплотной материи" - допустим. Почему геометрия нашей вселенной почти плоская (Евклидова)? Если материя сверхплотная, то, по крайней мере, поверхность дожна быть сферической.
2)Существование начала отсчета времени эквивалентно его неоднородности. Это не подтвержденно, насколько я знаю. Почему?
3)Если допустить цикличность процесса - расширение - сжатие - образование чёрной дыры - взрыв - ... у меня есть вопрос по поводу чёрной дыры. (Немного не в тему, наверное). Очевидно, материя в ней сжимается до точки (сингулярности), причём силы сжатия - гравитации - достигают бесконечности => скорость сжатия (поверхности) стремится к скорости света => в нашем пространстве-времени образование такого объекта невозможно... Когда же он взорвётся?

Ответить

Слово "Пустота" для точной науки абсолютно некорректно, также как и слово "Взрыв". Исходя из этого утверждения следует заметить, что любое физическое явление должно обладать понятными качествами или свойствами такими например как - объем. В контексте следует учитывать, что все какие бы то ни было процессы происходят в границах этого объема, а влияние этих процессов до определенных пределов распостроняется и во вне.
Итак, - Взрыв в Пустоте! Вселенная из яица!Типичные выражения для сенсации 19-го века, кои выкрикивали уличные продавцы газет и журналов того времени.
На самом же деле в теории "Большого взрыва" (в грамотном описании)прямым текстом говорится, что "Вселенная стала расширяться около 15 миллиардов лет назад из раскаленного сгустка сверхплотной материи". Речь совсем не идет ни о взрыве, ни о пустоте. Всего лишь высказана гипотеза на данный момент подтвержденная анализом характеристик реликтового излучения. И допустим названная "Теорией большого взрыва". Всего лишь фразеологическая эквилибристика, не более...
P.S. "Природа не терпит пустоты!"

Ответить

У мня небольшая путаница в голове,прошу помощи,и так.....Скажем что нашей наблюдаемой вселенной 14.5 миллиардов лет,если взять в расчёт что к примеру среднею арифметическую скорость разбежки(удаления) галактик скажем 2000 км/с то за 14.5 миллиардов лет они проделали растояние равное этой скорости,как же тогда наблюдают галактические скопления которые находятся на растоянии от нас в 13.5 миллиардов СВЕТОВЫХ ЛЕТ,световой год равняется растоянию которое преодолевает свет за 1 год,скорость которого равна примерно почти 300 тысяч километров в секунду,но расширение вселенной к примеру всего в 2000 километров в секунду,то как же они оказались на таком растояние при скорости удаления примено 1000 раз менше скорости света.
По логике - со коростью в 2000 километров в секунду самая удалённая галактика от ипицентра взрыва должна находится на растоянии в 1000 раз меньше(потому что скорость удаления в 1000 раз меньше) и равнятся 14.4 миллионов световых лет.
Где я чего не допонял,зарание благодорю

Ответить

Прошло вот уже два года, как в журнале "В мире науки" за # 11 от 2005 года была опубликована статья Г. Старкмана и Д. Шварца "Хорошо ли настроена Вселенная?". В ней приводятся результаты экспериментов на спутниках COBE и WMAP, которые ясно указывают на то, что Вселенная бесконечна, и никакого Большого взрыва не было. Сколько же можно о нем говорить?

Ответить

Ерунда эта сингулярность. Ведь никто не может доказать, что с изменением гравитации не меняются физические параметры. Так же недоказуемо, что они не меняются с течением времени. Например нельзя опровергнуть следующее утверждение: "период полураспада изотопа U-238 семь тысяч лет назад имел вдвое меньшее значение". Мы строим все сложные математические и космологические конструкции в реальном времени и заглянуть в отдаленную перспективу и в прошлое не можем (в этом вся наша беда). Посему все наше представление о мироздании ограниченно в принципе на очень низком уровне, ну, например на уровне классической механики. Мир непознаваем, а следовательно имеет божественное происхождение. Вот только никто не знает где он этот Бог и как выглядит.

Ответить

Очень давно "мучает" один вопрос.
что значит "по мере остывания"? Банальный пример - остывающий чайник отдает часть тепла (энергии) во внешнее пространство.

Очевидный (очевидный ли?) ответ - внешнее пространство. А что в нем тогда,.. эээ.. пустота????.........

Ответить

• насчёт "анализом характеристик реликтового излучения"(из 12.04.2007 15:08 | Science-lover)
  а именно: речь - о спектральном составе реликтового фона.
  Причём максимум плотности (на спектре) соответствует температуре в неск-ко градусов К (~4, но могу - ошибаться). Именно отсюда - м-но найти время, в течении к-рого происходило остывание.

  12.02.2009 13:28 | FcuK
  Куда отдает тепло наша Вселенная?
  - посмотрите, что выдаст поисковик (yandex, google) на "тепловая смерть вселенной" (ru.wikipedia.org/wiki/Тепловая_смерть)
  Чайник - греет окружающую среду(комнату - в частном случае). Но это - пример не замкнутой системы (газ или эл-во - поступает извне).
  Вопрос о замкнутости вселенной - обсуждался ранее. И, насколько помню, пришли к выводу, что вселенная - не замкнута. Но это - м.б. слишком сложным "упрощением", так что поисковики - "рулят".

  03.05.2008 00:53 | ko1111
  Насчёт изменения гравитации: см. "дрейф констант"
  Вообще - это взгляд теиста на вопросы мироздания. А вопросы веры - наука (точная, пример - физика) не изучает, т.к. опирается - на факты, и - воспроизводимые результаты.

  12.10.2007 14:45 | Phil
  Есть - факты, которые - лучше всего объясняет именно ТБВ (теория большого взрыва). Просто другой, достаточно "гладкой" теории - пока не существует.
  У струнной - большие вопросы с "практической стороной".

  Ответить

Космологическое красное смещение и "аномалия Пионеров" - это один эффект, представляющий потерю кинетической энергии со временем, которая переходит в энергию флуктуаций вакуума. В этом легко убедиться, сделав простые расчеты. Постоянная аномального торможения космических аппаратов a = (8.74 +- 1.33)E-10 м/с^2, постоянная Хаббла (74.2 +- 3.6) км/с на один мегапарсек. Свет проходит один мегапарсек за 1E14 сек. Умножив аномальное торможение на это время, получим постоянную Хаббла:
(8.74 +- 1.33)E-10 м/с^2 x 1E14 с = (87.4 +- 13.3) км/с
Это говорит о том, что на все частицы, включая фотоны, действует аномальное торможение, но так как фотоны представляют волны, всегда движущиеся со скоростью света, то уменьшается только энергия, которая у фотонов чисто кинетическая. Аналогичная ситуация, когда фотоны теряют энергию (краснеют) в гравитационном поле, другие же частицы, которые могут покоиться, тормозятся, теряя скорость. Отсюда получается, что космологическое красное смещение можно рассчитывать при помощи постоянной аномального торможения, т.е. вместо двух постоянных достаточно одной. Аномальное торможение: V=at, где a - постоянная аномального торможения, t - время. Соответственно, "красное смещение" волн де Бройля: z=at/v, где v - скорость частицы. Так как для всех частиц действует принцип корпускулярно-волнового дуализма, то по этой же формуле можно вычислять и красное смещение волн фотонов: Z=at/c, где c - скорость фотона (света). Для примера, эта же формула для фотона через постоянную Хаббла имеет вид: Z=Ht. (Формулы приближенные, т.е. для малых изменений.) В космическом пространстве необходимо учитывать сопротивление, которое могут оказывать флуктуации вакуума. То, что они существуют и могут оказывать давление, подтверждено экспериментально - эффект Казимира. Движущиеся объекты "натыкаются" на флуктуации вакуума. От них "дрожат" электроны на атомных орбитах. Согласно квантовой физике, физический вакуум это не пустота и он постоянно взаимодействует с вещественной материей - лэмбовский сдвиг, эффект Казимира и пр., взаимодействие представляет силу, поэтому оно может влиять на движение.

Подробно на http://m622.narod.ru/gravity

Ответить

Эффект Допплера можно обьяснить и вращением обьекта. сторонники расширения любят приводить пример с приближающимся прямо на наблюдателя поезда. Если наблюдатель хочет жить, он пропустит поезд, например, справ от себя. Эффект Д. состоится. А если поезд будет проходить на безопаном расстоянии слева направо мимо наблюдателя? Эффект Д. тоже состоится. А если он ходит по кругу? Кстати такое мнение было в научных кругах. Вполне доказанное. Но как-то не совпало с общим мнением. А ведь именно эффект Допплера явл. основой теории большого взрыва. Но есть ещё и наличие излучения "от уголёчков". Вот эти уголёчки меня допекли. Был взрыв! Вот только какой? Как-то противоречит здравому смыслу, что взрыв может быть началом творения. И как это всё творилось - на бегу? Попробуйте что-нибудь сотворить на бегу. А вот концом взрыв может быть. Почему теоретикам не приходит в голову, что они видят этот конец. Конец предыдущей Вселенной. А уже на тёпленьком месте, на уголёчках возникла наша Вселенная. Она, кстати, может и расширяется, только не со скоростью взрыва. всё растёт, всё движется, всё крутиться. Кстати, взрыв в конце легче обьяснит, чем взрыв в начале. Какой-нибудь самонадеянный умник, а то и группа умников поиграет со спичками и... Пишу, видимо, не зря. Давненько на этот сайт никто не заглядывал.

Ответить

Большой взрыв с точки зрения квантовой эфиродинамики.
Этап сжатие Вселенной - но еще не коллапс. Все более уплотняющиеся сходящиеся гравитационные потоки частично уравновешиваются встречными расходящимися структурными потоками. Но на определенной стадии сжатия сходящиеся потоки полностью останавливают встречные расходящиеся потоки, как бы заперают их. Равновесие нарушается, но законы сохранения действуют. И на каком-то этапе сжатия происходит высвобождение запертой и все более возрастающей энергии квантовой среды. При этом расходящиеся потоки приобретают определенную волновую структуру - формируется материя (возможно новая). Остатки старой материи могут служить очагами флуктаций в новорожденной вселенной.

Ответить

Если был Большой Взрыв то не один а бесконечно много взрывов одновременно,так как вселенная бесконечна масса в ней бесконечна.
Кроме того в бесконечности должны регулярно происходить Большие Взрывы, которые создают галактики. Вопрос в том когда произойдет следующий Большой Взрыв?
Какой интервал времени между Большими Взрывами?

Ответить

Поклонники теории зарождения вселенной в результате большого взрыва до сих пор не в состоянии ответить на два простых вопроса:
1.Что они подразумевают под вселенной?
Если это совокупность космических явлений, ДОСТУПНЫХ для нашего наблюдения, то это вовсе не вселенная, а скорее мегагалактика.
Если же это еще и то, что лежит за пределами наших возможностей созерцания космоса, то сия теория уже не состоятельна.
2. Если вселенная возникла из взрыва, то должено быть известно место этого взрыва, то есть центр вселенной- точка отсчета всех координат.
Центр вселенной не установлен, но сопоставить эти факты у сторонников теории, видимо, ума не хватает.

Ответить

• Вселенная это бесконечное количество сот. И сжимаются соты до критических размеров и масс и тогда происходит бесконечное количество
  Больших Взрывов. И все начинается опять расширение в сотах образование галактик в сотах затем их расформирование и сжатие до критических масс и
  так бесконечно. Размеры сот (кубов) примерно 100 Мпкс.

  Ответить

  • Одно другому не противоречит.
    Ничего не имею против ваших объяснений устройства вселенной.
    Только в вашем случае "Большой Взрыв" должен писаться с маленькой буквы, да и вовсе уже не "большой" он получается.

    Как по вашему, соты взаимодействуют друг с другом?

    Ответить

    • Как все массы во Вселенной гравитационными силами.Но так как в сотах
      массы одинаковы примерно 10в 49степени кг,то их взаимодействия уравновешены.Соты это кубические ячейки в центре которых расположенны
      максимальные массы - черные дыры,которые постепенно собирают всю массу
      ячейки доходят до критической массы и взрываются (выходят из коллапса)и
      все поехало сначала.

      Ответить

      Черная дыра, согласно теории относительности, не может "выйти из коллапса". Так что вам придется от чего-то отказаться, либо от своей, либо от Эйнштейновской теории)))
      Я - за отказ от Эйнштейновской.

      Ответить

1. А скажите, законы физики, к примеру, в Туманности Андромеды те же, что и у нас?
2. Сделаем мысленный опыт. Заполним Г-образную кварцевую трубку смесью кислорода и водорода в нужной пропорции (8:1). Осветим равномерно ультрафиолетом и получим взрыв. А теперь укажите, пожалуйста, ТОЧКУ - центр взрыва.

Ответить

• • 1. Я тоже так думаю. Тогда в чем же несостоятельность продолжения за имеющиеся инструментальные границы?
    2. Я это к тому, что если нельзя указать точку, из этого не следует отсутствие взрыва.
    К тому же, "bang", дословно, и не взрыв вовсе, а "бум!". Который может быть не только от взрыва, но и от разных других процессов.

    Ответить

    • 1. В вопросе и ответ: "имеющиеся инструментальные границы", если правильно вас понял, это и есть границы постоянно расширяющейся вселенной. Значит пространство, которого еще не достигли "границы", вселенной еще не является, иначе теряет смысл само понятие "расширяющейся" вселенной.
      То есть фраза "продолжение за имеющиеся инструментальные границы"(расширяющейся вселенной)содержит в себе два взаимоисключающих понятия.
      2.С космическими объектами, в отличие от Г-образной трубки, все проще:
      кроме того, что они все близки к шаровидной форме, так они еще имеют центр масс, который смог бы вполне прокатить за центр вселенной.

      Ответить

      Инструментальные границы...кажется понял вас. Они ограничены чувствительностью приборов современной науки.
      Тогда представим их как надувной шарик: с развитием науки он становится шире и шире, но какие есть у нас основания даже не утверждать, а только предполагать, что за его пределами происходит та же самая картина?

      Ответить

      • Ну, до сих пор ведь в хрустальную сферу не уперлись, есть шансы двигаться дальше:) Даже если физика за пределами современной видимости меняется, не будет резкой границы, мы заранее почувствуем неладное, а пока такого нет. Потом, если "там" звезды излучают не фотоны, а хрюндели какие-нибудь, то они бы уже до нас дошли и мы их наблюдали (мы же не ограничены 15-ю миллиардами или сколько там лет?)

        "все близки к шаровидной форме, так они еще имеют центр масс, который смог бы вполне прокатить за центр вселенной."
        А в _такой_ конфигурации взрыв если и будет, то никак не Большой, так, сверхновые по мелочи. Геометрия БВ совсем не такая, но давайте я не буду рассказывать про то, чего сам вообразить не могу. Лучше я скажу другое: _отсутствие_ БВ создает еще бОльшие проблемы. Звезды, галактики эволюционируют, и процесс этот необратимый. Из тяжелых элементов не народится вновь водород, и не разлетится в большие межзвездные облака. И, если смотреть назад, стационарной картины тоже не получается. Может, БВ не так уж и плох?

        Ответить

        • По вашему получается, что только бв способен народить водород из тяжелых элементов? А "сверхновый" не в состоянии?
          Я не против бв "инструментальной вселенной"(очень меткое словосочетание), я против отождествления инструментальной вселенной и Вселенной.
          У ученых, изучающих Вселенную, есть один огромный недостаток.
          Дело в том, что неживая и живая материи на просто сильно различаются, они существуют как бы в разных мирах. Любой живой организм позиционирует себя как центр Вселенной, но остальные то понимают что это не так, что это всего навсего иллюзия индивидуума.
          Так вот: восприятие материального мира живими организмами- это иллюзия.
          (Не настаиваю на своей правоте, но если вы умный человек, то хотя бы попытаетесь вникнуть в эту мысль)

          С этой точки зрения сложно говорить о эволюции Вселенной, ведь Время-это тоже иллюзия живих организмов. Для Вселенной Времени не существует.

          Все вышесказанное противоречит теории БВ.

          Ответить

          • Хуже. И БВ неспособен. Если почитаете сценарий, там говорится об энергии на ранних этапах. При большой ее концентрации (плотности) не то что ядра, никакие частицы не являются стабильными (это уже не из ТБВ, это экспериментально проверенный на ускорителях факт). Только при ее уменьшении начали появляться сначала частицы, а потом уже и ядра. В наблюдаемой ныне [части] Вселенной нет механизмов такой концентрации энергии для _всего_ (или подавляющей части) вещества. Чтобы что-то восстановить, надо "сжечь" заметно больше, и взрывы Сверхновых - это дожигание, а не восстановление.
            И еще. ТБВ (как и любая другая физическая теория) - это не слова, а формулы. И в формулах ТБВ задействовано все имеющееся в наличности пространство, а не только наблюдаемый кусок. Если бы можно было ограничиться частью, будьте уверены, кто-нибудь уже такую веточку застолбил (Нобелевку все хотят).

            "Любой живой организм позиционирует себя как центр Вселенной, но остальные то понимают что это не так, что это всего навсего иллюзия индивидуума."
            Осторожнее на поворотах! :) Один человек пришел к таким же выводам, что его система координат, какой бы кособокой она ни была из-за гравитации, ускорения или вращения, не хуже, чем у других индивидуумов. И у других она не хуже, чем у него. Тогда он вывел формулы, как из кривой системы перейти в перекошенную...
            "Так вот: восприятие материального мира живими организмами- это иллюзия."
            Так вот: это не физика. Это философия. И, _в_рамках_философии_, это абсолютно _правильная_ мысль, ибо не опровергается. А чтобы вернуться в физику, проделайте следующий опыт (можно мысленно): возьмите молоток и ударьте с приличной силой по любому своему пальцу. А затем попробуйте убедить себя, что все произошедшее - чистая иллюзия, и, на самом деле, у Вас ничего не болит. (В философии этот опыт не прокатывает, потому что ни один философ ни за что не возьмет в руки молоток. А чужие пальцы не жалко.)
            Пусть иллюзия, но эта иллюзия не абы какая, она строится по определенным правилам. Для философов скажем так: в иллюзии Вселенной (ведь Вселенная тоже иллюзия!)произошла иллюзия Большого Взрыва, описываемая иллюзорными формулами. Длинновато. Иллюзорность лучше вынести за скобки.

            Ответить

            • " И еще. ТБВ (как и любая другая физическая теория) - это не слова, а формулы."
              Как любая ТЕОРИЯ- это не формулы, а слова, не переворачивайте с ног на голову.
              " И в формулах ТБВ задействовано все имеющееся в наличности пространство"
              В наличности у кого? Хотите с начала начать весь разговор об отличии, как вы метко выразились, инструментальной вселенной от Вселенной?

              "Один человек пришел к таким же выводам, что его система координат, какой бы кособокой она ни была из-за гравитации, ускорения или вращения, не хуже, чем у других индивидуумов. И у других она не хуже, чем у него. Тогда он вывел формулы, как из кривой системы перейти в перекошенную... "
              Вы правильно поняли мою мысль)))
              Подобные формулы уже выведены: гипотеза Пуанкаре о многомерности(более 3)пространства, теория относительности, ТБВ...

              Опыты на ускорителях- пустое место, с самого начала строительства колайдера был уверен в этом.Пока не изобрели приборы способные регистрировать скорость гравитационного взаимодействия, особых открытий от них ждать не приходится.

              Ответить

              • "Как любая ТЕОРИЯ- это не формулы, а слова"
                Если Вы имеете в виду, что уравнения - это всего лишь краткая запись словесных формулировок, то согласен. А если Вы считаете их бесплатным приложением к Мудрым Мыслям, то это не физика, это опять философия. Так мы скатимся к критике теоремы Пифагора: она неверна, потому что на картинке не штаны, а шорты! (Для продвинутых, которые скажут что шорты тоже являются штанами, уточним: они кривые, ни один приличный человек такие не оденет).
                "В наличности у кого?" У нас у всех. Выберите любое начало отсчета: хотите Землю, хотите Солнце, звезда на 2/3 другого рукава Галактики, любое. Выберите _любую_ другую точку. Из уравнений ТБВ можно будет найти положение этой другой точки относительно положения точки начала отсчета в любой момент времени назад, вплоть до границы применимости теории.
                "Опыты на ускорителях- пустое место"
                Ну да, все на свете фигня, кроме диких пчел. Лучше скажите, как справиться с проблемой старения звезд?

                Ответить

                • Вы понимаете различие между теорией и законом?
                  Так вот теория- это слова, закон- это формулы.

                  "Все мы" вместе взятые не в состоянии взять за точку отсчета пространство, лежащее за пределами осязаемости наших приборов, как и высчитать его местоположение через N-ное к-во времени.
                  На счет старения звезд не знаю, но,думаю, большинство ответов на вопросы будет дано при открытии частиц, отвечающих за гравитацию.

                  Кстати, раз вы владеете "Мудрыми Мыслями", покажите мне в формулах ТБВ роль темной(непроявленной на сегодняшний день) материи.))))

                  Ответить

            Сокрость гравитационного взаимодействия исследовал еще Козырев Н.А профессор Пулковской обсерватории в 50-х годах 20-го столетия. И показал что распространяется практически мгновенно и назвал это потоками времени!!!

            Ответить

            Не знаю, удивит Вас это, или Вы знали заранее, но в сборнике трудов Н.А.Козырева (с указанного Вами сайта) о скорости гравитационного взаимодействия ничего нет. Нет ни в 1-й части "Теоретическая астрофизика", ни во 2-й "Наблюдательная астрономия", ни даже в 3-й "Причинная механика". Термин "потоки времени" также не встречается. Вот так.

            Ответить

        …А известны ли какие-нибудь экспериментальные данные о скорости действия тяготения?
        Конечно, известны: этим вопросом занимался ещё Лаплас в XVII веке. Он сделал вывод о скорости действия тяготения, проанализировав известные на то время данные о движении Луны и планет. Идея заключалась вот в чём. Орбиты Луны и планет не являются круговыми: расстояния между Луной и Землёй, а также между планетами и Солнцем, непрерывно изменяются. Если соответствующие изменения сил тяготения происходили бы с запаздываниями, то орбиты эволюционировали бы. Но многовековые астрономические наблюдения свидетельствовали о том, что если даже такие эволюции орбит происходят, то их результаты ничтожны. Отсюда Лаплас получил нижнее ограничение на скорость действия тяготения: это нижнее ограничение оказалось больше скорости света в вакууме на 7 (семь) порядков. Ничего себе, правда?
        И это был лишь первый шажок. Современные технические средства дают ещё более впечатляющий результат! Так, Ван Фландерн говорит об эксперименте, в котором, на некотором интервале времени, принимались последовательности импульсов от пульсаров, расположенных в различных местах небесной сферы - и все эти данные обрабатывались совместно. По сдвигам частот повторения импульсов определяли текущий вектор скорости Земли. Беря производную этого вектора по времени, получали текущий вектор ускорения Земли. Оказалось, что компонента этого вектора, обусловленная притяжением к Солнцу, направлена не к центру мгновенного видимого положения Солнца, а к центру его мгновенного истинного положения. Свет испытывает боковой снос (аберрацию по Брэдли), а тяготение - нет! По результатам этого эксперимента, нижнее ограничение на скорость действия тяготения превышает скорость света в вакууме уже на 11 порядков.…
        Это фрагмент оттуда:
        http://darislav.com/index.php?option=com_content&view=ar ticle&id=605:tyagotenie&catid=27:2008-08-27-07-26-14 &Itemid=123

        Ответить

Уважаемый а_b Ваше "Звёзды, галактики эволюционируют, и процесс этот необратимый. Из тяжелых элементов не народится вновь водород, и не разлетится в большие межзвёздные облака" - это убеждение или утверждение? Если второе, то оно не верно, если первое, то можно показать и Вы убедитесь в обратном, как из тяжелых элементов образуется вновь водород и разлетается в большие межзвёздные облака.

Ответить

Согласно закону Хаббала для расстояния 12 мпк скорость движения галактик будет 1 200 км/с,для 600 мпк - 60 000 км/с,следовательно если предположить что удаление равно 40 000 мпк то скорость движения галактик будет выше скорости света, а это не не выносит теория относительности.
Идея разлетающейся Вселенной дает увеличение скорости разлетающихся галактик пропорцианально их расстоянию от центра врыва. Но где центр? Если признать центр то в бесконечном пространстве за конечное время ралетающееся должно все равно занять конечную локальную область, а тогда вопрос что же находится за этими пределами

Ответить

• Вы были бы правы, если бы дело обстояло так, как Вы себе представляете. Дали галактикам хорошего пинка, и вот они разлетаются во все стороны. Вас ввело в заблуждение слово "взрыв". Замените его словом "процесс", это должно помочь в понимании. Большой Процесс. "Бесконечно много" больших (взры...) _процессов_ - это один Большой Процесс.
  Как выглядит этот процесс? Представим на секундочку, что мы промаркировали Вселенную с некоторым интервалом [неподвижными] молекулами воздуха. Так вот, звезды не летят со свистом через этот воздух, нет, в ближней окрестности _каждой_ звезды воздух практически неподвижен. Но расстояние между _каждыми_ соседними молекулами с течением времени потихоньку растет (одинаково для каждой пары). И это не расширение газа в пустоту, ибо мы заполнили газом _всю_ Вселенную. Пухнет сама "основа", к которой "приколочены" наши молекулы. Заметьте, что никаким "взрывом" здесь не пахнет!
  Пусть скорость "опухания" между соседней парой молекул равна V. Тогда через время t они раздвинутся на расстояние V*t. А молекула через одну отодвинется на 2*V*t. Т.е. скорость убегания ее будет 2*V. А молекула, отстоящая на N штук, будет убегать со скоростью N*V. Т.о. скорость разбега растет линейно от расстояния.
  Но самое главное, что картина не меняется, если взять _любую_ другую молекулу за точку отсчета, в _любую_ сторону. Ну, и где здесь центр, и зачем он нужен?
  "это не не выносит теория относительности"
  Это не так. Теория относительности запрещает сверхсветовые _взаимодействия_. А так, махните лазером в направлении Луны со скоростью 90 градусов/сек, и по Луне пробежит "зайчик" со сверхсветовой скоростью (можете расчитать, с какой). Расширение Вселенной как раз наоборот, получается, как одно из решений уравнений Эйнштейна (при определенном значении параметров).

  Ответить

  • Прекрасно описали прицесс расширения внутри вселенной, но не самой вселенной.
    "Это не так. Теория относительности запрещает сверхсветовые _взаимодействия." Гравитационное взаимодействие на порядки быстрее светового....теория относительности отдыхает.

    Ответить

    • • Нам не нужен взгляд изнутри.
        Опишите как ведут себя границы вселенной!
        И разве по их поведению невозможно вычислить центр? ведь время взрыва таким образом и вычисляли.
        Самое смешное, что на основании эффекта Доплера, который имеет и исключения, от чего не может именоваться даже правилом, строится цепочка сомнительных умозаключений, которые приводят к выводам о кривизне пространства. Не удивлюсь, если скоро и о параллельных мирах заговорят.

        Ответить

        • • • • Не вижу никакого противоречия.Это настолько очевидно, что не знаю что еще уточнить.
                Вы, наверное, думаете так же)))
                Смешно. Тут без третьего не обойтись.

                "Если крутить кино назад, то к "точке" все подъедут _одновременно_"
                Нет никакого основания предполагать. что непроявленная(наукой) материя станет вести себя так же.

                Ответить

                • В огороде бузина - в Киеве дядька: это не противоречие, просто пропущены звенья логической цепочки. Нет границ - ... - расширяется видимая материя, а не Вселенная. Что стоит за "..."?
                  Поясню при наличии границ: есть границы - определяем расстояния до них - находим геометрический центр - считаем разлет от него.
                  "Нет никакого основания предполагать. что непроявленная(наукой) материя станет вести себя так же."
                  Про непроявленную - да, ничего нельзя сказать. А "темная материя" проявила себя гравитацией.
                  PS
                  Заодно расскажите, пожалуйста, про исключения в эффекте Доплера.

                  Ответить

                  • Расширение пространства отличается от расширения в пространстве?
                    Как может расширяться то, что не имеет границ?
                    Пусть вместо "непроявленной" будет "темная", - смысл изменится?

                    Про исключения в эффекте Доплера не корректно выразился,
                    имел ввиду, что некоторые туманности и галактики не удаляются, а приближаются к нам(интересно, по аналогии с эффектом разбегания в любой точке вселенной, эти туманности приближаются к любой точке во вселенной). Пытался найти этот сайт...увы, за то нашел интересную новость, не имеющюю, правда, к нашему разговору отношения- http://grani.ru/Society/Science/m.52747.html

                    Ответить

                    • Извините, немного переставлю вопросы.
                      "Как может расширяться то, что не имеет границ?"
                      То, что имеет границы, может ведь расширяться? Прекрасно. Раздвинем границы пошире, ничего не ведь изменится? Ну и последний шаг - унесем их в бесконечность. Границ нет, процесс остался.
                      "Расширение пространства отличается от расширения в пространстве?"
                      Отличается. Представьте две нитки бус, одни бусы на веревке, другие на резинке. Расширение в пространстве, это движение бусин по веревке; есть определенные следствия такого движения бусины относительно того места на веревке, где она в данный момент находится. Расширение пространства - это растяжение резинки, каждая бусина покоится относительно своей точки на резинке.
                      "Пусть вместо "непроявленной" будет "темная", - смысл изменится?"
                      Кардинально. Непроявленная - значит невзаимодействующая никаким образом, что равнозначно несуществованию. "Темная" - значит не участвующая в других взаимодействиях, _кроме_ гравитационного; известно про нее очень мало, но не так, чтобы _ничего_. Она кучкуется с обычной материей, и, раз уж до сих пор не отделилась, то и в ретроспективе так же.
                      "некоторые туманности и галактики не удаляются, а приближаются к нам(интересно, по аналогии с эффектом разбегания в любой точке вселенной, эти туманности приближаются к любой точке во вселенной)"
                      Поищите про Местную группу галактик. Галактики в группе участвуют в движении вокруг центра масс группы, с довольно приличными скоростями, превосходящими скорость разбегания на таких "малых" расстояниях. К любой точке Вселенной они не приближаются, а только к тем, что лежат по направлению вектора скорости, и то лишь до определенного расстояния (ведь собственная скорость относительно выбранной точки постоянна, а скорость разбегания растет линейно с расстоянием до точки).

                      Ответить

                      • На последнем шаге, при переносе границ вселенной в бесконечность(отказе от границ) и происходит качественный переход от расширения пространства к расширению в пространстве.
                        Темная материя не кучкуется с обычной материей.
                        Про Местную группу галактик- спасибо, поищю на досуге, здесь признаю Вашу правоту.

                        Ответить

                    • "Расширение в пространстве, это движение бусин по веревке; есть определенные следствия такого движения бусины относительно того места на веревке, где она в данный момент находится. Расширение пространства - это растяжение резинки, каждая бусина покоится относительно своей точки на резинке"
                      Относительно веревки, резинки.... Что во Вселенной играет роль веревки или резинки? Если их убрать из Вашего примера(сделать не реальными, а мнимыми), то разницы в поведении бусин не будет.

                      Ответить

strelijrili:
"Гравитационное взаимодействие на порядки быстрее светового"
Бум:
"Инертность масс проявлялась бы не мгновенно "

Вы бы как-нибудь договорились между собой. "На порядки" и "мгновенно" - это совсем не одно и то же. В космических масштабах скорость света - черепашья, до _ближайшей_ звезды 4 года. Магелланова экспедиция за 3 года кругосветку совершила.
PS
Хорошо бы все-таки расчеты или ссылку на расчеты...

Ответить

Но доказано, что процесс начался примерно 15 млрд лет назад. А что было
до этого и когда он закончится?
Теория относительности запрещает сверхсветовые _взаимодействия - а какже
гравитационные взаимодействия? Инертность масс проявлялась бы не мгновенно, через много световых лет!!! Установление предела скорости
это тормоз в развитии науки!

Ответить

Приветствую Всех! интересующихся загадкой происхождения Нашего МИРА " Вселенной".
На этот вопрос древние Философы говорили, что "Мир -вселенная устроен так,как две змеи заглатывают друг дружку"
И относительно этого, теория Большого взрыва не совсем верна.
Я тоже интересовался " что же на самом деле было, но аказалось есть и будет..."
Проанализировав данные я пришол к такому выводу- ПАРАДОКСУ; Во первых - Что такое Вселенная и что такое Болльшой взрыв??
и что Мы под этими понятиями представляем?
И пародокс заключается в том,что; Большого взрыва небыло и Большой взрыв был и не одини доказательств этому масса...
Не так давно в СМИ писалось и говорилось о том, что год или два назад астрономы зафиксировали мощнейшую вспышку -взрыв
и это предполагается было рождение галактики, а что такое галактика это мини вселенная.
По теории Струн подсчитали, что форма вселенных может быть - шарообразной,спиралеобразной или гантелеобразной и другие формы, что и видим в форме галактик
Вот и получается большой взрыв и рождение вселенной
Следуя дальшепо этому пути и наша галактика " Млечный путь" тоже мини вселенная,а может убрать это слово" мини"
ведь тут смотря откуда смотреть,с Земли так Земля тоже может быть мини вселенной,
и даже материки, моря и отдельные районы...

Ответить

По поводу того, как долго будет идти расширение Вселенной и что дальше.
Как я понимаю, за пределами нашей Вселенной находятся множество других вселенных. Расширясь каждая вселенная все сильнее "прижимается" к другим вселенным, в результате чего, образуются "точки сжатия". Эти точки и становятся в последствии теми точками, которые затем взрываются и дают начало Новым Вселенным. И так бесконечно.

Ответить

• Разрешите, почтенная публика, принять участие в вашем сообществе обсуждения насущных проблем мироздания. Я рад, что попал на этот сайт, и убедился, что не один варюсь в собственном соку по этой теме. Мне больше всего импонируют a-b, strelijrili, Бум - как говорил один из классиков "верной дорогой идёте товарищи". По моему убеждению гипотеза "Большого Взрыва" и расширения Вселенной (это даже теорией назвать нельзя) не состоятельна и уверенно превращается в наукообразную религию 3-го тысячелетия. Несостоятельность расширения Вселенной и как следствие "БВ" состоит в том, что факт красного смещения в спектрах наблюдаемых галактиках объясняется эффектом Доплера, возникает вопрос на каком основании? Оказывается основания нет, доказательная база отсутствует. Выводы из решения уравнений фактами быть не могут, пока не будут подтверждены наблюдениями, т.е. превращены в факты. Гипотеза расширения сразу упирается в свой парадокс: наблюдая удалённые галактики Э.Хабл установил изотропность красного смещения, т.е. его независимость от направления наблюдения, трактуя к.с. эффектом Доплера получается - галактики удаляются от наблюдателя, таким образом наблюдатель находится в "сингулярной" точке, точке "Большого Взрыва". А так как мы, находясь на Земле в Солнечной системе Галактики "Млечный путь" и являемся рядовыми участниками этого процесса, могли бы быть в любой другой точке Вселенной, выходит сингулярная точка находится во всей Вселенной. Это уже выходит за рамки здравого смысла. Неужели это так сложно?
  Необходимо вернуться к природе факта красного смещения и дать обоснованное объяснение физики этого явления. И здесь могут быть варианты.

  Не хотелось внедряться в дискуссию, но... задело что-то - кто-то зацепил философию, ну и... вот:
  1.Большой Взрыв есть! Так же, как и малый.Предлагаемые на сегодня последовательности БВ - исключительно не основательны. Ни со стороны математики, которая есть только инструмент исследования Реальности и "рисует" только ее Образ.И вправе генерировать только Образ, а не саму Реальность. Ни со стороны философии, которую задвинули в чулан науки. Она обиделась и теперь посмеивается, оттуда наблюдая, как без нее пытаются что-то родить.Да получаются только выкидыши - без повивальной-то бабки. И я понаблюдаю - пока выдержу. Вот - если все комментарии сложить, премешать - как раз теория БВ и получается.И все в ней - даже скорость гравитационного воздействия уже имеется.Ну, а как же - гравитон же есть, стало быть...
  2.Примите во внимание постулат - реликтовое излучение к самому БВ отношения не имеет. Оно относится... к другому взрыву - такая, граждане, философия.И не нужно спорить - с философией. Все таки, старшая - и по званию, и по опыту, и по статусу.
  3.Никогда не следует принимать кажущееся за реальное. Хотя за каждым Кажущимся, всегда скрывается Призрак Реального.В голографии тоже вначале присутствует природный объект, да и в любом кино - а как же. Но на экране - только Образ.Ищите смысл БВ!Устанете - тогда "лапки" кверху и к философии. Она не вредная и не злопамятная - его и покажет.Хоть завтра! Но "лапки" - это обязательно - ну, должна же быть компенсация, хотя бы моральная. А дальше - вы сами.Там еще много всего - хватит на всех - разгребать.
  4.Правда, кое-что и почистить придется. ОТО, например. Запылился "сюртучок", да и моль местами погрызла. Артефакт? - Дак никто и не против.Но не более того.А то фундамент науки уже на бутик стал походить - "ароматы" - оптом и в розницу, глюоны от импортных производителей, даже заказы на бозоны - вот вот, говорят, должны получить.
  5.Нет, граждане - Природа экономна. И как заявил однажды член парламента не очень дружественной нам державы - "не роскошествует излишними причинами".А сколько уже имеется элементарных "причин"? Так вот - наш "ответ чемберлену" - философия отмечает, что число их неисчислимо и именно на этом Природа экономит.(Физикам, конечно, этого не понять, но запомнить-то могут?) Природа - не торговля! Там, конечно, ни один бутик с таким их количеством не справится.Даже если взорвется.
  Все опять повторится сначала.Как справедливо заметил кто-то из комментаторов - такова диалектика. А она, как известно,часть философии... гм.(Просьба не путать с математикой - ох уж эта математика.

  Ответить

  Большой Взрыв был, но не в том виде в котором вы его представляете.Согласно М-теории, в которой наш мир, который для связи фундаментальных взаимодействий представлен в виде браны, был во время БВ вывернут наизнанку. Чтобы не углубляться в подробности, скажу, что БВ был в каждой точки пространства одновременно, а сам процесс шел изнутри микромира.

  Ответить

  О Болльшом взрыве(БВ),по моему БВ вообще не было,просто частицы начала Прото Частицы не имеющие массы и заряда в начале разбрелись создавая под--пространство,их было две крестик и нолик,сказать их было очень много значит сказать ничего.И был центр от куда они рождались,и от центра пошли волны квантизации.Сама частица нечто,а порция их уже ощютима.В конце концов появляются водород и др.элэменты.Появилась материя и гравитация и движение появилось пространство и время, время непосредственно для материи. И в каждой точке скопления элэментов присходил свой собственный Большой то есть Малый Взрыв рождение звёзд,галактик и.т.д.и.т.п.Сами крестики и нолики существуют в виде какбы фильтра рещётчатой клетки,двигаясь через них материя,биоклетка меняется,стареет. Биоклетка прходя через фильтр времени какбы отсчитывает 1.2.3.4.5. и.т.д. а время считает Х.0.Х.0.Х. или 0.1.0.1.0.1.как хотите.При большом сжатии гравитации это для них похоже на волны квантизации и они порцируются у них появляется какбы тень массы.И время в таких областях пространства течёт по другому.Оно запутанно-сжато. ВРЕМЯ---это не что иное как движение в пространстве насыщенном прото --частицами.т.е. сидя или стоя в одном месте вы так или иначе двигаетесь за счёт вращения земли вокруг осей земли,солнца,Галакт и.т.д.Ошибочно думать что для камня или метеорита нет времени потому что они со временем не меняются не стареют,камень лежит себе на берегу а метеорит летит в чёрном безмолвии вечно.Ведь метеорит рано или позно ударится обо что-то, а камень вы возмёте и бросите в воду или он попадёт в камне-дробилку или тоже метеорит не втретится с камнем. Так что у каждой частицы своя если хотите судьба. И вообще коллапса схлопывания никокого не будет атеисты не дождётесь.В будущем вселенная остынет Водород в звёздах перегорит, наступит тьма египетская, это да, Но! крестики нолики никуда не исчезнут потому что по нашему их и так несуществует.Просто начнётся опять квантизация.Рождения нового Водорода.Новой Вселенной,похоже она будет ещё больше потому как остатки прежней вселенной тоже примут уастие.Об этом я только вчера подумал,и выложил ещё сырые сумбурные измышления.

  Ответить

  А как насчет такой теории. Фотографии вселенной и мозга во многом схожи. А что если Вселенная это чей-то мозг, на маленькой частице которого мы и живем. Тогда Большой Взрыв это его зарождение или рождение, Расширение Вселенной - рост его организма, кога рост прекратится прекратится и расширение Вселенной, а когда он начнет стареть Вселенная начнет сужаться, когда он умрет Вселенная вернется в ту точку от которой началась.
  Точно так же и в нашем мозгу на каком то нейроне или его спутнике может быть такая же жизнь как на планете Земля.

  Ответить

  Иногда волны де Бройля интерпретируются как волны вероятности, но вероятность - это чисто математическое понятие и не имеет никакого отношения к дифракции и интерференции. Сейчас, когда уже стало общепризнано, что вакуум - это одна из форм материи, представляющая состояние квантового поля с наименьшей энергией, отпала необходимость в таких идеалистических интерпретациях. Только реальные волны в среде могут создавать дифракцию и интерференцию, что относится и к волнам де Бройля. При этом волн без энергии не бывает, так как любые волны - это распространяющиеся колебания, представляющие перекачку в самой среде одного вида энергии в другой и наоборот. При таком физическом процессе всегда происходит потеря энергии волн (диссипация энергии), которая переходит во внутреннюю энергию среды. Распространение волн в физическом вакууме не является исключением, так как вакуум - это не пустота, в нем, как и в любой среде, происходят "тепловые" флуктуации, которые называют нулевыми колебаниями электромагнитного поля. Волны де Бройля (волны кинетической энергии), так же как и любые волны, со временем теряют энергию, которая переходит во внутреннюю энергию вакуума (энергию флуктуаций вакуума), что наблюдается как торможение тел - эффект "аномалии Пионеров".

  Выведена уникальная формула диссипации (потери) кинетической энергии за один период колебания волны де Бройля для всех тел и частиц, включая фотоны: W=Hhс/v, где H - постоянная Хаббла 2.4E-18 1/с, h - постоянная Планка, c - скорость света, v - скорость частицы. Например, если частица (тело) массой в 1 грамм (m = 0.001кг) летит со скоростью 10000 м/c в течение 100 лет (t = 3155760000 сек), то волна де Бройля совершит 4.76E47 колебаний (tmv^2/h), соответственно, диссипация кинетической энергии составит tmv^2/h x hH(с/v) = Hсvtm = 22.7 Дж. При этом скорость снизится до 9997.7 м/с, а "красное смещение" волны де Бройля будет Z = (10000 м/c - 9997.7 м/c) / 10000 м/c = 0.00023. Фотоны рассчитываются аналогично, но только надо помнить, что потеря энергии не приводит к изменению скорости. Формулу можно считать точной, так как вычисляется всего один период колебания. Теперь с помощью постоянной Хаббла, по единой формуле, можно рассчитывать не только покраснение фотонов, но и торможение космических аппаратов - эффект "аномалии Пионеров". При этом расчеты полностью совпадают с экспериментальными данными.
  И всë меняется!!! Разлет галактик замедляется с ускорением 8,9212 на 10"-14 м/сек"2. Более того, "инфляционная стадия" превращается в "период аномального торможения"!!!
  И 13-ти миллиарднолетние объекты в момент наблюдаемых событий находились в 13 миллиардах световых лет от точки теперешнего нахождения Земли.
  Так что с учетом прогрессирующего торможения и удаленности наблюдаемых объектов, БВ случился 50 млрд лет назад, но только 14 млрд лет назад началось образование звезд и галактик.

  Ответить

  А никакого расширения Вселенной нет, она практически статична, и даже наоборот галактики сближаются, иначе не наблюдалось бы столько много близко расположенных либо уже столкнувшихся галактик.
  К сожалению, Хаббл допустил преждевременный вывод по поводу разбегания галактик. Нет никакого разбегания, красное смещение говорит не об удалении объектов, а об изменении их свойств за то время пока свет от них доходит к нам через такие огромные расстояния. Т.е. реальную картину мы не видим в силу конечности скорости света.
  Лично я считаю, что Вселенная бесконечна и вечна.

  Ответить

  При большом взрыве образовались бы все элементы периодической системы Дм.Мнд. Условия были более чем подходяшие, и давление и температура,но этого почему то не произошло. Зато произошло нечто совсем противоположное - вся вселенная наполнилась только атомами водорода не подвергшимся никаким (совершенно никаким) воздействиям. Только потом эта первичная материя вступила во взаимодействие и наполнила вселенную светом теплом и более тяжелыми элементами. Значит или взрыв был холодный и без давления, или...то что называют границей (мембраной) большого взрыва, это белая дыра которая до сих пор порождает холодный водород внутрь себя при расширении. А при расширении происходит именно процесс охлаждения насколько я помню. Это кстати и объясняет температуру реликтового излучения.

  Ответить

  В этой теории есть одна главная проблема: никто не может пояснить почему рвануло-то? Ведь по теории относительности в точке сингулярности времени не существует. Если времени не существует- то не могут происходить какие-либо изменения. По теории относительности любая точка сингулярности является АБСОЛЮТНО статичной. Однако если отказаться от удобного математического приема соединения пространства и времени в единый континуум и вернуться к реальному пониманию времени, то все становится на свои места. Тогда теория "не мешает" происходить реальным процессам в точке сингулярности.
  Большой взрыв и ускоряющееся удаление галактик результат взаимодействия энергии (большая часть из которой и по сей день находится в виде массы) и вакуума в пространстве. Просто энергия и вакуум проникают друг в друга (смешиваются). Время всего навсего число периодов изменения эталонной циклической системы, относительно которой измеряется время между состояниями измеряемой системы и с пространством никак не связано. Т.к. размеры пространства достаточно велики и вакуум изначально занимал практически все пространство, а энергия его микроскопическую часть- то процесс смешивания или взаимопроникновения энергии и вакуума происходит с ускорением. Энергия постепенно из довольно плотного состояния (вида)- массы постепенно превращается в значительно менее плотные виды- электромагнитную и кинетическую, которые более равномерно перемешиваются с вакуумом в пространстве. Любая замкнутая система (коей является Вселенная, т.к. в ней соблюдается закон сохранения энергии) всегда стремится перейти к статическому, уравновешенному состоянию составляющих ее компонент. Для Вселенной это состояние когда вся энергия будет равномерно "перемешена" с вакуумом во всем пространстве. Кстати пространство Вселенной конечно и замкнуто. Бесконечности придумали математики, с которыми они сами постоянно и борются. В реальной жизни есть большие, очень большие, гигантские и т.д. величины. Однако изменив масштаб их измерения (эталон относительно которого выполняется измерение) всегда можно получить очень определенное число.

  Ответить

  Написать комментарий

Теория Большого взрыва сейчас считается столь же несомненной, как и система Коперника. Однако вплоть до второй половины 1960-х она отнюдь не пользовалась всеобщим признанием, и не только потому, что многие ученые с порога отрицали саму идею расширения Вселенной. Просто у этой модели имелся серьезный конкурент.

Через 11 лет космология как наука сможет отмечать свой столетний юбилей. В 1917 году Альберт Эйнштейн осознал, что уравнения общей теор ии относительности позволяют вычислять физически разумные модели мироздания. Классическая механика и теор ия гравитации такой возможности не дают: Ньютон пытался построить общую картину Вселенной, однако при всех раскладах она неизбежно схлопывалась под действием силы тяготения.

Эйнштейн решительно не верил в начало и конец мироздания и поэтому придумал вечно существующую статичную Вселенную. Для этого ему понадобилось ввести в свои уравнения особую компоненту, которая создавала "антитяготение" и тем самым формально обеспечивала стабильность мироустройства. Это дополнение (так называемый космологический член) Эйнштейн считал неэлегантным, уродливым, но все же необходимым (автор ОТО зря не поверил своему эстетическому чутью - позднее было доказано, что статичная модель неустойчива и поэтому физически бессмысл енна).

У модели Эйнштейна быстро появились конкуренты - модель мира без материи Виллема де Ситтера (1917), замкнутые и открытые нестационарные модели Александра Фридмана (1922 и 1924). Но эти красивые конструкции до поры оставались чисто математическими упражнениями. Чтобы рассуждать о Вселенной в целом не умозрительно, надо хотя бы знать, что существуют миры, расположенные за пределами звездного скопления, в котором находится Солнечная система и мы вместе с нею. А космология получила возможность искать опору в астрономических наблюдениях лишь после того, как в 1926 году Эдвин Хаббл опубликовал работу "Внегалактические туманности", где впервые было дано описание галактик как самостоятельных звездных систем, не входящих в состав Млечного пути.

Сотворение Вселенной заняло вовсе не шесть дней – основная доля работы была завершена гораздо раньше. Вот его примерная хронология.

0. Большой взрыв.

Планковская эра: 10-43 с. Планковский момент. Происходит отделение гравитационного взаимодействия. Размер Вселенной в этот момент равен 10-35 м (т.н. Планковская длина). 10-37 с. Инфляционное расширение Вселенной.

Эра великого объединения: 10-35 с. Разделение сильного и электрослабого взаимодействий. 10-12 с. Отделение слабого взаимодействия и окончательное разделение взаимодействий.

Адронная эра: 10-6 с. Аннигиляция протон-антипротонных пар. Кварки и антикварки перестают существовать, как свободные частицы.

Лептонная эра: 1 с. Формируются ядра водорода. Начинается ядерный синтез гелия.

Эра нуклеосинтеза: 3 минуты. Вселенная состоит на 75% из водорода и на 25% из гелия, а также следовых количеств тяжелых элементов.

Радиационная эра: 1 неделя. К этому времени излучение термализуется.

Эра вещества: 10 тыс. лет. Вещество начинает доминировать во Вселенной. 380 тыс. лет. Ядра водорода и электроны рекомбинируют, Вселенная становится прозрачной для излучения.

Звездная эра: 1 млрд. лет. Формирование первых галактик. 1 млрд. лет. Образование первых звезд. 9 млрд. лет. Образование Солнечной системы. 13,5 млрд. лет. Текущий момент

Разбегание галактик

Этот шанс был быстро реализован. До бельгийца Жоржа Анри Леметра, изучавшего астрофизику в Массачусетсcком технологическом институте, дошли слухи, что Хаббл вплотную подошел к революционному открытию - доказательству разбегания галактик. В 1927 году, вернувшись на родину, Леметр опубликовал (а в последующие годы уточнил и развил) модель Вселенной, образовавшейся в результате взрыва сверхплотной материи, расширяющейся в соответствии с уравнениями ОТО. Он математически доказал, что их радиальная скорость должна быть пропорциональна расстоянию от Солнечной системы. Годом позже к этому же выводу независимо пришел принстонский математик Хауард Робертсон.

А в 1929 году Хаббл получил ту же самую зависимость экспериментально, обработав данные по удаленности двадцати четырех галактик и величине красного смещения приходящего от них света. Пятью годами позже Хаббл и его ассистент-наблюдатель Милтон Хьюмасон привели новые доказательства справедливости этого вывода, осуществив мониторинг очень тусклых галактик, лежащих на крайней периферии наблюдаемого космоса. Предсказания Леметра и Робертсона полностью оправдались, и космология нестационарной Вселенной, казалось бы, одержала решительную победу.

Непризнанная модель

Но все же астрономы не спешили кричать ура. Модель Леметра позволяла оценить продолжительность существования Вселенной - для этого нужно было лишь выяснить численную величину константы, входящей в уравнение Хаббла. Попытки определить эту константу приводили к заключению, что наш мир возник всего лишь около двух миллиардов лет назад. Однако геологи утверждали, что Земля много старше, да и астрономы не сомневались, что в космосе полным-полно звезд более почтенного возраста. У астрофизиков тоже были собственные основания для недоверия: процентный состав распределения химических элементов во Вселенной на основе леметровской модели (впервые эту работу в 1942 году проделал Чандрасекар) явно противоречил реальности.

Скепсис специалистов объяснялся и философскими причинами. Астрономическое сообщество только-только свыклось с мыслью, что перед ним распахнулся бесконечный мир, населенный множеством галактик. Казалось естественным, что в своих основах он не изменяется и существует вечно. А теперь ученым предлагалось признать, что Космос конечен не только в пространстве, но и во времени (к тому же эта идея наводила на мысль о божественном творении). Поэтому леметровская теор ия долго оставалась не у дел. Впрочем, еще худшая судьба постигла модель вечно осциллирующей Вселенной, пред-ложенную в 1934 году Ричардом Толманом. Она вообще не получила серьезного признания, а в конце 1960-х годов была отвергнута как математически некорректная.

Акции "раздувающегося мира" не слишком повысились и после того, как в начале 1948 года Джордж Гамов и его аспирант Ральф Алфер построили новую, более реалистичную версию этой модели. Вселенная Леметра родилась из взрыва гипотетического "первичного атома", который явно выходил за рамки представлений физиков о природе микромира.

Гамовскую теор ию долгое время называли вполне академично - "динамическая эволюционирующая модель". А словосочетание "Большой взрыв", как ни странно, ввел в оборот не автор этой теор ии и даже не ее сторонник. В 1949 году продюсер научных программ BBC Питер Ласлетт предложил Фреду Хойлу подготовить серию из пяти лекций. Хойл блистал перед микрофоном и мгновенно приобрел множество поклонников среди радиослушателей. В последнем выступлении он заговорил о космологии, рассказал о своей модели и под конец решил свести счеты с конкурентами. Их теор ия, сказал Хойл, "основана на предположении, что Вселенная возникла в процессе одного-единственного мощного взрыва и потому существует лишь конечное время... Эта идея Большого взрыва кажется мне совершенно неудовлетворительной". Вот так впервые и появилось это выражение. На русский его можно перевести и как "Большой хлопок", что, вероятно, точнее соответствует уничижительному смысл у, который вложил в него Хойл. Через год его лекции были опубликованы, и новый термин пошел гулять по свету

Джордж Гамов и Ральф Алфер предположили, что Вселенная вскоре после рождения состояла из хорошо известных частиц - электронов, фотонов, протонов и нейтронов. В их модели эта смесь была нагрета до высоких температур и плотно упакована в крохотном (по сравнению с нынешним) объеме. Гамов с Алфером показали, что в этом супергорячем супе происходит термоядерный синтез, в результате которого образуется основной изотоп гелия, гелий-4. Они даже вычислили, что уже через несколько минут материя переходит в равновесное состояние, в котором на каждое ядро гелия приходится примерно десяток ядер водорода.

Такая пропорция вполне соответствовала астрономическим данным о распределении легких элементов во Вселенной. Эти выводы вскоре подтвердили Энрико Ферми и Энтони Туркевич. Они к тому же установили, что процессы термоядерного синтеза обязаны порождать немного легкого изотопа гелия-3 и тяжелые изотопы водорода - дейтерий и тритий. Сделанные ими оценки концентрации этих трех изотопов в космическом пространстве тоже совпадали с наблюдениями астрономов.

Проблемная теор ия

Но астрономы-практики продолжали сомневаться. Во-первых, оставалась проблема возраста Вселенной, которую теор ия Гамова решить не могла. Увеличить продолжительность существования мира можно было, только доказав, что галактики разлетаются много медленней, чем принято считать (в конечном счете так и произошло, причем в немалой степени с помощью наблюдений, выполненных в Паломарской обсерватории, но уже в 1960-е годы).

Во-вторых, гамовская теор ия забуксовала на нуклеосинтезе. Объяснив возникновение гелия, дейтерия и трития, она не смогла продвинуться к более тяжелым ядрам. Ядро гелия-4 состоит из двух протонов и двух нейтронов. Все было бы хорошо, если бы оно могло присоединить протон и превратиться в ядро лития. Однако ядра из трех протонов и двух нейтронов или двух протонов и трех нейтронов (литий-5 и гелий-5) крайне неустойчивы и мгновенно распадаются. Поэтому в природе существует лишь стабильный литий-6 (три протона и три нейтрона). Для его образования путем прямого синтеза необходимо, чтобы с ядром гелия одновременно слились и протон, и нейтрон, а вероятность этого события крайне мала. Правда, в условиях высокой плотности материи в первые минуты существования Вселенной подобные реакции все же изредка происходят, что и объясняет очень малую концентрацию древнейших атомов лития.

Природа приготовила Гамову еще один неприятный сюрприз. Путь к тяжелым элементам мог бы лежать и через слияние двух ядер гелия, но эта комбинация тоже нежизнеспособна. Объяснить происхождение элементов тяжелее лития никак не удавалось, и в конце 1940-х годов это препятствие казалось непреодолимым (сейчас мы знаем, что они рождаются только в стабильных и взрывающихся звездах и в космических лучах, но Гамову это не было известно).

Впрочем, у модели "горячего" рождения Вселенной оставалась в запасе еще одна карта, которая со временем стала козырной. В 1948 году Алфер и другой ассистент Гамова, Роберт Герман, пришли к выводу, что космос пронизан микроволновым излучением, возникшим спустя 300 тысяч лет после первичного катаклизма. Однако радиоастрономы не проявили интереса к этому прогнозу, и он так и остался на бумаге.

Появление конкурента

Гамов и Алфер изобрели свою "горячую" модель в столице США, где с 1934 году Гамов преподавал в университете имени Джорджа Вашингтона. Многие продуктивные идеи возникли у них под умеренную выпивку в баре "Маленькая Вена" на Пенсильвания-авеню неподалеку от Белого дома. А если этот путь к построению космологической теор ии кое-кому кажется экзотичным, что можно сказать об альтернативе, появившейся на свет под влиянием фильма ужасов?

Фред Хойл: Расширение Вселенной происходит вечно! Вещество рождается в пустоте самопроизвольно с такой скоростью, что средняя плотность Вселенной остается постоянной

В доброй старой Англии, в университетском Кембридже, после войны обосновались трое замечательных ученых - Фред Хойл, Герман Бонди и Томас Голд. Перед этим они работали в радиолокационной лаборатории британских ВМФ, где и подружились. Хойлу, англичанину из Йоркшира, к моменту капитуляции Германии еще не исполнилось и 30, а его приятелям, уроженцам Вены, стукнуло по 25. Хойл и его друзья в свою "радарную эру" отводили душу в беседах о проблемах мироздания и космологии. Все трое невзлюбили модель Леметра, но закон Хаббла приняли всерьез, а потому отвергли и концепцию статичной Вселенной. После войны они собирались у Бонди и обсуждали те же проблемы. Озарение снизошло после просмотра кинострашилки "Мертвые в ночи". Ее главный герой Уолтер Крейг попал в замкнутую событийную петлю, которая в конце картины возвратила его в ту же ситуацию, с которой все и началось. Фильм с такой фабулой может длиться бесконечно (как стишок о попе и его собаке). Тут-то Голд и сообразил, что Вселенная может оказаться аналогом этого сюжета - одновременно изменяющейся и неизменной!

Друзья сочли идею безумной, но потом решили, что в ней что-то есть. Объединенными усилиями они превратили гипотез у в связную теор ию. Бонди с Голдом дали ее общее изложение, а Хойл в отдельной публикации "Новая модель расширяющейся Вселенной" - математические расчеты. За основу он взял уравнения ОТО, но дополнил их гипотетическим "полем творения" (Creation field, С-поле), обладающим отрицательным давлением. Нечто в этом роде через 30 лет появилось в инфляционных космологических теор иях, что Хойл подчеркивал с немалым удовольствием.

Космология стабильного состояния

Новая модель вошла в историю науки как Космология стабильного состояния (Steady State Cosmology). Она провозгласила полное равноправие не только всех точек пространства (это было у Эйнштейна), но и всех моментов времени: Вселенная расширяется, но начала не имеет, поскольку всегда остается подобной себе самой. Голд назвал это утверждение совершенным космологическим принципом. Геометрия пространства в этой модели остается плоской, как и у Ньютона. Галактики разбегаются, однако в космосе "из ничего" (точнее, из поля творения) появляется новое вещество, причем с такой интенсивностью, что средняя плотность материи остается неизменной. В соответствии с известным тогда значением постоянной Хаббла Хойл вычислил, что в каждом кубометре пространства в течение 300 тысяч лет рождается всего одна частица. Сразу снимался вопрос, почему приборы не регистрируют эти процессы, - они слишком медленны по человеческим меркам. Новая космология не испытывала никаких трудностей, связанных с возрастом Вселенной, этой проблемы для нее просто не существовало.

Для подтверждения своей модели Хойл предложил воспользоваться данными о пространственном распределении молодых галактик. Если С-поле равномерно творит материю повсюду, то средняя плотность таких галактик должна быть примерно одинаковой. Напротив, модель катаклизмического рождения Вселенной предсказывает, что на дальней границе наблюдаемого космоса эта плотность максимальна - оттуда к нам приходит свет еще не успевших состариться звездных скоплений. Хойловский критерий был совершенно разумным, однако в то время проверить его не представлялось возможным из-за отсутствия достаточно мощных телескопов.

Триумф и поражение

Больше 15 лет соперничающие теор ии сражались почти на равных. Правда, в 1955 году английский радиоастроном и будущий нобелевский лауреат Мартин Райл обнаружил, что плотность слабых радиоисточников на космической периферии больше, чем около нашей галактики. Он заявил, что эти результаты несовместимы с Космологией стабильного состояния. Однако через несколько лет его коллеги пришли к выводу, что Райл преувеличил различия плотностей, так что вопрос остался открытым.

Но на двадцатом году жизни хойловская космология стала быстро увядать. К этому времени астрономы доказали, что постоянная Хаббла на порядок меньше прежних оценок, что позволило поднять предполагаемый возраст Вселенной до 10-20 млрд. лет (современная оценка - 13,7 млрд. лет ± 200 млн.). А в 1965 году Арно Пензиас и Роберт Вильсон зарегистрировали предсказанное Алфером и Германом излучение и тем самым сразу привлекли к теор ии Большого взрыва великое множество сторонников.

Вот уже сорок лет эта теор ия считается стандартной и общепризнанной космологической моделью. У нее есть и конкуренты разных возрастов, но вот теор ию Хойла всерьез никто больше не принимает. Ей не помогло даже открытие (в 1999 году) ускорения разлета галактик, о возможности которого писали и Хойл, и Бонди с Голдом. Ее время бесповоротно ушло.

Анонсы новостей

Экология познания: Название этой статьи может показаться не слишком умной шуткой. Согласно общепринятой космологической концепции, теории Большого взрыва, наша Вселенная возникла из экстремального состояния физического вакуума, порожденного квантовой флуктуацией.

Название этой статьи может показаться не слишком умной шуткой. Согласно общепринятой космологической концепции, теории Большого взрыва, наша Вселенная возникла из экстремального состояния физического вакуума, порожденного квантовой флуктуацией. В этом состоянии не существовало ни времени, ни пространства (или они были спутаны в пространственно-временную пену), а все фундаментальные физические взаимодействия были слиты воедино. Позже они разделились и обрели самостоятельное бытие - сначала гравитация, затем сильное взаимодействие, а уже потом - слабое и электромагнитное.

Теория Большого взрыва пользуется доверием абсолютного большинства ученых, изучающих раннюю историю нашей Вселенной. Она и в самом деле объясняет очень многое и ни в чем не противоречит экспериментальным данным.

Однако недавно у нее появился конкурент в лице новой, циклической теории, основы которой разработали двое физиков экстра-класса - директор Института теоретической науки Принстонского университета Пол Стейнхардт и лауреат Максвелловской медали и престижной международной премии TED Нил Тьюрок, директор канадского Института перспективных исследований в области теоретической физики (Perimeter Institute for Theoretical Physics). С помощью профессора Стейнхардта «Популярная механика» попыталась рассказать о циклической теории и о причинах ее появления.

Момент, предшествовавший событиям, когда появилась "сначала гравитация, затем сильное взаимодействие, а уже потом - слабое и электромагнитное.", принято обозначать как нулевое время, t=0, однако это чистая условность, дань математическому формализму. Согласно стандартной теории, непрерывное течение времени началось лишь после того, как сила тяготения обрела независимость.

Этому моменту обычно приписывают величину t=10-43 с (точнее, 5,4х10-44 с), которую называют планковским временем. Современные физические теории просто не в состоянии осмысленно работать с более короткими промежутками времени (считается, что для этого нужна квантовая теория гравитации, которая пока не создана). В контексте традиционной космологии нет смысла рассуждать о том, что происходило до начального момента времени, поскольку времени в нашем понимании тогда просто не существовало.

Непременной частью стандартной космологической теории служит концепция инфляции. После окончания инфляции в свои права вступило тяготение, и Вселенная продолжила расширяться, но уже с уменьшающейся скоростью.

Такая эволюция растянулась на 9 млрд лет, после чего в дело вступило еще одно антигравитационное поле еще неизвестной природы, которое именуют темной энергией. Оно опять вывело Вселенную в режим экспоненциального расширения, который вроде бы должен сохраниться и в будущие времена. Следует отметить, что эти выводы базируются на астрофизических открытиях, сделанных в конце прошлого века, почти через 20 лет после появления инфляционной космологии.

Впервые инфляционная интерпретация Большого взрыва была предложена около 30 лет назад и с тех пор многократно шлифовалась. Эта теория позволила разрешить несколько фундаментальных проблем, с которыми не справилась предшествующая космология.

Например, она объяснила, почему мы живем во Вселенной с плоской евклидовой геометрией - в соответствии с классическими уравнениями Фридмана, именно такой она и должна сделаться при экспоненциальном расширении.

Инфляционная теория объяснила, почему космическая материя обладает зернистостью в масштабах, не превышающих сотен миллионов световых лет, а на больших дистанциях распределена равномерно. Она также дала истолкование неудачи любых попыток обнаружить магнитные монополи, очень массивные частицы с одиночным магнитным полюсом, которые, как считается, в изобилии рождались перед началом инфляции (инфляция так растянула космическое пространство, что первоначально высокая плотность монополей сократилась почти до нуля, и поэтому наши приборы не могут их обнаружить).

Вскоре после появления инфляционной модели несколько теоретиков поняли, что ее внутренняя логика не противоречит идее перманентного множественного рождения все новых и новых вселенных. В самом деле, квантовые флуктуации, подобные тем, которым мы обязаны существованием нашего мира, могут возникать в любом количестве, если для этого имеются подходящие условия.

Не исключено, что наше мироздание вышло из флуктуационной зоны, сформировавшейся в мире-предшественнике. Точно так же можно допустить, что когда-нибудь и где-нибудь в нашей собственной Вселенной образуется флуктуация, которая «выдует» юную вселенную совершенно другого рода, также способную к космологическому «деторождению». Существуют модели, в которых такие дочерние вселенные возникают непрерывно, отпочковываются от своих родительниц и находят свое собственное место. При этом вовсе не обязательно, что в таких мирах устанавливаются одни и те же физические законы.

Все эти миры «вложены» в единый пространственно-временной континуум, но разнесены в нем настолько, что никак не ощущают присутствия друг друга. В общем, концепция инфляции позволяет - более того, вынуждает! - считать, что в исполинском мегакосмосе существует множество изолированных друг от друга вселенных с различным устройством.

Физики-теоретики любят придумывать альтернативы даже самым общепринятым теориям. Появились конкуренты и у инфляционной модели Большого взрыва. Они не получили широкой поддержки, но имели и имеют своих последователей. Теория Стейнхардта и Тьюрока среди них не первая и наверняка не последняя. Однако на сегодняшний день она разработана детальней остальных и лучше объясняет наблюдаемые свойства нашего мира. Она имеет несколько версий, из которых одни базируются на теории квантовых струн и многомерных пространств, а другие полагаются на традиционную квантовую теорию поля. Первый подход дает более наглядные картинки космологических процессов, так что на нем и остановимся.

Самый продвинутый вариант теории струн известен как М-теория. Она утверждает, что физический мир имеет 11 измерений - десять пространственных и одно временное. В нем плавают пространства меньших размерностей, так называемые браны.

Наша Вселенная - просто одна из таких бран, обладающая тремя пространственными измерениями. Ее заполняют различные квантовые частицы (электроны, кварки, фотоны и т. д.), которые на самом деле явлются разомкнутыми вибрирующими струнами с единственным пространственным измерением - длиной. Концы каждой струны намертво закреплены внутри трехмерной браны, и покинуть брану струна не может. Но есть и замкнутые струны, которые могут мигрировать за пределы бран - это гравитоны, кванты поля тяготения.

Как же циклическая теория объясняет прошлое и будущее мироздания? Начнем с нынешней эпохи. Первое место сейчас принадлежит темной энергии, которая заставляет нашу Вселенную расширяться по экспоненте, периодически удваивая размеры. В результате плотность материи и излучения постоянно падает, гравитационное искривление пространства слабеет, а его геометрия становится все более плоской.

В течение следующего триллиона лет размеры Вселенной удвоятся около ста раз и она превратится в практически пустой мир, полностью лишенный материальных структур. Рядом с нами находится еще одна трехмерная брана, отделенная от нас на ничтожное расстояние в четвертом измерении, и она тоже претерпевает аналогичное экспоненциальное растяжение и уплощение. Все это время дистанция между бранами практически не меняется.

А потом эти параллельные браны начинают сближаться. Их толкает друг к другу силовое поле, энергия которого зависит от расстояния между бранами. Сейчас плотность энергии такого поля положительна, поэтому пространство обеих бран расширяется по экспоненте, - следовательно, именно это поле и обеспечивает эффект, который объясняют наличием темной энергии!

Однако этот параметр постепенно уменьшается и через триллион лет упадет до нуля. Обе браны все равно продолжат расширяться, но уже не по экспоненте, а в очень медленном темпе. Следовательно, в нашем мире плотность частиц и излучения так и останется почти что нулевой, а геометрия - плоской.

Но окончание старой истории - лишь прелюдия к очередному циклу. Браны перемещаются навстречу друг другу и в конце концов сталкиваются. На этой стадии плотность энергии межбранового поля опускается ниже нуля, и оно начинает действовать наподобие гравитации (напомню, что у тяготения потенциальная энергия отрицательна!).

Когда браны оказываются совсем близко, межбрановое поле начинает усиливать квантовые флуктуации в каждой точке нашего мира и преобразует их в макроскопические деформации пространственной геометрии (например, за миллионную долю секунды до столкновения расчетный размер таких деформаций достигает нескольких метров). После столкновения именно в этих зонах выделяется львиная доля высвобождаемой при ударе кинетической энергии. В итоге именно там возникает больше всего горячей плазмы с температурой порядка 1023 градусов. Именно эти области становятся локальными узлами тяготения и превращаются в зародыши будущих галактик.

Такое столкновение заменяет Большой взрыв инфляционной космологии. Очень важно, что вся возникшая заново материя с положительной энергией появляется за счет накопленной отрицательной энергии межбранового поля, поэтому закон сохранения энергии не нарушается.

А как ведет себя такое поле в этот решающий момент? До столкновения плотность его энергии достигает минимума (причем отрицательного), затем начинает возрастать, а при столкновении становится нулевой. Затем браны отталкиваются друг от друга и начинают расходиться. Плотность межбрановой энергии проходит обратную эволюцию - опять делается отрицательной, нулевой, положительной.

Обогащенная материей и излучением брана сначала расширяется с падающей скоростью под тормозящим воздействием собственного тяготения, а потом вновь переходит к экспоненциальному расширению. Новый цикл заканчивается подобно прежнему - и так до бесконечности. Циклы, предшествующие нашему, происходили и в прошлом - в этой модели время непрерывно, поэтому прошлое существует и за пределами 13,7 млрд лет, прошедших после последнего обогащения нашей браны материей и излучением! Было ли у них вообще какое-то начало, теория умалчивает.

Циклическая теория по-новому объясняет свойства нашего мира. Он обладает плоской геометрией, поскольку к концу каждого цикла непомерно растягивается и лишь немного деформируется перед началом нового цикла. Квантовые флуктуации, которые становятся предшественниками галактик, возникают хаотически, но в среднем равномерно - поэтому космическое пространство заполнено сгустками материи, но на очень больших дистанциях вполне однородно. Мы не можем обнаружить магнитные монополи просто потому, что максимальная температура новорожденной плазмы не превышала 1023 К, а для возникновения таких частиц потребны много большие энергии - порядка 1027 К.

Циклическая теория существует в нескольких версиях, как и теория инфляции. Однако, по словам Пола Стейнхардта, различия между ними чисто технические и интересны лишь специалистам, общая концепция же остается неизменной: «Во-первых, в нашей теории нет никакого момента начала мира, никакой сингулярности.

Есть периодические фазы интенсивного рождения вещества и излучения, каждую из которых при желании можно называть Большим взрывом. Но любая из этих фаз знаменует не возникновение новой вселенной, а лишь переход от одного цикла к другому. И пространство, и время существуют и до, и после любого из этих катаклизмов. Поэтому вполне закономерно спросить, каким было положение дел за 10 млрд лет до последнего Большого взрыва, от которого отсчитывают историю мироздания.

Второе ключевое отличие - природа и роль темной энергии. Инфляционная космология не предсказывала перехода замедляющегося расширения Вселенной в ускоренное. А когда астрофизики открыли это явление, наблюдая за вспышками далеких сверхновых звезд, стандартная космология даже не знала, что с этим делать. Гипотезу темной энергии выдвинули просто для того, чтобы как-то привязать к теории парадоксальные результаты этих наблюдений.

А наш подход гораздо лучше скреплен внутренней логикой, поскольку темная энергия у нас присутствует изначально и именно она обеспечивает чередование космологических циклов». Впрочем, как отмечает Пол Стейнхардт, есть у циклической теории и слабые места: «Нам пока не удалось убедительно описать процесс столкновения и отскока параллельных бран, имеющий место в начале каждого цикла. Прочие аспекты циклической теории разработаны куда лучше, а здесь предстоит устранить еще немало неясностей».

Но даже самые красивые теоретические модели нуждаются в опытной проверке. Можно ли подтвердить или опровергнуть циклическую космологию с помощью наблюдений? «Обе теории, и инфляционная, и циклическая, предсказывают существование реликтовых гравитационных волн, - объясняет Пол Стейнхардт. - В первом случае они возникают из первичных квантовых флуктуаций, которые в ходе инфляции размазываются по пространству и порождают периодические колебания его геометрии, - а это, согласно общей теории относительности, и есть волны тяготения.

В нашем сценарии первопричиной таких волн также служат квантовые флуктуации - те самые, что усиливаются при столкновении бран. Вычисления показали, что каждый механизм порождает волны, обладающие специфическим спектром и специфической поляризацией. Эти волны обязаны были оставить отпечатки на космическом микроволновом излучении, которое служит бесценным источником сведений о раннем космосе.

Пока такие следы обнаружить не удалось, но, скорее всего, это будет сделано в течение ближайшего десятилетия. Кроме того, физики уже думают о прямой регистрации реликтовых гравитационных волн с помощью космических аппаратов, которые появятся через два-три десятка лет».

Еще одно различие, по словам профессора Стейнхардта, состоит в распределении температур фонового микроволнового излучения: «Это излучение, приходящее из разных участков небосвода, не вполне однородно по температуре, в нем есть более и менее нагретые зоны. На том уровне точности измерений, который обеспечивает современная аппаратура, количество горячих и холодных зон примерно одинаково, что совпадает с выводами обеих теорий - и инфляционной, и циклической.

Однако эти теории предсказывают более тонкие различия между зонами. В принципе, их сможет выявить запущенная в прошлом году европейская космическая обсерватория "Планк" и другие новейшие космические аппараты. Я надеюсь, что результаты этих экспериментов помогут сделать выбор между инфляционной и циклической теориями. Но может случиться и так, что ситуация останется неопределенной и ни одна из теорий не получит однозначной экспериментальной поддержки. Ну что ж, тогда придется придумать что-нибудь новое».

Согласно инфляционной модели, Вселенная вскоре после своего рождения очень короткое время экспоненциально расширялась, многократно удваивая свои линейные размеры. Ученые полагают, что начало этого процесса совпало по времени с отделением сильного взаимодействия и произошло на временной отметке в 10-36 с.

Такое расширение (с легкой руки американского физика-теоретика Сидни Коулмена его стали называть космологической инфляцией) было крайне непродолжительным (до 10-34 с), однако увеличило линейные размеры Вселенной как минимум в 1030- 1050 раз, а возможно, что и много больше. В соответствии с большинством конкретных сценариев, инфляцию запустило антигравитационное квантовое скалярное поле, плотность энергии которого постепенно уменьшалась и в конце концов дошла до минимума.

Перед тем как это случилось, поле стало быстро осциллировать, порождая элементарные частицы. В результате к окончанию инфляционной фазы Вселенная заполнилась сверхгорячей плазмой, состоящей из свободных кварков, глюонов, лептонов и высокоэнергетичных квантов электромагнитного излучения.

Радикальная альтернатива

1980-х годах профессор Стейнхардт внес немалый вклад в разработку стандартной теории Большого взрыва. Однако это ничуть не помешало ему искать радикальную альтернативу теории, в которую вложено столько труда. Как рассказал «Популярной механике» сам Пол Стейнхардт, гипотеза инфляции действительно раскрывает много космологических загадок, но это не означает, что нет смысла искать и другие объяснения: «Сначала мне было просто интересно попробовать разобраться в основных свойствах нашего мира, не прибегая к инфляции.

Позднее, когда я углубился в эту проблематику, я убедился, что инфляционная теория совсем не так совершенна, как утверждают ее сторонники. Когда инфляционная космология только создавалась, мы надеялись, что она объяснит переход от первоначального хаотического состояния материи к нынешней упорядоченной Вселенной. Она это и сделала - но пошла много дальше.

Внутренняя логика теории потребовала признать, что инфляция постоянно творит бесконечное число миров. В этом не было бы ничего страшного, если бы их физическое устройство копировало наше собственное, но этого как раз и не получается. Вот, скажем, с помощью инфляционной гипотезы удалось объяснить, почему мы живем в плоском евклидовом мире, но ведь большинство других вселенных заведомо не будет обладать такой же геометрией.

Это Вам будет интересно:

Короче говоря, мы строили теорию для объяснения своего собственного мира, а она вышла из-под контроля и породила бесконечное разнообразие экзотических миров. Такое положение дел перестало меня устраивать. К тому же стандартная теория не способна объяснить природу более раннего состояния, предшествовавшего эспоненциальному расширению. В этом смысле она так же неполна, как и доинфляционная космология. Наконец, она не в состоянии ничего сказать о природе темной энергии, которая уже 5 млрд лет управляет расширением нашей Вселенной». опубликовано