Теория Большого взрыва стала почти такой же общепринятой космологической моделью, как и вращение Земли вокруг Солнца. Согласно теории, около 14 млрд лет назад спонтанные колебания в абсолютной пустоте привели к появлению Вселенной. Нечто, сравнимое по размеру с субатомной частицей, расширилось до невообразимых размеров за доли секунды. Но в этой теории существует много проблем, над которыми бьются физики, выдвигая всё новые и новые гипотезы.
Из теории следует, что все планеты и звёзды образовались из пыли, размётанной по космосу в результате взрыва. Но что предшествовало ему, неясно: здесь наша математическая модель пространства-времени перестаёт работать. Вселенная возникла из начального сингулярного состояния, к которому не применить современную физику. Теория также не рассматривает причины возникновения сингулярности или материи и энергии для её возникновения. Считается, что ответ на вопрос о существовании и происхождении начальной сингулярности даст теория квантовой гравитации.
Большинство космологических моделей предсказывают, что полная Вселенная имеет размер намного больший, чем наблюдаемая часть - сферическая область с диаметром примерно 90 млрд световых лет. Мы видим только ту часть Вселенной, свет от которой успел достичь Земли за 13,8 млрд лет. Но телескопы становятся всё лучше, мы обнаруживаем всё более дальние объекты, и пока нет оснований считать, что этот процесс остановится.
С момента Большого взрыва Вселенная расширяется с ускорением . Сложнейшая загадка современной физики - вопрос о том, что вызывает ускорение. Согласно рабочей гипотезе, во Вселенной содержится невидимая составляющая, называемая «тёмной энергией». Теория Большого взрыва не объясняет, будет ли Вселенная расширяться бесконечно, и если да, то к чему это приведёт - к её исчезновению или чему-то ещё.
Хотя ньютоновскую механику потеснила релятивистская физика, её нельзя назвать ошибочной. Тем не менее восприятие мира и модели для описания Вселенной полностью изменились. Теория Большого взрыва предсказала ряд вещей, которые не были известны до того. Таким образом, если на её место придёт другая теория, то она должна быть похожей и расширить понимание мира.
Мы остановимся на самых интересных теориях, описывающих альтернативные модели Большого взрыва.
Вселенная возникла благодаря коллапсу звезды в четырёхмерной Вселенной, считают учёные из Института теоретической физики «Периметр». Результаты их исследования опубликовал журнал Scientific American . Ниайеш Афшорди, Роберт Манн и Рази Пурхасан говорят, что наша трёхмерная Вселенная стала подобием «голографического миража» при схлопывании четырёхмерной звезды. В отличие от теории Большого взрыва, согласно которой Вселенная возникла из чрезвычайно горячего и плотного пространства-времени, где не применяются стандартные законы физики, новая гипотеза о четырёхмерной вселенной объясняет как причины зарождения, так и её стремительного расширения
Согласно сценарию, сформулированному Афшорди и его коллегами, наша трёхмерная Вселенная - это своеобразная мембрана, которая плывёт сквозь ещё более объёмную вселенную, существующую уже в четырёх измерениях. Если бы в этом четырёхмерном космосе существовали свои четырёхмерные звёзды, они бы тоже взрывались, как и трёхмерные в нашей Вселенной. Внутренний слой становился бы чёрной дырой, а внешний выбрасывался бы в пространство.
В нашей Вселенной чёрные дыры окружены сферой, называемой горизонтом событий. И если в трёхмерном пространстве эта граница двухмерная (как мембрана) , то в четырёхмерной вселенной горизонт событий будет ограничен сферой, существующей в трёх измерениях. Компьютерное моделирование коллапса четырёхмерной звезды показало, что её трёхмерный горизонт событий будет постепенно расширяться. Именно это мы и наблюдаем, называя рост 3D-мембраны расширением Вселенной, полагают астрофизики.
Альтернативой Большому взрыву может быть Большая заморозка. Команда физиков из Мельбурнского университета во главе с Джеймсом Кватчем представила модель рождения Вселенной, которая больше напоминает постепенный процесс заморозки аморфной энергии, чем её выплеск и расширение в трёх направлениях пространства.
Бесформенная энергия, по мнению учёных, подобно воде охладилась до кристаллизации, создав привычные три пространственных и одно временное измерение.
Теория Большой заморозки ставит под сомнение принятое в настоящее время утверждение Альберта Эйнштейна о непрерывности и плавности пространства и времени. Не исключено, что пространство имеет составные части - неделимые стандартные блоки наподобие крошечных атомов или пикселей в компьютерной графике. Эти блоки настолько малы, что их невозможно наблюдать, однако, следуя новой теории, можно обнаружить дефекты, которые должны преломлять потоки других частиц. Учёные вычислили такие эффекты с помощью математического аппарата, а теперь попытаются обнаружить их экспериментально.
Ахмед Фараг Али из Университета Бенха в Египте и Саурия Дас из Университета Летбриджа в Канаде предложили новое решение проблему сингулярности, отказавшись от Большого взрыва. Они привнесли в уравнение Фридмана, описывающее расширение Вселенной и Большой взрыв, идеи известного физика Дэвида Бома . «Удивительно, что небольшие поправки потенциально могут решить так много вопросов», - говорит Дас.
Полученная модель объединила в себе общую теорию относительности и квантовую теорию. Она не только отрицает сингулярность, предшествовавшую Большому взрыву, но и не допускает того, что Вселенная со временем сожмётся обратно в первоначальное состояние. Согласно полученным данным, Вселенная имеет конечный размер и бесконечное время жизни. В физическом выражении модель описывает Вселенную, наполненную гипотетической квантовой жидкостью, которая состоит из гравитонов - частиц, обеспечивающих гравитационное взаимодействие.
Учёные также утверждают, что их выводы соотносятся с последними результатами измерения плотности Вселенной.
Термин «инфляция» обозначает стремительное расширение Вселенной, происходившее по экспоненте в первые мгновения после Большого взрыва. Сама по себе теория инфляции не опровергает теорию Большого взрыва, а лишь по-другому интерпретирует её. Эта теория решает несколько фундаментальных проблем физики.
Согласно инфляционной модели, вскоре после зарождения Вселенная очень короткое время расширялась по экспоненте: её размер многократно удваивался. Учёные полагают, что за 10 в -36 степени секунд Вселенная увеличилась в размерах как минимум в 10 в 30–50 степени раз, а возможно, и больше. В конце инфляционной фазы Вселенная заполнилась сверхгорячей плазмой из свободных кварков, глюонов, лептонов и высокоэнергетичных квантов.
Концепция подразумевает , что в мире существует множество изолированных друг от друга вселенных с разным устройством
Физики пришли к выводу, что логика инфляционной модели не противоречит идее постоянного множественного рождения новых вселенных. Квантовые флуктуации - такие же, как те, из-за которых появился наш мир - могут возникать в любом количестве, если для этого есть подходящие условия. Вполне возможно, что наше мироздание вышло из флуктуационной зоны, сформировавшейся в мире-предшественнике. Можно также допустить, что когда-нибудь и где-нибудь в нашей Вселенной образуется флуктуация, которая «выдует» юную вселенную совершенно другого рода. По такой модели дочерние вселенные могут отпочковываться непрерывно. При этом вовсе не обязательно, что в новых мирах устанавливаются одни и те же физические законы. Концепция подразумевает, что в мире существует множество изолированных друг от друга вселенных с разным устройством.
Пол Стейнхардт, один из физиков, заложивших основы инфляционной космологии, решил развить эту теорию и дальше. Учёный, который возглавляет Центр теоретической физики в Принстоне, совместно с Нэйлом Тьюроком из Института теоретической физики «Периметр» изложил альтернативную теорию в книге Endless Universe: Beyond the Big Bang («Бесконечная Вселенная: За гранью Большого взрыва»). Их модель основана на обобщении теории квантовых суперструн, известной как М-теория. Согласно ей, физический мир имеет 11 измерений - десять пространственных и одно временное. В нём «плавают» пространства меньших размерностей, так называемые браны (сокращение от «мембраны»). Наша Вселенная - просто одна из таких бран.
Модель Стейнхардта и Тьюрока утверждает, что Большой взрыв произошёл в результате столкновения нашей браны с другой браной - неизвестной нам вселенной. По этому сценарию столкновения происходят бесконечно. Согласно гипотезе Стейнхардта и Тьюрока, рядом с нашей браной «плавает» ещё одна трёхмерная брана, отделённая крошечным расстоянием. Она также расширяется, уплощается и пустеет, но через триллион лет браны начнут сближаться и в конце концов столкнутся. При этом выделится огромное количество энергии, частиц и излучения. Этот катаклизм запустит очередной цикл расширения и охлаждения Вселенной. Из модели Стейнхардта и Тьюрока следует, что эти циклы были и в прошлом и обязательно повторятся в будущем. С чего эти циклы начались, теория умалчивает.
Ещё одна гипотеза об устройстве мироздания гласит, что весь наш мир - это не более чем матрица или компьютерная программа. Идею о том, что Вселенная представляет собой цифровой компьютер, впервые выдвинул немецкий инженер и пионер компьютеростроения Конрад Цузе в книге Calculating Space («Вычислительное пространство»). Среди тех, кто также рассматривал Вселенную как гигантский компьютер, значатся физики Стивен Вольфрам и Герард "т Хоофт.
Теоретики цифровой физики предполагают, что Вселенная - по сути информация, и, следовательно, она вычислима. Из этих предположений следует, что Вселенную можно рассматривать как результат работы компьютерной программы или цифрового вычислительного устройства. Этот компьютер может быть, например, гигантским клеточным автоматом или универсальной машиной Тьюринга .
Косвенным доказательством виртуальной природы Вселенной называют принцип неопределённости в квантовой механике
Согласно теории, всякий предмет и событие физического мира происходит из постановки вопросов и регистрации ответов «да» или «нет». То есть за всем, что нас окружает, скрывается некий код, аналогичный бинарному коду компьютерной программы. А мы - своего рода интерфейс, с помощью которого появляется доступ к данным «вселенского интернета». Косвенным доказательством виртуальной природы Вселенной называют принцип неопределённости в квантовой механике: частицы материи могут существовать в неустойчивой форме, а «закрепляются» в конкретном состоянии только при наблюдении за ними.
Последователь цифровой физики Джон Арчибальд Уилер писал : «Не было бы неразумным представить, что информация находится в ядре физики так же, как в ядре компьютера. Всё из бита. Иными словами, всё сущее - каждая частица, каждое силовое поле, даже сам пространственно-временной континуум - получает свою функцию, свой смысл и, в конечном счёте, само своё существование».
Наша Галактика – Млечный Путь –
принадлежит к так называемым Галактикам спирального типа (S – Галактики),
представляющие собой вращающийся диск из водородного газа, пыли и звёзд с ярко
выраженными спиральными рукавами (рис. 1.6). Это – сложный астрономический
объект, состоящий из ядра, - утолщения в центральной части – балджа (от
английского слова “buldge”), гало и собственно самого диска (рис. 1.7). В
плотном ядре в центре диска находятся, в основном, старые звёзды и в нём нет
газа и пыли. В сердце нашей Галактики находится чёрная дыра (О черных
дырах прекрасно рассказано в книге А.М. Черепащука “Черные дыры”).
Недавно орбитальная рентгеновская обсерватория Chandrа
зафиксировала мощную рентгеновскую вспышку в центре Галактики, что позволило
определить размер чёрной дыры – не более расстояния от Земли до Солнца.
Диск Галактики заполнен газом, пылью и, в основном, молодыми
звёздами. Поперечник диска имеет размер около 30000 парсек (Пк), балджа – 8000 Пк.
В спиральных рукавах диска сосредоточены почти все звёзды и – большая часть
газово-пылевой материи.
Диск окружен сферическим гало. Его размер на порядок
превышает поперечный размер диска. В гало находятся редкие звёзды и скопления
звёзд – кластеры, насчитывающие многие сотни тысяч звёзд. Кроме этого, в Гало
есть тёмная материя
(“dark matter”), которая была идентифицирована по
гравитационным эффектам. Тёмная материя увеличивает массу Галактики, по крайней
мере, в несколько раз.
Солнце – ближайшая к нам звезда – находится в спирали Ориона
на расстоянии ~25000 Пк от центра нашей галактики. Солнце – относительно молодая
звезда – ему 5 миллиардов лет. Млечный путь, по крайней мере, вдвое старше, чем
Солнце: возраст звёздных кластеров может насчитывать 10 миллиардов лет.
Общее число звёзд в диске Галактике – 10 11 (сто
миллиардов). Помимо звёзд Галактика включает и межзвёздную среду. Основным
компонентом межзвёздной среды является межзвёздный газ, состоящий в основном
(~90%) из водорода и межзвёздной пыли (~1%). В составе межзвёздной среды
магнитные поля, электромагнитные излучения. Галактика вращается дифференциально:
на периферии скорость её вращения меньше, чем в центральных областях. Период
обращения нашей Солнечной системы вокруг центра Галактики составляет
приблизительно 200 миллионов лет. Запомним эту цифру. Мы ещё к ней
вернемся.
Средняя плотность межзвёздного вещества в диске оценивается
как 10 -24 г/см 3
(грубо – 1 атом водорода на см 3). Существуют большие отклонения от
этой величины: это – плотные облака, протяжённостью до десятков парсек с
плотностями от 100 до 1000 атомов/см 3 .
Вещество, находящееся в Галактике в атомарном состоянии под
действием ультрафиолетового излучения звёзд ионизируется
(нейтральные атомы “теряют” свои электронные оболочки). Так, например, до
90% водорода составляют его ионы
– протоны.
Масса всей Вселенной, а это – оптически яркие звёзды,
межзвёздная пыль и газ, молекулярные облака, планеты, сосредоточена в протонах и
нейтронах (85% приходится на протоны, а 15% на нейтроны). Нейтроны, будучи
нестабильной частицей, существуют только внутри ядер. Всё это составляет так
называемую барионную материю.
Обратимся теперь к проблеме о количественных соотношениях между
различными формами материи в современной Вселенной. На рис. 1.8 дан ответ на
этот вопрос. Ответ согласно уровню наших знаний на сегодня. Из диаграммы,
приведённой на рис. 1.8, видно, что лишь несколько процентов (около 4 %) состава
Вселенной относится к тому, из чего, как мы полагаем, образован наш мир. Это –
барионная материя. Всё остальное, а это практически 96% - тёмная материя и
тёмная энергия – пока малопонятные для нас материальные субстанции Вселенной. Мы
знаем, что они определённо существуют. Но мы не знаем, что это такое. Мы только
строим гипотезы и пытаемся поставить эксперименты, в надежде доказать их
справедливость. Но факт остаётся – у нас пока нет аргументов в пользу
окончательного выбора гипотезы, объясняющей состав тёмного вещества и тёмной
энергии во Вселенной.
Тёмная энергия, согласно современным воззрениям, - это как
раз та сила, которая заставляет Вселенную расширяться. Если привычная нам
гравитация заставляет тела притягиваться друг к другу, то тёмная энергия –
скорее антигравитация, способствующая разлёту тел во Вселенной. По-видимому,
сразу после Большого взрыва расширение Вселенной происходило с замедлением, но
после этого “тёмная энергия” преодолела гравитацию и вновь началось ускорение –
расширение Вселенной. Это - не гипотеза, a экспериментальный факт, обнаруженный
из излучения красного смещения -
уменьшения яркости далёких сверхновых звёзд: они ярче, чем им следовало бы быть
из картины замедления расширения Вселенной. Эффект “красного смещения” –
регистрируемое наблюдателем увеличение длины волны спектра наблюдаемого
источника (именно поэтому звезды кажутся ярче) – одно из замечательных
экспериментальных астрономических фактов. Космологическое “красное смещение”
наблюдаемых галактик было предсказано А. Эйнштейном и является по сей день одним
из убедительных доказательств расширяющейся Вселенной.
Окунаясь в эпоху ранней космологии, можно вспомнить, что
именно великий А.Эйнштейн, стараясь сохранить
статичность Вселенной, ввёл, ставшей исторической, космологическую константу
-
уравновешивающую силы притяжения небесных тел. Но вслед за открытием “красного
смещения” он вычеркнул константу из своих
уравнений. Видимо, А. Эйнштейн был неправ, отказавшись от неё: Ведь
– это есть та тёмная энергия, которая интригует современных астрофизиков.
Не ясно, повезло или нет человечеству, но оно живёт в период
развития Вселенной, когда тёмная энергия преобладает, способствуя расширению. Но
этот процесс, вероятно, не вечен и через временной отрезок, сопоставимый с
возрастом Вселенной (10-20 миллиардов лет) история может повернуть вспять – наш
мир начнёт сжиматься. Наступит или нет момент Большого Схлопывания –
альтернативы Большого взрыва, безусловно, большой вопрос современной космологии.
Учёные сумели доказать существование расширяющейся Вселенной
– это красное смещение оптического излучения Галактики и реликтовое
электромагнитное излучение – реликтовые фотоны, о которые пойдёт речь ниже.
Возможно, учёным удастся в будущем установить и существование “предвестников”
надвигающегося сжатия Вселенной.
Другой экспериментальный факт – изучение отклонения света от
далёких галактик в гравитационных полях Вселенной привёл астрофизиков к выводу о
существовании скрытой – тёмной материи – где-то вблизи нас. Именно эта тёмная
материя изменяет траектории световых лучей на большую величину, чем это
следовало ожидать в присутствии лишь видимых близлежащих галактик. Учёные
изучили распределение на звёздном небе более 50000 галактик в попытке построить
пространственную модель структуры тёмной материи. Все полученные результаты
неумолимо свидетельствуют в пользу её существования, причём Вселенная – это в
основном и есть тёмная материя. Современные оценки говорят о величине около 80%.
Здесь мы вновь повторим – нам неизвестно, из каких частиц состоит эта тёмная
материи. Учёные лишь предполагают, что она состоит из двух частей: пока
неизвестных каких-то экзотических массивных частиц и физического вакуума
.
Мы ещё вернёмся к этой проблеме, а пока обратимся вновь к привычной
для нас формы вещества, соcтоящей из барионов (протонов и нейтронов) и
электронов – “барионной материи”. О ней мы знаем гораздо больше. Более чем за
столетний период истории развития физики – от открытия элементарных частиц и
строения атома до результатов исследований в этой области, а также в
астрофизике, наука получила в своё распоряжение множество новых результатов о
строении привычного нам вещества.
Астрофизики NASA сделали важное научное открытие – они экспериментально подтвердили инфляционную теорию эволюции Вселенной.
Ученые убеждены, что они "прикоснулись" к событиям примерно 14 000 000 000-летней давности. В продолжении трехлетних непрерывных наблюдений космического фона в микроволновом диапазоне они смогли "поймать" свет, оставшийся(реликтовый) от первых мгновений жизни Вселенной. Данные открытия были совершены при помощи аппарата WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) .
Астрофизики изучают Вселенную в тот момент ее существования, когда ее возраст был около одной триллионной доли секунды, то есть практически сразу же после Большого Взрыва. Именно в этот момент в крошечной Вселенной появились зачатки будущих сотен миллионов галактик, из которых в дальнейшем за сотни миллионов лет сформировались звезды и планеты.
Ведущий постулат инфляционной теории таков: после Большого взрыва (Big Bang), давшего начало нашей Вселенной, она за невероятно короткий отрезок времени - триллионную долю секунды - превратилась из микроскопического объекта в нечто колоссальное, многократно превышающее всю наблюдаемую часть космоса, то есть претерпела инфляцию.
"Полученные результаты свидетельствуют в пользу инфляции", - заявил Чарлз Беннетт (Университет Джонса Гопкинса), сообщивший об открытии. "Поразительно, что мы вообще можем хоть что-то сказать о том, что случилось в первую триллионную долю секунды существования Вселенной", - сказал он.
Судя по всему, в первые триллионные доли секунды после Взрыва скорость расширения Вселенной была выше, чем скорость света и то время, которое прошло с момента расширения Вселенной из размеров нескольких атомов, до устойчивой сферической формы измеряется очень малыми величинами. Впервые данная гипотеза была выдвинута еще в 80-х годах.
"Как нам узнать, что было во Вселенной в моменты ее создания? Космический микроволновой фон - это настоящая сокровищница сведений о прошлом нашей Вселенной. Световое излучение, дошедшее до нас, совершенно точно указывает на факты развития Вселенной", - говорит доктор Гэри Хиншоу, работник космического центра НАСА имени Годдарда.
Сама инфляционная теория существует в нескольких вариантах, рассказывает NewsInfo астроном Николай Николаевич Чугай (Институт Астрономии РАН).
"Полной теории этого не существует, но есть только некие предположения о том, как это происходило. Но есть одно "предсказание", которое следует из того, что квантовые флуктуации (от лат. fluctuatio - колебание; случайные отклонения физических величин от их средних значений на микроскопических масштабах) предсказывают некий спектр возмущений, то есть распределение амплитуды этих возмущений в зависимости от длинны масштаба, на котором это возмущение развивается. Вы можете представить себе на рисунке волнистую линию с разной длинной волнами, и если у вас амплитуда для крупномасштабных одна, а для мелкомасштабных другая - вы говорите, что спектр этих возмущений не плоский", - поясняет Николай Чугай.
Примерно до 1970-х годов 20 века существовала стандартная картина Большого взрыва, в соответствии с которой наша Вселенная возникла из очень плотного горячего состояния. Произошел термоядерный синтез гелия – это одно из подтверждений модели горячей Вселенной. В 1964 году было обнаружено реликтовое (остаточное) излучение, за которое была получена Нобелевская премия. Реликтовое излучение идет к нам от очень далеких областей. В процессе расширения излучение, заполняющее большую Вселенную, остывает.
"Это свойство похоже на то, когда воздушный шарик лопается и становится холодным, - поясняет Николай Чугай. - То же самое происходит, когда спрей из баллона у вас вырывается, и вы можете почувствовать, как баллончик охлаждается".
"Обнаружение этого излучения (оно сейчас холодное – всего 3 градуса) было решающим доказательством горячей фазы Вселенной. Но эта модель не полна, - считает астроном. - Она не объясняет всего. А главное то, что она не объясняет того факта, что Вселенная однородна на всех масштабах. Куда бы мы не посмотрели – мы видим практически одинаковые галактики с одинаковой плотностью этих галактик в единицах объема. Всюду она примерно одинаково устроена. Поскольку эти далекие точки Вселенной не взаимодействуют, то получается странно - с точки зрения физика – как это они не взаимодействуют и друг о друге ничего не знают, условно говоря? И, тем не менее, Вселенная устроена в этих далеких точках одинаково. И это должно означать для физика то, что когда-то эти далекие части Вселенной были в контакте. То есть они были частью целого, в котором распространялись возмущения и эти возмущения сглаживались. То есть когда-то вселенная, которую мы видим сейчас на больших масштабах, была физически единой - сигналы и возмущения из этих далеких точек успевали проходить и размазывать возмущения, которые там возникали".
Сегодня мы как раз и наблюдаем эту однородность в далеких точках Вселенной в противоположных областях неба в качестве совершенно одинаковых по плотности - реликтовое излучение, которое мы наблюдаем абсолютно одинаковой интенсивности и яркости. "Независимо от того, куда вы смотрите", - говорит доктор Чугай.
"А это и обозначает то, что Вселенная была абсолютно однородной – изотропной. Эта начальная инфляционная стадия позволяет "приготовить" такую однородную вселенную. Другое достоинство инфляционной фазы не только, в том, что она приготовила однородную вселенную, но также и в том, что так называемые квантовые флуктуации (возмущение плотности на микроскопических масштабах длины) были связаны с квантовой природой нашего мира (на уровне элементарных частиц)", - заключил Николай Чугай.
Послушайте звуки имитации Большого взрыва.
В статье использованы материалы:
2.Ringside Seat to the Universe"s First Split Second 3.Росиийских сми
В научном мире принято считать, что Вселенная произошла в результате Большого взрыва. Строится данная теория на том, что энергия и материя (основы всего сущего) ранее находились в состоянии сингулярности. Оно, в свою очередь, характеризуется бесконечностью температуры, плотности и давления. Состояние сингулярности само по себе отвергает все известные современному миру законы физики. Ученые считают, что Вселенная возникла из микроскопической частицы, которая в силу неизвестных пока причин пришла в далеком прошлом в нестабильное состояние и взорвалась.
Термин «Большой взрыв» стал применяться с 1949 года после публикации в научно-популярных изданиях работ ученого Ф.Хойла. Сегодня теория «динамической эволюционирующей модели» разработана настолько хорошо, что физики могут описать процессы, происходящие во Вселенной уже через 10 секунд после взрыва микроскопической частицы, положившей начало всему сущему.
Доказательств теории существует несколько. Одним из главных является реликтовое излучение, которое пронизывает всю Вселенную. Оно могло возникнуть, по мнению современных ученых, только в результате Большого взрыва, благодаря взаимодействию микроскопических частиц. Именно реликтовое излучение позволяет узнать о тех временах, когда Вселенная была похожа на пылающее пространство, а звезд, планет и самой галактики не было и в помине. Вторым доказательством рождения всего сущего из Большого взрыва считается космологическое красное смещение, заключающееся в уменьшении частоты излучения. Это подтверждает удаление звезд, галактик от Млечного пути в частности и друг от друга в целом. То есть, свидетельствует о том, что Вселенная расширялась ранее и продолжает это делать до сих пор.
Теория Большого взрыва стала настоящим прорывом в науке. Она позволила ученым ответить на множество вопросов относительно рождения Вселенной. Но одновременно эта теория породила новые загадки. Главная из них заключается в причине самого Большого взрыва. Второй вопрос, на который нет ответа у современной науки - как появилось пространство, время. По мнению некоторых исследователей, они родились вместе с материей, энергией. То есть, являются результатом Большого взрыва. Но тогда получается, что и у времени, пространства должно быть какое-то начало. То есть, некая сущность, постоянно существующая и не зависящая от их показателей, вполне могла положить начало процессам нестабильности в микроскопической частице, породившей Вселенную.
Чем больше исследований проводится в этом направлении, тем больше вопросов возникает у астрофизиков. Ответы на них ждут человечество в будущем.
В наше время существуют две основных «научных» теории возникновения нашей
Вселенной. Согласно Теории стабильного состояния, материя/энергия, пространство
и время существовали всегда. Но тут же возникает логичный вопрос - почему сейчас
никому не удается создать материю и энергию? Это утверждает Первый Закон
Термодинамики, ни одного исключения из которого не удалось обнаружить. Напротив,
все стремится к распаду и разрушению, энергия иссякает, становясь все менее
способной к совершению работы (это называют Вторым Законом Термодинамики).
Бесконечно старая Вселенная должна быть полностью лишена полезной энергии и
каких-либо изменений - достигнуть состояния, называемого тепловой смертью.
Самая популярная теория происхождения Вселенной, поддерживаемая большинством
теоретиков - Теория Большого Взрыва. Подобно библейскому повествованию о
Сотворении она утверждает, что Вселенная возникла внезапно, но это было
случайное событие, случившееся миллиарды лет назад. Оценка возраста Вселенной
последнее время колебалась в пределах 8-20 миллиардов лет; в настоящее время
речь ведется о 12 миллиардах лет.
Теорию Большого Взрыва предложили в 20-х годах нашего века ученые Фридман и Леметр, в сороковых годах ее дополнил и переработал Гамов. Согласно этой теории,
когда-то давным-давно наша Вселенная представляла собой бесконечно малый
сгусток, сверхплотный и раскаленный до немыслимых температур. Это нестабильное
образование внезапно взорвалось, пространство быстро расширилось, а температура
разлетающихся частиц, обладающих высокой энергией, начала снижаться. Примерно
после первого миллиона лет атомы двух самых легких элементов, водорода и гелия,
стали стабильными. Под действием сил притяжения начали концентрироваться облака
материи. В результате сформировались галактики, звезды и другие небесные тела.
Звезды старели, взрывались сверхновые, после чего появлялись более тяжелые
элементы. Они формировали звезды более позднего поколения, такие, как наше
Солнце. В качестве доказательств того, что в свое время произошел Большой Взрыв,
говорят о красном смещении света от объектов, расположенных на больших
расстояниях, и микроволновом фоновом излучении.
Красное смещение
Наблюдаемый спектр элементов, находящихся от нас на очень большом расстоянии, в общем таков же, как и на Земле, но спектральные линии сдвинуты в низкочастотную область - к большей длине волны. Это явление называют красным смещением. Его пытаются объяснить тем, что Земля и объект разлетаются с большой скоростью в разные стороны. Следуя этой теории, если проследить этот процесс в прошлое, все должно было начаться из одной точки - Большого Взрыва.
Вполне возможно, что красное смещение в спектре дальних галактик происходит
из-за того, что они удаляются от нас. Библия говорит о том, что Господь
распростер небеса. Действие этого движения противоположно действию сил
притяжения, что стабилизирует всю систему. Однако если небеса были созданы с
этой «встроенной» кинетической энергией только несколько тысяч лет тому назад,
то при попытке заглянуть в более древнее время мы можем прийти к ложным
заключениям. Положение, сложившееся в обозримой Вселенной к нашему времени может
дать нам некоторое понимание того, что происходило в прошлом, но утверждать
что-либо с полной уверенностью мы не можем.
Еще одно возможное объяснение красного смещения - гравитационное притяжение
света, исходящего от галактики или звезды. Крайним случаем этого эффекта может
быть черная дыра, в которой свет вовсе не может преодолеть гравитационное
притяжение (В соответствии с теорией, черные дыры возникли в результате
гравитационного свертывания (коллапса) старых, истощенных звезд-гигантов. Из-за
особенностей строения и функционирования черных дыр обнаружить их чрезвычайно
трудно. К нынешнему дню мы не можем с уверенностью утверждать, обнаружена ли
хоть одна из них).
Советские ученые предположили, что красное смещение может происходить из-за
снижения со временем скорости света. (Troitskii
, Astrophysics and Space
Science
,
139, (1987) 389). Такой эффект способен породить и фоновое излучение.
Фоновое излучение
Теоретики предположили, что «эхо» первичного Большого Взрыва тоже претерпело
красное смещение, и искать его теперь нужно в микроволновом диапазоне спектра. В
1965 году Пенциас и Уилсон (Penzias, Wilson
) обнаружили микроволновое фоновое
излучение с температурой всего 3° выше абсолютного нуля. Может ли это быть
доказательством большого взрыва?
Фоновое излучение приблизительно в 3°К совершенно одинаково во всех
направлениях, т.е. изотропно. Вселенная состоит из огромных пустых пространств и
гигантских скоплений галактик. Если излучение свидетельствует о прошлом
Вселенной, то оно не должно быть изотропным. Именно из-за этого несоответствия
НАСА послала специальный спутник (COBE) с целью более точного измерения фонового
излучения. И опять-таки оказалось, что излучение совершенно одинаково во всех
направлениях. Однако с помощью многократного компьютерного усиления сигнала
астрономы получили наконец долгожданную анизотропию. Разница температур
составляла миллионные доли градуса. 1 мая 1992 года в журнале Science
была
напечатана статья, в которой сказано, что разница температур «находится намного
ниже уровня шумов измерительных приборов».
Нечто из ничего
Астроном Дэвид Дарлинг (Darling ) в статье в New Scientist (14 сентября 1996 г., с. 49) предостерегает: «Не позволяйте толкователям космологии одурачить вас. У них тоже нет ответов на вопросы - хотя они хорошенько поработали над тем, чтобы убедить всех, и себя в том числе, в том, что им все ясно... На самом же деле объяснение того, как и откуда все началось - до сих пор серьезная проблема. Не помогает даже обращение к квантовой механике. Либо не существовало ничего, с чего все могло бы начаться - ни квантового вакуума, ни прегеометрической пыли, ни времени, в котором могло происходить что-либо, ни каких бы то ни было физических законов, в соответствии с которыми ничто могло превратиться в нечто. Либо же существовало нечто, и в этом случае оно требует объяснения».
Первый Закон, о котором мы уже говорили, гласит: нельзя получить что-либо из
ничего.
Порядок из взрыва? Согласно Второму Закону термодинамики порядок, наблюдаемый в
нашей Солнечной системе, не может быть следствием взрыва. Взрыв не ведет к
порядку. Для того, чтобы получить некий порядок, необходимо введение не только
энергии, но и информации.
Скрытая холодная темная материя
Огромная проблема теории большого взрыва в том, как предполагаемое изначальное
излучение высокой энергии, якобы разлетаясь в разные стороны, могло объединиться
в такие структуры как звезды, галактики и скопления галактик. Такая теория
предполагает наличие дополнительных источников массы, обеспечивающих
соответствующие значения силы притяжения. Эта материя, обнаружить которую так и
не удалось, была названа Холодной Темной Материей (CDM - Cold Dark Matter).
Подсчитали, что для образования галактик необходимо, чтобы такая материя
составляла 95-99% Вселенной. Эта материя сродни новому наряду короля из сказки
Андерсена - все говорят о нем, но никто его не видел. Какие только источники CDM
ни изобретались! М. Хокинс (Hawkins
) в книге Hunting down the Universe
(1997)
предположил, что 99% всей массы Вселенной составляют мини-черные дыры, каждая
размером с двуспальную кровать. Но если эти таинственные черные дырочки
образовались в результате свертывания звезд, как предполагает теория, они вряд
ли бы могли быть причиной образования звезд - звезды образуются только из звезд.
Еще один претендент на потерянный источник притяжения - «извивающиеся полосы
волокнистого вещества, простирающиеся в космосе на миллионы километров, а также
сверхтяжелые сгустки энергии, имеющие форму кренделя» (New Scientist
, 27
сентября 1997 г., с. 30). Имеют ли красные карлики какое-то отношение к искомой
гравитации? Нет, отвечают специалисты по космологии, их слишком мало, и их
плотность не настолько высока. К августу 1997 года были зарегистрированы только
шесть коричневых карликов, вернее, только о шести можно говорить с уверенностью.
30 апреля 1992 года журнал Nature
написал: «Вне области космологии, для которой
они и были изобретены, ни темная материя, ни расширение вселенной не имеют
заслуживающей доверия поддержки».
Утерянная антиматерия
Если материя возникла благодаря излучению высокой энергии, порожденному большим
взрывом, то одновременно с ней должно было образоваться такое же количество антиматерии. Но не образовалось. Если бы это произошло, материя и антиматерия
аннигилировали бы друг друга.
Рождение и смерть звезд
В Библии сказано, что Создатель завершил Свою работу в шесть дней. По теории же
большого взрыва звезды рождаются и умирают попеременно. Считается, что звезды
формируются при сгущении пылевых облаков. Поскольку утверждается, что процесс
этот занимает миллионы лет, никто не видел, как родилась хотя бы одна звезда.
Астрономы могут показать на любую туманность и заявить, что это и есть
протозвезда. Но так ли это? Со временем звезда сгорает и начинает сжиматься
собственной гравитацией. В результате происходит взрыв сверхновой. Подобное
зрелище можно было наблюдать в 1987 году, причем в течении нескольких месяцев. 4
июля 1054 года, согласно китайским летописям, такое же явление наблюдали в том
районе неба, где сейчас находится Крабовидная туманность. Смерть и разрушение
постигнет все существующее, об этом говорит Второй закон термодинамики. Звезды
подразделяются на три основных категории: главная последовательность (как наше
Солнце), красные гиганты и белые карлики. Считается, что звезда за миллионы лет
своей жизни должна пройти все три этих стадии. Диаграммы, отражающие яркость
звезд в зависимости от их температуры, ясно показывают существование трех типов
звезд.
Звезда Сириус - самая яркая из видимых нами звезд и пятая из ближайших к Земле.
Вокруг нее вращается тусклая белая звезда-карлик. Но судя по записям хроник,
всего полторы тысячи лет тому назад эта звезда-спутник была красным гигантом.
Смерть и разрушение звезд, очевидно, процесс не такой уж и медленный.
Размер и возраст Вселенной
Расстояния в космосе оцениваются по постоянной Хаббла, соотносящей расстояние и скорость удаления. То есть, чтобы узнать расстояние, мы используем то же самое расстояние! Говоря о неопределенности значения этой константы, редактор журнала Nature (27 июля 1995 г., с. 291), отметил: «Досадно, что пока сохраняются расхождения, специалисты по космологии не будут знать, как же относиться к таким вопросам, как, например, был ли большой взрыв на самом деле».
Магнитные поля, обнаруженные у Ганимеда, Марса и других планет, не поддаются
объяснению, если исчислять их возраст миллионами лет. Несмотря на то, что вопрос
о времени накоплении пыли на Луне был кардинально пересмотрен, до сих пор не
решена проблема - почему все-таки на Луне так мало пыли? Не решен вопрос и о
нестабильности колец Сатурна.
Антропный принцип
Ядро атома любого химического элемента состоит из протонов и нейтронов. По
величине протоны чуть больше нейтронов. Если бы протон весил на 0,2% больше, он
был бы нестабилен и распался бы на нейтрон, позитрон и нейтрино. В ядре атомов
водорода - один протон, так что если бы протон был нестабилен, не существовали
бы ни звезды, ни вода, ни органические молекулы. Стабильность протона не
является предметом естественного отбора, значит, он должен быть именно таким с
самого начала.
Притягивающая сила гравитации обратно пропорциональна квадрату расстояния R между
массами, точнее - R-2.00000. Если бы это соотношение не было таким сверхточным,
Вселенная не была бы единым целым.
Земля находится от Солнца на расстоянии, оптимальном для существования на нашей
планете жизни. Скорость вращения Земли; ее океаны и атмосфера; Луна; массивный
Юпитер, отклоняющий кометы, угрожающие нашей планете (как комета Шумейкера-Леви)
своим притяжением - все это служит поддержанию жизни на Земле.
Похоже, что и Вселенная, и Солнечная система, и Земля - все это было создано
специально для человека. Наука признает этот факт и называет его антропным
принципом.
То, что Создателя нельзя обнаружить и измерить с помощью научных инструментов,
отнюдь не значит, что Его нет. Но это толкает ученых на поиски альтернативных
объяснений. Один астроном предположил, что наша Вселенная была создана невесть
откуда взявшимися разумными существами! А другой считает, что наша Вселенная -
одна из миллиардов вселенных, единственная, имеющая все условия для
существования жизни...
Разумная Вселенная
Сэр Фред Хойл (Hoyle
), известный астроном, как-то написал: «Картина Вселенной,
образования галактик и звезд, по крайней мере как она предстает в астрономии,
удивительно нечетка, как пейзаж, видимый в тумане... Очевидно, что в изучении
космологии упущен один компонент - тот, что предполагает разумный замысел».
Так был ли большой взрыв? Красное смещение и фоновое излучение не могут служить убедительными доказательствами этому. Законы термодинамики, гравитации и теория информации, тем не менее, дают достаточно однозначный ответ. Никакого взрыва не было.
Д-р Дэвид Роузвер
Dr.David Rosevear. Was there a Big Bang?
Creation Science Movement (UK), Pamphlet 317. Перевод с английского Елена Буклерская.
