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

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».

А БЫЛ ЛИ БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ?

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.

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.

Открываем новую рубрику «Интеллектуальный час» - для тех, кто любит науку. Мы будем рассказывать о том, как устроена Вселенная и какие процессы в ней происходят, о секретах физики и астрофизики, математики, статистики, психологии и философии, об искусственном интеллекте. Если ваш ум радуется от слов «знания», «репрезентативность», «черное тело», «уравнение», «нетранзитивный» и «кванты» - эта рубрика для вас.

Сегодня узнаем чуточку больше о Большом взрыве, реликтовом излучении и инфляции, «раздувании», Вселенной: лектором будет Джон Гриббин, астрофизик из Великобритании, автор научно-популярной литературы о квантовой физике, эволюции, происхождении Вселенной, климатических изменениях и других темах, в том числе недавно вышедшей на русском языке книги «13.8. В поисках истинного возраста Вселенной и теории всего» .

Реликтовое излучение. Начало

Первым спутником Земли, запущенным специально для изучения реликтового излучения еще в 1983 году, стал советский «РЕЛИКТ-1». Он доказал осуществимость подобных миссий, но был недостаточно чувствительным, чтобы подтвердить неоднородность излучения в разных точках неба. А сделать это было необходимо, ведь если излучение действительно было отзвуком Большого взрыва, оно должно хранить следы колебаний ранних дней Вселенной, которая развивалась, порождая галактики, которые мы видим сегодня.

К началу 1980-х годов космологов уже тревожила кажущаяся излишняя равномерность реликтового излучения: вытекавшая из нее плоскостность Вселенной - баланс между расширением и сжатием - казалась слишком идеальной моделью.

Критическая плотность, необходимая для плоскостности Вселенной, должна меняться со временем (она неодинакова для разных космических эпох). Уравнения Эйнштейна говорят нам, что если вселенная рождена из Большого взрыва и ее плотность чуть-чуть больше необходимой для плоской модели, то это отклонение со временем будет возрастать, поскольку наличие излишней материи станет замедлять расширение и поддерживать высокую плотность пространства.

И наоборот, если изначально плотность вселенной чуть меньше критической, эта разница начнет увеличиваться в другую сторону, заставляя материю распределяться все менее и менее плотно. Абсолютная плоскостность - наименее вероятная модель из всех возможных.

Проблема №1, или Еще кое-что о Вселенной

Хотя все и раньше знали об этой проблеме, никто не придавал ей большого значения до тех пор, пока Роберт Дикке и Джим Пиблс, два принстонских исследователя, занимавшихся обнаружением реликтового излучения в середине 1960-х годов, в конце 1970-х не привлекли к ней внимание ученых.

В попытках объяснить плоскостность современной Вселенной, ранее исследователи пришли к выводу, что плотность во время Большого взрыва должна была составлять не более одной квадриллионной (1/10 в 15 степени) от критической плотности для того времени. Было очевидно, что этот показатель может сообщить нам нечто важное о рождении Вселенной, но никто не знал, что именно, - вплоть до 6 декабря 1979 года.

Алан Гут, американский физик и космолог, впервые предложивший идею космической инфляции, молодой исследователь из Корнелльского университета, весной того же года присутствовал на лекции Дикке о проблеме плоской Вселенной. Заинтригованный этой загадкой мироздания, он все время держал ее в голове и старался читать о космологии как можно больше.

Знания о физике частиц стали увязываться в его голове с космологическими данными, и 6 декабря после обсуждения любимой темы с приехавшим из Гарварда Сидни Коулманом его осенило.

Он просидел за рабочим столом до утра и в пятницу, 7 декабря 1979 года, внес в записную книжку под громким заголовком «ПОТРЯСАЮЩЕЕ ПРОЗРЕНИЕ» свое действительно важное открытие.

Он понимал, что натолкнулся на нечто очень важное. Гут понял, что при создании Вселенной в первую долю секунды произошел процесс, называемый нарушением симметрии, и в его рамках - фазовый переход, подобный тому, как пар конденсируется в воду и выделяет энергию. Именно мощное выделение энергии запустило процесс стремительного расширения - Гут назвал его инфляцией, буквально «раздуванием», - закончившийся . (Инфляцию часто включают в понятие Большого взрыва, но важно понимать, что она предшествовала ему.)

Инфляция Вселенной

Как это происходило? Давайте рассмотрим подробнее. В процессе раздувания размер Вселенной увеличивался по экспоненте, удваиваясь каждую 10 в минус 38 степени долю секунды, то есть все в наблюдаемой нами Вселенной «надулось» из некоего первичного состояния в миллиард раз меньше протона до размера баскетбольного мяча примерно за 10 в минус 30 степени секунды (при этой скорости за примерно такой же срок теннисный мячик мог бы увеличиться до размеров видимого космоса). И только тогда произошел Большой взрыв. Эту идею дальше развил американец русского происхождения Андрей Линде и другие исследователи.

Видимая нами Вселенная столь однородна потому, что она образовалась из столь крохотного состояния, в котором не было условий для разницы плотностей.

Эта модель также решает и проблему плоскостности: инфляция уплощает Вселенную таким же образом, как становится плоской поверхность надуваемого шарика или любой другой растущей сферы. Поверхность теннисного мячика, представляющая собой двухмерный объект, обернутый вокруг третьего измерения, явно имеет круглую форму, но если мы надуем его до размеров видимой Вселенной и попытаемся исследовать его поверхность, то никакие измерения не смогут заметить ее отклонение от плоскостности.

То же происходит и с реальной Вселенной, только в трех, а не в двух измерениях (Такая модель также предлагает решение проблемы горизонта, поскольку далеко разнесенные части Вселенной оказываются связанными ранее, но разделенными сверхбыстрым растяжением пространства. Это растяжение происходило в определенном смысле быстрее скорости света, но ничто не может двигаться через пространство быстрее света. Это убедительное доказательство существования инфляции обнаружил Сэндидж, а затем оно было подтверждено наблюдениями.)

Само же первичное состояние в рамках этой модели может объясняться так называемой квантовой флуктуацией - небольшим искажением ткани пространственно-временного континуума, которое не успело исчезнуть и подверглось инфляции.

Квантовые флуктуации и Большой взрыв

В довершение всего во время инфляции в зарождающейся Вселенной возникают новые квантовые флуктуации, которые тоже подвергаются инфляции, оставляя рябь на структуре материи, с которой затем происходит Большой взрыв. Эта рябь, часто именуемая анизотропией, становится зачатком таких структур, как галактики (точнее, скопления и сверхскопления галактик), и она должна была оставить свой след в реликтовом излучении.

Если попытаться отследить историю Вселенной, основываясь на флуктуациях наблюдаемого сегодня излучения, надо ориентироваться на разницу в температуре этого излучения в разных частях неба.

Эта температура составляет примерно одну стотысячную часть, то есть для температуры около 2,7 К колебания составят 土0,00003 К. Если же идти от теории инфляции, можно предсказать, где именно на небе будут видны следы этих «раздутых» квантовых флуктуаций. Инфляция должна была оставить на небосклоне явный отпечаток, если только у нас есть достаточно точные датчики, чтобы уловить его. Неудивительно, что «РЕЛИКТ-1» (кстати, «РЕЛИКТ-2» так и не был запущен) не сумел зафиксировать эти тончайшие отклонения. Но уже у следующего спутника, запущенного для изучения реликтового излучения, были более чувствительные датчики.

Еще больше об Вселенной, определении ее возраста и реликтовом излучении Джон Гриббин рассказывает в своей книге: детально и без лишних упрощений.

P.S. Если вы любите науку, присоединяйтесь к сообществам МИФ.Научпоп в