Как образовалась Вселенная
Что же такое Вселенная? Если емко, то это сумма всего существующего. Это все время, пространство, материя и энергия, образовавшиеся и расширяющиеся вот уже 13.8 миллиардов лет. Никто не может точно сказать, насколько обширны просторы нашего мира и пока нет точных предсказаний финала.
Определение Вселенной
Само слово «Вселенная» происходит от латинского «universum». Впервые его использовал Цицерон, а уже после него оно стало общепринятым у римских авторов. Понятие обозначало мир и космос. На тот момент люди в этих словах видели Землю, все известные живые существа, Луну, Солнце, планеты (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн) и звезды.
Иногда вместо «Вселенная» используют «космос», которое с греческого переводится как «мир». Кроме того, среди терминов фигурировали «природа» и «все».
В современном понятии вмещают все, что существует во Вселенной – наша система, Млечный Путь и прочие структуры. Также сюда входят все виды энергии, пространство-время и физические законы.
Одним из основных вопросов, которые не выходят из сознания человека, всегда был и является вопрос: «как появилась Вселенная?». Конечно же, однозначного ответа на данный вопрос нет, и вряд ли будет получен в скором времени, однако наука работает в этом направлении и формирует некую теоретическую модель зарождения нашей Вселенной.
Теории происхождения Вселенной
Креационизм: все создал Господь Бог
Среди всех теорий о происхождении Вселенной эта появилась самой первой. Очень хорошая и удобная версия, которая, пожалуй, будет иметь актуальность всегда. Кстати, многие ученые физики, несмотря на то что наука и религия часто представляются понятиями противоположными, верили в Бога.
Например, Альберт Эйнштейн говорил:
«Каждый серьезный естествоиспытатель должен быть каким-то образом человеком религиозным. Иначе он не способен себе представить, что те невероятно тонкие взаимозависимости, которые он наблюдает, выдуманы не им.»
Теория Большого Взрыва (модель горячей Вселенной)
Пожалуй, самая распространенная и наиболее признанная модель происхождения нашей Вселенной. Отвечает на вопрос — каким образом образовались химические элементы и почему распространённость их именно такая, какая сейчас наблюдается.
Согласно этой теории, около 14 миллиардов назад, пространства и времени не было, а вся масса вселенной была сосредоточена в крохотной точке с невероятной плотностью – в сингулярности. Однажды из-за возникшей в ней неоднородности, произошел так называемый Большой Взрыв. И с тех пор Вселенная постоянно расширяется и остывает.
Теория Большого взрыв
Первые 10 -43 секунды после Большого Взрыва называют этапом квантового хаоса. Природа мироздания на этом этапе существования не поддается описанию в рамках известной нам физики. Происходит распад непрерывного единого пространства-времени на кванты.
Спустя 10 000 лет энергия вещества постепенно превосходит энергию излучения и происходит их разделения. Вещество начинает доминировать над излучением, возникает реликтовый фон.
Теория Большого Взрыва тверже встала на ноги после открытия космологического красного смещения и реликтового излучения. Два этих явления — самые весомые доводы в пользу правильности теории.
Также разделение вещества с излучением значительно усилило изначальные неоднородности в распределении вещества, в результате чего начали образовываться галактики и сверхгалактики. Законны Вселенной пришли к тому виду, в котором мы наблюдаем их сегодня.
Модель расширяющейся Вселенной
Сейчас доподлинно известно, что Галактики и иные космические объекты удаляются друг от друга, а значит, Вселенная расширяется.
Модель расширяющейся Вселенной описывает сам факт расширения. В общем случае не рассматривается, когда и почему Вселенная начала расширяться. В основе большинства моделей лежит общая теория относительности и её геометрический взгляд на природу гравитации.
Красное смещение – это наблюдаемое для далеких источников понижение частот излучения, которое объясняется отдалением источников (галактик, квазаров) друг от друга. Данный факт свидетельствует о том, что Вселенная расширяется.
Реликтовое излучение – это как бы отголоски большого взрыва. Ранее Вселенная представляла собой горячую плазму, которая постепенно остывала. Еще с тех далеких времен во Вселенной остались так называемые блуждающие фотоны, которые образуют фоновое космическое излучение. Ранее при более высоких температурах Вселенной данное излучение было гораздо мощнее. Сейчас же его спектр соответствует спектру излучения абсолютно твердого тела с температурой всего 2,7 Кельвин.
Теория эволюции крупномасштабных структур
Как показывают данные по реликтовому фону, в момент отделения излучения от вещества Вселенная была фактически однородна, флуктуации вещества были крайне малыми, и это представляет собой значительную проблему.
Вторая проблема — ячеистая структура сверхскоплений галактик и одновременно сфероподобная — у скоплений меньших размеров. Любая теория, пытающаяся объяснить происхождение крупномасштабной структуры Вселенной, в обязательном порядке должна решить эти две проблемы.
Современная теория формирования крупномасштабной структуры, как впрочем и отдельных галактик, носит названия «иерархическая теория».
Суть — вначале галактики были небольшие по размеру (примерно как Магеллановы облака ), но со временем они сливаются, образуя всё большие галактики.
В последнее время верность теории поставлена под вопрос.
Теория струн
Эта гипотеза в некоторой степени опровергает Большой взрыв в качестве начального момента возникновения элементов открытого космоса.
Согласно теории струн, Вселенная существовала всегда. Гипотеза описывает взаимодействие и структуру материи, где существует определенный набор частиц, которые делятся на кварки, бозоны и лептоны. Говоря простым языком, эти элементы являются основой мироздания, поскольку их размер настолько мал, что деление на другие составляющие стало невозможным.
Отличительной чертой теории о том, как образовалась Вселенная, становится утверждение о вышеупомянутых частицах, которые представляют собой ультрамикроскопические струны, которые постоянно колеблются. Поодиночке они не имеют материальной формы, являясь энергией, которая в совокупности создает все физические элементы космоса.
Примером в данной ситуации послужит огонь: глядя на него, он кажется материей, однако он неосязаем.
Хаотическая теория инфляции — теория Андрея Линде
Согласно данной теории существует некоторое скалярное поле, которое неоднородно во всем своем объеме. То есть в различных областях вселенной скалярное поле имеет разное значение. Тогда в областях, где поле слабое – ничего не происходит, в то время как области с сильных полем начинают расширяться (инфляция) за счет его энергии, образуя при этом новые вселенные.
Такой сценарий подразумевает существование множества миров, возникших неодновременно и имеющих свой набор элементарных частиц, а, следовательно, и законов природы.
Теория Ли Смолина
Эта теория достаточно известна и предполагает, что Большой Взрыв не является началом существования Вселенной, а – лишь фазовым переходом между двумя ее состояниями. Так как до Большого Взрыва Вселенная существовала в форме космологической сингулярности, близкой по своей природе к сингулярности черной дыры, Смолин предполагает, что Вселенная могла возникнуть из черной дыры.
Эволюция Вселенной
Как происходил процесс развития и эволюции Вселенной? В течение следующих миллиардов лет гравитация заставила более плотные области притягиваться. В этом процессе формировались газовые облака, звезды, галактические структуры и прочие небесные объекты.
Этот период именуют Структурной Эпохой, так как именно в этот временной отрезок зарождалась современная Вселенная. Видимое вещество распределялось на различные формирования (звезды в галактики, а те в скопления и сверхскопления).
Что было до появления Вселенной
Сложно представить время за 13,7 миллиардов лет до сегодняшнего дня, когда вся Вселенная представляла собой сингулярность. Согласно теории Большого взрыва, один из главных претендентов на роль объяснения того, откуда появилась Вселенная и вся материя в космосе — все было сжато в точку, меньшую, чем субатомная частица. Но если это еще можно принять, задумайтесь вот о чем: что же было до того, как случился Большой взрыв?
Этот вопрос современной космологии уходит корнями еще в четвертое столетие нашей эры. 1600 лет назад теолог Августин Блаженный как и один из лучших физиков 20 века Альберт Эйнштейн пытались понять природу до сотворения Вселенной. Они пришли к выводу , что просто не было никакого «до».
В настоящее время человеком выдвигаются различные теории.
Теория Мультивселенной
Что если наша Вселенная является потомком другой, старшей Вселенной? Некоторые астрофизики полагают, что пролить свет на эту историю поможет реликтовое излучение, оставшееся от большого взрыва.
Согласно этой теории, в первые мгновения своего существования Вселенная начала чрезвычайно быстро расширяться. Также теория объясняет температуру и плотность флуктуаций реликтового излучения и подсказывает, что эти флуктуации должны быть одинаковыми.
Но, как выяснилось, нет. Последние исследования дали понять, что Вселенная на самом деле однобока, и в некоторых областях флуктуаций больше, чем в других. Некоторые космологи считают, что это наблюдение подтверждает, что у нашей Вселенной была «мать»(!)
В теории хаотической инфляции эта идея приобретает размах: бесконечный прогресс инфляционных пузырьков порождает обилие вселенных, и каждая из них порождает еще больше инфляционных пузырьков в огромном количестве Мультивселенных.
Теория белых и черных дыр
Тем не менее, существуют модели, которыми пытаются объяснить образование сингулярности до большого взрыва. Если вы думаете о черных дырах как о гигантских мусоросборниках, они являются главными кандидатами первоначального сжатия, поэтому наша расширяющаяся Вселенная вполне может быть белой дырой — выходным отверстием черной дыры, и каждая черная дыра в нашей Вселенной может вмещать в себя отдельную вселенную.
Большой скачок
Другие ученые считают, что в основе формирования сингулярности лежит цикл под названием «большой скачок», в результате которого расширяющаяся вселенная в итоге коллапсирует сама в себя, порождая другую сингулярность, которая, опять же, порождает другой большой взрыв.
Этот процесс будет вечным, и все сингулярности и все схлопывания не будут представлять собой ничего другого, кроме как переход в другую фазу существования Вселенной.
Теория циклической Вселенной
Последнее объяснение, которое мы рассмотрим, использует идею циклической Вселенной, порожденной теорией струн. Она предполагает, что новая материя и потоки энергии появляются каждые триллионы лет, когда две мембраны или браны, лежащие за пределами наших измерений, сталкиваются между собой.
Что было до Большого взрыва? Вопрос остается открытым. Может быть, ничего. Может, другая Вселенная или другая версия нашей. Может, океан Вселенных, в каждой из которых — свой набор законов и констант, диктующих природу физической реальности.
Проблемы современных моделей рождения и эволюции Вселенной
Многие теории, касающиеся Вселенной в последнее время сталкиваются с проблемами, как теоретического, так и, что более важно, наблюдательного характера:
- Вопрос о форме Вселенной является важным открытым вопросом космологии. Говоря математическим языком, перед нами стоит проблема поиска трёхмерного пространственного сечения Вселенной, то есть такой фигуры, которая наилучшим образом представляет пространственный аспект Вселенной.
- Неизвестно, является ли Вселенная глобально пространственно плоской, то есть применимы ли законы Евклидовой геометрии на самых больших масштабах.
- Также неизвестно, является ли Вселенная односвязной или многосвязной. Согласно стандартной модели расширения, Вселенная не имеет пространственных границ, но может быть пространственно конечна.
- Существуют предположения, что Вселенная изначально родилась вращающейся. Классическим представлением о зарождении является идея об изотропности Большого взрыва, то есть о распространении энергии одинаково во все стороны. Однако появилась и получила некоторое подтверждение конкурирующая гипотеза о наличии изначального момента вращения Вселенной.
Видео
Источник
3. БЫЛО ЛИ У ВСЕЛЕННОЙ НАЧАЛО?
(С точки зрения астрофизика)
Есть люди, которые с недоверием относятся к умозрительным рассуждениям. Им подавай естественнонаучные доказательства. Поэтому будет уместно подкрепить логические аргументы двумя научными фактами.
Мы узнали их благодаря удивительным открытиям. сделанным за последние 50 лет в одной из наиболее интересных и быстро развивающихся областей науки: астрономии (точнее – астрофизике). О темпах этого развития говорят такие факты: если в 1935 году в журнале «Астрофизикэл джоркэл» было опубликовано 54 научных статьи, то в 1975 году – 734. Открытия, одно крупнее другого, следовали с поразительной быстротой. И сегодня уже мало кто из учёных сомневается в том, что Вселенная имела начало. Это даст нам право утверждать: идея Вселенной, обладающей абсолютным началом, соответствует не только логике, но и научно установленным фактам.
Расширение Вселенной
Вплоть до двадцатых годов учёные считали, что Вселенная в целом статична и никуда не движется. Но в 1929 году астроном Эдвин Хаббл заметил, что свет далёких галактик несколько краснее ожидаемого. Это привело его к выводу, что свет звёзд потому смещается, в красную сторону спектра, что они удаляются от нас Что Вселенная расширяется, иначе говоря.
Но вот что интересно: Хаббл доказал не только то, что Вселенная расширяется, но и то, что она расширяется одинаково во всех направлениях. Чтобы понять, как это происходит, вообразите воздушный шарик с нарисованными на нем точками. Вы надеваете шарик – и точки раздвигаются все дальше и дальше. Эти точки можно уподобить галактикам в космическом пространстве. Все тела во Вселенной разбегаются друг от друга. Таким образом, взаимное положение объектов во Вселенной не меняется – меняются только расстояния:
Если А, В и С – три галактики, то по мере расширения Вселенной они будут расходиться всё дальше и дальше друг от друга, хотя их взаимоположение будет оставаться прежним
Поразительное значение этого факта состоит вот в чем В прошлом существовал момент, когда вся Вселенная бы га сосредоточена в одной точке Чем дальше идти в прошлое, тем плотнее становится Вселенная. И в конечном счёте мы достигнем точки бесконечной плотности, откуда Вселенная начала разбегаться. Это первоначальное событие получило название «Большой Взрыв»
Когда же произошёл этот взрыв9 Точные подсчеты вдалось провести лишь недавно В шести статьях, опубликованных в 1974–75 годах, знаменитые астрономы Сендидж и Тамманн вычислили, что «Большой Взрыв» произошёл примерно 15 миллиардов лет назад. 30
Четыре всемирно известных астронома описывают это так:
Вселенная началась с состояния бесконечной плотности В момент этого события были созданы пространство и время, равно как и вся материя во Вселенной Бессмысленно спрашивать, что происходило до «Большого Взрыва» – это было бы сродни вопросу о том, что находится к северу от северного полюса Аналогичным образом, лишен смысла вопрос – где это случилось Вселенная-точка не была изолированным в пространстве объектом – это была вся Вселенная, и единственно возможный ответ состоит в том, что «Большой Взрыв» произошел везде 31
Это событие, положившее начало Вселенной, изумит нас еще более, когда мы поймем, что состояние «бесконечной плотности» равнозначно понятию «ничто». Ни один предмет не обладает бесконечной плотностью: ибо если у него есть хоть какой-то объем, он уже не бесконечно плотен 32 Следовательно, указывает астроном Фред Хойл, теория «Большого Взрыва» требует создания материи из ничего Потому что углубляясь в прошлое, мы достигаем момента, когда, по словам Хойла, Вселенная «съёживается до полного несуществования». 33
Таким образом, согласно теории «Большого Взрыва», Вселенная имела начало и сотворена из ничего.
Идея возникновения Вселенной из ничего устраивает далеко не всех. Для атеистического сознания это слишком уж похоже на христианское учение о сотворении мира. Но если отвергнуть модель (гипотезу) «Большого Взрыва», остаются лишь два варианта: модель стационарного состояния и модель пульсирующей Вселенной. Давайте их вкратце рассмотрим.
Согласно модели стационарного состояния, Вселенная никогда не имела начала и всегда пребывала в одном и том же состоянии. Эта модель (выдвинутая в 1948 году) никогда не отличалась убедительностью. Согласно историку науки С. Яки, эта гипотеза так и не была подтверждена «ни единым экспериментальным доказательством». 34 Она всегда пыталась скорее замять факты, чем объяснить их. По мнению Яки, авторы этой теории на самом деле руководствовались «откровенно антибогостовскими, даже точнее – антихристианскими побуждениями». 35
Серьёзный удар этой гипотезе был нанесён подсчётом галактик, излучающих радиоволны. Он показал, что в прошлом было больше источников радиоволн, чем сегодня. Так что Вселенная оказывается не статичной.
Но последний гвоздь в гроб теории стационарного состояния был забит в 1965 году: когда А. Пензиас и Р. Уилсон обнаружили, что вся Вселенная заполнена радиоволнами миллиметрового диапазона. Это так называемое реликтовое излучение указывает на то, что Вселенная некогда пребывала в сверхгорячем и сверхплотном состоянии. Но гипотезе стационарного состояния это противоречит: ведь она утверждает, что Вселенная извечно была одной и той же. Модель стационарного состояния отвергнута сейчас практически всеми. Айвэн Кинг отметил:
Теория стационарного состояния к настоящему времени похоронена, в результате строгих наблюдении за изменением Вселенной во времени. 36
Ну, а гипотеза пульсирующей Вселенной? Вот как описывает эту модель Джон Гриббин:
Самая крупная проблема в теории происхождения Вселенной путём «Большого Взрыва» носит философский, и даже богословский характер: что же было до этого взрыва? Одной только этой проблемы хватило для возникновения нужды в теории стационарного состояния. Но поскольку сегодня эта теория пребывает в печальном конфликте с результатами наблюдении, то исходную проблему легче было бы решить с помощью модели, по которой Вселенная расширяется, затем вновь сбегается, и так без конца. 37
По этой модели Вселенная напоминает пружину, которая вечно растягивается и сжимается.
За последние несколько лет было доказано, что эта модель в основных чертах несостоятельна. Весь вопрос здесь в том, „открыта» Вселенная или „замкнута». Если она „замкнута», разбегание достигнет определённого предела, а затем сила тяготения вновь стянет всё вместе. Но если Вселенная „открыта», то разбегание никогда не прекратится и будет продолжаться вечно.
Ясно, что если Вселенная „открыта», то „пульсирующая» модель неадекватна: ведь в этом случае Вселенная никогда не сожмётся вспять. О чём же говорят научные факты?
Основным фактором здесь является плотность Вселенной. Согласно научным оценкам, если в среднем по Вселенной на кубический метр приходится по три атома водорода, – то Вселенная замкнута. Казалось бы, немного, но следует помнить, что Вселенная – это в основном пустое пространство.
Позвольте мне не углубляться в подробности того, как учёные измеряют плотность Вселенной, а просто привести их выводы. 38 Согласно научным данным, для того, чтобы Вселенная была замкнутой, ей следует быть в десять раз плотнее, чем она есть. 39 Поэтому Вселенная несомненно открыта.
Вот заключения, к которым пришёл Аллан Сендидж:
1) Вселенная открыта;
2) её расширение необратимо;
3) Вселенная возникла лишь однажды, и её расширение никогда не прекратится. 40
Таким образом, факты исключают модель пульсирования, потому что для неё нужна замкнутая Вселенная. Но чтобы подкрепить мой аргумент, позвольте мне добавить, что модель пульсирующей Вселенной есть лишь теоретическая, а не реальная, возможность. Вот что пишет Б. Тинзли из Йельского университета:
… Хотя математики и пишут, что Вселенная пульсирует, не существует физической модели для превращения сжатия в новое расширение. Физика, судя по всему, говорит, что сами такие гипотезы – начнутся большим взрывом, сначала разбегутся, потом съёжатся, и конец. 41
Таким образом. Вселенная не может вечно пульсировать. Поэтому подобная модель невозможна вдвойне.
Итак, научные факты, относящиеся к расширению Вселенной, указывают на абсолютное начало Вселенной около 15 миллиардов лет назад; и как модель стационарного состояния, так и модель пульсирующей Вселенной противоречат результатам космологических наблюдений. Мы вновь приходим к заключению: Вселенная имела начало.
Второй закон термодинамики
Согласно второму закону (началу) термодинамики, процессы, происходящие в замкнутой системе, всегда стремятся к равновесному состоянию. (Иными словами, если нет постоянного притока энергии в систему, идущие в системе процессы стремятся к затуханию и прекращению.)
Например, если бы у меня был баллон с вакуумом внутри, и я поместил бы туда какое-то количество молекул газа, этот газ распределился бы внутри баллона равномерно. Практически невозможно, чтобы молекулы, к примеру, собрались в одном конце баллона и там оставались. Для литрового баллона газа вероятность того, что вместо 100% объёма газ заполнит лишь 99,99%, составляет 1:(1010)20.
Тогда понятно, почему воздух в комнате никогда не разделяется внезапно на кислород в одном углу и азот в другом. По той же причине вы, ступая в ванну, находите её приятно тёплой, а не заледеневшей в одном конце и кипящей в другом. Очевидно, что жизнь без второго закона термодинамики была бы невозможна.
Теперь такой вопрос: что происходит, когда действие этого закона распространяется на Вселенную в целом? Вселенная – гигантская замкнутая система, поскольку в ней содержится всё существующее, и вне её ничего нет. 42 Это, видимо, означает, что, по прошествии достаточного времени, все процессы во Вселенной замедлятся и постепенно прекратятся. Настанет так называемая «тепловая смерть Вселенной», когда никакие дальнейшие перемены не будут возможны. Вселенная будет мертва.
Учёные признают два варианта тепловой смерти. Если Вселенная замкнута, то она погибнет «горячей» смертью.
Вот как описывает это состояние Б. Тинзли:
Если средняя плотность материи во Вселенной достаточно высока, взаимное гравитационное притяжение между телами постепенно замедлит расширение и остановит его. Потом Вселенная сожмётся в раскалённый огненный шар. Нам неизвестен никакой физический механизм, который мог бы обратить вспять это катастрофическое «большое сжатие». Ясно, что если Вселенная достаточно уплотнится, ей не избежать горячей смерти. 43
Таким образом, если Вселенная замкнута, то её ожидает огненная гибель, после которой она уже не воскреснет.
Но как мы видели, более вероятно, что Вселенная «открыта». Вот как описывает Б. Тинзли конец такой Вселенной:
Если плотность Вселенной невелика, её гибель будет холодной. Она будет вечно расширяться – всё медленнее и медленнее. Весь галактический газ превратится в звёзды, а звёзды догорят. Наше Солнце станет холодным мёртвым куском шлака, парящим среди трупов других звёзд среди всё более одинокого Млечного Пути. 44
В конечном счёте везде установится равновесие, и вся Вселенная достигнет конечного состояния, исключающего возможность любых перемен.
Следующий вопрос: если Вселенной, по прошествии достаточного времени, предстоит тепловая смерть, то почему же, если она существует вечно, она не мертва уже сейчас? Если Вселенная не имела начала, она уже должна пребывать в состоянии равновесия, вся полезная энергия должна быть израсходована.
Если я слышу, как тикает мой заводной будильник (что, уверяю вас, не так уж трудно), то знаю, что в какой-то момент в недавнем прошлом он был заведён и с тех пор идёт, раскручивая пружину. Вселенной движет тот же принцип. Поскольку её пружина ещё раскручивается, то справедливо изречение одного озадаченного учёного. «Каким-то образом Вселенная должна была быть заведена!» 45
Некоторые учёные пытались избежать такого вывода. Они предположили, что Вселенная пульсирует взад-вперёд – вечно, никогда не достигая состояния окончательного равновесия.
Я уже отмечал, что подобная модель Вселенной невозможна физически. Но даже если бы она и была возможна, термодинамические свойства такой модели всё равно требуют того самого начала Вселенной, которого пытаются избежать её авторы.
Дело вот в чём. Как отмечает ряд учёных – каждый раз, когда (по этой модели) Вселенная расширяется, она должна расшириться несколько больше, чей в предыдущий раз. Если рассмотреть прошлые разбегания, можно обнаружить, что чем глубже в прошлое, тем они меньше.
Таким образом, по словам выдающихся советских физиков из Института прикладной математики АН СССР, «мультицикловая модель даёт бесконечное будущее, но лишь конечное прошлое». 46 Другой автор оказывает на то, что модель пульсирующей Вселенной всё же требует точки её происхождения перед самым малым циклом. 47
Таким образом, какую модель ни выбирай: замкнутую, открытую или пульсирующую, – из второго закона термодинамики следует, что Вселенная имела начало.
Против этого аргумента существуют два традиционных возражения. 48
Первое: «Аргумент недействителен, если Вселенная бесконечна». На это есть два ответа:
1) Реально бесконечная Вселенная влечёт за собой все противоречащие здравому смыслу парадоксы, связанные с существованием актуально бесконечного в реальном мире. Поэтому реально бесконечную Вселенную невозможно себе представить. Это вдвойне справедливо для модели «Большого Взрыва», ибо это потребует от нас допущения Вселенной с плотностью, близкой к бесконечной (по мере продвижения в прошлое) и которая в то же время остаётся бесконечной по размерам!
Часто утверждают, что если Вселенная «открыта», она не может не быть бесконечной. Но такое мнение не учитывает всех вариантов, допускаемых топологией пространства-времени.
Если пространство-время седловидно, то это действительно требует открытой и бесконечной Вселенной. Но если пространство-время имеет форму тора («бублика»), то Вселенная может быть и открытой, и в то же время конечной. Поскольку эти различные теоретические модели равно возможны, точнее принять ту модель, которая не чревата противными здравому смыслу парадоксами (связанными с существованием актуальной бесконечности).
2) Даже если Вселенная бесконечна, она всё равно придёт в состояние равновесия. Как объяснил мне в письме профессор Лондонского университета, если каждая конечная область Вселенной придёт в равновесие, то придёт в равновесие и вся Вселенная. 49 Это будет справедливым даже для бесконечного числа конечных участков. Ведь если каждая доска забора – зеленеет, то зелёным станет и весь забор, даже если число досок в нём бесконечно. Поскольку каждую конечную область во Вселенной постигнет тепловая смерть, то же самое произойдёт и со всей Вселенной.
Другое возражение: нынешнее состояние Вселенной – «нетипичное для неё, это только флуктуация, т. е. крохотное отклонение от общего состояния равновесия. Иными словами, ныне наблюдаемые энергетические процессы можно сравнить с мелкой рябью на поверхности пруда, в целом спокойного.
Такое возражение чудовищно искажает все пропорции и масштабы.
Флуктуации, известные физикам, настолько малы, что могут иметь хоть какое-то значение лишь для систем, состоящих из нескольких атомов, не больше. В равновесной вселенной обнаружить флуктуации будет практически невозможно. 50 График, представляющий флуктуации в такой вселенной, будет неотличим от прямой линии.
Итак: поскольку существующая ныне Вселенная равновесной не является, то что же из этого следует?
Согласно английскому учёному П. Девису, Вселенная, совершенно очевидно, была создана конечное время назад и находится сейчас в процессе достижения равновесия. 51 По его словам, нынешнее неравновесное состояние не может быть отклонением от предыдущего состояния равновесия, поскольку до момента своего создания Вселенная просто не существовала. Таким образом, заключает Девис, энергия Вселенной была «попросту заложена в ней при создании, в качестве начального условия» 52
Итоги по первому шагу
Мы установили, что термодинамические соображения говорят в пользу начальности Вселенной и что традиционные возражения против этого несостоятельны. Поскольку Вселенная, существующая вечно, не могла бы находиться в нынешнем неравновесном состоянии, мы обязаны, уже в четвёртый раз, прийти к выводу, что она имела начало.
Итак, мы нашли два научных подтверждения начальности Вселенной: разбегание её, плюс тот факт, что её до сих пор не постигла тепловая смерть.
В свете этих фактов, в сочетании с двумя изложенными выше логическими аргументами, можно считать доказанным ответ на наш первый вопрос (см. схему на стр. 28): да. Вселенная имела начало.
Allan Sandage and G. A. Tammsnn. «Steps Toward the Hub-bie Constant. I-VI,» Aslroph^sis-al Journal 190 (;974), pp. 525–538; 191 (1974) pp. 603–621, 194 (197^, pp 223–243 559–568; 196 (1975), pp. 313–328. 197 (1975,». pp. 265–280.
J Richard Gott III, James E. Gunn, David N. Schramm, Beatnce M. Tinsiey, »Will the Universe Expand Forever?» Scientific American, Marcn,!976, p. 65, «Ari Unbound Universe?» Astroph: – sical Journal. 194 (1974), pp 543–553.
Иногда в научно-популярной литературе ошибочно утверждается, что «чёрные дыры» обладают бесконечной плотностью. Я читал статьи в ж; риалах к7аим> и «Ридерз дайджест», где говорилось, чти «черные дыры» имеют бесконечную плотность, и поэтом) представляют собой в буквальном смысле ничто. Так например, автор статьи в «Тайме», именующий «чёрные дыры» «пакетами ничего». Пишет: «Материя, сформировавшая дыру, давно исчезла, подобно Чеширскому хоту из Страны чудес Лчисы оставив лишь бестелесную ухмылку своего тяготения» Боюсь, что автор недопонял следующее место из «Британской энциклопедии». «Через установившееся таким образом интенсивное гравитационное поле свет не может пробиться, и звезда фашически исчезает из Вселенной Остаётся лишь её тяготение, подобно улыбке Чеширского кота в «Алисе в Стране чудес», и если бы космический путешественник наткнутся на одну из этих «чёрных дыр», его тоже втянуло бы в невидимую сердцевину, где он и исчез бы навеки». «Чёрная дыра» получила своё название потому, что её интенсивная гравитация втягивает даже свет, так что ничего не видно, но сам объект никуда не исчезает. Этот невидимый теперь объект может быть даже довольно большим – в этом случае его плотность будет сравнительно невелика, и уж никак не бесконечна.
Fred Hoyle, Astronomy and. Cosmology: A Modem Course (San Franciscö W. H. Freeman & Co., 1975), p. 658.
StanleyL. Jaki, Science and Creation (Edinburgh and London: Scottish Academic Press, 1974), p. 347.
Ivan R. King, The Universe Unfolding (San Franciscö W. H. Freeman & Co., 1976), p. 462.
John Gribbin, «Oscillating Universe Bounces Back,» Nature 259 (1976), p. 15.
Хороший обобщающий материал можно найти в статье Готта и др. (см. примеч. 31).
J. Richard Gott III and Martin J. Rees, «A Theory of Galaxy Formation and Clustering,» Astronomy and Astrophysics 45 (1975), pp. 365–376; S. Michael Small, «The Scale of Galaxy Clustering and the Mean Matter Density of the Universe,» Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 172 (1975), pp 23p-26p.
Sandage and Tammann, «Steps Toward the Hubble Constant. VI.,» p. 276; Allan Sandage, «The Redshift Distance Relation. VIII.,» Astrophysical Journal. 202 (1975), pp. 563–582.
Beatrice M. Tinsiey, personal letter.
Здесь я не имею в виду, что Вселенная замкнута в космологическом смысле (что её расширение сменится сжатием). Я имею в виду, что в неё не поступает энергия извне. Таким образом, в одном смысле Вселенная замкнута (т. е. представляет собой изолированную систему), но в другом смысле открыта (эта открытость обусловлена величиной плотности). Не будем путать понятия замкнутости и открытости в термодинамическом смысле с теми же понятиями, характеризующими космоюгическую модель.
Beatrice M. Tinslev, «From Big Bang to Eternity?» Natural History Magazine, October, 1975, p. 103.
Richard Schlegel, «Time and Thermodynamics, «in The Voices of Time. ed, J. T. Fraser (London: Penguin Press, 1968), p. 511.
I. D. Novikov and Ya. B. Zeidovich, «Physical Processes Near Cosmological Singularities,» Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 11 (1973), pp. 401,402. P. С. W. Davies, The Physics of Time Assymetry (London: Surrey University Press, 1974), p. 188. P. T. Landsberg and D. Park, «Entropy in an Oscillating Universe,» Proceedings of the Royal Society of London, A346 (1975), pp. 485–495.
Gribbin, «Oscillating Universe,» p. 16.
R. G. Swinburne, Space and Time (London: Macmillan, 1968), p. 304; Adolf Grunbaum, Philosophical Problems of Space and Time. 2nd ed., Boston Studies in the Philosophy of Science, vol. 12 (Dordrecht, Holland and Boston: D. Reidel Publishing Co.. 1973), p. 262.
P. С. W. Davies, personal letter.
P. J. Zwart, About Time (Amsterdam and Oxford: North Holland Publishing Co., 1976), pp. 117–119.
Davies, Physics, p. 104.
Источник: Самое начало : (Происхождение Вселенной и существование Бога) / Уильям Крейг; Авториз. пер. с англ. А. Цветкова. — [Репринт. изд.]. — М. : КПЦ «Тонар» Сов. фонда милосердия и здоровья, 1990. — 73 с.
Поделиться ссылкой на выделенное
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»
Источник