Какое начало было у вселенной

Как, вообще, возникла наша Вселенная? На этот вопрос по-разному отвечают мате-риалисты и теологи. А наш век породил удивительное явление — научный креационизм, попытку научного доказательства акта творения Вселенной и нас с вами в результате целенаправленного действия высших сил.

Вплоть до 1920-х годов ученые считали, что Вселенная в целом статична и никуда не движется. Но в 1929 году астроном Эдвин Хаббл заметил, что свет далеких галактик несколько краснее ожидаемого. Это привело его к выводу, что свет звезд потому смещается в красную сторону спектра, что они удаляются от нас, а Вселенная расширяется.

Считается, что в прошлом существовал момент, когда вся Вселенная была сосредоточена в одной точке бесконечной плотности, откуда и начала разбегаться. Это первоначальное событие получило название «Большой Взрыв». Знаменитые астрономы Сендидж и Тамманн вычислили, что «Большой Взрыв» произошел примерно 15 миллиардов лет назад. В момент этого события зародились пространство и время, равно как и вся материя во Вселенной.

Принято считать, что Вселенная имеет «бесконечную плотность», но ни один предмет не обладает бесконечной плотностью: ибо если у него есть хоть какой-то объем, он уже не бесконечно плотен. Следовательно, указывает астроном Фред Хойл, теория «Большого Взрыва» требует создания материи из ничего. Таким образом, согласно теории «Большого Взрыва», Вселенная имела начало и сотворена из ничего.

Идея возникновения Вселенной из ничего устраивает далеко не всех. Но если отвергнуть модель (гипотезу) «Большого Взрыва», остаются лишь два варианта: модель стационарного состояния и модель пульсирующей Вселенной.

Согласно модели стационарного состояния, Вселенная никогда не имела начала и всегда пребывала в одном и том же состоянии, но она так и не была подтверждена ни единым экспериментальным доказательством. А в 1965 году ученые А. Пензиас и Р. Уилсон обнаружили, что вся Вселенная омывается фоновым микроволновым излучением. Эта фоновая радиация 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.

Ну, а гипотеза пульсирующей Вселенной? Вот как описывает эту модель Джон Гриббин: «Вселенная расширяется, затем вновь сбегается, и так без конца». По этой модели Вселенная напоминает пружину, которая вечно растягивается и сжимается.

Но за последние несколько лет и эта модель была в основных чертах опровергнута. Весь вопрос здесь в том, «открыта» Вселенная или «закрыта». Если она «закрыта», разбегание достигнет определенного предела, а затем сила тяготения вновь стянет все вместе. Но если Вселенная «открыта», то разбегание никогда не прекратится и будет продолжаться вечно.

Ясно, что если Вселенная «открыта», то модель пульсирования ложна: ведь в этом случае Вселенная никогда не сбежится вспять. А если она «закрыта», ей следует быть гораздо плотнее, чем она есть. Поэтому Вселенная несомненно открыта. Таким образом, факты исключают модель пульсирования, потому что для нее нужна закрытая Вселенная.

Итак, научные факты, относящиеся к расширению Вселенной, указывают на абсолютное начало Вселенной около 15 миллиардов лет назад. И так как модель стацио-нарного состояния и модель пульсирующей Вселенной противоречат фактам космологических наблюдений, мы вновь приходим к заключению: Вселенная имела начало.

Второй закон термодинамики

Согласно второму закону 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).

Возникает вопрос: что происходит, когда действие этого закона распространяется на Вселенную в целом? Получается, что по прошествии достаточного времени, все процессы в ней замедлятся и постепенно прекратятся. Настанет так называемая «тепловая смерть Вселенной», она будет мертва.

Ученые признают два варианта тепловой смерти. Если Вселенная «закрыта», 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, а Вселенная сожмется в раскаленный огненный шар. Таким образом, если Вселенная закрыта, то ее 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, ее гибель будет холодной. Она будет вечно расширяться — все медленнее и медленнее. Весь галактический газ превратится в звезды, а звезды догорят. Солнце станет холодным мертвым куском шлака, парящим среди трупов других звезд и все более одинокого Млечного Пути». В конечном счете, 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, если она существует вечно, не мертва уже сейчас?

Некоторые ученые предположили, что Вселенная пульсирует взад-вперед, никогда не достигая состояния окончательного равновесия. Но подобная модель Вселенной невозможна физически. Как отмечает ряд ученых — каждый раз, когда (по этой модели) Вселенная расширяется, она должна расширяться несколько больше, чем в предыдущий раз, но если рассмотреть прошлые разбегания, можно обнаружить, что, чем глубже в прошлое, тем разбегания меньше. Таким образом, «мультицикловая» модель дает бесконечное будущее, но конечное прошлое.

Следовательно, какую модель ни выбирай: закрытую, открытую или пульсирующую — из второго закона термодинамики следует, что Вселенная имела начало. Против этого аргумента существуют два традиционных возражения.

Первое: «аргумент недействителен, если Вселенная бесконечна». На это есть два ответа.

1. Реально бесконечная Вселенная влечет за собой все противоречащие здравому смыслу парадоксы, связанные с существованием реально бесконечного. Поэтому реально бесконечную Вселенную невозможно себе представить.

2. Даже если Вселенная бесконечна, она все равно придет в состояние равновесия. Потому, что если каждая конечная область Вселенной придет в равновесие, то придет в равновесие и вся Вселенная, а если каждую конечную область во Вселенной постигнет тепловая смерть, то же самое произойдет и со всей Вселенной.

Итак поскольку существующая ныне Вселенная равновесной не является, то что же из этого следует?

Согласно английскому ученому П. Девису, Вселенная была создана конечное время назад и находится сейчас в процессе достижения равновесия. Таким образом, заключает Девис, энергия Вселенной была «попросту заложена в ней при создании, в качестве начального условия». Следовательно, мы установили, что термодинамические соображения говорят в пользу начальности Вселенной.

Итак, мы нашли два подтверждения начальности Вселенной: ее разбегание и тот факт, что ее 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: да, Вселенная имела начало.

Сознательная причина Вселенной

Итак, если Вселенная имела начало, то одно из двух: либо ее появление было вызвано какой-то причиной, либо нет.

Возникает вопрос, во что легче поверить: в сверхъестественного Творца Вселенной — или в такую Вселенную, которая либо возникла без причины и из ничего, либо вообще не возникала, а существовала всегда. В любом случае — мы полагаемся не только на то, в какой вариант легче поверить. Ведь мы уже видели, что как философские, так и естественнонаучные аргументы указывают на начальность Вселенной.

К сожалению, человек науки, по замечанию Альберта Эйнштейна, — плохой философ. Такие следствия, похоже, либо ускользают от внимания большинства ученых, либо не интересуют их. Поскольку нет никакой информации о том, что предшествовало «Большому Взрыву», ученые попросту игнорируют этот вопрос. Так например, Ф. Хойл, замечает: «В современной космологии ответа на этот вопрос искать не принято — считается, что и сам вопрос и ответ на него выходят за рамки научных поисков». А сама модель «Большого Взрыва» описывает обстоятельства возникновения Вселенной, но не может их объяснить.

Таким образом, наука самоустраняется от ответа на важнейший из всех вопросов: откуда возникла Вселенная? Научные факты лишь указывают на существование начальной точки Вселенной — и все. Конечно, как естествоиспытатели мы имеем право на этом остановиться и от дальнейших изысканий отказаться. Но как мыслящие существа — не обязаны ли мы шагнуть дальше, копнуть глубже, доискаться причины возникновения Вселенной?

Шаг третий (и последний)

Поняв, что Вселенная имела начало и что у такого события должна быть причина, мы сделали первые два шага. И прежде чем перейти к третьему, нам надо мимоходом ответить на один вспомогательный вопрос: была эта причина вечной — или сама имела начало?

Разумеется, если время и пространство возникли вместе с материальной Вселенной, то все, что существовало до этого, и, следовательно, до (точнее — вне) времени, будет вечным уже по самому определению. Это наводит нас на подозрение, что причина возникновения Вселенной должна быть вечной.

Допустим, что эта причина не вечна. Значит, она возникла в какой-то момент до появления Вселенной. Однако в этом случае именно ее возникновение и надо считать самым первым событием. Тогда мы снова будем искать причину — уже этого события. Но ведь так не может продолжаться вечно. Почему? Да потому, что, как нам уже известно, ряд событий, не имеющий начала, не может существовать.

Вывод один: причина существования материального мира — вечна, она существует без начала. Но тогда перед нами проблема: если причина существования Вселенной вечна, то как сам материальный мир может быть не вечным?

Я вижу лишь один выход из этой проблемы: допустить, что причина эта является сознательной и создает Вселенную во времени по Своему выбору. То есть существует Творец, принявший решение создать Вселенную. Вот поэтому и существует мир, имеющий начало. При этом причина получается вечной, а следствие — нет. И тогда нам уже ничто не мешает назвать этого сознательного Творца Вселенной — словом «Бог».

По материалам статьи Уильяма Крейга

Источник

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