теория большого взрыва физика

В середине 20-х годов прошлого столетия американский астроном Э. Хаббл установил, что расстояния между галактиками в известной части Вселенной непрерывно увеличиваются, словно галактики разбегаются друг от друга. В Хаббла и его коллег стало складываться впечатление, что многие миллиарды лет назад (в наши дни говорят о 15 - 20000000000) вещество Вселенной была сосредоточена в каком-то очень малом объеме с фантастически большой плотностью, на много порядков превосходя плотность вещества внутри атомного ядра.

Внезапно - по причинам, о которых строятся самые разнообразные предположения, - произошло то, что сегодня называют Большим Взрывом, и с розлитаючих «осколков» первичного сгустка стали образовываться звезды, галактики и все вещество окружающего нас мира. Взрыв сгустка сопровождался огромными температурами, о чем свидетельствует реликтовое (остаточное) излучение, открытое в 1965 году американскими астрофизиками А. Пензиасом и Р. Вильсоном. Реликтовое излучение - это отблеск той миллиардной градусной жары, которая пронизывала Вселенная в первые мгновения его расширения.

Самое удивительное, что за несколько лет до открытия Хаббла, в 1922 году, контуры растущего Вселенной уже были намечены в расчетах Петербургского математика и физика А. А. Фридмана. Основываясь на общей теории относительности, завершенной А. Эйнштейном в 1916 году, Фридман доказал, что в далеком прошлом произошел взрыв самого пространства, после которого мир стал расширяться, «разбухать», если бы «выделяя из себя пространство» в каждой своей точке вместе с расширением пространства разлеталась и вещество, которое и наблюдал Хаббл по так называемом красному смещению в спектрах галактик.

Этот взрыв пространства и сгусток сверхплотной праречовины, содержащийся в нем, принято иногда называть «началом мира» или «рождением Вселенной », Поскольку то, что было до этого события, имело совсем другие, трудно мнимые свойства. Впрочем, теория говорит нам, что применительно к Большого Взрыва понятиями «до» и «после» или «раньше» и «позже» следует пользоваться осторожно: за мгновение до начала взрыва не было никакого времени в нашем привычном понимании, а сгусток праречовины был в столько раз меньше сантиметра, во сколько атом меньше видимой нами части Вселенной. По сути - безразмерная точка! Наш мир как «вынырнул» из какого-то неизвестного нам состояния.

Правда, когда говорят, что все это произошло 15 - 20000000000 лет назад, предполагают неизменность свойств времени, его ритма. Это время жизни Вселенной по нашим часами. Но если бы мы могли оказаться в нем в первые мгновения его расширения, часы наши шли бы иначе, а следовательно, иной была бы и продолжительность измеряемого по ним существования Вселенной. У самого же «начала мира» время, пожалуй, вообще распался бы на отдельные кванты и вопрос о продолжительности любых процессов потеряло бы всякий смысл. Для описания тех явлений нужны совсем другие понятия.

Картина Вселенной, который рождается «с точки» и расширяется была настолько неожиданной и столь противоречила укоренившимся представлениям, что большинство ученых отнеслась к ней с недоверием.

За свою долгую историю люди придумали много научных и ненаучных (религиозных, сказочных) объяснений природы. Разница между ними в том, что все научные идеи, даже самые странные и удивительные, можно проверить в эксперименте или в наблюдениях, а ненаучные проверить нельзя. Это не значит, что в науке все строго обосновано и доказано. Далеко не все! В ней всегда присутствует и интуитивный элемент веры - предположение, основанное на обобщении уже проверенного опытом знания. Любая наука начинается с аксиом и гипотез - первичных, логично недоказанных положений, получаемых путем прямого обобщения опытных данных. Это особенно заметно в новых, еще не сложившихся ее разделах.

С течением времени, под воздействием эксперимента и теоретического анализа, многие из основанных на интуитивной вере гипотез и предположений отмирают, остаются только самые важные. Но совсем избавиться интуитивного элемента нельзя. Да и не нужно. Как это ни парадоксально, но без веры наука развиваться не может, одной логики для нее недостаточно. Однако в отличие от религиозной эта вера подвергается испытанию экспериментом и с течением времени или отвергается как ошибочное, или прочно входит в структуру науки.

Именно эксперимент и наблюдения постепенно убедили ученых: теория Вселенной, точнее всего описывает пространственно-временную структуру нашего мира. Бывшая, стационарная модель мироздания с неизменным, инертным пространством, в которое, как в ящик, вложено все материальное содержание мира, оказалась применимой только для сравнительно небольших и не очень от нас отдаленных временных интервалов. В масштабе же миллиардов лет нельзя не учитывать эволюцию мира. И уже совсем непригодна стационарная модель у самого «начала мира», когда за незначительные доли секунды Вселенная менялся основательно, чем за миллиарды лет дальнейшего развития.

Сегодня фридманивська модель расширения Вселенной стала общепринятой. Но это не значит, что нам все в этом расширении понятно. По-прежнему остается загадкой сам «механизм» рождения мира. Почему произошел «первичный взрыв»? Что послужило причиной? Об этом не знали во времена Фридмана, не знают точно и сейчас. Можно лишь утверждать, что материя не могла возникнуть «из ничего» и рождению «нашего мира» предшествовали какие-то другие его состояния. Утверждать, помня о том (подчеркнем еще раз), что понятие «предшествовать» или «следовать» для таких особых состояний материи не имеют того смысла, который в них обычно вкладывают. Мы пользуемся терминами, возникли внутри сформированного мира для объяснения происходящих именно в данном мире, а не за его пределами.

Область «начала мира» - предмет нового научного направления квантовой космологии. Направление это еще только создается, пока можно строить лишь грубые модели. Вот, например, теория относительности предсказывает существование в космосе «черных дыр» - объектов с такой огромной силой притяжения , Что она удерживает даже свет, испускаемый ими. Эти дыры засасывают окружающее вещество; в принципе в них может провалиться даже целая вселенная. Можно предположить, что в природе существуют объекты с противоположными свойствами - «белые дыры», которые выбрасывают из себя вещество, так сказать, «черные дыры» наизнанку. Тогда рождения нашей Вселенной можно рассматривать как образование «белой дыры».

Другая модель основана на идее, что свойства пространства и времени в ультрамалых масштабах совсем не такие, как в масштабе обычном Мы привыкли к тому, что мир имеет четыре измерения - длину, ширину, высоту и время. Глубоко же в микромире пространство-время может иметь гораздо больше измерений, причем тех, к которым мы привыкли, среди них может и не оказаться. Ведь нет, например, на плоскости третьего измерения - высоты ... Можно сказать, что материя находится там вне времени и пространства, а точнее - в пространственно-временных измерениях, которых в окружающем мире нет. По каким-то причинам, допустим по причине случайных флуктуаций (колебаний) физических процессов, происходящих в праматерии, появились известные нам сегодня пространственно-временные измерения. Иначе говоря, материя «вынырнула» в «нашем пространстве», быстро раздвигая его границы. Можно ли говорить в этом случае о рождении или о начале мира (а тем более о его создании)? Мир перешел из одного состояния в другое, вот и все.

Повторяем, это грубые модели. В них пока нет экспериментальных оснований, они содержат еще немало загадок и белых пятен. Но именно из таких моделей и рождаются в конце концов хорошо обоснованные теории.

Продолжение следует.

Автор: В. Барашенков