Теория Большого взрыва

Глава 3. Проблемы теории Большого взрыва 

      Теория  Большого взрыва захватывает воображение  и мало кого оставляет равнодушным. Создается впечатление, что, она основана на фактическом материале и подкреплена математическими выкладками и поэтому большинству людей она кажется более приемлемой, чем религиозное объяснение возникновения Вселенной. Однако, по мнению ряда ученых-космологов рассматриваемая теория является лишь последней из целого ряда попыток объяснить зарождение Вселенной с позиций физического мировоззрения, согласно которому мир представляет собой порождение материи, функционирующей в строгом соответствии с законами физики.

      Попытки ученых создать такую физическую модель происхождения Вселенной основываются на трех аксиомах: все явления природы могут быть полностью объяснены физическими законами, выраженными в математической форме; эти физические законы универсальны и не зависят от времени и места; все основные законы природы просты. Большинство людей принимают эти постулаты как нечто само собой разумеющееся, но на самом деле никто и никогда не мог доказать их истинности. И более, доказать их справедливость непросто. Поэтому нельзя исключать, что в основе Вселенной лежат принципиально иные законы, не поддающиеся простому математическому описанию. Если допустить, что наша Вселенная бесконечно сложна, то нужно признать, что человеку с его ограниченным умом, знаниями и возможностями будет очень трудно понять ее структуру.

      Следует признать возможность того, что представления  ученых о том, что физические законы открытые ими в лабораториях, на Земле, действуют во всей Вселенной  и на всех этапах ее эволюции, мягко  говоря, необоснованны. С одной стороны  без таких допущений не может обойтись ни одна попытка объяснения происхождения Вселенной, ведь мы не можем вернуться на миллиарды лет назад и получить прямую информацию о зарождении нашей Вселенной. С другой стороны, многие ученые признают рискованность переноса наших весьма ограниченных знаний на мироздание в целом.

      Первой  проблемой является понятие «сингулярности». Профессор радиоастрономии Манчестерского университета Б. Лоувел писал о сингулярности  следующее: «В попытке физически  описать исходное состояние Вселенной мы натыкаемся на препятствие. Вопрос в том, является ли это препятствие преодолимым. Может все наши попытки научно описать исходное состояние Вселенной, заранее обречены на неудачу? Этот вопрос, а также концептуальные трудности, связанные с описанием сингулярной точки в исходный момент времени, являются одной из основных проблем современной научной мысли».

      На  сегодняшний день это препятствие  не смогли преодолеть даже самые выдающиеся ученые, разрабатывающие теорию Большого взрыва. Таким образом, данная теория сталкивается с непреодолимыми проблемами буквально с самого начала, в большинстве научно-популярных изложений теории большого взрыва сложности, связанные с исходной сингулярностью либо замалчиваются, либо упоминаются вскользь. В специальных же статьях ученые признают их главным препятствием.

      Если  какая-либо модель Вселенной постулирует  сингулярность, это, несомненно, создает  большие теоретические трудности. Пытаясь уйти от ответа на вопросы, касающиеся сингулярности, ученые предложили теорию так называемой «Бесконечно пульсирующей Вселенной». В соответствии с этой теорией, Вселенная расширяется, а затем сжимается до сингулярности, затем вновь расширяется и снова сжимается. Эта теория, на первый взгляд, снимает вопрос о происхождении Вселенной – у нее нет начала и конца, она существует вечно. Но до сих пор никто не смог удовлетворительно объяснить механизм пульсирования.

      Физик А. Гут из Массачусетского технологического института предложил свою теорию Большого взрыва, которая объясняет  спонтанное возникновение этой организации, устраняя необходимость искусственно вводить точные параметры в уравнения, описывающие исходное состояние Вселенной. Его модель была названа «инфляционной Вселенной». Суть ее в том, что внутри быстро расширяющейся, перегретой Вселенной небольшой участок пространства охлаждается и начинает расширяться быстрее, подобно тому, как переохлажденная вода стремительно замерзает, расширяясь при этом. Эта фаза быстрого расширения позволяет устранить некоторые проблемы, присущие стандартной теории Большого взрыва. Однако и эта модель не лишена недостатков и основным является то, что для того, чтобы уравнения Гута правильно описывали инфляционную Вселенную, ему пришлось очень точно задать исходные параметры для своих уравнений.  Все современные космологические теории опираются не только на классическую физику, но и на квантовую механику, которые принципиально отличается друг от друга. Если классическая физика занимается описанием поведения материальных объектов, то квантовая механика сосредоточена только на математическом описании процессов наблюдения и измерения. Таким образом, вещественная материальная реальность исчезает из ее поля зрения. В квантовой механике наряду с объектом и инструментами исследования третьим элементом анализируемой картины становится наблюдатель. Поэтому применение квантовой механики для описания Вселенной сопряжено с трудностями, ведь по определению все наблюдатели являются частью Вселенной и лишены возможности быть сторонним наблюдателем. В попытке сформулировать версию квантовой механики, которая не нуждается в постороннем наблюдателе, известный физик Дж. Уилер предложил модель, в соответствии с которой Вселенная постоянно расщепляется на бесконечное количество копий. Каждая параллельная Вселенная имеет своих наблюдателей, которые видят данный конкретный набор квантовых альтернатив, и все эти Вселенные реальны. 
 

Глава 4. Судьба вечно расширяющейся Вселенной

     Если  наша Вселенная будет неограниченно  расширяться - а об этом свидетельствуют  почти все данные наблюдений, - то что ее ожидает в будущем? По мере расширения пространства материя становится все более разреженной, галактики и скопления все более удаляются друг от друга, а температура фонового излучения неуклонно приближается к абсолютному нулю. Со временем все звезды завершат свой жизненный цикл и превратятся либо в белых карликов, остывающих до состояния холодных черных карликов, либо в нейтронные звезды или черные дыры. Эра светящегося вещества закончится, и темные массы вещества, элементарных частиц и холодного излучения будут бессмысленно разлетаться в непрерывно разрежающейся пустоте.

     Впрочем, черные дыры не останутся без работы. Имея на то достаточно времени, черные дыры поглотят огромное количество вещества Вселенной.

     Дж. Б. Берроу из Оксфордского университета и Ф. Типлер из Калифорнийского университета нарисовали такую картину отдаленного будущего неограниченно расширяющейся вселенной. Даже внутри старой нейтронной звезды сохраняется еще достаточно энергии, чтобы время от времени сообщать частицам, находящимся вблизи ее поверхности, скорость, превышающую скорость убегания; предполагается, что в результате этого через достаточно продолжительное время все вещество нейтронной звезды должно испариться. Распадутся и черные дыры, вызвав рождение частиц и античастиц. По мнению Берроу и Типлера, если запас энергии во Вселенной достаточен только для того, чтобы обеспечить ее неограниченное расширение, то эффект электрического притяжения в электронно-позитронных парах перевесит и гравитационное притяжение, и общее расширение Вселенной как целого; поэтому за конечное время все электроны проаннигилируют со всеми позитронами. В конечном итоге последней стадией существования материи окажутся не разлетающиеся холодные темные тела или черные дыры, а безбрежное море разреженного излучения, остывающего до конечной, повсюду одинаковой, температуры.

     Второе  начало термодинамики предсказывает, что конец Эволюции Вселенной  наступит, когда выровняется температура ее вещества - так как тепло передается от более теплых тел к более холодным, различие их температур со временем сглаживается и совершение работы становится невозможным. Эта мысль о «тепловой смерти» Вселенной была высказана еще в 1854г. Германом Гельмгольцем (1821-1894). Небезынтересно отметить, что наше современное представление о неограниченно расширяющейся Вселенной вместе с концепцией квантового излучения черных дыр, которая основана на аналогии между гравитацией и термодинамикой, по существу, привела к выводам, сделанным Гельмгольцем.

     Мы  не знаем с определенностью, каков должен быть исход противоборства расширения Вселенной и гравитационного притяжения ее вещества. Если победит тяготение, Вселенная когда-нибудь сколлапсирует в процессе Большого сжатия, которое может оказаться либо концом ее существования, либо прелюдией к новому циклу расширения. Если же силы тяготения проиграют сражение, то расширение будет продолжаться неограниченно долго, но тем не менее гравитация будет играть существенную роль в определении окончательного состояния вещества Вселенной: станет ли оно безбрежным морем однородного излучения или же будет рассеиваться множеством темных холодных масс.

     Так неужели, же Вселенная обречена на вечное расширение? Пока все данные говорят именно об этом, хотя нельзя без боли думать о превращении нашего удивительного и сложного мира в бесформенную темную пустоту. По-видимому, многим была бы больше по душе пульсирующая модель, дающая надежду на возрождение пусть не живых существ, но по крайней мере таких привычных нам вещей, как вещество и излучение. Однако, что бы мы ни предпринимал», это не изменит судьбу космоса. 

Заключение

      Вселенная развивается и в наше время. В  спиральных  галактиках рождаются  и умирают звезды. Вселенная продолжает расширятся…

     Хотя  академик Я.Б. Зельдович не сомневался в правильности теории Большого взрыва, и в ее пользу говорит целый ряд научных фактов, расчетов и гипотез, некоторые ученые скептически относятся к данной теории. В основе их аргументации лежат факты и вопросы, не нашедшие своего освещения в теории Большого взрыва:

      Во-первых, теория Большого взрыва не дает ответов на следующие вопросы: Что заставило вещество Вселенной расширяться? Что происходило до начала расширения? Конечны ли пространство и масса?

      Во-вторых, несмотря на то, что теория Большого взрыва основывается на общей теории относительности, она допускает разбегание некоторых частиц со скоростями, превышающими скорости света.

      В-третьих, довольно абстрактно и вольно рассматриваются  такие сложные вопросы, как границы  и открытость Вселенной, евклидова  и неевклидова модель Вселенной.

      В- четвертых, не находят веского фактического подтверждения существование таких  частиц как гипероны и мезоны, которые  по теоретическим выкладкам «удобно» вписываются в существующую теорию.

      Основное  же замечание состоит в том, что  все методы анализа, исследования, выдвижение теорий и гипотез осуществляется при высокой степени допущений. Такая степень допущений не позволительна для такой глобальной теории, как теория Большого взрыва.

      В целом же знаний имеющихся в распоряжении человечества недостаточно для окончательного рассмотрения эволюции Вселенной, данный вопрос требует дальнейших серьезных исследований и научных открытий.

      Вселенная - это всё существующее. От мельчайших пылинок и атомов до огромных скоплений вещества звездных миров и звездных систем.

Список  использованных источников и литературы

1. Воронцов-Вельяминов Б.А. Вселенная / Б.А. Воронцов-Вельяминов. - Москва: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1974. - 254 c.
2. Демин В.Н. Тайны Вселенной / В.Н.Демин. – Москва: Наука, 1998. - 480 с.
3. Рузавин Г. И. Концепции современного естествознания:  учебник для вузов / Г.И. Рузавин. – Москва: ЮНИТИ, 1997. – 288с.
4. Нарликар Дж. Неистовая Вселенная / Нарликар Дж. – Москва: Мир, 1985. - 256 с.
5. Казютинский В.В. Вселенная, Астрономия, Философия / В.В. Казютинский. - Москва: Знание, 1972. - 356 с.
6. Кесарев В.В. Эволюция вещества во вселенной / В.В.Кесарев. - Москва: Атомиздат, 1989.  - 246c.
7. Комаров В.Н. Увлекательная астрономия / В.Н.Комаров. – Москва: Наука, 1968. - 435 c.
8. Левитан Е.П. Эволюционирующая Вселенная / Е.П.Левитан. - Москва: Просвещение, 1993. - 405c.
9. Левитан С.П. Астрономия / С.П.Левитан. – Москва: Просвещение, 1994. -  327c.
10. Николсон И. Тяготение, чёрные дыры и Вселенная  / И.Николсон. – Москва: Мир, 1983. - 240 с.
11. Новиков И.Д. Черные дыры и Вселенная /И.Д.Новиков. – Москва:  Молодая гвардия, 1985. – 188с.
12. Новиков И.Д. Эволюция Вселенной / И.Д.Новиков. – Москва: Наука, 1993. - 425c.
13. Силк Дж. Большой взрыв : Рождение и эволюция Вселенной / Пер. с англ. А. Г. Полнарева; Под ред. И. Д. Новикова. - Москва: Мир, 1982. - 391 с.