Задачей современной астрономии является не только объяснение данных астрономических наблюдений, но и изучение эволюции Вселенной (от лат. evolution - - развертывание, развитие). Эти вопросы рассматривает космология – наиболее интенсивно развивающаяся область астрономии.
Изучение эволюции Вселенной основано на следующем:
· Универсальные физические законы считаются действующими во всей Вселенной.
· Выводы из результатов астрономических наблюдений признаются распространимыми на всю Вселенную.
· Истинными признаются только те выводы, которые не противоречат возможности существования самого наблюдателя, т. е. человека (антропный принцип).
При изучении Вселенной невозможно провести эмпирическую проверку результатов исследования, поэтому выводы космологии называют не законами, а моделями происхождения и развития Вселенной .
Модель (от лат. modulus – образец, норма)– это схема определенного фрагмента природной или социальной реальности (оригинала), возможный вариант его объяснения. В процессе развития науки старая модель заменяется новой моделью.
В основе современной космологии лежит эволюционный подход к вопросам возникновения и развития Вселенной, в соответствии с которым разработана модель расширяющейся Вселенной.
Ключевой предпосылкой создания модели эволюционирующей расширяющейся Вселенной послужила общая теория относительности А. Энштейна. Объектом теории относительности выступают физические события. Физические события характеризуют понятия пространства, времени, материи, движения , которые в теории относительности рассматриваются в единстве . Исходя из единства материи, пространства и времени следует, что с исчезновением материи исчезли бы и пространство, и время. Таким образом, до образования Вселенной не было ни пространства, ни времени. Эйнштейн вывел фундаментальные уравнения, связывающие распределение материи с геометрическими свойствами пространства, с ходом времени и на их основе в 1917 г. разработал статистическую модель Вселенной.
Согласно этой модели Вселенная обладает следующими свойствами:
· однородностью , т. е. имеет одинаковые свойства во всех точках;
· изотропностью, т. е. имеет одинаковые свойства по всем направлениям.
Из теории относительности следует, что искривленное пространство не может быть стационарным: оно должно или расширяться, или сужаться. Таким образом, Вселенная обладает еще одним свойством – нестационарностью . Впервые вывод о нестационарности Вселенной сделал А.А. Фридман, российский физик и математик, в 1922 г.
В 1929 г. американский астроном Эдвин Хаббл открыл так называемое «красное смещение».
Красное смещение – это понижение частот электромагнитного излучения: в видимой части спектра линии смещаются к его красному концу.
Сущность этого явления заключается в следующем: при удалении от нас какого-либо источника колебаний, воспринимаемая нами частота колебаний уменьшается, а длина волны, соответственно, увеличивается, поэтому при излучении происходит «покраснение», т. е. линии спектра сдвигаются в сторону более длинных красных волн. Э. Хаббл исследовал спектры дальних галактик и установил, что их спектральные линии смещены в сторону красных линий, что означает «разбегание» галактик. Последующие исследования показали: галактики с большой скоростью удаляются не только от наблюдателя, но и друг от друга. При этом скорость «разбегания» галактик, исчисляемая десятками тысяч километров в секунду, прямо пропорциональна расстоянию между ними. Так был установлен факт расширения Вселенной.
На основе результатов проведенных исследований Э. Хаббл сформулировал важный для космологии закон (закон Хаббла ):
Это означает, что Вселенная нестационарна: она находится в состоянии постоянного расширения.
Из положения о том, что Вселенная в настоящее время находится в состоянии расширения, ученые, оперируя математическими моделями, пришли к заключению, что когда-то, в далеком прошлом, она должна была находиться в сжатом состоянии. Расчеты показали, что 13–15 млрд. лет назад материя нашей Вселенной была сконцентрирована в необычайно малом объеме, около 10 -33 см 3 , и имела огромную плотность -- 10 93 г/см 3 при температуре 10 27 К. Следовательно, начальное состояние Вселенной – так называемая «сингулярная точка» -- характеризуется практически бесконечными плотностью и кривизной пространства, сверхвысокой температурой. Полагают, что наблюдаемая сейчас Вселенная возникла благодаря гигантскому взрыву этой исходной космической материи – Большому Взрыву Вселенной . Представление о Большом Взрыве является составной частью модели расширяющейся Вселенной. Концепция Большого Взрыва, логично объясняя многие моменты эволюции Вселенной, не отвечает на вопрос, из чего же она возникла. Эту задачу решает теория инфляции.
Теория инфляции, или теория раздувающейся Вселенной , возникла не в противовес, а в дополнение и развитие концепции Большого Взрыва. Как следует из этой теории, Вселенная возникла из ничего . «Ничего» в научной терминологии называется вакуумом . В соответствии с современными научными представлениями в вакууме отсутствуют физические частицы, поля и волны. Однако в нем имеются виртуальные частицы, которые рождаются за счет энергии вакуума и тут же исчезают. Когда вакуум по какой-то причине в некоторой точке возбудился и вышел из состояния равновесия, то виртуальные частицы стали захватывать энергию без отдачи и превращаться в реальные частицы. Этот период зарождения Вселенной и называют фазой раздувания (или инфляции). В фазе инфляции пространство нашей Вселенной увеличивается от миллиардной доли размера протона до нескольких сантиметров. Такое расширение в 10 50 раз больше, чем предполагалось в концепции Большого Взрыва. К концу фазы раздувания Вселенной образовалось огромное множество реальных частиц вместе со связанной ими энергией.
При разрушении возбужденного вакуума высвободилась гигантская энергия излучения, а некая суперсила сжала частицы в сверхплотную материю. Из-за необычайно высокой температуры и огромного давления Вселенная продолжала раздувание, но теперь уже с ускорением. В итоге сверхплотная и сверхгорячая материя взорвалась. В момент Большого Взрыва тепловая энергия превращается в механическую и гравитационную энергии масс. Это означает, что Вселенная рождается в соответствии с законом сохранения энергии.
Таким образом, основная идея теории инфляции состоит в том, что Вселенная на ранних стадиях своего возникновения имела неустойчивое вакуумоподобное состояние с большой плотностью энергии. Эта энергия, как и исходная материя, возникла из квантового вакуума, то есть из ничего. Объясняя происхождение Вселенной из возбужденного вакуума, теория инфляции пытается решить одну из основных проблем мироздания – проблему возникновения всего (Вселенной) из ничего (из вакуума).
В середине ХХ в. формулируется концепция горячей Вселенной . Согласно данной концепции, на ранних этапах расширения, вскоре после Большого Взрыва, Вселенная была очень горячей: излучение доминировало над веществом. При расширении температура падала, и с некоторого момента пространство стало для излучения практически прозрачным. Излучение, сохранившееся с начальных моментов эволюции (реликтовое излучение ), равномерно заполняет всю Вселенную до сих пор. Вследствие расширения Вселенной температура этого излучения продолжает падать. В настоящее время она составляет 2,7 К. Открытие реликтового излучения в 1965г. явилось наблюдательным обоснованием концепции горячей Вселенной. Было выявлено фундаментальное свойство Вселенной – она горячая . Таким образом, в соответствии с моделью, разработанной на основе теории относительности, расширяющаяся Вселенная -- однородная, изотропная, нестационарная и горячая.
Убедительными аргументами, подтверждающими обоснованность космологической модели расширяющейся Вселенной, являются установленные факты. К числу таких фактов относятся следующие:
· расширение Вселенной в соответствии с законом Хаббла;
· однородность светящейся материи на расстояниях порядка 100 мегапарсек;
· существование реликтового фона излучения с тепловым спектром, соответствующим температуре 2,7 К.
Возраст Вселенной, согласно современной космологической концепции ее происхождения и развития, исчисляется с начала расширения и оценивается в 13–15 млрд. лет. Современная астрономия интенсивно развивается: открыты новые космические объекты, установлены ранее неизвестные факты. К числу сравнительно недавно открытых космических объектов относятся квазары, нейтронные звезды, черные дыры.
Квазары -- мощные источники космического радиоизлучения, которые, как предполагают, являются самыми яркими и далекими из известных сейчас небесных объектов.
Нейтронные звезды – предполагаемые звезды, состоящие из нейтронов, образующиеся, вероятно, в результате вспышек сверхновых звезд.
Черные дыры (или «застывшие звезды», «гравитационные могилы») – объекты, в которые, как предполагают, превращаются звезды на заключительной стадии своего существования. Пространство черной дыры как бы вырвано из пространства Метагалактики: вещество и излучение проваливаются в нее и не могут выйти обратно.
Создано: 25.10.2013 , 10883 46
"Он сотворил землю силою Своею, утвердил вселенную мудростью Своею и разумом Своим распростер небеса "
Иеремия 10:12
В процессе развития
науки многие ученые начали искать
возможность исключить Бога из своих
взглядов как Первопричину появления
вселенной. В результате этого появилось
много различных теорий возникновения
вселенной, а также появления и развития
живых организмов. Самыми популярными
из них являются теория «Большого взрыва»
и теория «Эволюции». В процессе
обоснования теории «Большого взрыва»
была создана одна из фундаментальных
теорий эволюционистов -
«Расширяющаяся вселенная». Данная
теория говорит о том, что происходит
расширение космического пространства
в масштабах вселенной, которое наблюдается
благодаря постепенному отдалению
галактик одной от другой.
Давайте рассмотрим аргументы, которыми некоторые ученые пытаются доказать данную теорию. Ученые эволюционисты, в частности Стивен Хокинг, считают, что расширяющаяся вселенная является результатом Большого взрыва и что после взрыва было быстрое расширение вселенной, а потом оно замедлилось и сейчас это расширение медленное, но этот процесс продолжается. Они аргументируют это измерением скорости отдаления других галактик от нашей галактики с помощью эффекта Доплера, а также тем, что им известна скорость в процентном отношении, о чем Стивен Хокинг говорит: «Поэтому нам известно лишь то, что скорость расширения Вселенной составляет от 5 до 10% за миллиард лет.» (С.Хокинг «Кратчайшая история времени» пер.Л.Млодинов, стр.38). Однако здесь возникают вопросы: как данное процентное отношение было получено, а также кто и каким образом проводил данное исследование? Этого Стивен Хокинг не объясняет, но говорит об этом как о факте. Исследовав данный вопрос, мы получили информацию, что на сегодняшний день для измерения скорости отдаления галактик используют закон Хаббла, использующий теорию о «Красном смещении», которое в свою очередь основывается на Эффекте Доплера. Давайте посмотрим, что собой представляют данные понятия:
Закон Хаббла - закон, связывающий красное смещение галактик и расстояние до них линейным образом. Данный закон имеет вид: cz = H 0 D, где z - красное смещение галактики; H 0 - коэффициент пропорциональности, называемый "постоянная Хаббла"; D - расстояние до галактики. Одним из важнейших элементов для закона Хаббла является скорость света.
Красное смещение - сдвиг спектральных линий химических элементов в красную сторону. Есть мнение, что это явление может быть выражением эффекта Доплера или гравитационного красного смещения, или их комбинацией, но чаще всего берется во внимание эффект Доплера. Это проще выражается тем, что чем дальше галактика, тем больше ее свет смещается в красную сторону.
Эффект Доплера - изменение частоты и длинны звуковых волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника в результате движения приёмника. Проще говоря, чем ближе объект, тем больше частота звуковых волн и наоборот чем дальше объект, тем меньше частота звуковых волн.
Однако существует ряд
проблем с данными принципами измерения
скорости отдаления галактик. Для закона
Хаббла является проблемой оценка
«постоянной Хаббла», так как помимо
скорости отдаления галактик, они обладают
еще собственной скоростью, что приводит
к тому, что закон Хаббла плохо выполняется, или совсем не выполняется для объектов,
находящихся на расстоянии ближе 10-15
млн. световых лет. Закон Хаббла плохо
выполняется также для галактик на очень
больших расстояниях (в миллиарды св.
лет), которым соответствует величина
красного смещения больше 1. Расстояния
до объектов с таким большим красным
смещением теряют однозначность, поскольку
зависят от принимаемой модели Вселенной
и от того, к какому моменту времени они
отнесены. В качестве меры расстояния в
этом случае обычно используется только
красное смещение. Таким образом,
получается, что определить скорость отдаления
далеких галактик практически является
невозможным и определяется только той
моделью вселенной, которую принимает
исследователь. Это говорит о том, что
каждый верит в свою субъективную скорость
отдаления галактик.
Также нужно сказать, что невозможно измерить расстояние к дальним галактикам относительно их сияния или красного смещения. Этому мешают некоторые факты, а именно, что скорость света не постоянная и изменяется, причем эти изменения идут в сторону замедления. В 1987 году в отчете Станфордского научно-исследовательского института австралийские математики Тревор Норман и Барри Сеттерфилд постулировали, что в прошлом произошло большое снижение скорости света (B. Setterfield, The Velocity of Light and the Age of the Universe .). В1987 году нижегородский физик-теоретик В.С. Троицкий постулировал, что со временем произошло громадное снижение скорости света. Доктор Троицкий говорил о снижении скорости света в 10 миллионов раз по сравнению с ее нынешним значением (V.S. Troitskii, Physical Constants and Evolution of the Universe , Astrophysics and Space Science 139(1987): 389-411.). В 1998 году физики-теоретики лондонского Импириал-колледжа Альбрехт и Жоао Магейжу также постулировали уменьшение скорости света. 15 ноября 1998 года газета «Лондон таймс» напечатала статью «Скорость света – самая высокая во вселенной – снижается» (The speed of light - the fastest thing in the universe - is getting slower , The London Times, Nov. 15, 1998.). Относительно этого нужно сказать, что на скорость света влияет много факторов, например, химические элементы через которые проходит свет, а также температура, которую они имеют, потому как через одни элементы свет проходит медленней, а через другие намного быстрее, что и было доказано экспериментально. Так 18 февраля 1999 года в весьма уважаемом (и на 100% эволюционистском) научном журнале «Nature» была опубликована научная статья с подробным описанием эксперимента, в котором скорость света удалось уменьшить до 17 метров в секунду, то есть до каких-то 60 километров в час. Это значит, что за ним можно было наблюдать как за едущим по улице автомобилем. Этот эксперимент был поставлен датским физиком Лене Хау и международной группой ученых из Гарвардского и Стенфордского университетов. Они пропускали свет через пары натрия, охлажденные до невероятно низких температур, измеряемых нанокельвинами (то есть, миллиардными долями кельвина; это практически абсолютный ноль, который по определению равен -273,160C). В зависимости от точной температуры паров скорость света была снижена до значений в интервале 117 км/час – 61 км/час; то есть, по существу, до 1/20.000.000-ной от обычной скорости света (L.V. Hau, S.E. Harris, Science News, March 27, p. 207, 1999.).
В июле 2000 года ученые из исследовательского института NEC в Прингстоне сообщили об ускорении ими света до скорости, превышающей скорость света! Их эксперимент был опубликован в британском журнале «Nature». Они направили лазерный луч на стеклянную камеру, содержащую пары цезия. В результате энергетического обмена между фотонами лазерного луча и атомами цезия возник луч, скорость которого на выходе из камеры была выше скорости входного луча. Считается, что свет распространяется с максимальной скоростью в вакууме, где отсутствует сопротивление, и медленнее в любой другой среде из-за дополнительного сопротивления. Например, всем известно, что в воде свет распространяется медленнее, чем в воздухе. В описанном выше эксперименте полученныйлуч вышел из камеры с парами цезия еще до того, как полностью вошел в нее. Эта разница была очень интересной. Лазерный луч перепрыгнул на 18 метров вперед от того места, где должен был быть. По идее, это можно было расценить как следствие, предшествующее причине, но это не совсем верно. Существует и научная область, изучающая сверхсветовое распространение импульсов. Правильная интерпретация этого исследования такова: скорость света непостоянна, и свет можно ускорить подобно любому другому физическому объекту во вселенной при наличии нужных условий и подходящего источника энергии. Ученые получили вещество из энергии без потерь; ускорили свет до скорости, превышающей ныне принятую скорость света.
Относительно красног о смещения нужно сказать, что никто с точностью не может сказать причину появления красного смещения и сколько раз преломляется свет, доходя до земли, а это в свою очередь делает нелепой основу для измерения расстояний с помощью красного смещения. Также изменение скорости света опровергает все существующие предположения расстояния к дальним галактикам и нивелирует метод измерения данного расстояния по красному смещению. Еще нужно сказать, что применение эффекта Доплера к свету является чисто теоретическим, а учитывая, что скорость света меняется, то это вдвойне усложняет применение данного эффекта к свету. Все это говорит, что метод определения расстояния к дальним галактикам по красному смещению и тем более аргументирование того, что вселенная расширяется, просто являются не научным подходом и обманом. Давайте подумаем, даже если нам будет известна скорость отдаления галактик, то невозможно утверждать, что происходит расширение пространства вселенной. Никто не может сказать, происходит ли вообще подобное расширение. Движение планет и галактик во вселенной не говорит об изменении самого пространства, а ведь согласно теории Большого взрыва пространство появилось в результате большого взрыва и расширяется. Это утверждение не является научным, так как никто не нашел край вселенной и тем более не измерил расстояние до него.
Исследуя теорию "Большого взрыва" мы наталкиваемся на еще одно не исследованное и недоказанное явление, но о котором говорят как о факте, а именно о «черной материи». Посмотрим, что об этом говорит Стивен Хокинг: «Наша и другие галактики должны содержать большое количество некой «темной материи», которую мы не можем наблюдать непосредственно, но о существовании которой мы знаем благодаря ее гравитационному воздействию на орбиты звезд в галактиках. Возможно, лучшим свидетельством существования темной материи являются орбиты звезд на периферии спиральных галактик, подобных Млечному Пути. Эти звезды обращаются вокруг своих галактик слишком быстро, чтобы их могло удерживать на орбите притяжение одних только видимых звезд галактики» (С.Хокинг «Кратчайшая история времени» пер.Л.Млодинов, стр.38). Мы хотим подчеркнуть, что о «черной материи» говорится так: «которую мы не можем наблюдать непосредственно», это свидетельствует о том, что фактов существования данной материи нет, но непонятное для эволюционистов поведение галактик во вселенной заставляет их верить в существование чего-то, но сами не знают чего. Интересным также представляется утверждение: «фактически количество темной материи во Вселенной значительно превышает количество обычного вещества» . Данное утверждение говорит о количестве «темной материи», но возникает вопрос, как и каким методом, это количество определили в условиях, когда невозможно наблюдать и исследовать данную «материю»? Можно сказать, что было взято неизвестно что и получено количество этого, непонятно каким образом. То, что ученым непонятно как звезды спиральных галактик держатся на своей орбите, при высокой скорости, не означает существование призрачной «материи», которую никто не видел и не мог непосредственно наблюдать.
Современная наука находится в невыгодном положении относительно своих фантазий о большом взрыве. Так заключением в размышлениях о существовании различных материй Стивен Хокинг говорит: «Нельзя, однако, исключать существования других, еще не известных нам форм материи, распределенных почти равномерно повсюду во Вселенной, что могло бы повысить ее среднюю плотность. Например, существуют элементарные частицы, называемые нейтрино, которые очень слабо взаимодействуют с веществом и которые чрезвычайно трудно обнаружить» (С.Хокинг «Кратчайшая история времени» пер.Л.Млодинов, стр.38) . Это показывает всю беспомощность современной науки в попытке доказать, что вселенная возникла сама по себе без Творца. Если частицы не найдены, тогда нельзя на этом строить научные доводы, так как вероятность, что другие формы материи не существуют больше чем вероятность их существования.
Как бы там ни было, движение галактик, планет и других космических тел не говорит о расширении пространства вселенной, так как подобное движение не имеет ничего общего с определением расширения пространства. Например, если в одной комнате находится два человека и один отдаляется от другого, то это не говорит о том, что комната расширяется, а говорит о том, что есть пространство, в котором возможно двигаться. Аналогично и в данной ситуации, происходит движение галактик в космическом пространстве, однако это не говорит об изменении космического пространства. Также абсолютно невозможно доказать, что самые далекие галактики находятся на краю вселенной и за ними нет еще каких-либо галактик, а это в свою очередь говорит о том, что край вселенной не найден.
Таким образом, у нас есть все факты для утверждения, что на сегодняшний день не существует доказательств расширения вселенной, а это в свою очередь подтверждает несостоятельность теории "Большого взрыва".
Данная статья была написана Владимиром Горунович для моих сайтов и сайта “Викизнание”, и помещена на этот сайт с целью защиты информации от вандалов.
Расширение Вселенной - воображаемый процесс почти однородного и почти изотропного расширения космического пространства после гипотетического появления Вселенной, в результате так называемого "Большого взрыва". Предполагается, что расширение Вселенной наблюдается в виде выполнения закона Хаббла. Теоретически явление было предсказано А. Фридманом на раннем этапе разработки общей теорией относительности из общефилософских соображений об однородности и изотропности Вселенной.
Прямыми доказательствами наличия расширения Вселенной физика в настоящий момент не располагает, а также ставит под сомнение соответствие природе модели "Большого взрыва", исторически (по ошибке) называемой теорией. Никто не измерял точное расстояние до удаленных галактик и не показал что оно постоянно увеличивается.
В конце ХХ века появились утверждения, что Вселенная не просто расширяется, а расширяется ускоренно. Такой вывод был сделан на основе наблюдения за спектрами сверхновых типа Ia. В действительности было обнаружено отклонение от закона Хаббла, что может говорить о его неточности или неверности (в рамках всей Вселенной).
2 Расширение Вселенной и "Большой взрыв"
3 "Ускорение" расширения Вселенной
4 Расширение Вселенной и "Реликтовое излучение"
5 Расширение Вселенной - Итог
1 Расширение Вселенной и красное смещение
- Основная статья: Красное смещение
Вывод о наличии расширения Вселенной был сделан на основе интерпретации красного смещения в пользу эффекта Доплера. Но тогда физика еще ничего не знала ни о нейтрино, ни о фотон-нейтринных взаимодействиях. Гипотеза расширения Вселенной тогда казалась убедительной.
Но время шло. Физика все глубже и основательней изучала микромир. Было открыто огромное множество элементарных частиц, изучены их свойства. Затем как обобщение накопленных экспериментальных данных появилась полевая теория элементарных частиц, установившая электромагнитную природу вещества, в том числе и такой неуловимой частицы как нейтрино. Ну а поскольку (согласно классической электродинамике) электромагнитные поля между собой взаимодействуют - значит, будут взаимодействовать и фотон с нейтрино. Таким образом, фотон-нейтринные взаимодействия, игнорируемые стандартной моделью, ведут к образованию красного смещения в спектрах звезд удаленных галактик - что мы и наблюдаем.
Таким образом утверждать, что красное смещение является следствием расширения Вселенной, физика не может. - Красное смещение, допускающее неоднозначность толкования, не может рассматриваться физикой как доказательство расширения Вселенной .
2 Расширение Вселенной и "Большой взрыв"
- Основная статья: Большой взрыв
Физика отрицает возможность Большого взрыва в истории Вселенной, как события игнорирующего законы природы. Следовательно, выдуманный Большой взрыв не может быть причиной расширения Вселенной .
3 "Ускорение" расширения Вселенной
- Основная статья: Темная энергия
Физикой не установлено наличие темной энергии во Вселенной. Более того, физика отрицает темную энергию, как отдельную форму энергии (равно как и темную материю, как отдельную форму материи). Следовательно, физикой не установлено наличие физических сил расширяющих Вселенную .
Возьмем маленькую выдержку из Википедии: "Например, когда объём Вселенной удваивается, плотность барионной материи уменьшается вдвое, а плотность тёмной энергии остается почти неизменной (или точно неизменной - в варианте с космологической константой)". Из сказанного следует, что гипотетическая "темная" энергия будет противоречить закону сохранения энергии, поскольку при расширении Вселенной должна будет увеличиваться ее полная энергия - берущаяся из ничего. - Выдумать можно все что угодно, наблюдая в телескоп с большого расстояния за галактиками. Можно даже за это получить нобелевскую премию - но это ничего не изменит во Вселенной.
4 Расширение Вселенной и "Реликтовое излучение"
- Основная статья: Реликтовое излучение
Из наличия в природе фонового космического микроволнового излучения исторически (по ошибке) называемого "реликтовым излучением" никак не следует расширение Вселенной. Возникновение электромагнитного излучения вследствие расширения Вселенной будет идти с нарушением закона сохранения энергии и законов электромагнетизма. Утверждение что данное излучение возникло более 13 млрд. лет назад ничем не доказано - это всего лишь одно из предположений об источнике фонового космического микроволнового излучения.
В настоящее время полевая теория элементарных частиц установила один из природных источников фонового космического микроволнового излучения соответствующий законам природы: это взаимодействия элементарных частиц, например нейтрино. Релятивистские электронные нейтрино, испускаемые звездами, в большинстве своем покидают галактики и сталкиваются с молекулярными соединениями других электронных нейтрино. В результате такого столкновения в межгалактическом пространстве молекулярные соединения электронных нейтрино разрываются. По истечении определенного числа столкновений с другими аналогичными соединениями и утере кинетической энергии, пара электронных нейтрино вновь соединяется в связанное состояние с испусканием квантов электромагнитного излучения. Таким образом, должно наблюдаться микроволновое электромагнитное излучение исходящее со всех областей пространства, даже из тех, где нет звезд. Но закон сохранения энергии, как и законы электромагнетизма при этом выполняются. Наиболее интенсивным излучение будет исходить из галактик, где сосредоточены источники электронных нейтрино - звезды. Таким образом, наиболее интенсивным для земного наблюдателя должно быть излучение, исходящее из пространства окружающего млечный путь.
Вот так выглядит подлинная карта фонового космического микроволнового излучения, без ретуширования для сказки о "Большом взрыве".
Таким образом, фоновое космическое микроволновое излучение исторически (по ошибке) называемое "реликтовым излучением" не является доказательством расширения Вселенной .
5 Расширение Вселенной - Итог
Доказательства расширения Вселенной физика не установила . Имеется несколько косвенных данных, интерпретируемых сторонниками гипотезы Большого взрыва, как подтверждающие наличие расширения Вселенной, но физика показала несостоятельность этих аргументов. - Надо искать научные ответы на загадки природы, а не заниматься сочинительством сказок.
Владимир Горунович
Аннотация
Материя - вечная, несотворимая и неуничтожимая бесконечная субстанция. Она сплошная, то есть не состоит из дискрет. Материя переводится как «вещество», но в предлагаемой гипотезе - это два различных понятия. По этой гипотезе возникновение бытия, Мироздания, реальности - Вселенной, Пространства и Времени не связано с Большим взрывом в классическом его описании, не связано с космологической инфляцией. Вселенная имеет своё начало от процесса веществолизации материи, своеобразной «кристаллизации» материальной субстанции. Вследствие этого процесса некоторая область материи перешла в одну из своих многочисленных форм существования - вещественную. Можно предположить, но не обязательно, что этот процесс начался в одной точке, которую можно назвать эпицентром «большого взрыва» Вселенной, её геометрическим центром. Из этого центра фронт волны веществолизации материи с бесконечно большой скоростью разошёлся по «телу» материи, образуя за собой вещественную Вселенную. Эта волна может выглядеть так же, как ударная волна от обычного взрывного устройства. Размеры образовавшейся Вселенной не ограничены её возрастом и могут многократно превышать 13,7 миллиарда световых лет. Сразу же вслед за фронтом волны веществолизации первооснова бытия - материя продолжила этот процесс в форме образования «атомов пространства», который мы можем сейчас наблюдать как расширение расстояний между группами галактик - расширение пространства.
БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ И КОСМОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФЛЯЦИЯ
Существующая концепция возникновения Вселенной основана на гипотезе о Большом Взрыве. Точно описать происхождение Вселенной сейчас не может никто. Исходным вариантом можно считать инфляционную гипотезу, которую схематично можно описать следующим образом .
В относительно далеком прошлом, 13,7 миллиардов лет назад в абсолютном Ничто, находящемся Нигде и Никогда взорвалась сингулярность - точка размером меньше протона с невероятно большими плотностью и температурой. В результате взрыва возникли вещество, пространство и время. В течение последующего короткого времени образовавшееся вещество инфляционно расширилось до громадных размеров:
«Инфляционная модель Вселенной - гипотеза о физическом состоянии и законе расширения Вселенной на ранней стадии Большого взрыва (при температуре выше 1028 K), предполагающая период ускоренного по сравнению со стандартной моделью горячей Вселенной расширения» .
В результате последующих физических процессов образовалась нынешняя Вселенная, то есть весь окружающий нас мир, бытие. Наблюдения показывают, что Вселенная продолжает расширяться, ускоренно. Если рассмотреть процесс этого расширения ретроспективно, то есть, обратив время вспять, мы получим исходную точку, из которой возникла Вселенная, и вычислим время, когда это произошло - 13,7 миллиардов лет назад.
Теория инфляции довольно хорошо согласуется с космологическими наблюдениями, но она имеет серьёзные изъяны - маловероятные начальные условия, невозможность объяснить переход замедляющегося расширения Вселенной в ускоренное. По этой причине появились новые её варианты. Кроме того стали появляться и теории, которые показывают, что сегодняшнее состояние Вселенной могло возникнуть вообще без космологической инфляции .
Большинство инфляционных теорий исходят из того, что инфляция возникла в антигравитационном квантовом скалярном поле, в котором плотность энергии постепенно уменьшалась, достигнув минимума. До этого поле осциллировало, порождая элементарные частицы, которые заполнили Вселенную горячей плазмой из кварков, глюонов, лептонов и фотонов .
Среди вариантов инфляционной теории известны такие как, например, модели квантовой гравитации, теории фазовых переходов и ложного вакуума, теория хаотической инфляции . Каждая из них решает определенные проблемы исходной теории инфляции. Наиболее популярная ныне инфляционная теория Большого взрыва основана на теории квантовых струн, самым проработанным вариантом которой является М-теория. Согласно этой теории наш мир находится в пространстве 11-ти измерений. В этом пространстве как бы плавают браны - трёхмерные Вселенные, включая нашу.
Большой взрыв происходит, когда браны сталкиваются друг с другом. При этом выделяется энергия, а браны разлетаются. Начинается замедляющееся расширение, вещество остывает, образуются галактики. До Большого взрыва, как видно, уже существует некая субстанция, сотворения мира нет, отсутствует сингулярность. Одним из названий таких теорий является «циклическая теория» , поскольку столкновения бран периодически повторяются, приводя к переходу Вселенной от одного цикла развития к другому, каждый из которых содержит фазу, которую можно рассматривать как Большой взрыв. Чередование этих космологических циклов обеспечивает тёмная энергия, изначально присутствующая в теории.
От Большого взрыва и сингулярности отказывается и теория, рассматривающая так называемый Большой отскок, в основу которой положена петлевая квантовая гравитация. Этот процесс представляет собой переход из некоторого предыдущего состояния, что выглядит как начало Вселенной. Однако, в этой теории Вселенная вечна, она как бы пульсирует.
Ещё одной теорией вечной Вселенной, не нуждающейся в сингулярности и Большом взрыве, является атомарная теория, в которой:
«До Большого отскока Вселенная могла находиться в практически неизмеримом квантовом состоянии, не являвшимся пространством как таковым, когда что-то послужило толчком к Большому отскоку и к формированию «атомов» пространства-времени» .
Как видно, в рассмотренных сценариях возникновения Вселенной присутствуют практически все возможные варианты как с Большим взрывом и сингулярностью, так и без них. Предлагаемая здесь гипотеза основана на радикально новом подходе к решению вопроса возникновения Вселенной на основе вечной и бесконечной субстанции - Материи как основы всего сущего. Предпринята попытка с материалистических позиций дать образное, в определённой степени визуальное описание этих процессов.
Считается неприемлемым вариант с взрывом (инфляцией) вещества, требующим искусственных условий своего осуществления. Возникновение бытия из небытия в форме сингулярности отвергается ввиду её заметной идеалистической подоплёки, как ни подводи под неё квантовые явления типа неопределенности Гейзенберга, скалярный полей или виртуальных частиц. Расширение пространства после резкой «остановки» инфляции неприемлемо как в варианте «разбегания по инерции» (собственно движения нет), так и в варианте изменения «масштабного фактора» (отсутствует физическое описание процесса).
Сценарии с многомерными пространствами, мультивселенными, отскоками и циклами сводят возникновение нашей Вселенной к рядовому, проходному событию и, в сущности, не столько объясняют процесс возникновения, сколько всего лишь описывают условия до начала этого процесса. Сам процесс неявно подразумевается в варианте Большого взрыва сингулярности и инфляционного механического разбухания с последующим механическим разбеганием галактик по инерции.
МАТЕРИЯ, ПРОСТРАНСТВО, ВРЕМЯ
При создании любой теории возникновения Вселенной невозможно обойтись без представлений о некой исходной субстанции. Такой исходной субстанцией является материя. Материя - это, в первую очередь, категория философская, категория всеобщности, обозначающая первооснову всего сущего . Хотя материя и переводится как вещество, но некоторые авторы и я в том числе, разделяют эти понятия. Вещество - это проявление свойств материи. Материя обладает главным, первичным свойством - она существует. Существование материи обозначается как её изменение, движение, проявление её свойств. Материя - это единственное, что существует. Всё остальное является проявлением движения Материи, её свойств, атрибутов. Материя является проявлением понятия Существовать. Материя существует - вот единственная фундаментальная, исходная формула реальности. Материя не создана и неуничтожима, она бесконечна, бесструктурна, является сплошной, недискретной средой.
Пространство и время - это проявления вещественной формы существования, движения Материи. Они появляются лишь как способ существования вещественной формы движения Материи. Материя, можно сказать, создала вещество, которое породило своим наличием Пространство и Время. Пространство и Время - это способ существования, движения Вещества. Есть вещество, значит, есть пространство и время. Друг без друга они немыслимы. Вещество, пространство и время могут быть дискретными.
Время существования нашей наблюдаемой Вселенной традиционно определяется путём ретроспективного анализа расширения Вселенной, разбегания галактик. Если обратить время вспять, то мы получим через 13,7 миллиарда лет некую точку, в которой все галактики соберутся воедино. Эту точку называют сингулярностью. Однако, у этой ретроспективы есть слабое место. Несомненно, что все галактики вернутся в какое-то состояние начала движения. Подчеркнём это особо: в состояние начала движения. То есть, галактики будут находиться в местах, из которых они начали своё движение, разбегание друг от друга. Нет никаких веских оснований утверждать, что эти места находятся в одной точке:
«Значит, измерив скорости удаления внешних галактик и экспериментально определив Н, мы тем самым получаем и оценку времени, в течение которого галактики разбегаются. Это и есть предполагаемое время существования Вселенной» .
Бесспорно, это правильное определение времени разбегания галактик и, соответственно, времени существования Вселенной. Но из этих выкладок не следует, что галактики или некие первичные образования, из которых произошли эти галактики, начали «разбегаться» из единой точки. Несомненно, на момент начала разбегания они находились в своих собственных исходных точках. Отчасти это соответствует и классической инфляционной теории: галактики начали разбегаться не в момент Большого взрыва, не из точки сингулярности (их тогда ещё не было), а из положений, в которых они оказались по завершению инфляции (и то лишь через миллионы лет). Однако, Фридман в своих решениях уравнений общей теории относительности Эйнштейна ничего не говорит об инфляции :
«R - постоянный (не зависящий и от r4!) радиус кривизны пространства».
«Приступая к исследованию формулы (7), сделаем одно замечание: в начальный момент, т. е. при t = t0, пусть радиус кривизны будет равен R0».
«Время, прошедшее от сотворения мира, характеризует время, прошедшее от момента, когда пространство было точкой (R = 0), до нынешнего его состояния (R=R0); это время может быть бесконечным».
«Полагая Л=0 и считая M = массе 5x10^21 наших солнц, будем для периода мира иметь величину порядка 10 миллиардов лет».
По меньшей мере, это является принципиальным противоречием между двумя способами подсчёта времени существования Вселенной: по Фридману и по ретроспективе инфляционной гипотезы во времени. В первом варианте (по Фридману) процесс расширения одноэтапный, то есть, расширение из точки до текущих размеров, поэтому возраст Вселенной и её размер равны друг другу. Во втором варианте (по инфляционной гипотезе) - двухэтапный, то есть, расширение из точки в постинфляционное состояние (первый этап) и затем - наблюдаемое космологическое расширение до текущих размеров (второй этап), поэтому возраст и размер Вселенной - разные величины. В начале второго этапа расширения по инфляционной гипотезе галактики располагались не в одной точке. По мнению А.Линде размеры Вселенной в конце инфляции составили:
«Даже если начальный размер инфляционной вселенной был очень мал (порядка планковской длины Lp ~ 10^ 33 см.), после 10^-35 секунды инфляции вселенная достигает огромных размеров – L~10^10^12 см» . (10 в степени триллион!)
Это число - десять в степени триллион, то есть, единица с числом нулей, равным десяти в двенадцатой степени (если это не опечатка). По сравнению с ним размеры вселенной в 13,7 миллиардов световых лет - крошечная величина. Это подтверждает, что возраст Вселенной и её размер - разные величины. В момент окончания инфляции галактики ещё не образовались, поэтому размеры Вселенной не могут быть определены ретроспективой во времени, равной 13,7 миллиардов лет, поскольку при такой ретроспективе галактики не могут сойтись в одну точку, и, соответственно, инфляция совсем не обязательно «растянула» сингулярность до этих размеров.
В предлагаемой гипотезе утверждается, что в этот исходный момент времени начала расширения (разбегания) не было сингулярности и инфляции, а было протяжённое пространство. Но если до начала разбегания галактики уже находились в каком-то пространстве, то перед предлагаемой гипотезой неизбежно встаёт вопрос: когда и из чего возникло это пространство? Если оно возникло до начала расширения Вселенной, то, видимо, тогда же возникло и время, как формы движения, существования вещества. Ответим на этот вопрос.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ
Воспользуемся всё тем же ретроспективным методом определения возраста Вселенной, какой используется для обоснования Большого Взрыва. Для этого давайте перенесёмся в пространстве нашей Вселенной в одну из удалённых её областей. Например, на расстояние 300 миллиардов световых лет от Земли. Читатель, конечно же, удивлён: как можно удалиться на такое расстояние, если размеры Вселенной, как известно, не превышают 13,7 миллиардов световых лет. Пусть даже с учетом того, что за 13,7 миллиардов лет существования Вселенная увеличила свои размеры. Пусть даже с учетом мнения некоторых авторов, которые оценивают размеры Вселенной в 100 и даже 200 миллиардов световых лет. Все эти предположения меньше предложенных мною 300 миллиардов световых лет.
Но я настаиваю: поверьте мне на слово, и давайте удалимся в эту область. Итак, мы находимся на расстоянии 300 миллиардов световых лет от Земли. Повернём время вспять и будем наблюдать, что при этом происходит.
Астрономические наблюдения показывают, что галактики (группы галактик) разбегаются в пространстве, удаляясь друг от друга. Об этом, как общепризнано, свидетельствует космологическое красное смещение. Поэтому обращение времени вспять вызовет обратное движение галактик (групп галактик). Однако, сказать, что галактики начали сближаться друг с другом - это не сказать ничего. Общая теория относительности Эйнштейна описывает явления разбегания галактик. Описывает, но не объясняет.
Математически в общей теории относительности разбегание галактик описывается так называемым масштабным фактором. Этот масштабный фактор обозначает изменение расстояния между галактиками в процессе их удаления друг от друга. Бесспорно, галактики «разбегаются». Бесспорно, величина их удалённости соответствует масштабному фактору. Но почему галактики становятся с течением времени всё дальше и дальше друг от друга? И общая теория относительности, и все её сторонники, и, кстати, противники тоже, утверждают, что собственно движения галактик нет. Галактики не перемещаются в пространстве Вселенной. Но при этом в каждый момент времени становятся всё дальше и дальше друг от друга.
Галактики удаляются друг от друга потому, что между ними расширяется само пространство. В литературе, в дискуссиях обычно о расширении пространства говорят с осторожностью. Никто определенно не может сказать, что означает «расширение пространства», в чём оно состоит, как оно проявляется. Что именно расширяется при расширении пространства? Следует признать, что как и вещество, пространство или пространство-время, имеет дискретную, следовательно, атомарную структуру:
«некоторые свойства пространства-времени предполагают наличие у него своего рода ячеистой структуры - мозаики «атомов» пространства-времени, а быть может, и иного результата не имеющей аналогов филигранной работы. ... предполагаемые «атомы» пространства должны быть элементарными единицами длины: их размер должен быть порядка 10^–35 метра, что гораздо меньше величины, различаемой на самых мощных современных приборах, - 10^–18 м. Следовательно, у ученых возникает вопрос, может ли вообще считаться научной гипотеза об «атомарности» пространства-времени? ... некоторые исследователи приступили к поиску возможностей обнаружения структуры пространства-времени косвенными методами».
«Согласно предсказаниям... теории, петлевой квантовой гравитации, пространство-время состоит из «атомов» и обладает ограниченной возможностью вмещать в себя материю».
«квантовая теория гравитации предсказывает существование «атомов» пространства-времени» (см.: Смолин Л. Атомы пространства и времени // ВМН, № 4, 2004).
«петлевая квантовая гравитация, полагает, что пространство есть решетка из крошечных «атомов» (сферы). Диаметр таких «атомов» (линии) - так называемая планковская длина, расстояние, на котором гравитационные и квантовые эффекты сравнимы по силе» .
Представление об атомарности пространства практически неизбежно для объяснения расширения пространства и разбегания галактик за счёт этого процесса. Например, странно было бы говорить, что некая абстракция - пространство просто «вытягивается» как резиновый лист. Что именно вытягивается в пространстве? Аллегории пространства как поверхности надувающегося (воздушного) шарика тоже никак не проясняют такого вытягивания. Более того, «резиновые» представления о пространстве самым прямым образом указывают на его атомарность. То есть, любые заявления о расширении пространства явным образом указывают на его атомарность. Никаких других объяснений расширения пространства не видно: любое «вытягивание» означает изменение расстояний между составляющими элементами вытягиваемого объекта. Какими?!
Я буду исходить из представлений об атомарности пространства. Тогда для описания расширения пространства можно выдвинуть некоторые гипотезы. Как происходит расширение атомарного пространства? Что означает само выражение «расширение пространства»? Следует помнить, что пространство - это основа, «поле», на котором находится вещество. Очевидно, что протяжённость пространства - это подсчитанное количество атомов пространства между, например, двумя вещественными метками. Если между этими метками есть 100 атомов пространства, то это и есть пространство протяжённостью, длиной в 100 единиц.
Из этого следует, что простое изменение расстояния между атомами пространства не изменяет пространственной удаленности между вещественными метками. Более того, само выражение «расстояние между атомами пространства» является абсурдным. Пространство - это и есть расстояние. И это расстояние представляет собой простое количество атомов пространства. Следовательно, расширение пространства - это не что иное, как простое увеличение числа этих атомов между вещественными метками. Расширение области пространства - это увеличение количества атомов пространства в этой области. Поэтому космологическое расширение пространства, приводящее к разбеганию галактик, означает увеличение числа атомов пространства между этими галактиками. Соответственно, ретроспективное во времени сближение галактик означает удаление этих когда-то добавленных между галактиками атомов пространства.
Нетрудно заметить, что наше ретроспективное во времени сжимание Вселенной приводит к визуальному сближению галактик друг с другом и их общему приближению к покинутой нами Земле. Находясь на выбранном мною расстоянии в 300 миллиардов световых лет, мы начинаем в процессе ретроспективы времени движение к Земле. Чем больше удаляется при этом атомов пространства между галактиками, тем ближе мы к Земле. Очевидно, что атомы пространства удаляются (как и добавлялись) равномерно по всему объёму Вселенной.
Очевидно также, что это равномерное сжатие пространства выглядит как движение галактик по направлению к Земле с некоторыми скоростями. Как по космологическому закону Хаббла, все галактики движутся с разными скоростями. Чем галактика дальше от Земли, тем с большей скоростью она к ней приближается. Можно рассчитать скорости такого сближения и увидеть, что самые дальние галактики, в том числе та, где мы находимся, движутся со скоростями, превышающими скорость света. Известно, что эти скорости сближения не противоречат теории относительности, поскольку это не реальное механическое движение, а кажущееся, возникающее из-за уменьшения пространственных интервалов между галактиками.
По прошествии 13,7 миллиардов лет все атомы пространства, которые были добавлены между галактиками после начала расширения Вселенной (после Сотворения мира), будут удалены. Понятно, что галактики окажутся в своих исходных точках, из которых они начали своё разбегание. Что это за точки? Гипотеза Большого взрыва утверждает - это точка сингулярности. Это ошибочное утверждение. Точка сингулярности существовала до инфляции пространства-времени Вселенной. Инфляция и расширение пространства - это два последовательных процесса. Сначала Вселенная расширилась инфляционно до каких-то размеров, и только после этого началось разбегание галактик, расширение пространства. Это два разных процесса - инфляция и расширение пространства. Можно, конечно, рассматривать их базовый механизм как один и тот же, но параметры этих процессов принципиально разные.
Такой подход однозначно указывает на то, что ретроспективное сжатие пространства Вселенной приведёт галактики не в точку сингулярности, а в точку окончания инфляционного расширения Вселенной. То есть в положение, в котором галактики явно не находятся в одной точке. Расширение пространства Вселенной началось по завершению процесса инфляции, когда размеры Вселенной уже были несопоставимо больше точки сингулярности. Поэтому следует неизбежный вывод: возраст Вселенной 13,7 миллиарда лет, то есть время, прошедшее после инфляции, и размеры Вселенной 13,7 миллиардов световых лет - это числа, друг с другом не связанные. И если возраст Вселенной имеет веские логические основания, то размер Вселенной взят без всяких оснований. Поэтому после ретроспективного сокращения Вселенной в нашем примере мы не окажемся в той же точке, что и Земля. Он нас до Земли будет ненамного ближе 150 миллиардов световых лет:
«Пространство растягивается во все стороны, и чем дальше от нас находится та или иная галактика, тем быстрее она удаляется от нас. Сегодня темп этого расширения невелик: все расстояния увеличатся вдвое примерно за 15 млрд лет» .
Таким образом, рассмотренная нами 300-миллиардная Вселенная не противоречит известным представлениям в рамках гипотезы Большого Взрыва. Она противоречит только гипотезе инфляции. По сути, гипотеза инфляции оказалась чисто умозрительным, плохо обоснованным объяснением некоторых противоречий наблюдаемым фактам основной гипотезы - Большого взрыва. Решения уравнений общей относительности Эйнштейна, полученные Фридманом, указывают лишь на время расширения Вселенной, но не указывают её начального размера. На момент начала расширения (после инфляции) Вселенная имела не нулевые размеры, не размеры сингулярности. В нашем примере расстояние в 300 миллиардов световых лет мы взяли произвольно, без каких бы то ни было обоснований. То есть, мы с равным успехом могли взять и 100 миллиардов, и 200 квадриллионов световых лет. Впрочем, и для гипотезы инфляции нет никаких видимых запретов считать Вселенную расширившейся до этих или любых других размеров.
Но почему именно инфляция вызвала такое раздувание? И была ли она вообще, эта инфляция? Ведь для объяснения нынешнего расширения Вселенной она, в сущности, не нужна. Она нужна в некоторой степени гипотезе Большого Взрыва. Какими могут быть другие объяснения исходных размеров Вселенной без инфляции?
Рассмотрим ещё раз материальные представления о бытии. Следует понимать, что в «теле» материи отсутствуют пространство и время в нашем представлении, в представлении вещественного мира. По этой причине ни одна физическая теория нашего мира, если она содержит в своём математическом аппарате параметры пространства или производные от них и параметры, использующие время, не может описать мир материи, процесс её веществолизации.
Для определенности будем считать материю однородной, недискретной газоподобной средой. Почему такая Вечная и Бесконечная среда должна быть неоднородной? Кто и с какой целью «взболтал» бы её до образования неравномерностей? Это довольно сомнительный момент. Разумнее, логичнее считать исходную Материю однородной. Всё в окружающем нас наблюдаемом мире стремится к однородности, к покою, к тепловой смерти, наконец. А Вечная Субстанция чем плохой кандидат на такой покой? Поэтому однородность Материи Вселенной (в отличие от нашей вещественной Вселенной) – это более вероятное состояние, чем комковатые, угловатые или вихреватые состояния.
В такой Материи царит покой. Если же этот покой начал нарушаться, как бы это ни выглядело, то почему более правдоподобным должно казаться нарушение в отдельно взятой точке, чем равномерное по всему «телу» Материи? Впрочем, это даже и не так важно. Пусть возникло нарушение, возмущение в какой-то одной точке. Если материя была в каком-либо напряженном - перегретом, переохлажденном, перенасыщенном и так далее состоянии, то возмущение вызовет цепную реакцию наподобие кристаллизации или закипания воды. И здесь, как говорится, приведите хоть один довод, почему эта реакция должна была остановиться на расстоянии 13,7 миллиардов световых лет. Почему не 5? Почему не 500? А потому, что она и не остановилась.
Вся Материя бытия перешла (или продолжает переходить) из равновесного состояния в возбужденное, деформированное под названием «вещество», создав Вселенную с пространством и временем. Этот переход мог выглядеть по-разному. Например, как кристаллизация, замерзание переохлажденной воды или взрывоподобное закипание воды перегретой:
Рис.1. Как получить лед моментально? Кристаллизация переохлажденной воды в чашке. Автор фильма в предыдущих кадрах коснулся пальцем поверхности воды, после чего начался процесс образования льда в её толще. Закончился процесс замерзанием всей воды в чашке. (http://youtu.be/2HX0OIDLlog)
Рис.2. Моментальный лед. Кристаллизация переохлажденной воды в бутылке. Автор фильма в предыдущих кадрах ударил бутылку о подоконник, после чего за секунды вода в бутылке замерзла. (http://youtu.be/Q3Bwo5BGyoY)
Рис.3. Перегретая жидкость. Вода в колбе была нагрета до температуры свыше 100 градусов. Но она не закипела. После того, как лектор добавил в колбу щепотку мела, вода мгновенно взрывоподобно закипела. (http://youtu.be/2dVJV_QC5pc)
Рис.4. Разрушители легенд: Взрывающаяся вода. Вода в стакане была нагрета до температуры свыше 100 градусов. Но она не кипела. После того, как в стакан опустили обычную столовую вилку, вода мгновенно взрывоподобно закипела. (http://youtu.be/MXJwLeYjLnQ)
Клипов, подобных приведённым, немало: замерзание переохлажденной воды, взрывное закипание перегретой воды. Все приведённые видеоклипы показывают, как мог бы выглядеть процесс образования вещества из материи. В некоторой точке пространства Материи, которое принципиально отличается от пространства вещества, произошло нарушение равновесия. Из этой начальной точки, которую мы можем считать точкой Большого Взрыва, во все сторона начала расходиться волна возбуждения – превращения материи в вещество, порождающее Пространство (вещества) и Время (вещества) наподобие процессов в приведённых клипах. Этот процесс преобразования материи в вещество я называю веществолизацией материи .
Время в Пространстве материи – это принципиально иное время, чем то, которое мы наблюдаем в Пространстве вещества. Собственно, и само Пространство вещества также отличается от пространства материи. То, что мы называем нашей реальностью, бытиём – это пространство и время вещественного мира. Часы вещественного мира и «метры» его были запущены в процессе овеществления материи. В самой же материи «идут» совершенно другие часы, отмеряются совсем другие расстояния. То, что в материальном пространстве происходит с небольшой собственной скоростью по меркам материи, в порождённом материей вещественном мире происходит мгновенно . Так, например, передаётся квантовая информация между запутанными частицами. В нашем материальном мире эта передача называется нелокальностью и не имеет физического объяснения. Просто от одной частицы мгновенно и на любое расстояние передаётся некая информация о состоянии частиц и всё !
Гипотеза о веществолизации материи в достаточной мере похожа на теорию стационарной Вселенной группы астрофизиков под руководством Фреда Хойла:
«Главная идея этой теории заключается в следующем: по мере того как галактики удаляются друг от друга при хаббловском расширении, в увеличивающемся пространстве между ними образуется новая материя» .
Однако теория стационарной Вселенной Хойла постулировала явно ошибочный процесс. Образовавшаяся новая материя по этой теории:
«со временем самоорганизуется в галактики, которые, в свою очередь, будут удаляться друг от друга, высвобождая пространство для образования новой материи. Таким образом, наблюдаемое расширение было согласовано с понятием «стационарной» Вселенной, сохраняющей свою общую плотность и не имеющей единственной точки образования (наличие которой предполагает теория Большого взрыва)» .
Это положение довольно скоро было отвергнуто: в точных лабораторных опытах не удалось воспроизвести образование вещества, а микроволновой фон не нашёл в ней приемлемого объяснения. Кроме того, из наблюдений выяснилось, что все наиболее удалённые галактики представляют собой молодые, ещё не сформировавшиеся системы, что противоречило теории стационарности, но хорошо согласовывалось с теорией Большого взрыва.
Гипотеза о веществолизации материи свободна от недостатков теории стационарной Вселенной. При веществолизации материи и последующем расширении Вселенной образуются новые «атомы пространства», и ничего не утверждается о самоорганизации их в галактики. Более того, эта гипотеза прямо объясняет механизм расширения Вселенной, чего нет ни в теории Большого взрыва, ни в общей теории относительности, ни в решениях её уравнений. Там, как известно, лишь объявляется процесс изменения масштабного фактора, который сам по себе не является физическим объектом и никак не объясняет, не описывает ни собственно процесса своего изменения, ни сущности процесса удаления галактик друг от друга.
Рождение новых «атомов пространства» может происходить, например, путём деления имеющихся атомов наподобие клеточного деления в живых организмах. Однако, такой вариант не выглядит убедительным. Более вероятным может быть процесс, схожий как с появлением точки сингулярности (она же откуда-то появилась?), так и основным процессом веществолизации. Точно так же, как материя перешла в «искаженное» состояние в виде вещества, точно так же в дальнейшем она продолжает «деформироваться», создавая новые атомы пространства. Ни одна теория возникновения и расширения Вселенной не может обойти молчанием этот вопрос о механизме расширения пространства.
Другая проблема теории стационарной Вселенной, связанная с микроволновым фоном и формированием молодых галактик, также отсутствует у гипотезы о веществолизации. Гипотеза об инфляции вещества Вселенной из сингулярности предполагает, что по истечении срока инфляционного расширения Вселенной (примерно через 10^-35 секунд после Большого взрыва) во Вселенной:
«Произошел фазовый переход вещества из одного состояния в другое в масштабах Вселенной - явление, подобное превращению воды в лед. И как при замерзании воды ее беспорядочно движущиеся молекулы вдруг «схватываются» и образуют строгую кристаллическую структуру, так под влиянием выделившихся сильных взаимодействий произошла мгновенная перестройка, своеобразная «кристаллизация» вещества во Вселенной» .
Как видим, процесс фазового перехода в процессе инфляции практически полностью совпадает с описанием процесса веществолизации материи. Различие заключается в том, что инфляция связана с механическим расширением плотно сжатого вещества до разреженного состояния, а веществолизация рассматривается как некое подобие «кристаллизации», но не вещества, а материи. При веществолизации материи образуется вещество изначально в разреженном состоянии. Поэтому все сопутствующие окончанию инфляции признаки присущи и окончанию процесса веществолизации: наличие микроволнового фона и процессы образования галактик.
Если есть такое совпадение, то чем инфляция хуже веществолизации? Тем, что при веществолизации материи отсутствует как таковое Сотворение Мира. Большой взрыв, сингулярность не возникают из Ничего. Из ничего может возникнуть только ничто. Кроме того, размеры Вселенной не устанавливаются необоснованно в 13,7 миллиардов световых лет. Вселенная при веществолизации имеет, вероятно, бесконечные размеры или размеры, увеличивающиеся с невообразимо большой скоростью (скорость фронта волны веществолизации). Это увеличение не связано с расширением пространства во Вселенной, это предшествующий ему процесс. Следовательно, любая информация об удалённых галактиках (свет от них) старше 13,7 миллиарда лет будет информацией о состоянии Вселенной на момент её возникновения: не существует излучения от галактик, испущенного раньше этого срока - 13,7 миллиарда лет назад.
БУДУЩЕЕ ВСЕЛЕННОЙ
Практически все известные реалистичные космологические теории, общая теория относительности предсказывают Вселенной довольно безрадостное будущее: циклическую смерть Вселенной, тепловую смерть или Большой Крах .
Гипотеза о веществолизации в буквальной трактовке эту традицию не нарушает. То есть, Вселенная по этой гипотезе тоже не вечна. Но она не вечна в наблюдаемом виде: галактики, звёзды и так далее. Однако, Человечество, вообще-то, беспокоит не столько судьба Вселенной, сколько своя собственная судьба. Самолюбие, эгоцентризм Человечества требуют вечного существования. И здесь у гипотезы веществолизации есть обнадёживающие предложения.
Расширение пространства, понятно, ведёт к удалению галактик друг от друга. Однако, условия возникновения Вселенной допускают варианты, описанные в теории стационарной Вселенной. Другими словами, нет запретов на то, чтобы в пустом космическом пространстве вдруг ни с того, ни с сего не возникла новая овеществлённая область, из которой в дальнейшем будут развиваться такие же, как и нынешние, галактики. Гипотеза веществолизации не отвергает такую возможность. Если же эта возможность не будет реализована, то постепенно Вселенная расширится до беспредельных размеров и практически до нулевой плотности.
Постепенно все гравитационно связанные области, включая звёзды, планеты и астероиды распадутся на атомы. Не будет компактных тел. Вероятно, расширение пространства приведёт в дальнейшем к разрыву атомов. Поэтому во Вселенной останутся только элементарные частицы. Корпускулярно-волновой дуализм приведёт к тому, что все частицы сместятся в красную область с температурой, близкой к абсолютному нулю. Если вспомнить, что вещество - это проявление свойства материи, одна из форм её движения, то станет понятно: материя переходит в низкоэнергетическое состояние.
Это значит, что «кусочки» вещества, в каком бы виде они не оставались, «рассасываются», гаснут, переходят в основное - материальное состояние. Это равноценно анти-Взрыву. При взрыве вещество возникло, при антивзрыве оно исчезнет. Только это исчезновение не в Ничто, а в свою первооснову - в материю. Такое постепенное «затухание» вещества, в конечном счете, приведёт к полному исчезновению вещественного мира. Соответственно, исчезнут Пространство и Время. Но материальное бытие - не исчезнет.
Что же хорошего для человечества в таком мрачном сценарии? Во-первых, из истории человечества можно сделать непреложный вывод: человек является диалектическим продолжением, потомком органического вещества. То есть, первичной субстанцией, его самым древним предком является первая органическая молекула. Понятно, что человек нисколько не сожалеет о том, что этот предок завершил свою эволюцию, исчез из природы. Более того, более близкие предки человека тоже исчезли, и человек не считает, что исчез он сам, человек. Человечество осознаёт себя здесь и сейчас.
Надо понимать, что сегодняшний человек точно так же исчезнет из природы, как и все его предки, предшественники. Человечество в нынешнем виде не вечно. Но Человечество как таковое - вечно. Вечно в самом прямом смысле этого слова - во Времени. Мы будем менять свой вид. Возможно, когда-то у нас не будет волос на голове. Исчезнут уши и глаза. Руки и ноги не будут нам нужны. Да и сам «человек» будет иметь какой-нибудь аморфный вид. Мы, несомненно, изменимся до неузнаваемости. Но главное будет неизменным: самосознание. Будет ли оно полевым, будет ли оно коллективным или всё «человечество» будет осознавать себя единым субъектом - это неизвестно. Известно только, что сознание будет существовать в той или иной форме.
Также мы должны понимать, что сознание - это проявление свойств вещества. Сегодня сознание - это свойство высокоорганизованной материи (вещества, мозга). Это довольно примечательная формулировка: «высокоорганизованная материя». То есть, сознание, самосознание - это, в конечном счете, свойство материи, а не только вещества. Следовательно, в процессе реформирования (дезинтеграции) Вселенной Сознание, несомненно, будет развиваться в других формах материи, не вещественных.
В работе «Диалектика природы» философ Ф.Энгельс пишет:
«Но как бы часто и как бы безжалостно не совершался во времени и в пространстве этот круговорот; сколько миллионов солнц и земель ни возникало и ни погибало; как бы долго ни длилось время, пока в какой-нибудь солнечной системе и только на одной планете не создались условия для органической жизни; сколько бы бесчисленных органических существ ни должно было раньше возникнуть и погибнуть, прежде чем из среды разовьются животные со способным к мышлению мозгом, находя на короткий срок пригодные для своей жизни условия, чтобы затем быть тоже истребленными без милосердия, - у нас есть уверенность в том, что материя во всех своих превращениях остается вечно одной и той же, что ни один из ее атрибутов никогда не может быть утрачен и что поэтому с той же самой железной необходимостью, с какой она когда-нибудь истребит на Земле свой высший цвет – мыслящий дух, она должна будет его снова породить где-нибудь в другом месте и в другое время» .
Но надо помнить, что Ф.Энгельс - один из основоположников диалектического материализма. Поэтому под словом «истребит» следует понимать истребление диалектическое, то есть проявление диалектического «закона отрицания отрицания». Человечество будет заменено его диалектическим отрицанием, преемником. Конечно, если человечество до того само не уничтожит себя или не сумеет избежать природной катастрофы.
Литература
1. Боджовальд М., В погоне за скачущей Вселенной, «В мире науки», 2009, №1, URL:
http://www.chronos.msu.ru/RREPORTS/bodzhovald_pogonya.html
2. Википедия - Инфляционная модель Вселенной, URL:
http://ru.wikipedia.org/wiki/Инфляционная_модель_Вселенной (дата обращения 03.01.2016)
3. Левин А., За триллион лет до Большого взрыва, URL:
http://elementy.ru/lib/431131?page_design=print (дата обращения 03.01.2016)
4. Левин А., Циклическая теория, URL:
http://galspace.spb.ru/indvop.file/56.html (дата обращения 03.01.2016)
5. Линде А., Инфляция, квантовая космология и антропный принцип. Хаотическая инфляция (пер. Карпова С.), URL:
http://www.astronet.ru/db/msg/1181084/node2.html (дата обращения 03.01.2016)
6. Путенихин П.В., Быстрее света - квантино, 2012, URL:
http://samlib.ru/editors/p/putenihin_p_w/light.shtml (дата обращения 03.01.2016)
7. Путенихин П.В., Вечность и Бесконечность Мироздания, 2012, URL:
http://samlib.ru/editors/p/putenihin_p_w/ve4nost.shtml (дата обращения 03.01.2016)
8. Путенихин П.В., Веществолизация эфира при Большом Взрыве, 2009, URL:
http://samlib.ru/editors/p/putenihin_p_w/wesh.shtml (дата обращения 03.01.2016)
9. Путенихин П.В., Материя, Пространство, Время; 2007, URL:
http://samlib.ru/editors/p/putenihin_p_w/materia.shtml (дата обращения 03.01.2016)
10. Путенихин П.В., Ответ Николаеву, Самизадат, 2009, URL:
http://samlib.ru/editors/p/putenihin_p_w/otvet.shtml (дата обращения 03.01.2016)
11. Путенихин П.В., Свойства эфира, 2008, URL:
http://samlib.ru/editors/p/putenihin_p_w/ephir.shtml (дата обращения 03.01.2016)
12. Путенихин П.В., Тёмная энергия - гипотеза о происхождении, 3-2012
http://samlib.ru/editors/p/putenihin_p_w/energy.shtml (дата обращения 03.01.2016)
13. Рыков А.В., «Тёмная» энергия и «тёмная» материя Вселенной, URL:
http://314159.ru/rykov/rykov1.htm (дата обращения 03.01.2016)
14. Стейнхарт П., За и против космологической инфляции (пер. О.С. Сажина), URL:
http://modcos.com/articles.php?id=120 (дата обращения 03.01.2016)
15. Фридман А.А., О кривизне пространства, УФН, 1963, июль T.LXXX, вып.3, URL:
http://www.astronet.ru/db/msg/1186218 (дата обращения 03.01.2016)
http://ufn.ru/ufn63/ufn63_7/Russian/r637b.pdf (дата обращения 03.01.2016)
16. Элементы - Закон Хаббла, URL:
http://elementy.ru/trefil/21148?context=20444 (дата обращения 03.01.2016)
17. Элементы - Инфляционная стадия расширения Вселенной, URL
http://elementy.ru/trefil/21082 (дата обращения 03.01.2016)
18. Элементы - Космологическая постоянная, URL:
http://elementy.ru/trefil/21076?context=20444 (дата обращения 03.01.2016)
19. Элементы - Ранняя Вселенная, URL:
http://elementy.ru/trefil/84?context=20444 (дата обращения 03.01.2016)
20. Элементы - Теория стационарной Вселенной, URL:
http://elementy.ru/trefil/21183?context=25284 (дата обращения 03.01.2016)
21. Энгельс Ф., «Диалектика природы», URL:
http://sbiblio.com/biblio/archive/engels_dialektika/01.aspx (дата обращения 03.01.2016)
22. Косинов Н.В., Гарбарук В.И. Материя и вещество, SciTecLibrary, 2002, URL:
http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/2939.html (дата обращения 03.01.2016)
23. Путиев И.Т., К вопросу о видах и структуре материи в современной физике, SciTecLibrary, 2011, URL:
http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/10858.html (дата обращения 03.01.2016)
Адрес полного текста статьи в интернете URL:
http://samlib.ru/editors/p/putenihin_p_w/universe.shtml (дата обращения 03.01.2016)
Иллюстрации и уравнения к статье (зеркала)
http://samlib.ru/p/putenihin_p_w/
https://cloud.mail.ru/public/8WpP/qeaUMAiGz
https://cloud.mail.ru/public/Hq7e/jZ9YZGJW9
https://yadi.sk/d/EZg36rrKmJDwk
http://fileload.info/users/putenikhin/
Всего лишь сто лет назад ученые обнаружили, что наше Мироздание стремительно увеличивается в размерах.
Еще сто лет назад представления о Вселенной базировались на ньютоновской механике и евклидовой геометрии. Даже немногие ученые, такие как Лобачевский и Гаусс, допускавшие (только как гипотезу!) физическую реальность неевклидовой геометрии, считали космическое пространство вечным и неизменным
Алексей Левин
В 1870 году английский математик Уильям Клиффорд пришел к очень глубокой мысли, что пространство может быть искривлено, причем неодинаково в разных точках, и что со временем его кривизна может изменяться. Он даже допускал, что такие изменения как-то связаны с движением материи. Обе эти идеи спустя много лет легли в основу общей теории относительности. Сам Клиффорд до этого не дожил — он умер от туберкулеза в возрасте 34 лет за 11 дней до рождения Альберта Эйнштейна.
Красное смещение
Первые сведения о расширении Вселенной предоставила астроспектрография. В 1886 году английский астроном Уильям Хаггинс заметил, что длины волн звездного света несколько сдвинуты по сравнению с земными спектрами тех же элементов. Исходя из формулы оптической версии эффекта Допплера, выведенной в 1848 году французским физиком Арманом Физо, можно вычислить величину радиальной скорости звезды. Подобные наблюдения позволяют отследить движение космического объекта.
Еще сто лет назад представления о Вселенной базировались на ньютоновской механике и евклидовой геометрии. Даже немногие ученые, такие как Лобачевский и Гаусс, допускавшие (только как гипотезу!) физическую реальность неевклидовой геометрии, считали космическое пространство вечным и неизменным. Из-за расширения Вселенной судить о расстоянии до далеких галактик непросто. Свет, дошедший через 13 млрд лет от галактики A1689-zD1 в 3,35 млрд световых лет от нас (А), «краснеет» и ослабевает по мере преодоления расширяющегося пространства, а сама галактика удаляется (B). Он будет нести информацию о дистанции в красном смещении (13 млрд св. лет), в угловом размере (3,5 млрд св. лет), в интенсивности (263 млрд св. лет), тогда как реальное расстояние составляет 30 млрд св. лет.
Четверть века спустя эту возможность по‑новому использовал сотрудник обсерватории во Флагстаффе в штате Аризона Весто Слайфер, который с 1912 года изучал спектры спиральных туманностей на 24-дюймовом телескопе с хорошим спектрографом. Для получения качественного снимка одну и ту же фотопластинку экспонировали по нескольку ночей, поэтому проект двигался медленно. С сентября по декабрь 1913 года Слайфер занимался туманностью Андромеды и с помощью формулы Допплера-Физо пришел к выводу, что она ежесекундно приближается к Земле на 300 км.
В 1917 году он опубликовал данные о радиальных скоростях 25 туманностей, которые показывали значительную асимметрию их направлений. Только четыре туманности приближались к Солнцу, остальные убегали (и некоторые очень быстро).
Слайфер не стремился к славе и не пропагандировал свои результаты. Поэтому они стали известны в астрономических кругах, лишь когда на них обратил внимание знаменитый британский астрофизик Артур Эддингтон.
В 1924 году он опубликовал монографию по теории относительности, куда включил перечень найденных Слайфером радиальных скоростей 41 туманности. Там присутствовала все та же четверка туманностей с голубым смещением, в то время как у остальных 37 спектральные линии были сдвинуты в красную сторону. Их радиальные скорости варьировали в пределах 150 — 1800 км/с и в среднем в 25 раз превышали известные к тому времени скорости звезд Млечного Пути. Это наводило на мысль, что туманности участвуют в иных движениях, нежели «классические» светила.
Космические острова
В начале 1920-х годов большинство астрономов полагало, что спиральные туманности расположены на периферии Млечного Пути, а за его пределами уже нет ничего, кроме пустого темного пространства. Правда, еще в XVIII веке некоторые ученые видели в туманностях гигантские звездные скопления (Иммануил Кант назвал их островными вселенными). Однако эта гипотеза не пользовалась популярностью, поскольку достоверно определить расстояния до туманностей никак не получалось.
Эту задачу решил Эдвин Хаббл, работавший на 100-дюймовом телескопе-рефлекторе калифорнийской обсерватории Маунт-Вилсон. В 1923—1924 годах он обнаружил, что туманность Андромеды состоит из множества светящихся объектов, среди которых есть переменные звезды семейства цефеид. Тогда уже было известно, что период изменения их видимого блеска связан с абсолютной светимостью, и поэтому цефеиды пригодны для калибровки космических дистанций. С их помощью Хаббл оценил расстояние до Андромеды в 285 000 парсек (по современным данным, оно составляет 800 000 парсек). Диаметр Млечного Пути тогда полагали приблизительно равным 100 000 парсек (в действительности он втрое меньше). Отсюда следовало, что Андромеду и Млечный Путь необходимо считать независимыми звездными скоплениями. Вскоре Хаббл идентифицировал еще две самостоятельные галактики, чем окончательно подтвердил гипотезу «островных вселенных».
Справедливости ради стоит отметить, что за два года до Хаббла расстояние до Андромеды вычислил эстонский астроном Эрнст Опик, чей результат — 450000 парсек — был ближе к правильному. Однако он использовал ряд теоретических соображений, которые не были так же убедительны, как прямые наблюдения Хаббла.
К 1926 году Хаббл провел статистический анализ наблюдений четырех сотен «внегалактических туманностей» (этим термином он пользовался еще долго, избегая называть их галактиками) и предложил формулу, позволяющую связать расстояние до туманности с ее видимой яркостью. Несмотря на огромные погрешности этого метода, новые данные подтверждали, что туманности распределены в пространстве более или менее равномерно и находятся далеко за границами Млечного Пути. Теперь уже не приходилось сомневаться, что космос не замыкается на нашей Галактике и ее ближайших соседях.
Модельеры космоса
Эддингтон заинтересовался результатами Слайфера еще до окончательного выяснения природы спиральных туманностей. К этому времени уже существовала космологическая модель, в определенном смысле предсказывавшая эффект, выявленный Слайфером. Эддингтон много размышлял о ней и, естественно, не упустил случая придать наблюдениям аризонского астронома космологическое звучание.
Современная теоретическая космология началась в 1917 году двумя революционными статьями, представившими модели Вселенной, построенные на основе общей теории относительности. Одну из них написал сам Эйнштейн, другую — голландский астроном Виллем де Ситтер.
Законы Хаббла
Эдвин Хаббл эмпирически выявил примерную пропорциональность красных смещений и галактических дистанций, которую он с помощью формулы Допплера-Физо превратил в пропорциональность между скоростями и расстояниями. Так что мы имеем здесь дело с двумя различными закономерностями.
Хаббл не знал, как они связаны друг с другом, но что об этом говорит сегодняшняя наука?
Как показал еще Леметр, линейная корреляция между космологическими (вызванными расширением Вселенной) красными смещениями и дистанциями отнюдь не абсолютна. На практике она хорошо соблюдается лишь для смещений, меньших 0,1. Так что эмпирический закон Хаббла не точный, а приближенный, да и формула Допплера-Физо справедлива только для небольших смещений спектра.
А вот теоретический закон, связывающий радиальную скорость далеких объектов с расстоянием до них (с коэффициентом пропорциональности в виде параметра Хаббла V=Hd), справедлив для любых красных смещений. Однако фигурирующая в нем скорость V — вовсе не скорость физических сигналов или реальных тел в физическом пространстве. Это скорость возрастания дистанций между галактиками и галактическими скоплениями, которое обусловлено расширением Вселенной. Мы бы смогли ее измерить только в том случае, если были бы в состоянии останавливать расширение Вселенной, мгновенно протягивать мерные ленты между галактиками, считывать расстояния между ними и делить их на промежутки времени между измерениями. Естественно, что законы физики этого не позволяют. Поэтому космологи предпочитают использовать параметр Хаббла H в другой формуле, где фигурирует масштабный фактор Вселенной, который как раз и описывает степень ее расширения в различные космические эпохи (поскольку этот параметр изменяется со временем, его современное значение обозначают H0). Вселенная сейчас расширяется с ускорением, так что величина хаббловского параметра возрастает.
Измеряя космологические красные смещения, мы получаем информацию о степени расширения пространства. Свет галактики, пришедший к нам с космологическим красным смещением z, покинул ее, когда все космологические дистанции были в 1+z раз меньшими, нежели в нашу эпоху. Получить об этой галактике дополнительные сведения, такие как ее нынешняя дистанция или скорость удаления от Млечного Пути, можно лишь с помощью конкретной космологической модели. Например, в модели Эйнштейна — де Ситтера галактика с z = 5 отдаляется от нас со скоростью, равной 1,1 с (скорости света). А вот если сделать распространенную ошибку и просто уравнять V/c и z, то эта скорость окажется впятеро больше световой. Расхождение, как видим, нешуточное.
Зависимость скорости далеких объектов от красного смещения согласно СТО, ОТО (зависит от модели и времени, кривая показывает настоящее время и текущую модель). При малых смещениях зависимость линейная.
Эйнштейн в духе времени считал, что Вселенная как целое статична (он пытался сделать ее еще и бесконечной в пространстве, но не смог найти корректные граничные условия для своих уравнений). В итоге он построил модель замкнутой Вселенной, пространство которой обладает постоянной положительной кривизной (и поэтому она имеет постоянный конечный радиус). Время в этой Вселенной, напротив, течет по‑ньютоновски, в одном направлении и с одинаковой скоростью. Пространство-время этой модели искривлено за счет пространственной компоненты, в то время как временная никак не деформирована. Статичность этого мира обеспечивает специальный «вкладыш» в основное уравнение, препятствующий гравитационному схлопыванию и тем самым действующий как вездесущее антигравитационное поле. Его интенсивность пропорциональна особой константе, которую Эйнштейн назвал универсальной (сейчас ее называют космологической постоянной).
Космологическая модель Леметра, описывающая расширение Вселенной, намного опередила свое время. Вселенная Леметра начинается с Большого взрыва, после которого расширение сначала замедляется, а затем начинает ускоряться.
Эйнштейновская модель позволила вычислить размер Вселенной, общее количество материи и даже значение космологической постоянной. Для этого нужна лишь средняя плотность космического вещества, которую, в принципе, можно определить из наблюдений. Не случайно этой моделью восхищался Эддингтон и использовал на практике Хаббл. Однако ее губит неустойчивость, которую Эйнштейн просто не заметил: при малейшем отклонении радиуса от равновесного значения эйнштейновский мир либо расширяется, либо претерпевает гравитационный коллапс. Поэтому к реальной Вселенной такая модель отношения не имеет.
Пустой мир
Де Ситтер тоже построил, как он сам считал, статичный мир постоянной кривизны, но не положительной, а отрицательной. В нем присутствует эйнштейновская космологическая константа, но зато полностью отсутствует материя. При введении пробных частиц сколь угодно малой массы они разбегаются и уходят в бесконечность. Кроме того, время на периферии вселенной де Ситтера течет медленней, нежели в ее центре. Из-за этого с больших расстояний световые волны приходят с красным смещением, даже если их источник неподвижен относительно наблюдателя. Поэтому в 1920-е годы Эддингтон и другие астрономы задались вопросом: не имеет ли модель де Ситтера чего-нибудь общего с реальностью, отраженной в наблюдениях Слайфера?
Эти подозрения подтвердились, хоть и в ином плане. Статичность вселенной де Ситтера оказалась мнимой, поскольку была связана с неудачным выбором координатной системы. После исправления этой ошибки пространство де Ситтера оказалось плоским, евклидовым, но нестатичным. Благодаря антигравитационной космологической константе оно расширяется, сохраняя при этом нулевую кривизну. Из-за этого расширения длины волн фотонов возрастают, что и влечет за собой предсказанный де Ситтером сдвиг спектральных линий. Стоит отметить, что именно так сегодня объясняют космологическое красное смещение далеких галактик.
От статистики к динамике
История открыто нестатичных космологических теорий начинается с двух работ советского физика Александра Фридмана, опубликованных в немецком журнале Zeitschrift fur Physik в 1922 и 1924 годах. Фридман просчитал модели вселенных с переменной во времени положительной и отрицательной кривизной, которые стали золотым фондом теоретической космологии. Однако современники эти работы почти не заметили (Эйнштейн сначала даже счел первую статью Фридмана математически ошибочной). Сам Фридман полагал, что астрономия еще не обладает арсеналом наблюдений, позволяющим решить, какая из космологических моделей более соответствует реальности, и потому ограничился чистой математикой. Возможно, он действовал бы иначе, если бы ознакомился с результатами Слайфера, однако этого не случилось.
По-другому мыслил крупнейший космолог первой половины XX века Жорж Леметр. На родине, в Бельгии, он защитил диссертацию по математике, а затем в середине 1920-х изучал астрономию — в Кембридже под руководством Эддингтона и в Гарвардcкой обсерватории у Харлоу Шепли (во время пребывания в США, где он подготовил вторую диссертацию в МIT, он познакомился со Слайфером и Хабблом). Еще в 1925 году Леметру впервые удалось показать, что статичность модели де Ситтера мнимая. По возвращении на родину в качестве профессора Лувенского университета Леметр построил первую модель расширяющейся вселенной, обладающую четким астрономическим обоснованием. Без преувеличения, эта работа стала революционным прорывом в науке о космосе.
Вселенская революция
В своей модели Леметр сохранил космологическую константу с эйнштейновским численным значением. Поэтому его вселенная начинается статичным состоянием, но со временем из-за флуктуаций вступает на путь постоянного расширения с возрастающей скоростью. На этой стадии она сохраняет положительную кривизну, которая уменьшается по мере роста радиуса. Леметр включил в состав своей вселенной не только вещество, но и электромагнитное излучение. Этого не сделали ни Эйнштейн, ни де Ситтер, чьи работы были Леметру известны, ни Фридман, о котором он тогда ничего не знал.
Сопутствующие координаты
В космологических вычислениях удобно пользоваться сопутствующими координатными системами, которые расширяются в унисон с расширением Вселенной. В идеализированной модели, где галактики и галактические кластеры не участвуют ни в каких собственных движениях, их сопутствующие координаты не меняются. А вот дистанция между двумя объектами в данный момент времени равна их постоянной дистанции в сопутствующих координатах, умноженной на величину масштабного фактора для этого момента. Такую ситуацию легко проиллюстрировать на надувном глобусе: широта и долгота каждой точки не меняются, а расстояние между любой парой точек увеличивается с ростом радиуса.
Использование сопутствующих координат помогает осознать глубокие различия между космологией расширяющейся Вселенной, специальной теорией относительности и ньютоновской физикой. Так, в ньютоновской механике все движения относительны, и абсолютная неподвижность не имеет физического смысла. Напротив, в космологии неподвижность в сопутствующих координатах абсолютна и в принципе может быть подтверждена наблюдениями. Специальная теория относительности описывает процессы в пространстве-времени, из которого можно с помощью преобразований Лоренца бесконечным числом способов вычленять пространственные и временные компоненты. Космологическое пространство-время, напротив, естественно распадается на искривленное расширяющееся пространство и единое космическое время. При этом скорость разбегания далеких галактик может многократно превышать скорость света.
Леметр еще в США предположил, что красные смещения далеких галактик возникают из-за расширения пространства, которое «растягивает» световые волны. Теперь же он доказал это математически. Он также продемонстрировал, что небольшие (много меньшие единицы) красные смещения пропорциональны расстояниям до источника света, причем коэффициент пропорциональности зависит только от времени и несет информацию о текущем темпе расширения Вселенной. Поскольку из формулы Допплера-Физо следовало, что радиальная скорость галактики пропорциональна красному смещению, Леметр пришел к выводу, что эта скорость также пропорциональна ее удаленности. Проанализировав скорости и дистанции 42 галактик из списка Хаббла и приняв во внимание внутригалактическую скорость Солнца, он установил значения коэффициентов пропорциональности.
Незамеченная работа
Свою работу Леметр опубликовал в 1927 году на французском языке в малочитаемом журнале «Анналы Брюссельского научного общества». Считают, что это послужило основной причиной, из-за которой она поначалу осталась практически незамеченной (даже его учителем Эддингтоном). Правда, осенью того же года Леметр смог обсудить свои выводы с Эйнштейном и узнал от него о результатах Фридмана. У создателя ОТО не было технических возражений, однако он решительно не поверил в физическую реальность леметровской модели (подобно тому, как раньше не принял фридмановские выводы).
Графики Хаббла
Между тем в конце 1920-х годов Хаббл и Хьюмасон выявили линейную корреляцию между расстояниями до 24 галактик и их радиальными скоростями, вычисленными (в основном еще Слайфером) по красным смещениям. Хаббл сделал из этого вывод о прямой пропорциональности радиальной скорости галактики расстоянию до нее. Коэффициент этой пропорциональности сейчас обозначают H0 и называют параметром Хаббла (по последним данным, он немного превышает 70 (км/с)/мегапарсек).
Статья Хаббла с графиком линейной зависимости между галактическими скоростями и дистанциями была опубликована в начале 1929 года. Годом ранее молодой американский математик Хауард Робертсон вслед за Леметром вывел эту зависимость из модели расширяющейся Вселенной, о чем Хаббл, возможно, знал. Однако в его знаменитой статье эта модель ни прямо, ни косвенно не упоминалась. Позднее Хаббл высказывал сомнения, что фигурирующие в его формуле скорости реально описывают движения галактик в космическом пространстве, однако всегда воздерживался от их конкретной интерпретации. Смысл своего открытия он видел в демонстрации пропорциональности галактических расстояний и красных смещений, остальное предоставлял теоретикам. Поэтому при всем уважении к Хабблу считать его первооткрывателем расширения Вселенной нет никаких оснований.
И все-таки она расширяется!
Тем не менее Хаббл подготовил почву для признания расширения Вселенной и модели Леметра. Уже в 1930 году ей воздали должное такие мэтры космологии, как Эддингтон и де Ситтер; немногим позже ученые заметили и по достоинству оценили работы Фридмана. В 1931 году с подачи Эддингтона Леметр перевел на английский свою статью (с небольшими купюрами) для «Ежемесячных известий Королевского астрономического общества». В этом же году Эйнштейн согласился с выводами Леметра, а годом позже совместно с де Ситтером построил модель расширяющейся Вселенной с плоским пространством и искривленным временем. Эта модель из-за своей простоты долгое время была очень популярна среди космологов.
В том же 1931 году Леметр опубликовал краткое (и без всякой математики) описание еще одной модели Вселенной, объединявшей в себе космологию и квантовую механику. В этой модели начальным моментом выступает взрыв первичного атома (Леметр также называл его квантом), породивший и пространство, и время. Поскольку тяготение тормозит расширение новорожденной Вселенной, его скорость уменьшается — не исключено, что почти до нуля. Позднее Леметр ввел в свою модель космологическую постоянную, заставившую Вселенную со временем перейти в устойчивый режим ускоряющегося расширения. Так что он предвосхитил и идею Большого взрыва, и современные космологические модели, учитывающие присутствие темной энергии. А в 1933 году он отождествил космологическую постоянную с плотностью энергии вакуума, о чем до того никто еще не додумался. Просто удивительно, насколько этот ученый, безусловно достойный титула первооткрывателя расширения Вселенной, опередил свое время!