Мочало конца

ЯЙЦО – ВСМЯТКУ

В 1928 году Александр Фридман построил модель «расширяющейся Вселенной». Теория предполагает, что Вселенная зародилась примерно 13,7 млрд. лет назад после взрыва некоего сверхплотного яйца (иначе — точки сингулярности; условной точки пространства, содержащей бесконечное или очень большое количество энергии и материи). Взрыв сопровождался мощным выбросом элементарных частиц. Из этой «каши» протонов и электронов в дальнейшем образовались звезды и галактики. Считается, что в младенческом возрасте температура Вселенной составляла около 3000° С, затем она постепенно падала, а сегодня лишь ненамного превышает абсолютный ноль. Модель Фридмана предполагает, что эволюция Вселенной может идти двумя путями: либо бесконечное разбегание вещества от точки взрыва, либо смена в какой-то момент фазы расширения фазой сжатия вплоть до коллапса, когда Вселенная снова обратится в точку. Выбор пути зависит от критической плотности вещества мира. Если плотность выше некоторой величины, то происходит коллапс. Если меньше — то наши далекие потомки все так же будут наблюдать на небосклоне удаляющиеся друг от друга звездные скопления.

Всего через год, в 1929-м, Эдвин Хаббл обнаружил «красное смещение» в спектрах далеких галактик — понижение частоты их излучения в зависимости от расстояния от Земли. Хаббл предположил, что смещение является следствием разбегания галактик, и сформулировал закон, получивший его имя. Согласно закону Хаббла, чем дальше от нас галактика, тем быстрее она удаляется. Эти величины связаны между собой коэффициентом — постоянной Хаббла. В каждый данный момент времени постоянная Хаббла одинакова для любой точки Вселенной. Однако, когда скорость разбегания замедлится — такое должно происходить по мере того, как Вселенная остывает, — коэффициент должен уменьшаться.

Гигантский начальный взрыв в модели «горячей Вселенной», очевидно, сопровождался мощным первичным излучением. Его следы непременно должны были сохраниться и обнаруживаться. Впервые предположение о существовании первичного излучения высказал американский физик, эмигрант из России Георгий Гамов. 

В 1950-х годах инженер Т. Шмаонов, испытывая радиоантенну новой конструкции, обнаружил странные сигналы из космоса на длине волны около 3 см. Скоро подтвердилось, Шмаонов был первым, кто «услышал» именно реликтовое излучение.

В 1980-х годах возникла дискуссия о тонкой структуре реликтового излучения. Оказалось, что только в первом приближении оно изотропно и однородно. Ученые Института космических исследований АН СССР И. Струков и М. Сажин организовали пионерский эксперимент со спутником «Реликт» по проверке неоднородности реликтового излучения. Результаты были опубликованы в научных журналах, в том числе и в США. Этот эксперимент через некоторое время воспроизвели американцы со спутником СОВЕ. Результаты его фактически продублировали полученное нашими учеными. Тем не менее, Нобелевскую премию «за открытие спектра черного тела в реликтовом излучении и анизотропии этого излучения» в 2006 году получили американцы.

Однако реальность Большого взрыва все равно вызывает сомнения. Кстати, сам автор термина «Большой взрыв» — нобелевский лауреат Фредерик Хойл из США — в эту теорию не верил.

СПУТАННЫЕ ОДНОЙ СЕТЬЮ

В 1970-е годы по инициативе академика Б. Зельдовича ученые СССР и США построили компьютерную модель распределения материи во Вселенной. Оказалось, что галактики объединяются в метагалактики и располагаются в пространстве как бы в узлах некой ячеистой структуры с шагом порядка 100 млн световых лет. Внутри ячеек царит относительная пустота. Пространственно-временной континиум Вселенной оказался структурированным.

Наблюдения показывают, что уже на масштабах 10 млрд. световых лет материя распределена в пространстве вполне однородно. Результат «взрывного разброса» вещества должен бы выглядеть несколько иначе.

Это немного ослабило авторитет сторонников фридмановской «расширяющейся Вселенной» и теории Большого взрыва.

Подытожим базовые факты, которыми располагает сегодня наука.

Красное смещение. Оно действительно существует. Объясняя его эффектом Доплера (длина волны света, который испускает объект, удаляющийся от наблюдателя, возрастает), Хаббл сделал вполне логичное заключение, что галактики разбегаются. Но, как оказывается, отнюдь не все. Некоторые притягиваются друг к другу и даже сталкиваются. И, самое главное, постоянная Хаббла не уменьшается, как предсказывал он сам, а растет, что подтверждают последние измерения.

Реликтовое излучение, по теории Большого взрыва, должно нести информацию о состоянии Вселенной в начале ее рождения. И вот что крайне любопытно: реликтовое излучение соответствует состоянию материи при температуре 2,7°К. А каково «поведение» Вселенной в диапазоне температур от 0 до 2,7°К? Не означает ли это, что именно такой была температура Вселенной 14 млрд. лет назад? Не 3000°С, а 2,7°К.

Тогда картина мира выглядит совсем иначе.

Начальным состоянием нынешнего цикла была не фридмановская точка сингулярности, не Космическое яйцо в преддверии Большого взрыва, а однородное и холодное пространство — материя. В некий момент оно начало разогреваться (о том, как и почему это происходило, чуть ниже), образуя галактики, звезды и планеты. Достигнув максимума, разогрев должен смениться охлаждением, в конце которого наступит «смерть» Вселенной, а затем начнется новый цикл...

Любая среда, температура которой выше абсолютного нуля, имеет неоднородности, способные послужить толчком для начала спонтанных изменений в состоянии этой среды — флуктуаций. Температура 2,7°К, конечно, не сочинский курорт, однако этому условию вполне удовлетворяет. В отсутствие очевидцев этого состояния Вселенной мы имеем лишь одну возможность проверить предположения — построить его математическую модель. Такую модель — физического вакуума — создал российский физик Евгений Ченский. Он уподобил пространство бесконечно протяженному кристаллическому объекту с периодом решетки внутренней структуры 10 в минус 33-й степени сантиметра.

Почему именно такая величина?

Внутренняя структура любого кристаллического твердого тела представляет собой решетку, в узлах которой располагаются атомы. Они находятся на строго определенном расстоянии друг от друга, и, пока это расстояние сохраняется, химические и физические свойства данного вещества остаются неизменными. Именно на этом расстоянии атомы вещества эффективно взаимодействуют друг с другом, сохраняя созданную их объединением сущность.

Дальнейшее уменьшение параметров решетки вызывает гравитационную неустойчивость системы: если частицы сблизятся, сила гравитационного притяжения между ними превысит силу кулоновского отталкивания и частицы слипнутся.

Вселенная бесконечна, бесконечно количество узлов в модели, но Ченский доказал, что для описания поведения наблюдаемых частиц достаточно всего двенадцати уравнений. Решения этой системы уравнений позволяют сделать несколько весьма необычных выводов, главный из которых — отказ от гипотезы Большого взрыва. Вполне возможно, что все в нашей Вселенной происходило (и происходит) несколько иначе.

ТО ОБРАТНО ВЕРНЕТСЯ ОПЯТЬ…

Итак, рассмотрим новую модель нашего мира.

Точка отсчета — Вселенная при температуре 2,7°К. Ее энергия «законсервирована» в протонах, масса и потенциальная энергия этих частиц максимальны для данного цикла, масса электрона — неизменной и обязательной пары протона — минимальна. Непроизвольный, но статистически ожидаемый в бесконечном пространстве и времени толчок к некоему изменению состояния (флуктуация) побуждает протон начать излучать энергию (массу) и одновременно приобретать ускорение. Этот процесс и означает начало фазы разогрева материи вплоть до температур реакции ядерного синтеза.

Энергию (массу) протона «впитывает» его антипод — электрон. Собственно говоря, науке неизвестно, что собой представляют эти частицы. Мы сумели измерить некоторые характеристики электрона — массу, заряд, спин, но это еще не дает никаких оснований считать его материальной точкой. Скорее всего, и электрон, и протон следует рассматривать как некие облачка материи, масса и плотность которых может меняться. Облачка перетекают один к другому, протон массу теряет, электрон становится тяжелее.

А у постоянной Хаббла появляется новый физический смысл: она характеризует не скорость расширения Вселенной, а скорость изменения массы электрона. И тогда, если нет разбегания Вселенной, нет нужды и в конструировании механизма разбегания — гипотезы существования темной энергии. Вселенная не расширяется, она нестационарна (ее свойства периодически меняются) и бесконечна в пространстве и во времени.

Электрон и протон — парные частицы, число тех и других в природе одинаково, они вместе рождаются из вакуума и вместе исчезают. Наблюдаемый сейчас разогрев Вселенной будет продолжаться до тех пор, пока массы электрона и протона не сравняются. В этой точке — точке вырождения — никакого коллапса Вселенной не произойдет, просто температура Вселенной после начала процесса ее разогрева достигнет максимума. Возможно, люди (если к этому времени человечество сохранится) обратят внимание на некие явления, отмечающие смену знака в жизни Вселенной, — например, выбросы звездной плазмы, изменение характеристик светимости галактик или что-то еще.

Затем начнется процесс охлаждения Вселенной. Массы электрона и протона будут меняться в обратном направлении следующие 15 (а может, и более) млрд. лет. И этот периодический процесс бесконечен во времени и в пространстве, так же как и бесконечна сама Вселенная. К сожалению, сакраментальный вопрос «А как же все-таки началась Вселенная?» при таком сюжете течения событий просто не имеет смысла.

И последнее. Сейчас высказываются предположения, что и наша Вселенная — лишь одна из бесконечного множества, образующего так называемую пространственно-временную пену. Наблюдаемое пространство — это наш родной «пузырь», внутри которого мы и существуем. И таких пузырей много, как, впрочем, много в астрофизике и всякого рода прочей экзотики. Как-то в 60-х годах прошедшего века Лев Ландау сказал: «Мощь современной науки такова, что сейчас мы можем понять даже то, чего не можем себе представить».

Во всяком случае, и сторонникам теории Большого взрыва, и ее критикам окончательные выводы делать преждевременно. Нужны дальнейшие исследования.

по материалам В. Черного