Происхождение Вселенной, Солнечной системы и Земли

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня, наверное, вы не встретите человека, который бы не слышал о теории Большого взрыва. Именно с него, как утверждают учёные, берёт начало наша Вселенная. Однако мало кто знает, что в последнее время она была подвергнута серьёзному пересмотру. Современная наука накопила достаточно много фактов, заставляющих изменить первоначальную интерпретацию этой теории. Как выглядит теория Большого взрыва в настоящее время? С какими проблемами сталкиваются физики и космологи при её разработке и проверке? Каковы перспективы найти окончательный ответ на вопрос возникновения Вселенной? Как обстоят дела в решении вопросов происхождения Солнечной системы и нашей Земли? Именно этому и посвящена данная книга. В ней мы постарались простым и доступным языком рассказать о положении дел в области космогонии, о некогда популярных и современных теориях происхождения Вселенной, Солнечной системы и Земли. Попытались дать им объективную оценку исходя из самых последних научных открытий. Книга содержит большое количество цитат известных и авторитетных учёных в области астрофизики и космологии, их комментарии и суждения по тем или иным вопросам мироустройства, а также множество справочной информации, разъясняет сложные определения и понятия.

Издание будет полезно преподавателям и учащимся средних и высших учебных заведений, а также всем тем, кто интересуется вопросами мироздания.

Данное издание представляет собой сокращённый вариант книги, размещённой на научно-образовательном портале «Мир глазами современной науки» biolar.ru

СОДЕРЖАНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕОРИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ВСЕЛЕННОЙ

ИСААК НЬЮТОН: ЧТО УПРАВЛЯЕТ МИРОЗДАНИЕМ

1.1 Астрономические свидетельства расширения Вселенной

1.2 Стандартная модель происхождения Вселенной (теория Большого взрыва)

1.2.1 Модель «горячего» начала Вселенной

1.2.2 Модель «холодного» начала Вселенной

2. АНАЛИЗ ТЕОРИЙ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ВСЕЛЕННОЙ

2.1 Вселенная из «ничего». Инфляционная модель Большого взрыва

2.2 Парадоксы инфляционной модели Большого взрыва

2.2.1 Сколько энергии в вакууме?

2.2.2 Из чего состоит «ничего»?

2.2.3 Идеальная скорость расширения

2.2.4 Идеальная картина расширения

СТИВЕН ХОКИНГ: НА КАКОЙ ВОПРОС НЕ СМОЖЕТ ОТВЕТИТЬ НАУКА

2.2.5 Неоднородности в однородном расширении

2.2.6 Второй закон термодинамики

2.2.7 Загадочная асимметрия

2.3 Сколько Вселенных во Вселенной?

2.3.1 Хаотическая инфляция

2.4 Уйти от сингулярности

2.5 Назад к стационарной Вселенной

2.6 Пульсирующая Вселенная

2.7 Появление «тёмных персонажей»

2.7.1 Тёмная энергия

2.7.2 Тёмная материя

ЧТО СВИДЕТЕЛЬСТВУЕТ О СУЩЕСТВОВАНИИ ТЁМНОЙ МАТЕРИИ

2.8 Можно ли обогнать свет?

КАК УЧЁНЫЕ ОПРЕДЕЛЯЮТ РАССТОЯНИЕ ДО ГАЛАКТИК И СКОРОСТИ ИХ УДАЛЕНИЯ

2.9 Новая теория Большого взрыва

2.9.1 Парадокс новой теории Большого взрыва

3 ТЕОРИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ И ЗЕМЛИ

3.1 Первая эволюционная модель происхождения Солнечной системы — модель Ж. Бюффона

3.2 Модель И. Канта

3.3 Модель П. Лапласа

3.4 Современные небулярные гипотезы

КАНТ И ЛАПЛАС: ДВА ВЗГЛЯДА НА МИРОЗДАНИЕ

4. АНАЛИЗ ТЕОРИЙ ПРОИСХОЖДЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ И ЗЕМЛИ

4.1 Небулярные гипотезы

4.1.1 Разность состава планет и их спутников

4.1.2 Разнонаправленный характер вращения

4.1.3 Момент количества движения

4.1.4 Закономерности планетных расстояний

4.1.5 Распределение массы вещества планетных систем

4.1.6 Орбитальный наклон планет

4.1.7 Исключительный состав Земли

4.2 Катастрофические гипотезы

4.3 Гипотезы захвата

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Открытое письмо научному сообществу («An Open Letter to the Scientific Community»)

Антропный космологический принцип и творческий замысел

ПОСЛЕСЛОВИЕ

Список использованных источников

1. Теории происхождения вселенной

Несмотря на большой познавательный интерес, вопрос происхождения Вселенной стал объектом пристального научного исследования только в ХХ в. Начиная со времён Аристотеля считалось, что Вселенная является статичной, однородной и бесконечной в пространстве и времени. Она существовала и будет существовать всегда. Некоторые философы полагали, что Вселенная существует независимо от Бога, Он её не творил, а лишь установил в ней порядок. В статичную и бесконечную Вселенную верили Декарт, Кант, Галилей, Ньютон. Интересно, что Ньютон обосновывал свою точку зрения, ссылаясь на им же открытый закон гравитации. Закон гравитации говорит, что все тела притягиваются друг к другу, следовательно, невозможно, чтобы звёзды во Вселенной оставались на месте: они должны стягиваться (коллапсировать) в одну точку. Но Ньютон рассуждал так: если бы Вселенная коллапсировала под действием собственной гравитации, каждая звезда «падала» бы в направлении центра скопления звёзд. Если же исходить из того, что Вселенная бесконечна и звёзды распределены в среднем равномерно по бесконечному пространству, то общего центра, по направлению к которому могли бы падать все звёзды, не должно быть вообще, ведь в бесконечной Вселенной все области идентичны. Любая звезда испытывала бы воздействие гравитационного притяжения всех своих соседей, но вследствие усреднения этих воздействий по различным направлениям не возникло бы никакой результирующей силы, стремящейся переместить данную звезду в определённое положение относительно всей совокупности звёзд. Такие рассуждения казались вполне логичными, и теория статичной Вселенной долгое время пользовалась заслуженным признанием (Девис, 1989; Хокинг, 2006а)Исаак Ньютон: что управляет мирозданием В своём эссе De gravitatione Ньютон обосновывал вечность и неизменную природу пространства тем, что «она порождается вечным и неизменным Существом». В 31-м параграфе «Оптики» Ньютон отверг идею, будто мир мог возникнуть из хаоса под действием одних лишь законов природы. Мир, указывал Ньютон, должен был быть создан Богом, который является личностью, «весьма сведущей в механике и геометрии». К такому выводу он пришёл на том основании, что гравитации, направленной к центру тела, было явно недостаточно, чтобы объяснить, как планеты оказались на орбитах. Тело, падающее к Солнцу, должно было приобрести поперечную компоненту движения, чтобы начать вращение по орбите, а не упасть на Солнце или пролететь мимо него. Поскольку параболические и гиперболические траектории соответствовали обратноквадратичному закону гравитации, то, чтобы попасть на замкнутую эллиптическую орбиту, планета должна испытать строго определённый «толчок» в строго определённый момент времени. Точно вычислить этот момент и силу толчка могло только Божество, которому следовало принять во внимание «несколько расстояний: от Солнца до основных планет, от Сатурна, Юпитера и Земли — до спутников, и скорости, с которыми эти планеты могли вращаться на заданной дистанции вокруг центральных тел, имеющих заданное количество материи». Кроме этого, Ньютон считал, что для существования и длительной работы систем требуется предохранение в форме Божественного провидения, без которого планеты сбились бы с пути или врезались в Солнце. Движение, согласно известному афоризму Ньютона, легче теряется, чем приобретается. Вторжение внешних тел вносит хаос в систему, поскольку те воздействуют на любые планеты, оказавшиеся поблизости. Да и Солнце может терять свою массу посредством испарения. Ньютон считал, что Бог, который «пребывал всюду с начала времён», непосредственно поддерживает Вселенную и управляет ей (Брук, 2004)..

В 1916 г. немецкий физик Альберт Эйнштейн (1879–1955), разрабатывая теорию относительности, увидел, что модель статичной Вселенной Ньютона не соответствует законам физического мира. Уравнение общей теории относительности указывало на то, что Вселенная не может быть статичной: гравитационные силы непременно должны были бы приводить её в движение. Эйнштейн, однако, не решился опровергнуть устоявшееся мнение (о неподвижности Вселенной), поскольку не был до конца уверен в безошибочности своих выводов. Для того чтобы сохранить в своей формуле статичность Вселенной, он ввёл дополнительный член (так называемый λ-член), который и «обеспечил» Вселенной стабильность. Эйнштейн считал, что наряду с гравитационным притяжением в природе существует и отталкивание, которое компенсирует притяжение. С помощью несложных расчётов Эйнштейн оценил величину силы космического отталкивания, необходимую, чтобы уравновесить гравитацию во Вселенной, и показал, что отталкивание должно быть столь малым в пределах Солнечной системы (и даже в масштабах Галактики), что его невозможно обнаружить экспериментально. Наличие силы отталкивания делало возможным существование статичной Вселенной, которая не обязательно должна быть бесконечной, как у Ньютона, а могла быть конечной и замкнутой, каковой она и стала у Эйнштейна.

Разумеется, постулирование силы гравитационного отталкивания «на пустом месте» не могло не вызвать замечаний со стороны других учёных. Одним из первых, кто выступил с критикой эйнштейновской модели Вселенной, был российский физик и математик Александр ФридманНезависимо от Фридмана в 1927 г. к такому же выводу пришёл бельгийский священник и астроном Жорж Леметр (см. далее). (1888–1925). Он доказал, что первоначальное решение Эйнштейна не было ошибочным: Вселенная действительно должна пребывать в движении, т.е. либо расширяться, либо сжиматься. Что происходит в реальности, должны показать наблюдения. Фридман в качестве примера рассмотрел две модели Вселенной: расширяющуюся и чередующую периоды сжатия и расширения (пульсирующая Вселенная). Но самое интересное: какую бы модель мы ни принимали, из неё неизбежно вытекало, что когда-то Вселенная была сжатой до невообразимо высокой плотности. «Возможны случаи, когда Вселенная сжимается в точку (в ничто), затем снова из точки доводит свой радиус до некоторого значения…» — писал А. Фридман (Фридман, 1966).

Впрочем, все эти рассуждения о расширяющейся Вселенной воспринимались поначалу скептически. С их критикой выступил и сам Эйнштейн. Астрономы не соглашались считать подобные теории описанием реального мира до тех пор, пока они не будут подтверждены наблюдениями (Ксанфомалити, 2005; Левин, 2007).

1.1 Астрономические свидетельства расширения Вселенной

Ещё в 1912 г. астроном В. Слайфер из Флагстафской обсерватории (Аризона, США), наблюдая спектры некоторых туманностей, обнаружил, что их оптические линии сильно смещены в красную сторону, т.е. в сторону длинных волн. Слайфер продолжал свои наблюдения много лет. Затем к нему присоединился астроном Эдвин Хаббл (1889–1953): в его распоряжении был самый большой тогда 2,5-метровый телескоп обсерватории «Маунт-Вилсон» (Калифорния, США). В 1929 г. Хаббл пришёл к выводу, что красное смещение обусловлено эффектом ДоплераЭффект Доплера заключается в том, что при удалении от нас какого-либо источника колебаний, воспринимаемая нами частота колебаний уменьшается, а длина волны соответственно увеличивается. При излучении происходит «покраснение», т. е. оптические линии спектра сдвигаются в сторону более длинных красных волн. В противном случае линии спектра смещаются в синюю сторону. и является следствием взаимного удаления галактик.

Хаббл обнаружил, что чем дальше от нас находятся галактики, тем с большей скоростью они удаляются. Некоторые галактики удаляются от нас со скоростью 1 тыс. км/с, другие, находящиеся вдвое дальше, со скоростью 2 тыс. км/с и т. д.

Эта закономерность послужила основанием для формулировки ещё одного космологического закона, закона красного смещения, или закона Хаббла. Он гласит, что оптические линии в спектрах Галактик смещены в красную область, причём смещение тем больше, чем дальше находится ГалактикаТакую закономерность можно объяснить, если рассматривать Вселенную в виде раздувающегося шара, на поверхности которого располагаются галактики и их группы. Представьте себе воздушный шар, на поверхности которого стоят две метки. Когда мы начнём его раздувать, то увидим, что с ростом размера шара увеличиваются и расстояния между метками. При этом, чем дальше друг от друга находятся метки на его поверхности, тем быстрее они будут удаляться при расширении. Допустим, что радиус воздушного шара удваивается каждую секунду. Тогда две метки, разделённые первоначально расстоянием в один сантиметр, через секунду окажутся уже на расстоянии двух сантиметров друг от друга (если измерять вдоль поверхности воздушного шара), так что их относительная скорость составит один сантиметр в секунду. С другой стороны, пара меток, которые были отделены десятью сантиметрами, через секунду после начала расширения разойдутся на двадцать сантиметров, так что их относительная скорость будет равна десяти сантиметрам в секунду. Точно так же происходит и в модели расширяющейся Вселенной: скорость, с которой любые две галактики удаляются друг от друга, пропорциональна расстоянию между ними. В этом случае красное смещение галактики должно быть прямо пропорционально её удалённости от нас — это та самая зависимость, которую обнаружил Хаббл. По закону Хаббла скорость удаления галактики определяется умножением расстояния до неё на некоторую постоянную, которая получила название постоянной Хаббла (Хокинг, 2006б).. (Закон Хаббла указывает на то, что начиная с некоторого расстояния, называемого хаббловским, галактики удаляются со сверхсветовой скоростью. Исходя из величины постоянной Хаббла, это расстояние составляет 13,7 млрд световых лет) (Линевивер, 2005).

1.2 Стандартная модель происхождения Вселенной (теория Большого взрыва)

Данное открытие совершило настоящий переворот в космологии. Стало ясно, что Вселенная не статична, а движется в направлении расширения. А это, в свою очередь свидетельствовало в пользу того, что она имела начало и когда-то была сконцентрирована (сжата) в одной области, или точке, о чём говорили Фридман и Леметр. Но что за сила толкает Вселенную и заставляет галактики двигаться в пространстве? Самым простым решением этого вопроса было постулирование гигантского толчка, действие которого породило и привело в движение всю материю Вселенной, которую мы наблюдаем сегодня. Так на свет появилась знаменитая теория Большого взрыва. Суть её заключается в следующем: вначале всё вещество, из которого образовалась Вселенная, было сосредоточено в точечном объёме предельной плотности, в так называемом первобытном атомеЧасто в литературе можно встретить описание физических характеристик «первобытного атома». Его размер равен примерно 10—33 см, плотность — 1094 г/см3. Что собой представляют эти величины и откуда они берутся? Разумеется, «первобытный атом» никто не измерял. Все приводимые цифры не что иное, как предельные размеры планковских квантов (Ксанфомалити, 2005).. Такое состояние Вселенной называется сингулярностью. Стадия сингулярности была чрезвычайно короткой, после чего Вселенная начала быстро расширяться, — это и есть тот самый Большой взрывТермин «Большой взрыв» был придуман английским космологом Фредом Хойлом (см. далее). Он крайне скептически относился к данной теории и назвал её Большим взрывом как бы в насмешку. Но этот яркий и наглядный термин так за ней и закрепился., в результате которого стали образовываться первые известные нам атомы (водород, гелий, немного лития и бериллия). Атомы продолжали своё прямолинейное движение от центра Взрыва. В ходе этого движения стали образовываться сгущения в виде более плотных облаков газов, которые служили центрами гравитационного притяжения для других облаков. Так образовывались протогалактические облака, из которых впоследствии под действием той же гравитации начался процесс формирования звёзд и галактик. В скоплениях атомов протогалактических облаков рождались звёзды первого поколения. В них происходили реакции термоядерного синтеза, в ходе которых водород превращался в гелий. Самые крупные звёзды после истощения запасов водорода взрывались. При этом давление и температура в недрах звезды достигали колоссальных величин. Это создавало необходимые условия для синтеза тяжёлых элементов. Все тяжёлые элементы могли образоваться только во время таких взрывов. Взрыв звезды не только создавал тяжёлые элементы, но и рассеивал их в пространстве. Из новых скоплений атомов образовывались звёзды второго поколения, планеты и другие космические тела. Так в общих чертах выглядит стандартная теория Большого взрыва (Груздев, 2007; Ксанфомалити, 2005; Левин, 2007; Музыка, 2005).

В процессе её разработки у учёных возникли разногласия относительно того, каким было начальное состояние Вселенной: «горячим» или «холодным».

1.2.1 Модель «горячего» начала Вселенной (1946 г.). Американский физик (советского происхождения) Георгий Гамов (1904–1968) полагал, что «первобытный атом» состоял из сильно сжатых нейтронов, плотность которых достигала чудовищной величины: один кубический сантиметр первичного вещества весил миллиард тонн. В результате Взрыва этого «первоатома», по мнению Гамова, образовался своеобразный космологический котёл с температурой порядка 30000000000°К (через долю секунды после начала расширения), где и произошёл естественный синтез химических элементов. При такой температуре, по расчётам Гамова, нейтроны распадались и образовывались протоны, которые, в свою очередь, соединившись с нераспавшимися нейтронами, образовали ядра гелия. Из оставшихся протонов формировались атомы водорода. В итоге в Большом взрыве образовалось около 30% гелия и 70% водорода, — именно такой состав давал спектральный анализ большинства звёзд

1.2.2 Модель «холодного» начала Вселенной (1961 г.). Советский физик, академик Яков Зельдович (1914–1987), напротив, считал, что в начальной стадии Вселенная была холодной и состояла из протонов, электронов и нейтрино. Только в холодном состоянии и только в присутствии нейтрино протоны и электроны могли «слипнуться» в атомы водорода, который, как известно, преобладает в природе. Будь на месте нейтрино нейтроны, наш мир состоял бы в основном из гелия и других элементов, более тяжёлых, чем водород. Действительность, таким образом, поддерживала точку зрения Зельдовича. Зельдович смоделировал и первые этапы расширения Вселенной, во время которых массы водорода (настолько холодные, что он был жидким или даже твёрдым) могли распасться на отдельные гигантские капли или глыбы. Разлетаясь во все стороны и снова притягиваясь друг к другу, они постепенно сливались, образуя зародыши звёзд, а затем и сами звёзды.

Некоторое время обе версии — «горячего» и «холодного» рождения Вселенной — существовали в космологии на равных, имея и сторонников, и критиков. Дело оставалось за малым: следовало подтвердить их наблюдениями. «Горячая» модель Вселенной предполагала, что нагретое вещество должно было «светиться» — испускать электромагнитные волны. Гамов предположил, что они должны наблюдаться и в современную эпоху в виде слабых радиоволн, и даже предсказал температуру этого излучения — примерно 5–6°К.

И вот в 1965 г. американские радиоинженеры Арно Пензиас и Роберт Уилсон зарегистрировали космическое излучение, которое нельзя было приписать никакому известному тогда космическому источнику. Температура этого излучения равнялась 2,7°К. Учёные пришли к выводу, что это излучение не что иное, как реликт тех далёких времён, когда Вселенная была фантастически горяча. После этого открытия выбор был сделан в пользу «горячего» рождения Вселенной. Именно эта модель Вселенной обрела статус общепризнанной и получила дальнейшее развитие.

2. Анализ теорий происхождения вселенной

Когда в учебниках описывается стандартная модель Большого взрыва, у читателя создаётся впечатление, что учёные сумели досконально восстановить чуть ли не все этапы образования Вселенной и что Большой взрыв — это непререкаемая истина, против которой не существует никаких возражений. Однако если мы заглянем в специальную литературу, то с удивлением обнаружим, что перед данной теорией поставлено гораздо больше вопросов, чем с её помощью получено ответов. А из тех ответов, которые даны, едва ли найдётся хотя бы несколько, которые можно признать удовлетворительными.

2.1 Вселенная из «ничего». Инфляционная модель Большого взрыва

Первый вопрос, который можно поставить перед теорией Большого взрыва, касается происхождения и состава «первобытного атома», из которого образовалась Вселенная. Как мы уже отметили, в ранних моделях Большого взрыва предполагалось, что такой атом состоял из сильно сжатых частиц: либо из нейтронов (по Гамову), либо из протонов, электронов и нейтрино (по Зельдовичу). Но откуда взялись эти частицы и каким образом они оказались сжатыми в невероятно малый объём? Постулирование существования чего-то до того, как всё началось, разумеется, вызывает лишь недоумение.

В качестве решения этой проблемы в 1980 г. сотрудником Массачусетского технологического института Аланом Гутом была предложена инфляционная модель Большого взрыва. Согласно этой модели для возникновения Вселенной не нужно никакого исходного вещества: Вселенная возникла из вакуумного пузыря, т.е. в буквальном смысле из «ничего» (Девис, 1989).

Понять самопроизвольное возникновение чего-либо из «ничего» довольно сложно, однако считается, что такое вполне возможно. Согласно квантовой теории то, что остаётся после удаления частиц материи (к примеру, из закрытого сосуда с помощью вакуумного насоса), вовсе не является пустотой в буквальном смысле слова, как это считалось в классической физике. Хотя вакуум не содержит обычных частиц, он насыщен так называемыми виртуальными тельцами. Чтобы их превратить в настоящие частицы материи, достаточно возбудить вакуум, например, воздействовав на него электромагнитным полем, создаваемым внесёнными в него заряженными частицами.

Квантовая физика рассматривает вакуум как объект, насыщенный энергией, причём плотность энергии «пустого пространства», согласно расчётам, превышает всю энергию вещества Вселенной (рассчитанную по формуле Е=mс2) в 10120 раз (если ввести некоторые ограничения, то получим 1055 раз, от чего не легче)! Теоретические исследования указывают и на совершенно фантастическое, с точки зрения здравого смысла, свойство вакуума: он должен иметь отрицательное давление, причём плотность его энергии при расширении остаётся, как ни странно, постоянной (в противоположность газовой среде, давление которой положительно и падает с расширением) (Ксанфомалити, 2005).

Учитывая вышесказанное, обобщённый сценарий рождения Вселенной из «ничего» выглядит следующим образом: в физическом вакууме вследствие его неустойчивости постоянно возникают возмущения (флуктуации), которые, как правило, слабы и моментально затухают. Однако в какой-то момент времени случайным образом в вакууме произошло возмущение, превысившее обычную величину, и физический вакуум перешёл в возбуждённое состояние (состояние «ложного вакуума»). В результате возникла гигантская сила отталкивания, вызвавшая стремительное расширение «вакуумного пузыря». Далее, начиная с примерно 10—35 секунды после Большого взрыва, Вселенная вступила в фазу экспоненциального расширения, когда её линейные размеры начали увеличиваться с огромной скоростью. Эта фаза расширения получила название инфляции (лат. inflatio — вздутие). Но, как и во всех возбуждённых квантовых системах, ложный вакуум неустойчив и стремится к распаду. Когда распад происходит, отталкивание исчезает. Это, в свою очередь, ведёт к прекращению инфляции и переходу Вселенной во власть обычного гравитационного притяжения. К концу фазы инфляции Вселенная была пустой и холодной. Однако когда инфляция окончилась, Вселенная вдруг стала чрезвычайно «горячей». Этот всплеск тепла обусловлен огромными запасами энергии, заключёнными в ложном вакууме. Когда вакуум распался, его энергия высвободилась в виде излучения, которое мгновенно нагрело Вселенную примерно до 1027°К. Благодаря тепловой энергии возникло вещество и антивещество, избыток вещества породил элементарные частицы, из которых образовались все элементы, наблюдаемые сегодня. А Вселенная продолжала расширяться благодаря первоначальному импульсу, приобретённому в период инфляции (Девис, 1989).

Таким образом, согласно инфляционному сценарию, Вселенная начала своё существование из вакуума, лишённого вещества. Но если бы даже вещество и присутствовало изначально, его следы быстро затерялись бы вследствие огромной скорости расширения в фазе инфляции. За чрезвычайно короткий отрезок времени, соответствующий этой фазе, Вселенная выросла от миллиардной доли размера протона до нескольких сантиметров. Плотность любого существовавшего изначально вещества фактически стала бы равной нулю. Поэтому вопрос, из чего состояла Вселенная в момент Большого взрыва, потерял актуальность. Вселенная появилась в результате самопроизвольного взрыва пустого пространства, и всё, что было до этого (если оно было), исчезло (Девис, 1989).

В настоящий момент инфляционная модель Большого взрыва приобрела большую популярностью в науке. Считается, что Вселенная и все элементарные частицы, из которых она состоит образовалась именно таким способом. Эта модель помогла избавиться от многих проблем стандартной модели Большого взрыва: состава первичного атома, его загадочного появления, а также невероятных физических характеристик, которыми он обладал.

2.2 Парадоксы инфляционной модели Большого взрыва

В данном контексте предположение о том, что Вселенная была создана из пустого пространства, не более фундаментально, чем предположение, что она была выдута из куска резины. Это может оказаться правдой, но люди всё равно будут спрашивать, откуда появился этот кусок резины.

Астрофизик Алан Гут

Бесспорно, данный сценарий развития Вселенной способен поразить воображение любого читателя и, в первую очередь, незаурядной фантазией его авторов. Что же касается проблем, с которыми ему приходится сталкиваться, то главная из них — это извечная проблема начала: энергия, свойственная, как утверждают учёные, «пустому пространству», должна была откуда-то взяться, но откуда? Возникновение первичной энергии в инфляционной модели Большого взрыва связано с каким-то волшебством. И это только начало волшебства. Вакуум с таинственным отрицательным давлением наделяется совершенно невероятными возможностями. С одной стороны, он создаёт гигантскую силу отталкивания, обеспечивающую его всё ускоряющееся расширение, а с другой — само расширение форсирует возрастание энергии вакуума. Вакуум, по существу, сам питает себя энергией в огромных количествах. Он готов обеспечивать и непрерывное расширение, и неограниченное производство энергии. И только квантовый распад ложного вакуума кладёт предел этому космическому расточительству (Девис, 1989). То есть история происхождения Вселенной в современной космологии сродни истории, произошедшей с бароном Мюнхгаузеном, когда ему удалось вытащить себя из болота за косу. Но возможно ли такое?

2.2.1 Сколько энергии в вакууме? Теоретические расчёты — вещь серьёзная и важная, но мы живём в мире, где господствует Первый закон термодинамики, который говорит, что ни энергия, ни вещество не могут возникать самопроизвольно. А потому не следует думать, что идея колоссального энергетического потенциала вакуума будет безоговорочно поддержана всеми учёными. Роман Подольный (1933–1990) в своей книге о возникновении Вселенной «Нечто по имени Ничто» по этому поводу пишет: «Идея о грандиозной энергии, содержащейся в вакууме, многим физикам кажется не только недоказуемой сегодня, но и прямо неверной. Большинство специалистов по квантовой теории поля решительно считает такое абсолютно невозможным, и доводы этого большинства звучат очень убедительно. Так, Д. А. КиржницКиржниц Давид Абрамович (1926–1998) — российский физик и астрофизик, член-корреспондент РАН, специалист в области теоретической ядерной физики и теории экстремальных состояний вещества. говорит: «Вселенная выглядела бы иначе, будь вакуум резервуаром огромной (не говоря уже — бесконечной) энергии… Академик Я. Б. Зельдович подчёркивает, что если бы энергия вакуума была большой, характер расширения Метагалактики был бы совсем иным, нежели это наблюдается на самом деле. А значит допустимы лишь ничтожно малые значения плотности этой энергии. Хорошо это или плохо с точки зрения энергетического кризиса, но из многих убедительных теоретических работ следует вывод о том, что энергия вакуума вряд ли отлична от нуля. Вакуум во многом загадка, ждать от него стоит многого, но не всего же, что нам нужно» (Подольный, 1983).

2.2.2 Из чего состоит «ничего»? Что же касается того «ничего» из которого согласно инфляционной модели Большого взрыва возникает Вселенная, то здесь необходимо оговориться. Физики, описывающие сценарий зарождения Вселенной, действительно часто пишут, что она рождается из «ничего», однако это слово они берут в кавычки. И не случайно. Пустота, в которой возникает что-то, пуста только в привычном для нас понимании. Если, например, судить по статье американского физика и космолога, профессора Александра Виленкина «Квантовое происхождение Вселенной» (Vilenkin, 1985), на которую ссылаются многие астрофизики, то для возникновения Вселенной необходимы как минимум: квантовая пена (сильно турбулентная, конденсированная среда, где пространство и время сильно искривлены и мощно проявляются квантовые эффекты и эффекты общей теории относительности), гравитационное поле Эйнштейна, поле Хиггса, туннельный эффект и другие физические сущности и законы (Ацель, 2015). Другими словами, «пустота» — это отсутствие классического пространства-времени, но присутствие так называемой «предсуществующей среды».

Разумеется, всё это тоже только теоретическое предположение, о чём не преминул отметить сам автор вышеупомянутой статьи: «Большинство проблем, обсуждаемых в этой статье, относится к „метафизической космологии“, к той ветви космологии, которая не может опираться на непосредственные наблюдения. Это не означает, однако, что такие проблемы не поддаются рациональному анализу: идеи можно проверять по тому, насколько они вписываются в общую картину Вселенной» (Vilenkin, 1985).

Действительно, фактических подтверждений у инфляционной модели Большого взрыва практически нет. Поиск того вакуума, который может произвести Вселенную, успехом не увенчался. Из вакуума, имеющегося в нашем распоряжении (причём в неограниченном количестве), получить ничего не удаётся. Американский учёный Брэд Лемли, обсуждая эту проблему в журнале Discover, пишет: «Квантовая теория утверждает, что вакуум подвержен квантовым неопределённостям. Это значит, что из него могут материализоваться объекты, которым, впрочем, свойственно мгновенно в нём же исчезать… Теоретически, благодаря этой квантовой причуде, которую физики именуют флуктуацией вакуума, может возникнуть всё на свете… Впрочем, с огромной вероятностью возникает лишь пара субатомных частиц… и крайне быстро исчезает. Спонтанное возникновение устойчивого объекта размером хотя бы с молекулу крайне маловероятно. Однако в 1973 г. доцент Колумбийского университета Э. Трайон предположил, что Вселенная могла появиться именно таким образом. Вся Вселенная, по словам А. Гута, может быть «бесплатным завтраком» (Lemley, 2002).

«„Вселенная из ничего“ — это вымысел, фикция, не имеющая никакого обоснования в объективной реальности», — пишет американский математик Амир Ацель (1950–2015) (Ацель, 2015).

Астроном Дэвид Дарлинг в журнале New Scientist по этому поводу высказался более категорично: «Не позволяйте толкователям космологии одурачить вас. У них тоже нет ответов на вопросы — хотя они хорошенько поработали над тем, чтобы убедить всех, и себя в том числе, в том, что им всё ясно… На самом же деле объяснение того, как и откуда всё началось, — до сих пор серьёзная проблема. Не помогает даже обращение к квантовой механике. Либо не существовало ничего, с чего всё могло бы начаться — ни квантового вакуума… ни каких бы то ни было физических законов, в соответствии с которыми ничтó могло превратиться в нéчто. Либо же существовало нéчто, и в этом случае оно требует объяснения» (Darling, 1996).

Гипотетичность идеи зарождения материи Вселенной из вакуума — не единственное слабое место в теории Большого взрыва. Если детально проанализировать события, которые предположительно должны были происходить после Взрыва, то можно выявить ряд важнейших параметров, которые при этом должны быть соблюдены в абсолютной точности.