История философии. Теория Всеобщего

      Впервые принципиально новые космологические  следствия общей теории относительности раскрыл выдающийся советский математик и физик-теоретик Александр Фридман (1888-1925 гг.). Фридман привел две модели Вселенной. Вскоре эти модели нашли удивительно точное подтверждение в непосредственных наблюдениях движений далёких галактик в эффекте «красного смещения» в их спектрах.

     Своими  выводами Фридман теоретически способствовал  открытию необходимости глобальной эволюции Вселенной.

      Существует  несколько теорий эволюции:

      - Теория пульсирующей Вселенной утверждает, что наш мир произошел в результате гигантского взрыва. Но расширение Вселенной не будет продолжаться вечно, т.к. его остановит гравитация. По этой теории наша Вселенная расширяется в течение 18 млрд. лет со времени взрыва. В будущем расширение полностью замедлится и произойдет остановка, а затем она начнёт сжиматься до тех пор, пока вещество опять не сожмется и произойдет новый взрыв.

      - Теория стационарного взрыва: согласно ей  Вселенная не имеет ни начала, ни конца. Она все время пребывает в одном и том же состоянии. Постоянно идет образование нового водоворота, чтобы возместить вещество удаляющихся галактик. Вот по этой причине Вселенная всегда одинакова, но если Вселенная, начало которой положил взрыв, будет расширяться до бесконечности, то она постепенно охладится и совсем угаснет.

     В 1929 году Хаббл открывает эффект так называемый эффект «красного смещения». Он утверждает, что во всех наблюдаемых спектрах всех наблюдаемых галактик он видит красную подсветку в части спектра. Он брал в пример наблюдателя, стоящего около источника света, который удалялся или приближался. При удалении  источника света мы наблюдаем красный свет спектра, а при приближении - фиолетовый.

     Это означает, что все галактики от нас удаляются. Но наука, как ни странно, забыла об этом до 1964 года. И лишь в 1964 году ученые Пензиас и Вильсон открывают эффект «реликтового фона». Они утверждают, что во всех точках вселенной наблюдается постоянный и однородный шум - реликтовый фон равный 3 градусам К. Это означает, что галактики удаляются с определенной скоростью, а наблюдаемая, Вселенная расширяется. А если они удаляются, значит, была и начальная точка отсчета.

     Эти два неоспоримых и полностью  доказанных факта подтверждают теорию Большого Взрыва. Значит, начало было, и все ранние научные догмы  по проблеме начала вселенной полностью  опровергаются. С этого момента научное понятие начала вселенной пришло в некоторое согласие с христианской точкой зрения на этот вопрос. Ведь христиане также считают, что начало было, но, правда, у них началом был Бог и он же создал вселенную. 

      Бог сотворил мир за шесть дней, но если исходить из теории Большого Взрыва, возраст образования вселенной равен примерно 15-20 млрд. лет. Сейчас теоретические физики пытаются, как бы свернуть вселенную, чтобы точнее узнать ее возраст. Но для нас же важен сам факт, что вселенная имела начало.      

     В момент, который был назван Большим  Взрывом, плотность вселенной была равна 1000 000 г/м (куб), а температура  равнялась 10 в 32 степени градусов К. Этот момент был назван точкой сингулярности, то есть была точка, было начало, возникла масса, абсолютное пространство и все законы, которым сейчас подчиняется вселенная.

     Если  исходить из фактов, то теория Большого Взрыва кажется очень убедительной, но так как мы до сих пор не знаем, что же было до него, это напускает  немного тумана на эту проблему. Но все-таки наука продвинулась гораздо дальше, чем это было раньше и как любая революционная теория, теория Большого Взрыва дает хороший толчок развитию научной мысли.

     Модель "горячей" Вселенной, сопряженная  с концепцией "Большого взрыва", является наиболее распространенной  в настоящее время и требует особого внимания и осмысления.

     Не  надо думать, что представление о  расширяющейся Вселенной - открытие ХХ века. Мысли о расширяющемся  Космосе высказывались еще в  Ригведе и в орфико-пифагорейских  космологических учениях. В конце концов, электромагнитные волны, включая свет, от любого ненаправленного и несфокусированного источника не могут быть ничем иным, кроме как расширяющейся сферой электромагнитного фронта. Космологи-релятивисты просто абсолютизировали взрывной характер данного вполне естественного процесса. К тому же релятивистские космологические модели получены исключительно умозрительным путем и усилием мысли же произвольно перенесены затем на весь Космос.

     Согласно  концепции "Большого взрыва", Вселенная возникла из одной точки, радиусом равной нулю, но с плотностью равной бесконечности. Что это за точка, именуемая сингулярностью, каким образом из ничего появляется вся неисчерпаемая Вселенная и что находится за пределами сингулярности - об этом сторонники и пропагандисты данной гипотезы умалчивают. "Большой взрыв" произошел 10-20 миллиардов лет назад, (точный возраст зависит от величины постоянной Хаббла, вводимой в соответствующую формулу). Эта величина, в свою очередь, может иметь различные значения в зависимости от методов, применяемых для измерения расстояния от Земли до галактик.

     В рамках теории "Большого взрыва" отрицается вечность и бесконечность  Вселенной, так как Вселенная  имела начало во времени и по прошествии даже максимального срока в 20 миллиардов лет успела расшириться (раздуться) на ограниченное расстояние. Что находится за пределами радиуса расширяющейся Вселенной - тоже запретная тема для обсуждения. Обычно отделываются ничего не объясняющими утверждениями, смысл которых примерно следующий: Вселенная такова, потому что это вытекает из математических формул. В частности, сингулярность получается путем чисто математических преобразований и затем проецируется на космическую реальность. Вообще объектом релятивистской космологии являются предельно абстрактные модели, опирающиеся на сложнейший математический аппарат. При этом сначала решаются уравнения или доказывается теорема, а затем уже решается вопрос о том, каким образом следует скорректировать прежнее, не менее абстрактное математическое описание Космоса или, быть может, заменить старую космологическую модель новой.

     С полной очевидностью он обнаруживается и в истории с космологической  сингулярностью. Впервые релятивистская идея расширяющейся Вселенной была сформулирована и математически обоснована российским ученым А.А. Фридманом в двадцатые годы. Его ученик Дж. Гамов рассчитал в конце сороковых годов модель горячей взрывающейся Вселенной, положив начало концепции "Большого взрыва". Но широкое распространение и внедрение эта теория получила лишь с середины 1960-х годов.

     Вот как излагает историю вопроса  С. Хокинг - один из наиболее авторитетных современных ученых, внесший большой  личный вклад в развитие и распространение  релятивистской космологии (ныне Хокинг руководит той самой кафедрой в Кембриджском университете, которую когда-то возглавлял Ньютон, - свидетельство наивысшего признания в научном мире). Отправной точкой размышлений Хокинга послужила теория другого английского математика и физика - Р. Пенроуза. Обосновывая начало Вселенной во времени и исходя из поведения световых конусов в общей теории относительности, Пенроуз математически показал, что когда звезда сжимается под действием собственных сил гравитации, она ограничивается областью, поверхность которой, в конце концов, сжимается до нуля. А раз поверхность этой области сожмется до нуля - следовательно, то же самое должно происходить и с ее объемом. Все вещество звезды будет сжато в нулевом объеме, так что ее плотность и кривизна пространства-времени станут бесконечными. В данной ситуации и возникает сингулярность, выведенная исключительно математическим путем в рамках теперь уже классической теоремы Пенроуза.

     В 1965 году Хокинг познакомился с теорией  Пенроуза и решил распространить ее на всю Вселенную, изменив при  этом направление времени на обратное так, чтобы сжатие перешло в расширение. Другими словами, в математических уравнениях был заменен знак, что позволило ввести новую модель Большого Космоса, совмещенного с "Большим взрывом", точкой отсчета которого стала сингулярность. Спустя пять лет Хокинг опубликовал на эту тему работу уже совместно с Пенроузом.

     Показательно, что теория целиком и полностью  родилась "на кончике пера" и  соткана из тончайшей математической паутины. Ее возможное соответствие космической реальности целиком и полностью зиждется на энтузиазме и активности авторов, поддерживающих друг друга и поддерживаемых не менее дружно всеми возможными информационными средствами. В действительности ничего, кроме искусной комбинации математических отношений, существующих в двух вариантах - либо в голове теоретика, либо в письменном или напечатанном виде, авторы "взрывотворящих" космологических гипотез предложить не могут.

     Тем не менее, разработка концепции "Большого взрыва" происходила в ускоренном режиме. Не связанные какими бы то ни было ограничениями, теоретики дали полную волю своему воображению. Особенно их привлекали краевые значения: что было в самом начале и что ждет их детище в самом конце. Проблема "начала" породила необозримый поток публикаций, включая быстро завоевавшие популярность монографии, такие, к примеру, как переведенная на многие языки книга американского физика, лауреата Нобелевской премии Стивена Вайнберга "Первые три минуты: Современный взгляд на происхождение Вселенной". Здесь, так сказать, посекундное расписано, как вела себя материя, возникшая из ничего, впервые три минуты своего существования.

     Но  посекундного расписания оказалось  мало. Стали разрабатывать модели (сугубо абстрактно-математические), позволяющие  представить, что было (точнее - "было бы, если бы было") с Вселенной в первые десятые и даже сотые доли секунды. Особую известность получила так называемая "инфляционная модель" Вселенной, разработанная российским космологом А.Д. Линде. Ее популярность и быстрое признание были обусловлены тем, что с помощью новых математических допущений удалось преодолеть возникшие противоречия между двумя теоретическими "китами" - космологией и физической теорией элементарных частиц.

     В 60-е годы нынешнего столетия было обнаружено микроволновое фоновое  излучение, равномерно заполняющее все космическое пространство. Оно представляет собой радиоволны миллиметрового диапазона, распространяющиеся по всем направлениям. Таинственное явление было открыто американскими радиоастрономами Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном, за что оба были удостоены Нобелевской премии. "Фотонный газ" равномерно заполняет всю Вселенную. Новооткрытое явление немедленно было истолковано как температурно-ослабленное излучение, образовавшееся вместе со всей Вселенной в результате Большого взрыва 10-20 миллиардов лет тому назад. Мнение известного специалиста в области космической проблематики профессора Василия Петровича Селезнева, действительного члена Академии космонавтики им. К.Э. Циолковского, руководителя секции общей физики Московского общества испытателей природы. Существование фонового излучения, равномерно заполняющего все космическое пространство, - считает академик, - является экспериментально установленным фактом. Объяснить физическую природу такого излучения оказалось весьма трудно. Интуиция некоторых исследователей не без основания направила на поиски причин в малоизученную область знания - космологию, связанную с происхождением всей нашей Вселенной. Однако в этом поиске почему-то возобладал односторонний подход: во внимание берется только одна предполагаемая причина возникновения "реликтового" излучения (так называемый "Большой взрыв") и не рассматриваются другие альтернативные решения. Вполне естественно, сам по себе "Большой взрыв", воспроизводящий якобы механизм зарождения Вселенной из точки нулевого объема (то есть из "ничего"), не выдерживает никакой критики. Поэтому его нельзя считать действительной причиной фонового излучения. Более обоснованно зарождение и распространение фонового излучения можно объяснить, рассматривая модель вращающейся Вселенной.

    "Большого  взрыва" современным теоретикам  показалось мало, чтобы окончательно  запутать картину Вселенной. Именно  так! Раньше наука стремилась  к простоте понимания мира. Теперь  же ее идеал - запутанный клубок  проблем, порождающих другие проблемы. Так, в качестве развития экзотических релятивистских моделей стали предлагаться не менее экстравагантные их продолжения и следствия. Одним из них явилась теория так называемых космических струн.

    Вселенная довольно неоднородна: звезды собраны в галактики, а галактики в свою очередь образуют скопления. С течением времени Вселенная становится все более клочковатой по мере того, как гравитационная сила скоплений галактик притягивает галактики из соседних областей. В современных теориях образования галактик предполагается, что в прошлом Вселенная была гораздо более однородной, чем сейчас, и что все галактики и скопления галактик выросли из небольших флуктуаций, существовавших на фоне почти однородного распределения вещества. Следствия из этих теорий изучались очень подробно, но среди множества вопросов выделяется один фундаментальный: что это за флуктуации и откуда они появились?

     Обратимся к космическим струнам - невидимым экзотическим образованиям, порожденным теориями элементарных частиц. Струны - это нити, оставшиеся от вещества только что родившейся Вселенной. Они невероятно плотные и подвижные: перемешаются со скоростью света и искривляют пространство вокруг себя. Появившиеся в первую секунду от начала расширения Вселенной, струны образуют запутанные клубки, при бесконечном растяжении которых возникают петли. Эти петли энергично колеблются и в процессе колебаний постепенно рассеивают свою энергию.

     Никто не может с уверенностью сказать, что струны есть, но если они существуют, то это, как полагают многие физики, могло бы объяснить клочковатость распределения вещества во Вселенной. Очень массивные петли могли бы создавать гравитационное притяжение достаточно сильное, чтобы зарождались галактики и скопления галактик. Однако такие петли долго не существуют, так что, если даже когда-то во Вселенной их было много, к настоящему времени большинство из них исчезло.

     Менее массивные струны могли бы существовать и до сих пор, но пока они не обнаружены. И все же, приложив достаточно усилий и использовав самую чувствительную аппаратуру, астрономы могли бы опровергнуть или подтвердить гипотезу о существовании космических струн в течение нескольких лет. Поиск космических струн связан с большими ожиданиями, поскольку их обнаружение откроет путь к основам строения вещества и тайне рождения Вселенной. Чтобы разобраться в этом, необходимо рассмотреть само понятие струн, как в физике элементарных частиц, так и в космологии.Поскольку Вселенная, согласно релятивистской теории струн, родилась из нулевой точки не менее 15 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва, постольку она продолжает расширяться и в настоящее время: далекие галактики движутся от Земли с очень большими скоростями. Привлекая данные астрономических наблюдений и законы физики элементарных частиц, ученые могут восстановить историю Вселенной в прошлом вплоть до момента, когда возраст Вселенной составлял долю секунды от начала Большого взрыва. Тогда не существовало галактик, звезд и даже атомов. Вселенная представляла собой просто плотный горячий гигантский шар из таких частиц, как электроны и фотоны.Природа частиц и их взаимодействие определяются вакуумом. Для физиков вакуум - это состояние с минимальной энергией, достигаемое при отсутствии каких-либо частиц. Связь между элементарными частицами и вакуумом подобна связи между звуковыми волнами и веществом, в котором эти волны распространяются: типы волн и скорость их распространения различны в разных средах. Поскольку характеристики вакуума не всегда были неизменными, свойства и взаимодействия элементарных частиц также менялись.