Первое осмысление

В начале двадцатого столетия знания человечества о космосе уже начали приобретать определенную системность, что позволило объединить их в учение известное, как космология. Считается, что современная космология берет начало с общей теории относительности А. Эйнштейна, которая наряду с квантовой механикой, стали основой доминирующих космологических теорий.

В ХХ веке человечество уже располагало некоторыми знаниями о Вселенной. Космология, опираясь на астрономию, математику и физику, применяла новейшие достижения науки и техники. На службе космологической науки появились современные телескопы на вершинах гор и в космосе, мощнейшие компьютерные системы, огромные лаборатории на земле и под землей, коллайдеры и уникальные космические аппараты на просторах Вселенной. Однако, несмотря на это, глубокая всесторонне обоснованная теория эволюции Вселенной пока так и не была создана. Тысячи лучших умов нашей цивилизации и днем, и ночью трудились над разгадкой огромного количества вопросов, которые Вселенная поставила перед обществом.

Как возникла наша Вселенная? Из чего она произошла? Откуда взялось то огромное количество энергии и материи, которое составляет ее основу? Почему Она бесконечна и куда все это скопление звезд, планет и галактик стремительно летит? Есть ли границы у Вселенной? Если есть, то какая форма и какая структура может быть у нашей Вселенной? Есть ли жизнь на других планетах? Придет ли конец всему нашему окружающему миру и что потом будет со Вселенной? А будет ли Вселенная? Если не будет, то почему и что тогда вообще будет?

Вопросов подобного рода невероятное количество и поэтому космологи всего мира до сих пор пытаются найти на них вразумительные ответы. В поисках ответов они начали проводить бесчисленные исследования и эксперименты, на основе которых стали создаваться различные теории эволюции Вселенной.

Впервые о Вселенной, как о динамичной структуре не находящейся в статичном состоянии, высказался в 20-х годах двадцатого столетия русский физик и математик А. Фридман, в процессе обоснования положений общей теории относительности А. Эйнштейна. Именно, А. Фридман предсказал, что согласно философским соображениям касающимися однородности и изотропности Вселенной, она должна расширяться. Экспериментально через несколько лет это было подтверждено американским ученым и астрономом Эдвином Хабблом, который, наблюдая за далекими скоплениями галактик, обнаружил, что они «разбегаются», то есть удаляются от нас и с достаточно большой скоростью. Причем, все скопления галактик удаляются не только от нас, но и друг от друга.

Таким образом, важнейшим результатом моделирования Вселенной по А. Фридману явилось понимание, что Вселенная однородна, изотропна и не статична, то есть она расширяется.

Несколько позже у ученика А. Фридмана физика Д. Гамова родилась идея: если галактики разлетаются, то, вполне возможно, когда-то существовала некая начальная точка, из которой все и начиналось. Тогда, причиной этого явления вполне может служить некий невероятно мощный взрыв, который и разбросал звезды и планеты по Вселенной.

В 1964 году эта идея получила свое подтверждение в экспериментах американских радиоастрономов Р. Вильсона и А. Пензиаса, что убедило ученых в том, что Большой взрыв действительно произошел во Вселенной, которая была сверхгорячей.

Раз так, решили ученые, то Вселенная, возможно, представляла собой бесконечно малую точку, в которую с фантастической плотностью и температурой было спрессовано все то, что мы видим на Земле и на небе. Затем, по каким-то пока неясным причинам все это взорвалось и разлетелось по бескрайнему пространству, формируя элементарные частицы, атомы, химические вещества, звезды, планеты и галактики. На все на это ушло порядка 15 миллиардов лет.

Несмотря на всю фантастичность возможности упрятать весь наш окружающий мир в одну сверхмалую точку, теория Большого взрыва заняла свое достаточно устойчивое положение в современной космологии. Она позволила ответить на множество вопросов, стоявших перед наукой.

Стало понятным, что Вселенная в момент взрыва была очень плотной и горячей. Ее температура достигала более 10¹³ К. У многих астрофизиков не возникало сомнений, что рождение Вселенной происходило из одной точки, из которой на невообразимо огромной скорости стала разлетаться раскаленная плазма, давшая начало возникновению первых частиц, а затем звезд и галактик.

Важнейшим достижением теории Большого взрыва стал ответ на вопрос об образовании химических элементов. По сути, теория объясняла как постепенно из плазмы формировались электроны, фотоны, нейтроны и протоны, а также другие элементарные частицы, давшие начало первым химическим элементам и прежде всего водороду и гелию. Теория предполагала наличие на начальной стадии Большого взрыва частиц материи и антиматерии и при этом их количество предполагалось равным.

Однако при всех положительных моментах теория не отвечала на вопросы:

Что же было до Большого взрыва? Каким образом вся материя Вселенной была сосредоточена в одной сверхмалой точке? Если всю Вселенную возможно было собрать в одну конечную точку, значит она не была бесконечной? Почему Вселенная, находясь в этой точке, вдруг взорвалась? Что вызвало этот взрыв? Какова природа этого явления? Если при взрыве вещество распространяется крайне неравномерно, то почему Вселенная на удивление однородна? Чем вызвано столь мощное нагревание Вселенной?

Ответы на эти вопросы не получены до сих пор, что уже не позволяет принять эту теорию, во всяком случае, в этом виде и в это время.

Однако, наука не стоит на месте. И в поиске ответов на новые вопросы эволюции Вселенной американский ученый А. Гут в 1980 году предложил и описал процесс сверхбыстрого инфляционного расширения Вселенной, который якобы предшествовал Большому взрыву.

Идеи А. Гута были развиты советским физиком, а ныне профессором Стэндфордского университета А. Линде, который сформулировал свою теорию – теорию хаотической инфляции, предполагающую наряду с известными электромагнитным, электрическим, магнитным и гравитационным полями еще одно поле – скалярное. По его представлениям скалярное поле выглядит как вакуум, который в некоторых случаях может обладать большой плотностью энергии. Теория хаотической инфляции отвечала на многие вопросы, возникающие в теоретических подходах А. Гута в его модели сверхбыстрого инфляционного расширения Вселенной.

Теория утверждала, что на просторах Вселенной инфляция, т.е. расширение, проявляется в разных частях по-разному. Там, где скалярное поле слишком мало, инфляция не происходит, там же, где оно изначально большое – инфляция хаотично формирует огромные галактические «острова», размеры которых, по мнению А. Линде, превосходят размер наблюдаемой части Вселенной. Это предположение предопределяет наличие не одной вселенной, а многих и многих, то есть хаотическая теория инфляции предполагает бесконечное разнообразие вселенных.

Гипотезы о многочисленных вселенных имеют своих сторонников, которые полагают, что мы живем в Мультивселенной, состоящей из бесчисленного множества вселенных, подобной нашей. Они могут быть похожими на нашу Вселенную, а могут и иметь существенные отличия. Мы, конечно, не можем подтвердить эти гипотезы экспериментальными данными, так как пока не обладаем необходимыми инструментами познания. Однако, верим, что такое время придет и мы сможет дойти до истины.

В середине 80-х и 90-х годов двадцатого столетия активное развитие получила так называемая теория струн, суть которой состоит в том, что все фундаментальные частицы представляют собой не точечные объекты микромира, а определенные колебания тончайших струн с чрезвычайно малой длиной. Протяженность такой струны примерно 10^-35м. Для сравнения диаметр протона равен примерно 1, 7536^. 10^-15м. Частота колебания такой струны может определять массу и энергию, то есть, по сути, некий «портрет» той или иной фундаментальной частицы. В качестве аналога можно представить какой-нибудь струнный инструмент, например, гитару с разными по звуку, частоте и толщине струнами.

В настоящее время теория струн переживает новый подъем, связанный с тем, что на ее основе предполагается сформулировать единую теорию или теорию всего. Все дело в том, что вопросом создания единой теории, объединяющей все существующие в природе физические взаимодействия, лучшие умы занимаются уже более ста лет. Построением такой теории был серьезно озабочен и А. Эйнштейн. Создавая общую теорию относительности, А. Эйнштейн понимал, что его теория, триумфально принятая во всем научном мире, содержит ряд неясностей и серьезных допущений. Поэтому после формирования общей теории относительности он до конца своей жизни занимался поиском универсальной теории без изъянов и допущений. К сожалению, ему так и не удалось решить эту чрезвычайно сложную, но и невероятно важную проблему.

Теория струн, как полагают ее разработчики, подходит и для описания микромира на уровне фундаментальных и элементарных частиц с помощью квантовой механики, и для понимания мегамира на уровне звезд, галактик и Вселенной, используя положения общей теории относительности.

Наиболее интересные достижения теории струн касаются предположений о возможности существования как открытых струн, имеющих два конца, так и замкнутых, то есть петлевых или закольцованных струн, о возникновении микроскопических черных дыр, о появлении струнных объектов, представляющих собой гравитационные линзы растянутые до межгалактических размеров, которые обладают сильнейшим гравитационным полем и т.д.

В настоящее время существует множество различных теорий, гипотез моделей, описывающих Вселенную, ее структуру, ее возникновение и существование, процессы, которые в ней происходят. Каждая из них, от общей теории относительности и до самых современных суперструнных интерпретаций, по-своему, интересна и оригинальна, однако детальное изучение этих теорий и моделей вызывает возникновение множества вопросов и нерешенных проблем или же обнаруживает некоторые неясности и допущения. Наверное, теории потому и множатся, что до сих пор нет чего-то общепринятого и всем понятного. Поэтому усилия многих и многих ученых пока разнонаправлены и малопродуктивны.

Вместе с тем, уже создан определенный научный фундамент, включающий не только теоретические изыскания, но и мощную базу многолетних результатов наблюдений за звездами, галактиками и Вселенной. Многие явления обоснованы сложнейшими математическими вычислениями, в результате появились вполне устоявшиеся взгляды на тот или иной процесс во Вселенной.

Исходя из этого, можно попытаться нарисовать некий современный «портрет» нашей Вселенной, который бы вобрал в себя совокупность общепринятых взглядов на происхождение и развитие окружающего нас мира. Итак, наша Вселенная по утверждению астрофизиков:

бесконечна, т.е. не имеет конца во времени и в пространстве;

однородна, т. е. независимо от места, направления и времени наблюдения, во Вселенной в глобальном масштабе можно обнаружить одну и ту же картину;

изотропна, т.е. отсутствует какое-либо выделенное направление в пространстве;

постоянно расширяется, т.е. скопления галактик удаляются друг от друга;

имела начало, т.е. произошла из сверхмалого пространства, характеризующегося сверхвысокими температурой и давлением.

Это следует из основных положений современной космологии и в некоторой степени представляет собой общепринятый космологический принцип.

Однако, даже эти общепринятые утверждения порождают множество вопросов и выводят на многие до сих пор нерешенные проблемы. Предположение о существовании Мультивселенной, т.е. множества вселенных, однозначно перечеркивает утверждение о бесконечности нашей Вселенной, так как это возможно лишь при условии некого конечного объема нашего окружающего мира, который должен существовать в другом гораздо б о льшем мире, наполненном вселенными, подобными нашей.

Здесь необходимо остановиться и перевести дух, а заодно и задуматься над понятиями «Вселенная» и «Космос». Если Вселенная безгранична, то никакой речи не может идти о множестве безграничных вселенных, так как в таком случае мы приходим к некому абсурду. Если же Вселенная имеет некий объем и форму, то она должна располагаться в каком-либо другом фантастически огромном пространстве. Оно может быть безгранично, но тогда речь может идти не о Вселенной, а о нечто большем. Например, о космосе или космическом пространстве.

Понятия «космос», «окружающий нас мир», «небесная сфера» достаточно часто употребляются в современной литературе, но наиболее часто в научном мире используется понятие «Вселенная», под которым понимают доступную для наблюдения современным оборудованием видимую часть Вселенной. Эту видимую часть Вселенной назвали Метагалактикой, однако в последнее время этот термин не пользуется популярностью и заменяется на понятие «Вселенная».

Таким образом, под Вселенной в современной космологии понимают видимую нам часть бесконечного космического пространства. Это пространство оценивается примерно в 46 миллиардов световых лет при наблюдении в любую сторону от нашего местоположения во Вселенной.

Исходя из этого, предлагаю, на время нашего путешествия принять для себя следующее правило: Вселенная может быть конечна, но тогда она должна находиться находится в бесконечном пространстве, называемым Космосом. Именно, категория «Вселенная» будет объектом нашего изучения и исследования. Тем более, что свежие новости из космоса, заставляют нас задуматься над справедливостью многих уже устоявшихся понятий о Вселенной и явлениях, в ней происходящих.

Так, данные, полученные с американского космического зонда WMAP в 2005 году взорвали весь научный мир новостью об обнаружении странной материальной области, которая пронизывает всю Вселенную, формируя ее пространственную модель. Данные с космического зонда опровергли положения общей теории относительности и общепринятое мнение, что после Большого взрыва Вселенная развивалась хаотично и в целом имела однородную структуру.

Более того, они дают основания утверждать, что структура Вселенной вполне ориентирована в пространстве вокруг некой оси, которая за свою «разрушительную» сущность была прозвана «осью зла», так как противоречила и постулатам однородности и изотропности Вселенной, и общей теории относительности и всем современным представлениям о структуре и форме Вселенной.

В 2011 году китайские астрономы также получили информацию, подтверждающую существование неоднородности Вселенной.

Это явление было обнаружено и космической обсерваторией «Планк» в 2012 году.

Кроме того, группа ученых из Мичиганского университета во главе с М. Лонго на основе исследования 15 872 спиральных галактик предположили, что наша Вселенная, возможно, вращается вокруг своей оси.

В 2011 году космический зонд WMAP вновь «порадовал» физиков-теоретиков переданными из космоса результатами космических исследований, которые свидетельствовали о том, что около полутора тысяч скоплений галактик вместо предсказанного Стандартной моделью хаотического движения во Вселенной, вполне организованно двигаются в одном направлении. Это вновь поставило ученых в неловкое положение, а разработанные ими теории под вполне справедливые сомнения.

К сожалению, это далеко не все неясные вопросы и проблемы, которые стоят перед современной космологией. Для современной науки пока совершенно непонятно:

Как произошла наша Вселенная? Что было до того, как она родилась? Как она развивалась? Какова ее структура? Конечна или бесконечна наша Вселенная? Будет ли пресловутый конец света? Что такое темная материя и темная энергия? Где и как они существуют? Из чего состоят? Какую смысловую нагрузку они несут во Вселенной? Как образовались галактики? Почему одни галактики вращаются по часовой стрелке, а другие – против? Что такое черные дыры? Какую функцию они выполняют во Вселенной? Что такое квазары и джеты? Какова их природа? И т.д. и т.п. …

Думается, что время для серьезного осмысления этих вопросов и исследований взаимосвязи этих явлений в процессе существования Вселенной уже пришло.