|
|
Теория «Большого взрыва»План лист Введение 3 1. Проблема эволюции Вселенной: теория "Большого взрыва" 4 2. Теория "Большого взрыва": попытки опровержения и поиск истины 10 Заключение 19 Список литературы 20 Введение В том, что видимая картина мироздания может оказаться обманчивой, люди убеждались не один раз. Так, например, долго-долго казалось совершенно очевидным, бесспорным, что не Земля вращается вокруг Солнца, а оно ходит вокруг нашей Земли. Потом рассеялось и другое заблуждение: выяснилось, что нет никакой "сферы неподвижных звезд". А ведь в ее существовании были уверены такие крупные ученые мира, как Аристотель, Птолемей, Коперник. Ну а теперь каждому хорошо известно, что звезды не прикреплены ни к какой сфере, находятся от нас на разных расстояниях и движутся в пространстве. Затем, уже в ХХ веке, астрономы раскрыли тайну многочисленных туманных пятнышек на небе. Оказалось, что это - звездные системы, подобные нашей Галактике, что они удаляются и друг от друга и от нас. Так постепенно человек стал ощущать себя жителем расширяющейся Вселенной, звучит это как-то не очень понятно, даже загадочно. И осознать, что же все это на самом деле означает, оказалось совсем не просто. Ученые поняли, что Вселенная (Метагалактика) состоит из многих миллиардов галактик, подобных нашему Млечному Пути, и что все галактики с огромными скоростями удаляются друг от друга. Американский астроном Эдвин Хаббл открыл закон, который назвали его именем, и этот закон помог установить, что чем дальше галактика (или какой-то другой внегалактический объект), тем с большей скоростью он удаляется от нас. Так вот, галактики, разделенные расстоянием 1 Мпк (это 3,08.1019 км), бегут друг от друга со скоростью от 50 до 100 км/с. Таково расширение Вселенной сейчас. Каким оно было прежде и каким станет в будущем, пока можно лишь догадываться. Допустим, в прошлом темп расширения был таким же. Тогда возраст Метагалактики скорее всего близок к 15 миллиардам лет. И это означает, что расширение Метагалактики - самое грандиозное из известных в настоящее время явлений природы - началось примерно полтора десятка миллиардов лет назад. Что же тогда случилось? Почти все современные ученые убеждены в том, что началось с расширения "огненного шара", и потом был Большой взрыв. Мысленно перенесемся в ту эпоху и постараемся представить, как все происходило. Этот вопрос довольно подробно разбирает разработанная астрофизиками теория, которую называют теорией "горячей Вселенной". Она исходит из того, что сразу же, в первые мгновения после взрыва, Вселенную заполнило вещество, обладавшее огромной температурой и сверхбольшой плотностью (отсюда и название теории ? "горячая Вселенная"). Несмотря на то, что теория "Большого взрыва" сегодня является основной среди ученых, возникает немало вопросов, на которые трудно или невозможно дать ответ с существующих научных позиций, исходя из имеющихся знаний и информации. В контрольной работе раскрываются проблемные вопросы теории "Большого взрыва", обусловленные новейшими исследованиями происхождения Вселенной и являющимися важнейшими для науки естествознания. 1. Проблема эволюции Вселенной: теория "Большого взрыва" Проблема эволюции Вселенной является центральной в естествознании. Она привлекает к себе исследователей различных специальностей и биологов особенно. Это естественно, поскольку самое главное звено в эволюции Вселенной - жизнь, разум. Какова их судьба в дальнейшем, в ходе эволюции Вселенной - или полное исчезновение, когда вся субстанция Вселенной через 1032 лет распадется до фотонов и нейтрино, или циклы развития Вселенной будут периодически повторяться - остается загадкой для человечества. Осмысливание процессов, происходящих во Вселенной, должно проводиться с различных позиций. При этом не должно быть стереотипов, давления авторитетов, традиций. Общепризнанным является тот факт, что Вселенная около 13 млрд. лет тому назад находилась в состоянии сингулярности, состоянии бесконечно большой плотности - 1093 г/см3. Опираясь на научные данные, получившие подтверждение во многих развитых странах, почти все современные астрономы полагают, что начало Вселенной положил так называемый Большой взрыв. Все вещество Вселенной, по этой гипотезе, перед Взрывом находилось в шаре микроскопических размеров и, как не трудно сообразить, чудовищной плотности и температуры. Размеры зародыша сопоставляют с размерами атомного ядра, а это 10-15 метра. Появление этого зародыша, во-первых, окутано научными спорами и тайнами, а во-вторых, послужило началом взрыва. До самого взрыва не существовало ни вещества, ни времени, ни пространства. Это в миллиард раз проще Вам принять на веру, чем здесь объяснить. События в первую секунду протекали весьма стремительно. Образовались частицы вещества, называемые кварками и антикваркми, и излучение (фотоны). В течение той же секунды из кварков и антикварков образовались протоны, антипротоны и нейтроны. Антипротон отличается от протона противоположным зарядом, а в остальном эти частицы являются почти тождественными. При столкновении протона и антипротона происходит реакция аннигиляции, в ходе которых обе частицы исчезают, превращаясь в излучение (фотоны). Также возможны ядерные реакции обратные реакции аннигиляции, когда из фотонов образуется пара протон-антипротон. Сказанное о протоне и антипротоне верно также и для любой другой пары частицы и соответствующей античастицы. После образования протонов, антипротонов и нейтронов стали частыми реакции аннигиляции, так как вещество новорожденной Вселенной было очень плотно, частицы постоянно между собою сталкивались. Во Вселенной преобладало излучение. К исходу первой секунды, когда температура Вселенной упала до 10 млрд. градусов, образовались и некоторые другие элементарные частицы, в том числе электрон и парная ему античастица - позитрон. К тому же временному рубежу большая часть частиц аннигилировала. Так вышло, что частиц вещества было на ничтожную долю процента больше, чем частиц антивещества. Этот факт до сих пор нуждается в объяснении. Но так или иначе, наша Вселенная состоит из вещества, а не из антивещества. Надо сказать, что названия "вещество" и "антивещество" условны. Сложись судьба Вселенной по-другому, состояли бы мы с Вами из антивещества. К третьей минуте из четверти всех протонов и нейтронов образовались ядра гелия. Через несколько сот тысяч лет расширяющаяся Вселенная остыла настолько, что ядра гелия и протоны смогли удерживать возле себя электроны. Так образовались атомы гелия и водорода. Вселенная стала попросторнее. Излучение, не сдерживаемое больше свободными электронами, смогло распространяться на значительные расстояния. Мы до сих пор можем на Земле "слышать" отголоски того излучения. Оно равномерно приходит со всех сторон и, значительно "остыв" за 15 миллиардов лет с момента Взрыва, соответствует излучению тела, нагретого всего до 3 К. Это излучение принято называть реликтовым. Его обнаружение и существование подтверждают теорию Большого взрыва. Излучение является микроволновым. При расширении, в общем, однородной Вселенной в тех или иных ее местах образовывались случайные сгущения. Но именно эти "случайности" стали зачатками больших уплотнений и центрами концентрации вещества. Так во Вселенной образовались области, где вещество собиралось, и области, где его почти не было. Кому-то такая Вселенная напоминает соты, кому-то - губку. Под воздействием гравитации появившиеся уплотнения росли. Двадцать миллиардов лет назад в местах таких уплотнений стали образовываться галактики, скопления и сверхскопления галактик. Как ясно из рассказанного, в состав начального вещества для строительства галактик входили лишь водород и гелий в соотношении три к одному. Если факт Большого взрыва почти никем не ставится под сомнение, то будущее и настоящее Вселенной окутано вопросами, сомнениями и спорами. О расширяющейся Вселенной (а ее структурными единицами являются галактики) свидетельствует красное смещение длин волн света, испускаемых галактиками в связи с их удалением от наблюдателя согласно эффекта Доплера. Это открытие В.М. Слайфера и Э.П. Хаббла (американских астрономов) не потеряло свое значение и в наше время. В.М. Слайфер и Э.П. Хаббл исследовали скорости движения галактик. Они показали, что ближайшие к нам галактики удаляются от нас со скоростями от нескольких сотен до тысяч км/с. Скорости галактик возрастают с увеличением расстояний до них. Это доказывает тот факт, что удаляющиеся галактики движутся по расширяющейся спирали (в искривлении их траекторий повинны силы тяготения) и наблюдается эффект, напоминающий вращательное движение тела - угловые скорости материальных точек (галактик) на различном удалении от оси вращения (в данном случае от наблюдателя) равны, а линейные возрастают пропорционально увеличению расстояния от наблюдателя (R2/R1). В связи с открытием расширяющейся Вселенной перед космологами стал вопрос, как долго может длиться этот процесс. Согласно релятивистской теории тяготения А. Эйнштейна и учения А. Фридмана (советского ученого) о нестационарности Вселенной, разбегающиеся галактики тормозятся силами гравитации. Было рассчитано с использованием уравнения Э. Хаббла, что если плотность вещества во вселенной ?кр равна 10-29 г/см3 (так называемая критическая плотность), то сил гравитации во Вселенной достаточно, чтобы ее расширение было заторможено, и согласно теории А. Фридмана сменилось на обратный процесс - концентрацию галактик под влиянием сил тяготения. Однако астрофизические расчеты показали, что плотность вещества во Вселенной ниже критической и составляет ?расч. = 3,0·10-31 г/см3. Если это так, то Вселенная обречена на бесконечное расширение. В настоящее время высказываются мнения, что учтена не вся масса во Вселенной, и что имеется еще так называемая "скрытая масса". Предположительно это может быть реликтовое нейтринное излучение. Однако последние работы в этой области не подтверждают эту гипотезу. При изучении данной проблемы обращает на себя внимание тот факт, что при разработке вопросов Механики Вселенной космологи прошлого и настоящего рассматривают астрофизические объекты только как источники гравитации, не учитываются процессы, происходящие в этих объектах, энергию их излучения. А она-то и составляет скрытую массу во Вселенной, поскольку энергия эквивалентна массе: Е = mс2. Подсчитано, что 90...95% массы галактик сосредоточено в звездах. Рассчитано, что полная энергия излучения Солнца Е0 равна 3,826·1026 Дж/с. Наша Галактика Млечный Путь обладает излучением приблизительно 1010 Е0, т.е. 3,826·1036 Дж/с. Если бы галактика была неподвижна во Вселенной, то излучаемая ею энергия оказывала бы на нее со всех сторон одинаковое воздействие. Но поскольку галактики во Вселенной движутся по инерции после Большого Взрыва, то воздействие излучения, по нашему мнению, на разные стороны "шара" будет разным согласно эффекта Доплера. Против направления движения оно будет большим, поскольку происходит смещение спектра излучения в фиолетовую область. Перемещающиеся в пространстве Вселенной галактики - это самотормозящиеся ракеты. Ближайшей от нашей галактики Млечный Путь считается галактика Туманность Андромеды. О расстоянии до этой галактики и ее лучевой скорости, а также знаке этой скорости в литературе имеются противоречивые данные, что, как выяснилось в последнее время, связано с особенностью движения Солнца в нашей Галактике. Можно использовать Туманность Андромеды как гипотетическую модель ближайшей гигантской галактики для иллюстрации нашей идеи нового подхода к динамике процессов в Механике Вселенной, поскольку силы реактивного торможения не носят всеобщего характера, они строго индивидуальны для каждой галактики. По последним данным, расстояние до Туманности Андромеды от нашей Галактики равно 0,67 Мпк или 2,1·1022 м. Ее масса равна 3,0·1011 М0 или 6,0·1041 кг, энергия излучения Е ? 6,0·1010 Е0 или 2,14·1037 Дж/с. Поскольку по вопросу лучевой скорости Туманности Андромеды мнения еще не определились, для нашей гипотетической модели при ее вычислениях мы используем уравнение Э. Хаббла: V = HR, где Н - постоянная Хаббла, равная по усредненным данным 75 км/с. Мпк, R - расстояние до изучаемого объекта - 0,67 Мпк. Подставляем эти значения в уравнение и получаем: V = 75·0,67 = 50,25 (км/с). Это скорость удаления Туманности Андромеды от нашей Галактики. В последующих расчетах мы попытаемся определить отрезок времени, необходимый для торможения галактик за счет реактивной энергии излучения, после которого начнется их сближение. Для этих целей использовали уравнения классической физики, которые, по мнению А. Эйнштейна, используются при скоростях движения много меньших скорости света. Рассчитаем энергию, расходуемую на самоторможение галактики Туманность Андромеды. Для этой цели мы предлагаем использовать уравнения, приведенные Дж. Ориром для иллюстрации эффекта Доплера: fA = fB (источник удаляется) fA = fB (источник приближается) В этих уравнениях fA - число импульсов в секунду, регистрируемых детектором; fB - число импульсов в секунду, испускаемых объектом; V - скорость объекта, с - скорость света. В данные уравнения вместо числа импульсов подставляем энергию излучения Туманности Андромеды, деленную на 4, поскольку излучение, нормальное к плоскости галактики по ходу и против ее движения составляет 25% от энергии полного излучения. Определяем величину мощности энергии излучения галактики Туманность Андромеды, которая расходуется на ее торможение в пространстве против хода ее движения (при скорости 50,25 км/с). Объект удаляется: Е1 = (2,14/4)·1037 · v{[1 - (50,25 / 3·105)] / [1 + (50,25 / 3·105)]} = 0,53491·1037 (Дж/с) Объект приближается: Е2 = (2,14/4)·1037 · v{[1 + (50,25 / 3·105)] / [1 - (50,25 / 3·105)]} = 0,53508·1037 (Дж/с) ?Е1 = Е2 - Е1 = 0,53508·1037 - 0,53491·1037 = 0,00017·1037 = 1,7·1033 (Дж/с). Данная величина мощности энергии излучения ?Е1 ежесекундно расходуется на торможение галактики Туманность Андромеды. Очевидно, чтобы галактики Млечный Путь и Туманность Андромеды начали сближаться, необходимо снижение скорости удаления галактики Туманность Андромеды несколько ниже 2-й космической скорости по отношению к галактике Млечный Путь. Рассчитаем эту скорость: V = v(2GM / R) = v[(2 · 6,67·10-11 · 2,8·1041) / 2,07·1022] = 42,48 (км/с). где G - гравитационная постоянная, М - масса галактики Млечный Путь, R - расстояние между галактиками. Таким образом, настоящая скорость движения галактики Туманность Андромеды выше ее 2-й космической скорости на 7,77 км/с. Определим теперь величину мощности энергии излучения галактики Туманность Андромеды, которая будет расходоваться на торможение в пространстве против хода ее движения при скорости 42,48 км/с. Е3 = (2,14·1037/4) · v{[1 - (42,48 / 3·105)] / [1 + (42,48 / 3·105)]} = 0,53492·1037 (Дж/с) Е4 = (2,14·1037/4) · v{[1 + (42,48 / 3·105)] / [1 - (42,48 / 3·105)]} = 0,53507·1037 (Дж/с) ?Е2 = Е4 - Е3 = 0,53507·1037 - 0,53492·1037 = 0,00015·1037 = 1,5·1033 (Дж/с). Рассчитаем, какова будет в среднем мощность энергии излучения галактики Туманность Андромеды, расходуемая на ее торможение от 52,25 км/с до 42,48 км/с. ?Еср. = (?Е1 + ?Е2) / 2 = (1,7·1033 + 1,5·1033) / 2 = 1,6·1033 (Дж/с). Рассчитаем кинетическую энергию галактики Туманность Андромеды при скоростях 52,25 и 42,48 км/с. W1 = mV12 / 2 = (6,0·1041 · 502502) / 2 = 7,57·1050 Дж W2 = mV22 / 2 = (6,0·1041 · 424802) / 2 = 5,41·1050 Дж ?W = W1 - W2 = (7,57 - 5,41)·1050 = 2,16·1050 (Дж) Таким образом, кинетическая энергия Туманности Андромеды при снижении скорости с 50,25 до 42,48 км/с уменьшается на 2,16·1050 Дж. Теперь, зная затраты энергии на торможение галактики Туманности Андромеды от 50,25 до 42,48 км/с и располагая средней мощностью реактивной энергии торможения ?Еср./c, мы можем рассчитать величину отрезка времени, необходимого для снижения скорости галактики до 2-й космической скорости. t = ?W / ?Eср. = 2,16·1050 / 1,6·1033 = 1,35·1017 (с) = 4,3·109 (лет) Следует также принять во внимание, что разбегание галактик сдерживают также силы тяготения, хотя их и недостаточно. Определим вклад сил тяготения в торможение галактики Туманность Андромеды. Для этого определим среднюю величину ускорения, создаваемого энергией реактивного торможения (а1): а1 = (VK - VH) / t = (42,48 - 50,25) / 1,35·1017 = -5,75·10-17 (км/с2) Сделаем допущение, что в пространстве существуют только две галактики - наша и Туманность Андромеды. Определим ускорение замедления движения галактики Туманность Андромеды, создаваемое силами тяготения галактики Млечный Путь (а2) в настоящее время: а2 = -GM / R2 = (6,67·10-11 · 2,8·1041) / (2,1·1022)2 = -4,23·10-17 (км/с2) Однако реальное ускорение в 33 раза меньше этой величины (сказывается взаимовлияние сил тяготения других галактик Вселенной), т.е. во столько же раз, как и соотношение плотности материи Вселенной ?кр / ?расч. согласно уравнениям Э. Хаббла. Таким образом, вклад сил тяготения в торможение галактик невелик, и основную роль в этом отношении выполняют силы реактивного торможения за счет внутренней энергии галактик. При сближении галактик силы реактивного излучения будут выполнять тормозную функцию. Таким образом, подтверждается теория А. Эйнштейна, что наряду с силами Всемирного тяготения существуют силы космического отталкивания между телами. Как показали наши расчеты, такая сила отталкивания создается за счет энергии излучения звездных систем. Таким образом, расчеты показывают, что расширение Вселенной не бесконечно. В результате реактивного самоторможения галактик за счет их внутренней энергии происходит замедление их скоростей движения в пространстве Вселенной после Большого Взрыва. И через расчетное время они начнут сближаться. Поскольку звездные системы в большом масштабе рассеяны равномерно, то и сближение их будет происходить синхронно. Предполагаем, что это будет осуществляться в соответствии с рассмотренной моделью на примере галактик Млечный Путь и Туманность Андромеды. Все это означает, что Вселенная претерпевает определенные этапы в своем развитии, и что нынешнее ее состояние не бесконечно. С момента Большого Взрыва прошло около 13 млрд. лет. Солнце, Земля и др. планеты Солнечной системы образовались примерно 5 млрд. лет назад. Первые признаки жизни на Земле датируются возрастом 4 млрд. лет, а возникновение человека пятьюстами тысячелетий. История Земной цивилизации насчитывает 5...10 тысячелетий. Таким образом, с момента Большого Взрыва во Вселенной до возникновения разума на Земле прошло примерно 12,5 млрд. лет. Если предположить, а это, по-видимому, верно с большой степенью вероятности, что все процессы во Вселенной идут синхронно, что жизнь и разум во Вселенной широко распространены, и что особенно важно подчеркнуть, они находятся на такой же стадии и уровне развития, как и на Земле. С этих позиций можно разрешить загадку парадокса Ферми и его уравнения, в котором иллюстрируется вероятность встречи землян с разумными существами Вселенной. Ферми предложил уравнение экспоненциального роста технологической цивилизации за время существования Вселенной: K = exp (T / t) = 1043000000, где Т = 1010 лет (время возникновения нынешнего состояния Вселенной), t = 100 лет (время экспоненциального развития современного уровня цивилизации). Согласно этому уравнению нашу планету должны были бы посещать разумные обитатели других миров бесконечное число раз. Сразу же заметим, что это было бы справедливо, если бы жизнь, разум в различных частях Вселенной возникали в различное время. Если принять во внимание наше предложение, что все процессы во Вселенной происходят синхронно, то тогда напрашивается вывод, что наши собратья по разуму в других мирах находятся на такой же стадии и уровне развития, как и мы. Человек еще только через 10...15 лет достигнет Марса, и чтобы выйти за пределы Солнечной системы и осваивать нашу галактику человечеству понадобятся еще тысячелетия. 2. Теория "Большого взрыва": попытки опровержения и поиск истины При внимательном рассмотрении теория "Большого взрыва" происхождения и структуры Вселенной имеет ряд научных "неувязок", вызывает значительные сомнения в ее истинности. Теория "Большого взрыва" захватывает воображение и мало кого оставляет равнодушным. И поскольку она как будто основана на фактическом материале и подкреплена математическими выкладками, большинству людей она представляется более приемлемой, чем другие невнятные объяснения возникновения Вселенной. Однако, строго говоря, у нас нет никаких логических оснований заранее отвергать альтернативные подходы к пониманию Вселенной. Нельзя исключить, что в основе Вселенной лежат принципиально иные законы, не поддающиеся простому математическому выражению. И тем не менее многие ученые, путая свое понимание Вселенной с ее истинной природой, заранее отвергают альтернативные подходы. Они настаивают на том, что все явления во Вселенной можно описать с помощью простых математических законов. "Мы надеемся уложить все мироздание в простую и короткую формулу, которую можно будет печатать на майках", - утверждает Л. Ледерман, директор Национальной лаборатории ядерной физики им. Ферми в Батавии, штат Иллинойс. Существует несколько психологических причин, заставляющих ученых держаться за редукционистский подход. Если структура Вселенной может быть описана простыми количественными законами, то у ученых, несмотря на ограниченность человеческого разума, появляется надежда рано или поздно понять эту структуру (и таким образом получить ключ к управлению Вселенной). Поэтому они исходят из того, что такое описание возможно, и создают тысячи различных теорий. Но если наша Вселенная бесконечно сложна, то нам, с нашим ограниченным умом и чувствами, будет очень трудно познать ее. Продемонстрируем это на примере. Допустим, у нас имеется множество, содержащее миллион цифр, и перед нами стоит задача описать структуру этого множества одним уравнением. Практически это возможно в том случае, если структура множества достаточно проста. Однако если его структура чрезвычайно сложна, то нам вряд ли удастся даже определить вид формулы, описывающий ее. Подобно этому, попытки ученых будут столь же безрезультатны, когда они столкнутся со свойствами Вселенной, которые в принципе не поддаются математическому описанию. Поэтому неудивительно, что большая часть ученых так упорно держится за свою сегодняшнюю стратегию, не желая признавать никаких других подходов. Однако на самом деле представления ученых о том, что физические законы, открытые ими в лабораторных экспериментах здесь, на Земле, действуют во всей Вселенной и на всех этапах ее эволюции, мягко говоря, необоснованны. Например, у нас нет никаких оснований утверждать, что раз электрические поля ведут себя определенным образом в лабораторных условиях, то они проявляли те же свойства миллионы лет назад на расстоянии многих десятков световых лет от Земли. Однако без таких допущений не может обойтись ни одна попытка объяснения происхождения Вселенной. Ведь не можем же мы вернуться на миллиарды лет назад, ко времени образования Вселенной, или получить прямую информацию о том, что происходит за пределами Солнечной системы. Некоторые ученые признают рискованность переноса наших весьма ограниченных знаний на мироздание в целом. В 1980 году К. Болдинг в своем обращении к Американской ассоциации развития науки сказал: "Космология... представляется нам наукой, не имеющей под собой прочного основания, хотя бы потому, что она изучает огромную Вселенную на примере небольшой ее части, исследования которой не могут дать объективной картины реальности. Мы наблюдали ее на протяжении очень короткого отрезка времени и имеем относительно полное представление лишь о ничтожно малой части ее объема". Однако не только выводы космологов не имеют под собой прочного основания - похоже, что сама попытка создать простую математическую модель Вселенной не вполне корректна и сопряжена с трудностями принципиального характера. ПРОБЛЕМАТИЧНАЯ СИНГУЛЯРНОСТЬ. Пытаясь объяснить происхождение Вселенной, сторонники теории Большого взрыва сталкиваются с серьезной проблемой, поскольку исходное состояние Вселенной в разработанной ими модели не поддается математическому описанию. Согласно всем существующим теориям Большого взрыва, вначале Вселенная представляла собой точку пространства бесконечно малого объема, имевшую бесконечно большую плотность и температуру. Такое начальное состояние в принципе не может быть описано математически. Об этом состоянии ровным счетом ничего нельзя сказать. Все расчеты заходят в тупик. Это все равно что заниматься делением какого-то числа на ноль - что получится? 1? 5? 5 триллионов?.. Ответа на этот вопрос не существует. На языке науки это явление называют "сингулярностью". Профессор радиоастрономии Манчестерского университета Б. Лоувел писал о сингулярностях следующее: "В попытке физически описать исходное состояние Вселенной мы натыкаемся на препятствие. Вопрос в том, является ли это препятствие преодолимым. Может быть, все наши попытки научно описать исходное состояние Вселенной заранее обречены на неудачу? Этот вопрос, а также концептуальные трудности, связанные с описанием сингулярной точки в исходный момент времени, являются одной из основных проблем современной научной мысли". Пока что это препятствие не смогли преодолеть даже самые выдающиеся ученые, разрабатывающие теории большого взрыва. Таким образом, теория Большого взрыва вообще не описывает происхождение Вселенной, так как исходная сингулярность, по определению, не поддается описанию. Как гласит теория Большого взрыва, Вселенная возникла из точки с нулевым объемом и бесконечно высокими плотностью и температурой. Это состояние, называемое сингулярностью, не поддается математическому описанию. Итак, теория Большого взрыва сталкивается с непреодолимыми проблемами буквально с самого начала. В научно-популярных изложениях теории Большого взрыва сложности, связанные с исходной сингулярностью, либо замалчиваются, либо упоминаются вскользь, но в специальных статьях ученые, делающие попытки подвести математическую базу под эту теорию, признают их главным препятствием. ПОПЫТКИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ СИНГУЛЯРНОСТИ. Не желая мириться с критическими воззрениями, теоретики разработали несколько вариантов теории большого взрыва, в которых пытаются обойти проблему сингулярности. Один из возможных подходов - постулировать, что сингулярность при зарождении Вселенной была не совершенной. Б. Лоувел утверждает, что сингулярность в теории Большого взрыва "часто представлялась как математическая проблема, возникшая из постулата об однородности Вселенной". Все классические модели Вселенной, появившейся в результате большого взрыва, обладают идеальной математической симметрией, и некоторые физики сочли это причиной появления сингулярных корней уравнений, описывающих исходное состояние Вселенной. Чтобы скорректировать это, теоретики стали вводить в свои модели асимметрию, аналогичную той, которую можно видеть в наблюдаемой Вселенной. Таким образом они надеялись внести в исходное состояние Вселенной достаточную неупорядоченность, необходимую для того, чтобы оно не сводилось к точке. Однако все их надежды были разрушены Хоукингом и Эллисом, которые утверждают, что, согласно их расчетам, модель Большого взрыва с асимметричным распределением материи в любом случае должна иметь сингулярность в исходной точке. ОТКУДА ПОЯВИЛАСЬ ВСЕЛЕННАЯ? Проблема сингулярности является лишь частью более общей проблемы, проблемы возникновения Вселенной (независимо от того, каким было ее начальное состояние). Если какая-либо модель Вселенной постулирует сингулярность, это, несомненно, создает очень большие теоретические трудности. Но даже если сингулярности можно избежать, то основной вопрос по-прежнему остается без ответа: откуда, собственно, появилась Вселенная? Надеясь уклониться от ответа на этот вопрос, некоторые ученые предложили теорию так называемой "бесконечно пульсирующей Вселенной". В соответствии с этой теорией, Вселенная расширяется, а затем сжимается до сингулярности, затем вновь расширяется и снова сжимается. У нее нет ни начала, ни конца. Это снимает вопрос о происхождении Вселенной - она ниоткуда не возникает, а существует вечно. Но и эта модель не лишена серьезных недостатков. Прежде всего, до сих пор никто не смог удовлетворительно объяснить механизм пульсирования. С. Вайнберг утверждает, что каждый цикл расширения и сжатия должен приводить к определенным прогрессирующим изменениям во Вселенной, а это значит, что у Вселенной должно быть начало, иначе вся история Вселенной будет регрессом, растянувшимся на вечность. Таким образом, перед нами вновь встает вопрос о происхождении Вселенной. Другой попыткой уйти от вопроса о происхождении Вселенной была предложенная английским астрофизиком П.Дэвисом модель "пульсирующей Вселенной с обращением хода времени". Согласно этой теории, Вселенная сначала расширяется, а затем сжимается до сингулярности, причем в начале каждого следующего цикла расширения-сжатия время поворачивает вспять, приводя в конце концов к сингулярности, с которой начинался предыдущий цикл. Согласно этой модели, прошлое становится будущим, а будущее - прошлым, так что понятие "начало Вселенной" лишается смысла. Этот сценарий дает некоторое представление о том, на какие ухищрения вынуждены пускаться ученые-космологи, чтобы как-то объяснить происхождение Вселенной. ИНФЛЯЦИОННАЯ ВСЕЛЕННАЯ. Помимо вопроса о происхождении Вселенной, современные космологи сталкиваются с рядом других проблем. Чтобы стандартная теория Большого взрыва могла предсказать то распределение материи, которое мы наблюдаем, ее исходное состояние должно характеризоваться очень высокой степенью организованности. Сразу же возникает вопрос: каким образом такая структура могла образоваться? Физик А. Гут из Массачусетского технологического института предложил свою версию теории большого взрыва, которая объясняет спонтанное возникновение этой организации, устраняя необходимость искусственно вводить точные параметры в уравнения, описывающие исходное состояние Вселенной. Его модель была названа "инфляционной Вселенной". Суть ее в том, что внутри быстро расширяющейся, перегретой Вселенной небольшой участок пространства охлаждается и начинает расширяться сильнее, подобно тому, как переохлажденная вода стремительно замерзает, расширяясь при этом. Эта фаза быстрого расширения позволяет устранить некоторые проблемы, присущие стандартным теориям большого взрыва. Однако модель Гута тоже не лишена недостатков. Чтобы уравнения Гута правильно описывали инфляционную Вселенную, ему пришлось очень точно задавать исходные параметры для своих уравнений. Таким образом, он столкнулся с той же проблемой, что и создатели других теорий. Он надеялся избавиться от необходимости задавать точные параметры условий большого взрыва, но для этого ему пришлось вводить собственную параметризацию, оставшуюся необъясненной. Гут и его соавтор П. Штайнгарт признают, что в их модели "расчеты приводят к приемлемым предсказаниям только в том случае, если заданные исходные параметры уравнений варьируют в очень узком диапазоне. Большинство теоретиков (включая и нас самих) считают подобные исходные условия маловероятными". Далее авторы говорят о своих надеждах на то, что когда-нибудь будут разработаны новые математические теории, которые позволят им сделать свою модель более правдоподобной. Эта зависимость от еще не открытых теорий - другой недостаток модели Гута. Теория единого поля, на которой основывается модель инфляционной Вселенной, полностью гипотетична и "плохо поддается экспериментальной проверке, так как большую часть ее предсказаний невозможно количественно проверить в лабораторных условиях". (Теория единого поля - это достаточно сомнительная попытка ученых связать воедино некоторые основные силы Вселенной.) Другой недостаток теории Гута - это то, что в ней ничего не говорится о происхождении перегретой и расширяющейся материи. Гут проверил совместимость своей инфляционной теории с тремя гипотезами происхождения Вселенной. Сначала он рассмотрел стандартную теорию большого взрыва. В этом случае, по мнению Гута, инфляционный эпизод должен был произойти на одной из ранних стадий эволюции Вселенной. Однако эта модель ставит перед нами неразрешимую проблему сингулярности. Вторая гипотеза постулирует, что Вселенная возникла из хаоса. Некоторые ее участки были горячими, другие - холодными, одни расширялись, а другие сжимались. В этом случае инфляция должна была начаться в перегретой и расширяющейся области Вселенной. Правда, Гут признает, что эта модель не может объяснить происхождение первичного хаоса. Третья возможность, которой Гут отдает предпочтение, заключается в том, что перегретый расширяющийся сгусток материи возникает квантово-механическим путем из пустоты. В статье, появившейся в журнале "Сайентифик Америкэн" в 1984 году, Гут и Штайнгарт утверждают: "Инфляционная модель Вселенной дает нам представление о возможном механизме, при помощи которого наблюдаемая Вселенная могла появиться из бесконечно малого участка пространства. Зная это, трудно удержаться от соблазна сделать еще один шаг и прийти к выводу, что Вселенная возникла буквально из ничего". Однако какой бы привлекательной ни была эта идея для ученых, готовых ополчиться на любое упоминание о возможности существования высшего сознания, создавшего Вселенную, при внимательном рассмотрении она не выдерживает критики. "Ничто", о котором говорит Гут, - это гипотетический квантово-механический вакуум, описываемый еще не разработанной теорией единого поля, которая должна объединить уравнения квантовой механики и общей теории относительности. Другими словами, в данный момент этот вакуум невозможно описать даже теоретически. Надо отметить, что физики описали более простой тип квантово-механического вакуума, который представляет собой море так называемых "виртуальных частиц", фрагментов атомов, которые "почти существуют". Время от времени некоторые из этих субатомных частиц переходят из вакуума в мир материальной реальности. Это явление получило название вакуумных флуктуаций. Вакуумные флуктуации невозможно наблюдать непосредственно, однако теории, постулирующие их существование, были подтверждены экспериментально. Согласно этим теориям, частицы и античастицы без всякой причины возникают из вакуума и практически сразу исчезают, аннигилируя друг друга. Гут и его коллеги допустили, что в какой-то момент вместо крошечной частицы из вакуума появилась целая Вселенная, и вместо того, чтобы сразу исчезнуть, эта Вселенная каким-то образом просуществовала миллиарды лет. Авторы этой модели решили проблему сингулярности, постулировав, что состояние, в котором Вселенная появляется из вакуума, несколько отличается от состояния сингулярности. Однако у этого сценария есть два основных недостатка. Во-первых, можно только удивляться смелости фантазии ученых, распространивших достаточно ограниченный опыт с субатомными частицами на целую Вселенную. С. Хоукинг и Г. Эллис мудро предостерегают своих излишне увлекающихся коллег: "Предположение о том, что законы физики, открытые и изученные в лаборатории, будут справедливы в других точках пространственно-временного континуума, безусловно, очень смелая экстраполяция". Во-вторых, строго говоря, квантово-механический вакуум нельзя называть "ничто". Описание квантово-механического вакуума даже в самой простой из существующих теорий занимает множество страниц в высшей степени абстрактных математических выкладок. Такая система, несомненно, представляет собой "нечто", и сразу же встает все тот же упрямый вопрос: "Как возник столь сложно организованный "вакуум"?" Вернемся к изначальной проблеме, для решения которой Гут создал инфляционную модель: проблеме точной параметризации исходного состояния Вселенной. Без такой параметризации невозможно получить наблюдаемое распределение материи во Вселенной. Как мы убедились, решить эту проблему Гуту не удалось. Более того, сомнительной представляется сама возможность того, что какая-нибудь версия теории большого взрыва, включая версию Гута, может предсказать наблюдаемое распределение материи во Вселенной. Высокоорганизованное исходное состояние в модели Гута, по его же словам, в конце концов превращается во "Вселенную" диаметром 10 сантиметров, наполненную однородным сверхплотным, перегретым газом. Она будет расширяться и остывать, но нет ника ких оснований предполагать, что она когда-нибудь превратится в нечто боль шее, чем однородное облако газа. По сути дела, к этому результату приводят все теории Большого взрыва. Если Гуту пришлось пускаться на многие ухищрения и делать сомнительные допущения, чтобы в конце концов получить Вселенную в виде облака однородного газа, то можно представить себе, каким должен быть математический аппарат теории, приводящей ко Вселенной в том виде, в каком мы ее знаем! Хорошая научная теория дает возможность предсказывать многие сложные природные явления, исходя из простой теоретической схемы. Но в теории Гута (и любой другой версии теории Большого взрыва) все наоборот: в результате сложных математических выкладок мы получаем расширяющийся пузырь однородного газа. Несмотря на это, научные журналы печатают восторженные статьи об инфляционной теории, сопровождающиеся многочисленными красочными иллюстрациями, которые должны создать у читателя впечатление, что Гут наконец достиг заветной цели - нашел объяснение происхождения Вселенной. Трудно даже представить себе всю сложность исходного состояния и условий, необходимых для возникновения нашей Вселенной со всем многообразием ее структур и организмов. В случае нашей Вселенной степень этой сложности такова, что ее едва ли можно объяснить с помощью одних физических законов. Все это как будто свидетельствует в пользу разума, создавшего Вселенную. Однако теоретики отказываются даже обсуждать возможность такого подхода к решению проблемы и вместо этого прибегают к помощи так называемого "антропического принципа". По их гипотезе, квантово-механический вакуум производит вселенные миллионами. Но в большинстве из них нет условий, необходимых для возникновения жизни, поэтому никто не может исследовать эти миры. В то же время в других вселенных, включая нашу собственную, сложились подходящие условия для появления исследователей, поэтому нет ничего удивительного в том, что в этих вселенных царит такой неправдоподобный порядок. Иначе говоря, сторонники антропического принципа принимают сам факт существования человека за объяснение упорядоченной структуры Вселенной, которая создала условия для возникновения человека. Однако подобные логические увертки ничего не объясняют. Другой формой псевдонаучной казуистики является утверждение о том, что Вселенная появилась по воле слепого случая. Эти слова тоже ровным счетом ничего не объясняют. Сказать, что нечто, появившееся один раз, появилось случайно - значит просто сказать, что оно появилось. Такого рода утверждения нельзя считать научным объяснением, так как они не содержат в себе никакой новой информации. Другими словами, эти "объяснения" ни на шаг не приблизили ученых к решению проблемы происхождения Вселенной. Таким образом, теории большого взрыва не могут претендовать на роль научного объяснения происхождения Вселенной. Однако в научно-популярных журналах, телевизионных передачах и в учебниках ученые сознательно пытаются создать впечатление, что им удалось объяснить происхождение Вселенной. Трудно представить себе что-либо более далекое от истины. Надеемся, что всего сказанного выше достаточно для того, чтобы убедится в необоснованности претензий космологов на то, что стратегия материалистического редукционизма помогла им успешно объяснить происхождение и природу Вселенной. У науки нет никаких оснований утверждать, что все ответы на вопросы космологии обязательно должны быть описаны простым математическим выражением. Количественный метод зачастую не может быть применен даже к явлениям, куда более простым и доступным, чем гигантская Вселенная. Поэтому преждевременно отвергать альтернативные подходы - подходы, которые могут быть основаны на иных законах и принципах, чем известные нам законы физики. ИНАЯ КАРТИНА РЕАЛЬНОСТИ. Логически нельзя исключить возможность участия нефизических факторов в деятельности Вселенной, как нельзя исключить возможность существования областей космоса, где вообще не действуют известные нам физические законы. Физик Д. Бём признается: "Всегда имеется вероятность того, что будут обнаружены принципиально иные свойства, качества, структуры, системы, уровни, которые подчиняются совсем другим законам природы". Как мы убедились, некоторые модели и концепции, такие, как модели бесконечно пульсирующей и бесконечно делящейся Вселенной, предлагаемые космологами, явно противоречат здравому смыслу. Не следует считать эти концепции забавными курьезами - они принадлежат к числу самых респектабельных гипотез современной космологии. Рассмотрим несколько еще более эксцентричных идей, которые обсуждаются учеными-космологами. Одна из таких теорий - теория "белой дыры" - квазара, фонтаном извергающего галактики. Дж. Гриббин, автор книги "Белые дыры", спрашивает: "Возможно ли, чтобы белые дыры делились, так чтобы галактики воспроизводили себя, подобно амебам, путем партеногенеза? С точки зрения привычных представлений о поведении материи, это предположение кажется таким неправдоподобным, что по-настоящему оценить его можно, только взглянув на стандартные теории возникновения галактик и убедившись, насколько безнадежны их попытки объяснить развитие реальной Вселенной. Теория делящихся белых дыр выглядит как соломинка, за которую хватается утопающий, однако в отсутствие другой приемлемой альтернативы нам не остается ничего другого, как ухватиться за нее". Другая теория, которая серьезно обсуждается космологами, - это пространственно-временные туннели или, как их еще называют, "космические норы". Впервые серьезно рассмотренная физиком Дж. Уилером в работе "Геометродинамика" (1962 г.), эта теория получила широкую известность благодаря научно-фантастическому сериалу "Звездные войны". В этих фильмах космические корабли путешествуют через гиперпространство, осуществляя межгалактические перелеты, которые в нормальных условиях потребовали бы миллионы лет при движении со скоростью света. В некоторых версиях этой теории космические туннели рассматриваются как переходы, связывающие прошлое и будущее или даже различные вселенные. В начале двадцатого века Эйнштейн ввел понятие четвертого измерения. В настоящее время по мере того, как обнаруживаются новые следствия уравнений гравитационного поля, выведенных Эйнштейном, физикам приходится вводить новые измерения. Физик теоретик П. Дэвис пишет: "В дополнение к трем пространственным измерениям и одному временному, которые мы воспринимаем в повседневной жизни, существуют еще семь измерений, которые до сей поры никем замечены не были". Мы говорим обо всем этом для того, чтобы показать, что даже ученые-материалисты вынуждены выдвигать объяснения природы Вселенной, которые выходят далеко за границы привычных представлений и не умещаются в обыденном сознании. Чтобы понять их или даже просто примириться с ними, требуется определенное "растяжение" ума. Однако почему мы обязательно должны растягивать свой ум в направлении, указанном материалистической наукой? Если мы всерьез обсуждаем возможность существования высших материальных измерений, то что мешает нам допустить возможность существования измерений принципиально иной природы? Сейчас ученые исходят из того, что Вселенная в конечном счете проста и может быть исчерпывающе описана математически. Но что если это не так? Очевидно, что Вселенная бесконечно сложна и имеет аспекты, не поддающиеся количественному описанию. Не пора ли задуматься над тем, какова должна быть стратегия познания сложной Вселенной? Наличие множества сложных и упорядоченных свойств Вселенной наводит на мысль о том, что она создана разумным творцом. Исходя из этого, можно представить себе следующую стратегию познания: если у истоков Вселенной стоит высшее разумное существо, то есть надежда получить информацию о природе окружающего нас мира непосредственно от этого существа. Безусловно, гипотеза о существовании творца может показаться довольно смелым предположением, но предположение о том, что все явления могут быть описаны простыми физическими законами, ничуть не уступает ему по смелости. Поэтому об эффективности альтернативного подхода можно судить только по тому, насколько успешно он может быть применен. Заключение Сейчас, когда ученые обсуждают модели бесконечно делящихся вселенных, говорят о пространственно-временных туннелях, соединяющих разные области космоса, о вселенных, в которых время течет вспять, об одиннадцатом измерении пространства-времени и т.д., трансцендентные концепции не должны отвергаться без внимательного рассмотрения. Инфляционная модель Вселенной и теория большого взрыва, которые построены на очень зыбком математическом и теоретическом фундаменте, не смогли дать удовлетворительные ответы на основные вопросы, касающиеся природы Вселенной, галактик, планет и форм жизни, существующих на них. Поэтому разумный человек не должен отвергать возможность того, что окончательное объяснение природы Вселенной, которая сейчас кажется практически необъяснимой, будет получено на основе представлений о сверхсознании и разумном создателе, сотворившем ее. Список литературы Горелов А.А. Концепция современного естествознания. -М.: ЦЕНТР, 1998. Стр. 44. Граменицкий И.М. Физика: Конспект лекций. -Дубна: Объед. ин-т ядер. физики, 1995.- 98 с.: ил. Стр. 12. Иванов В.В. и др. Парадоксальная Вселенная: 175 задач по астрономии. -СПб.: Изд-во С.-петерб. ун-та, 1997. - 141 c. Стр. 108-109. Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. -М.: Агар, 1996. Стр. 50. Левитан Е.П. Эволюционирующая Вселенная. -М.: Просвещение, 1993.- 156 c.: ил. Стр. 34-39. Миессеров К.Г. Новый взгляд на образование солнечной системы и эволюцию Вселенной и новая физическая теория, альтернативная теории относительности Эйнштейна. -М.: Машиностроение, 1993. - 95 c. Стр. 27-34. На рубежах познания Вселенной: [Минувшее. Современность. Прогнозы: Сб. ст.]: Историко-астрономические исследования / Рос. нац. ком. по истории и философии науки и техники, Отделение истории естествознания и техники, Секция истории астрономии; Отв. ред. А.А. Гурштейн.- М.: ТОО "Янус", 1994. - 397 c.: ил. Стр. 234, 300-307, 386. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: 2 т. Т. 1. -М.: Мир, 1993. Стр. 112. От большого взрыва до наших дней: Метод. рекомендации [к табл. по астрономии]. -М.: Интерсигнал СП, 1997. Стр. 13. Саслау У. Гравитационная физика звездных и галактических систем. М., Мир, 1989, 544 с. Стр. 199-201. Федоров Ю.М. Сумма антропологии. Кн.1: Расширяющаяся вселенная Абсолюта / Отв. ред. В. Г. Федотов. -Новосибирск: Наука, 1995. - 400 с. Стр. 52, 155. Якушев Б.И. Куда летят галактики. / Беларусская думка. Минск, №7, 1998 г. Стр. 154...158. 2 Работа на этой странице представлена для Вашего ознакомления в текстовом (сокращенном) виде. Для того, чтобы получить полностью оформленную работу в формате Word, со всеми сносками, таблицами, рисунками, графиками, приложениями и т.д., достаточно просто её СКАЧАТЬ.  |
|
Банк готовых работ
Форма заказа
Скачать работу
экономические  Copyright © refbank.ru 2005-2024
Все права на представленные на сайте материалы принадлежат refbank.ru. Перепечатка, копирование материалов без разрешения администрации сайта запрещено. |
|