Смекни!
smekni.com

Проблемы космологии (стр. 6 из 8)

Новые подходы

Итак, самое начало рождения, планковское время 10-43 секунды. Плот­ность вещества 1094 г/см3. Темпера­тура 1032 К.

В этом случае более удобно (и по­нятно) говорить о том, что Вселенная заполнена самыми различными вида­ми излучения, полями чудовищной плотности. Частиц нет.

Итак, эта смесь различных типов излучений начинает расширяться. По­чему? Неизвестно. Это первая фаза Большого Взрыва. Попытки описать поведение этих самых-самых ранних стадий Вселенной ограничены на се­годняшний день несовершенством физики. Многие физики полагают, что вот-вот будет создана “идеальная” физическая теория, позволяющая объяснить “все”, в частности, такой вопрос: имеет ли время начало, что происходит в допланковскую эпоху?

На эти вопросы нельзя закрывать глаза. Ведь с чисто философской точ­ки зрения планковские константы не должны ограничивать уровень наше­го познания. Сейчас физики думают, что на расстояниях меньше 10-33 сан­тиметра континуум пространства-времени распадается, приобретает структуру, напоминающую мыльную пену, где каждый пузырь появляется за счет квантовых флуктуации грави­тационного поля. К тому же при гигантских энергиях, соответствующих планковским масш­табам, многие частицы, считающиеся сейчас элементарными, например кварки, могут быть вовсе не элемен­тарны. И перед физикой элементарных частиц, и перед космологией стоит, как Эверест, проблема создания еди­ной теории объяснения мира.

Сегодняшняя физика берется объ­яснить все или почти все, что проис­ходило во Вселенной, начиная со вре­мен 0,01—1 секунды от Большого Взрыва. Этому в немалой степени спо­собствует состояние термодинамиче­ского равновесия на самых ранних этапах жизни Вселенной. Огромные температуры обеспечивали это рав­новесие.

Почему равновесие так важно для последующей истории вещества? По­чему мы можем не обращать внима­ния на то, что было в момент времени, скажем 10-20 секунды, а сразу “на­чать” с 10-2 секунды? Да по той про­стой причине, что если вещество на­ходится в состоянии термодинамиче­ского равновесия, оно “не помнит” своей предыстории, ему, веществу, совершенно безразлично, каким пу­тем его “довели” до состояния рав­новесия.

Раз мы знаем, что она в равновесии в момент времени 0,1 секунды, нам, с точки зрения термодинамики, все равно, что с ней было до этого момен­та. Подтверждение удивительной эффективности методов теоретиче­ской физики в космологии мы нахо­дим в многочисленных наблюдатель­ных данных. Здесь и красное смеще­ние далеких галактик, и изотропность реликтового фона, и распространен­ность легких элементов. Но чем даль­ше мы пытаемся заглянуть в глубины времени, тем больше подводных кам­ней возникает на нашем пути.

Стандартная модель Фридмана сталкивается с су­щественными трудностями при по­пытках экстраполяции ее на раннюю эпоху. Например. Почему Вселенная на больших масштабах столь одно­родна и изотропна? Реликтовое излу­чение в любой точке неба имеет с очень высокой точностью одинаковую температуру. Но это означает, что в далеком прошлом разные точки пространства, которые не могли ниче­го “знать” друг о друге, имели одина­ковую температуру. Почему? Эта про­блема имеет название проблемы го­ризонта, так как точки пространства, о которых мы говорили, не могли “ви­деть” друг друга, не могли обме­няться сигналами, одна точка по отно­шению к другой находилась как бы за горизонтом.

Есть и другие трудности в стандарт­ной модели. Для их преодоления не­давно была разработана так называе­мая теория раздувающейся Вселен­ной, в рамках которой решается и проблема горизонта, и целый ряд других трудностей. Эта теория опери­рует с такими удивительными поня­тиями, как “ложный вакуум”, энер­гия которого в процессе раздувания мира переходит в обычную горячую плазму стандартной модели.

Но это еще не все. Согласно этой теории наблюдаемая Вселенная со­ставляет ничтожную часть мира как целого. В мире может быть много “пузырьковых” вселенных, образо­вавшихся из полостей в ложном ва­кууме. Фактически мы подходим здесь к идее, противоречащей на первый взгляд здравому смыслу, к идее рож­дения вселенных “из ничего”. Эта идея, как пишет один из ее сторонни­ков, кажется абсурдной всем, кроме теоретиков.

В этой теории упоминаются домены. Это область пространства, содержащая нашу Вселенную. Модель раздува­ющейся Вселенной по-новому за­ставляет взглянуть на структуру наше­го мира. Так, если на некотором эта­пе раздувания вся наблюдаемая Все­ленная была размером с теннисный мяч, то вся область расширения (до­мен) , в которой она умещалась, могла быть на 10—20 порядков больше. И таких доменов с разными вселенными могло быть много. Вывод состоит в том, что только малая часть про­странства-времени мира в целом в ходе эволюции превращается во Все­ленную.

Сценарий раздувающейся Вселен­ной имеет дело с картиной мира, в корне отличающейся от картины ми­ра Фридмана, в которой между поня­тиями “мир” и “Вселенная” можно было поставить знак тождества. Вме­сто однородной и изотропной Вселен­ной мы получили мир предельно не­однородный и неизотропный, состо­ящий из множества огромных доме­нов размером 1050—10100 сантимет­ров. И лишь в одном из них словно дырка в куске хорошего швейцар­ского сыра сидит наша наблюдаемая Вселенная размером “всего лишь” в 1028 сантиметров. Физические же параметры этой эк­зотической модели (температура, плотность энергии) через 10-30 секун­ды совпадают полностью с парамет­рами Вселенной Фридмана.

Вопрос о множествен­ности вселенных — один из самых волнующих как с физической, так и с философской точки зрения. Этот во­прос очень глубокий и содержит в се­бе массу проблем. Из них главная, бесспорно, следующая. Если сущест­вует ансамбль вселенных, то каковы они? Похожи на нашу или нет? И чем, вообще говоря, определяется сходст­во или различие?

В декабре 1981 года в Таллинне со­стоялся Международный симпозиум “Поиск разумной жизни во Вселен­ной”. Большой интерес вызвал доклад И. Новикова, А. Полнарева и И. Ро-зенталя “Численные значения фунда­ментальных постоянных и антропный принцип”. В этой работе очень на­глядно проявился новый (и очень мод­ный) подход к вопросу, почему Все­ленная именно такая, какой мы ее на­блюдаем. Этот вопрос можно пере­фразировать следующим образом: почему значения фундаментальных физических констант имеют именно такие значения, которые наблюдают­ся в нашей Вселенной, а не какие-либо другие? Сторонники антропного принципа дают достаточно простой ответ: “Все­ленная такова, какой мы ее видим, потому, что в ней существуем мы”. Этот залихватский ответ не может, разумеется, доставить чувства удов­летворения. Формулировка ответа са­ма по себе выглядит сомнительной. Действительно, более правильно было бы сказать: “Мы (наблюдатели) су­ществуем потому, что Вселенная именно такая, какой мы ее видим”.

Нельзя не согласиться с С.Хокингом, который говорит о том, что должно быть более глубокое объяс­нение устройства мира, чем то, кото­рое предлагает нам антропный прин­цип. Это объяснение в первую оче­редь должно ответить на вопрос, ко­торый уже был поставлен выше. По­чему скорость света имеет значение 300 тысяч км/сек, а не 500 ты­сяч км/сек? Почему заряд и масса элементарных частиц такие, а не ка­кие-либо другие, и т. д. Современная физика здесь бессильна. Мы можем говорить сейчас лишь о том, что было бы с Вселенной, если изменить чис­ленные значения физических кон­стант. Это очень увлекательная про­блема, и существенный вклад в ее ре­шение внес советский физик И. Розенталь. Следуя сейчас, в частности, его идеям, можно обсудить возможный облик ансамбля вселенных с различ­ными значениями физических “по­стоянных”. Основная мысль здесь со­стоит в том, что даже небольшие их изменения приведут к радикальной перестройке структуры и свойств Вселенной.

Операция варьирования фундамен­тальных констант может показаться сначала и бессмысленной и неправо­мочной. Ведь недаром они называют­ся фундаментальными, неизменными. Но поскольку, с одной стороны, мы подошли к понятию ансамбля вселен­ных, а с другой стороны — сегодня нам неизвестно, в силу каких причин константы физики имеют именно те значения, которые они имеют, подоб­ная операция выглядит достаточно логично. Лишь в том случае, если в любой из возможных вселенных в силу ка­ких-то пока неизвестных причин фи­зические константы такие же, как и в нашем мире, ситуация становится тривиальной: в мегамире есть ан­самбль одинаковых миров.

Вариации различных физических по­стоянных сильно искажают об­лик мира, делая его непригодным для жизни. А что, если попробовать изменить набор констант согласован­но? В докладе И. Новикова и других была поставлена именно такая задача. Оказалось, что есть два “острова устойчивости” для существования сложных стабильных структур, но один из них находится в планковской области, где масса каж­дого объекта порядка планковской массы. В таких вселенных жизнь вряд ли возможна. Наша Вселенная попа­дает в другую область устойчивости. Вывод этой работы состоит в том, что могут быть вселенные с слегка другим набором констант, но тем не менее существования жизни в них исключить нельзя. Разумеется, о фор­мах жизни в других вселенных можно строить сейчас лишь совершенно бес­почвенные предположения.

Неортодоксальные взгляды

В заключение стоит вкратце остановиться на так называемых неортодоксальных точ­ках зрения на эволюцию и происхож­дение нашего мира. Неортодоксаль­ные позиции потому так и названы, что они не находятся в русле гене­рального направления современной космологии.