СумГУ
LIVE!
Главная  ·  ЧАТ  ·  Форум  ·  Гостевая ·  Дни рождения  ·  Зачётки  ·  Физика  ·  Поиск рефератов
ФІЗИЧНА КАРТИНА СВІТУ: МІКРОРЕВОЛЮЦІЇ У КОСМОЛОГІЇ

ФІЗИЧНА КАРТИНА СВІТУ: МІКРОРЕВОЛЮЦІЇ У КОСМОЛОГІЇ

 

Опанасюк А.С.

 

Одним із найважливіших елементів світогляду людини є уявлення про оточуючий світ і своє місце у цьому світі, або, як часто говорять, про єдину картину світу. З моменту виникнення людства як соціальної спільноти, воно весь час робило спроби створити картину світу відповідну своєму рівню розуміння оточуючої реальності, але перша наукова картина світу була побудована лише після появи науки, як форми суспільної свідомості.

Добре відомо, що під науковою картиною світу розуміють узагальнений образ реальності, у якому зведені у системну єдність наукові теорії, які допускають взаємне узгодження [1]. Іншими словами, картина світу - це цілісна система уявлень про загальні принципи і закони устрою світу, що базується на наукових підвалинах. Оскільки наука - це перш за все метод пізнання оточуючого світу, легко зрозуміти, що зміна картини світу відбувається при кожній перебудові методів одержання нових знань, включаючи зміни у самих нормах і ідеалах науки, її парадигмі. У зв'язку з цим, як правило, процес зміни наукової картини світу викликається глобальними науковими революціями, які відбуваються в історії розвитку науки взагалі і природознавства зокрема [2]. Слід відмітити, що окремі навіть видатні наукові відкриття не можуть привести до зміни картини світу в цілому, але можуть викликати щось подібне до ланцюгової реакції, яка здатна породити цілу низку нових відкриттів, що в кінцевому рахунку приведуть до кардинальної перебудови існуючої картини світу. У цьому процесі найбільш важливими виявляються відкриття у фундаментальних природовничих науках; у першу чергу фізиці і космології, оскільки саме ці науки формують загальні контури майбутньої картини світу.

У запропонованій статті розглянуті основні стадії формування сучасної космологічної картини світу. Найбільша увага при цьому приділяється останнім відкриттям у космології, які можливо є провісниками нової глобальної революції у науці.

Історія людства налічує три глобальні наукові революції, що призвели до кардинальної зміни картини світу, зокрема космологічної. Ці революції, якщо їх персоніфікувати за прізвищами вчених, які відіграли у цих подіях найбільш видатну роль, можна назвати відповідно: аристотелівською, ньютонівською і ейнштейнівською [3-5].

Перша революція у світогляді людства фактично співпадає з моментом появи науки, як одного із засобів пізнання і опанування оточуючого світу (VI-ІV ст. до н.е.). Найважливішим фрагментом цієї античної картини світу стало послідовне геліоцентричне вчення Аристотеля про світові сфери. У цій космологічній картині світу Земля вважається центром Всесвіту, вона є нерухомою і має сферичну форму. Навколо Землі розподілені вода, потім йде повітря і вогонь. Вогонь простягається до орбіти Місяця - першого небесного тіла. Вище Місяця знаходиться небо, воно заповнене четвертим елементом світу – ефіром, з якого створені всі небесні тіла. Окрім сфери Місяця існують також сфери Меркурія, Венери, Сонця, Марса, Юпітера, Сатурна і сфера нерухомих зірок. Останньою сферою і закінчується Всесвіт. Небесні сфери починаючи з Місяця, обертаються навкруги Землі за ідеальними круговими орбітами.

Аристотель також вважав, що усі механічні рухи тіл, які мають місце у Всесвіті слід розбити на дві принципово різні групи: по-перше, рух небесних тіл, а по-друге, рух усіх інших тіл. Круговий рух небесних тіл є абсолютно досконалим і не має ні початку, ні кінця. Цей рух нескінченний і незмінний, він немає матеріальної причини. Причиною цього руху є нерухомий першодвигун - бог, що знаходиться за сферою нерухомих зірок.

Таким чином, згідно з Аристотелем, на небі все досконало; небесні тіла мають досконалу кулясту форму, вони рухаються за досконалими круговими траєкторіями, при цьому ніяких інших змін на небі не відбувається. На Землі навпаки, все не досконале, усе схильне до змін, все має початок і кінець. Добре видно, що в картині світу Аристотеля просліджується чітке розділення законів Всесвіту на земні і небесні. Звідси людина, як житель землі, не може навіть подумати про розповсюдження дії земних законів на небесні сфери - обитель богів. Без зняття цієї дихотомії "земне-небесне" подальший розвиток уявлень людини про навколишній Всесвіт був неможливий.

Наступна зміна космологічної картини світу прийшлась на період становлення класичного природознавства (ХVІ-ХVШ ст.) і пов'язана з дослідженнями М.Коперніка, Г.Галілея, І. Кеплера та І.Ньютона. Відправною точкою зміни цієї картини став вихід книги М-Коперніка “Про обертання небесних сфер” у 1543 р. Згідно з концепцією Коперніка Земля не є центром Всесвіту, таким центром являється нерухоме Сонце. Навкруги Сонця, як навколо центра, обертаються планети, у тому числі і Земля. За останньою планетою Сатурном на величезній відстані знаходиться сфера нерухомих зірок. Навколо Землі рухається її супутник Луна. Саме М.Коперніка завдяки його поглядам, що вірно відобразили будову навколишнього світу, можна вважати засновником наукової космології. Але геліоцентричні ідеї, висловлені Коперніком, були тільки гіпотезою, що мала бути перевіреною і обґрунтованою. Пошук аргументів на користь цієї гіпотези і став основною задачею наукової революції ХVІ-ХVІII ст., яка починається з робіт Г.Галілея. Тільки завдяки цим роботам, теорія Коперніка одержала дослідне підтвердження та обґрунтування і стала загальновизнаною.

Ще одним видатним героєм у боротьбі за новий світогляд став мислитель і вчений Д.Бруно. Пропагандуючи вчення Коперніка, він розвинув теорію про матеріальну єдність світу і нескінченність Всесвіту. Згідно з цією теорією Всесвіт нескінченний і включає безліч світів, які подібні нашій сонячній системі, а отже Сонце не є центром цього Всесвіту.

Фактично вчення Д.Бруно базувалося на ідеях атомістів древньої Греції, таких як Левкін та Демокрит [3-5]. Згідно з постулатами атомістів Всесвіт складається з однакових нероздільних частинок, які вступаючи у різні сполучення, створюють усі предмети і явища оточуючого світу. Оскільки Всесвіт цілком складається з одних і тих же матеріальних частинок. Земля також є одним із випадкових згустків цих частинок. При цьому вона не є центром Всесвіту, а тому не існує принципової різниці між небесним і земним, так як те і інше складається з одних і тих же частинок. Отож такий Всесвіт піддається науковому аналізу. Саме завдяки цим ідеям і була нарешті знята дихотомія між земним і небесним і виникла можливість описати весь Всесвіт з єдиних позицій.

Даний процес завершив І.Ньютон, який довів існування тяжіння як універсальної сили, що діє між будь-якими тілами Всесвіту. Фактично Ньютону вдалося поєднати закони Кеплера, що описують рух планет і закони Галілея про земний рух, об'єднавши їх у єдину загальну теорію. Між тим Ньютон вважав, що сонячна система, як і Всесвіт, не могли виникнути природним шляхом. Небесним тілам треба було надати визначений рух. Це могла зробити тільки розумна істота.

Бог у Ньютона був не тільки творцем, але і управляючим Всесвіту. Більш того весь простір між космічними тілами був заповнений богом, він був своєрідним "чувствилищем" Всесвіту. Створивши такий складний і підпорядкований суворим законам Всесвіт, бог потім самоусунувся від подальшого втручання в природу і надав їй можливість існувати на основі тих досконалих законів, які були закладені в ній при створені світу. Людина у цій картині світу була вінцем творіння, адже вона за допомогою свого розуму змогла проникнути у божественний задум і зрозуміти вселенський порядок. Підсумком ньютонівської картини світу став образ Всесвіту, як гігантського і повністю детермінованого механізму, де події і процеси являють собою ланцюг взаємозалежних причин і наслідків.

Останню зміну наукової картини світу пов'язують з рядом наукових революцій, які почались у кінці XVIII - першій половині XIX сторіччя і охопили декілька областей знань. Це була так звана комплексна наукова революція [1, 6-7]. Загальним для цих революцій стало затвердження ідеї всеосяжного зв'язку і еволюційного розвитку у природознавстві, стихійного проникнення у науку діалектики, але у космології ці ідеї закріпилися набагато пізніше.

Початок сучасного етапу розвитку космології пов’язують з розробкою А.Ейнштейном загальної теорії відносності (ЗТВ) (1907-1916 р.) Ця теорія вперше в історії людства дозволила описати Всесвіт у цілому. У рамках ЗТВ Ейнштейн зробив спробу побудувати модель статичного однорідного Всесвіту (таблиця. 1), тобто Всесвіту, для якого тиск (Р) і

Таблиця 1

Основні етапи сучасного етапу розвитку космології

Теорія

Експерименти, що підтвердили теорію

1917 р. - модель стаціонарного Всесвіту з

L - членом (Ейнштейн)

 

 

1922 р. - модель нестаціонарного Всесвіту (Фрідман)

1912 р. - відкриття позагалактичних об'єктів (Слайфер)

1924 р. - відкриття красного зміщення у спектрах галактик (Слайфер)

1929 р. - встановлення закону який описує розбігання галактик (Хаббл)

Модель розширення Всесвіту остаточно не визначена (так звана проблема скритої матерії).

1934 р. - встановлено, що основні висновки теорії Фрідмана можуть бути одержані у рамках ньютонівської теорії (Мілнс, Маскрі)

 

 

1948 р. - модель гарячого Всесвіту (стандартна модель) (Гамов)

1965 р. - відкриття реліктового випромінювання з Т=2,7 К (А.Пензіас, Р.Вільсон)

1967 р. – побудована єдина теорія слабких і електромагнітних взаємодій (Глешоу, Вайнберг, Салам)

1983 р. - відкриття Z,W бозонів (Руббія, Мейєр)

1973 р. - ідея квантового народження Всесвіту (Фомін, Тріон)

Експериментально не підтверджено

1979 р. - модель експоненціально розширюючогося Всесвіту (Старобінский)

1996-2001 р. відкриття квазарів які знаходяться на відстані (виміряній у світлових роках) більшій ніж час життя Всесвіту

1982 р. ~ модель хаотичного роздування (Альбрехт, Стейнхардт)

[^

1998 р. ~ можливе відкриття космічних струн (ефект “мікролінзування”) (Тернер)

лютий 2000 р. - експерименти у ЦЕРНі з моделювання Великого вибуху. Одержаний стан матерії який відповідає t=10-6 с від початку виникнення Всесвіту.

1982-1984 р. - модель множинності всесвітів (Розенталь)

Експериментально не підтверджено

густина матерії (r ) у всіх точках простору є сталою величиною. Однак виявилось, що при будь-яких Р і r >0 рівняння ЗТВ не сумісні з уявленнями про статичний Всесвіт. Знаходячись під впливом загальноприйнятої фізичної парадигми того часу про незмінність Всесвіту, Ейнштейн був змушений ввести в рівняння додатковий доданок L , який одержав назву космологічної сталої [8-9].

Формально з рівнянь Ейнштейна, як тепер встановлено, можна отримати близько двадцяти різних космологічний моделей. Найбільш важливим класом з них є моделі нестатичного Всесвіту. Першу з них у 1922-1924 р. побудував російський вчений-метеоролог А.Фрідман. Фрідман довів, що рівняння ЗТВ допускають існування Всесвіту, у якому відстань між двома довільно вибраними точками простору змінюється з часом (рнс.1). У загальному випадку відстань між довільними об'єктами у Всесвіті можна записати у вигляді , де r0 - відстань між об'єктами у час спостереження t0, R(t) так званий масштабний фактор. Дуже часто, коли говорять про модель Всесвіту, мають на увазі якраз залежність масштабного фактора R, яким визначаються особливості розширення Всесвіту від часу t [8].

У моделі Фрідмана зміна масштабного фактора з часом залежить від середньої густини речовини у Всесвіті (рис.1). Точніше, існує певне критичне значення густини r к, зіставляючи з яким середню густину речовини r , можна зробити висновки щодо того, яка з моделей реалізується в природі реально.

У випадку, коли r >r к, розширення Всесвіту з часом зміниться його стисканням. У такому Всесвіті властивості простору визначає сферична геометрія (геометрія простору з додатною кривизною). Відповідно, ця модель називається закритою (замкненою) моделлю Всесвіту (3В).

Якщо r =r к, то геометрія Всесвіту евклідова (кривизна простору дорівнює нулю). У евклідовому Всесвіті (ЕВ) розширення матерії відбувається необмежено.

Якщо r <r к, так званий відкритий всесвіт (ВВ), то геометрія Всесвіту аналогічна геометрії на поверхні Лобачевського (простір від'ємної кривизни), розширення матерії у цьому випадку теж є необмеженим у часі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 - Залежність масштабного фактору R від часу в різних моделях Всесвіту (ВВ - відкритий Всесвіт, ЕВ - евклідів Всесвіт, ЗВ – замкнений Всесвіт). Наведені результати стандартної (1) та інфляційної (2) моделей

 

Диференціюючи співвідношення (1) за часом, легко одержати закон який дозволяє знайти швидкість розлітання матерії у Всесвіті (закон Хаббла) , де Н стала Хаббла.

Як вже відмічалося у теорію Ейнштейна на правах константи інтегрування входить космічна стала L . Нею враховують можливе існування у світі додаткових сил (крім сил тяжіння), які у теперішній час невідомі. Наведені вище три можливі моделі відповідають випадкові L =0. Якщо ж L ¹ 0, то залежно від значення L , r , r к,, можлива реалізація однієї з двадцяти інших моделей, серед яких є як закриті, так і відкриті [8].

Результати визначення постійної Хаббла, дозволяють знайти критичну густину матерії у Всесвіті r к » 5× 10-30 г/см3. Усі ж оцінки реальної густини дають значення 5× 10-31 г/см3, що у десять разів менше критичної. Звідси мало б випливати, що Всесвіт описується моделлю від'ємної кривизни і що його розширення триватиме необмежене. Однак за всіма даними, ми живемо саме у замкненому світі при r >r к,. Прийнявши це припущення, можна усунути ряд серйозних труднощів, що виникають при зіставлені теорії з спостережувальними даними [8-10]. Таким чином виявляється, що більша частина матерії у Всесвіті (90%- 98%!) людству поки що невідома (так звана скрита матерія).

Теорія Фрідмана була остаточно підтверджена завдяки дослідженням В.Слайфера і Е.Хаббла. Згідно з даними Слайфера усі галактики віддаляються від нашої, оскільки лінії в їх спектрах випромінювання є зміщеними до червоного кінця (закон Допплера). Це явище одержало назву червоного зміщення. Хаббл скориставшись спостереженнями Слайфера, визначив відстань до багатьох галактик і у 1929 р. сформулював закон Хаббла у вигляді (2). З закону витікає, що галактики "розбігаються" у просторі - це означає тільки одне: Всесвіт дійсно розширюється. Визначивши сталу Хаббла, можна знайти і час існування Всесвіту (), який за оцінками вчених складає 18-20 млд.років (останні оцінки знижують цю цифру до 10-12 млд.).

Новий етап розвитку космології, пов'язаний з роботами Дж.Гамова (1948 р.), який показав, що "молодий" Всесвіт повинен бути гарячим. Модель Всесвіту Гамова зводиться до аналізу еволюції шару, заповненого випромінюванням, який знаходиться у власному гравітаційному полі. З моделі витікає, що у якийсь момент часу практично припиняється взаємодія випромінювання з речовиною. У результаті випромінювання після цього тільки змінює свою довжину, не змінюючи форму спектра. Подібне випромінювання, яке має спектр абсолютно чорного тіла, одержало назву реліктового.

Реліктове випромінювання було відкрите у 1965 р. американськими радіоастрономами А.Пензіасом та Р.Вілсоном. Їх спостереження дали змогу зробити висновок, що для цього випромінювання характерна висока ступінь ізотропії (незалежності від напрямку) при значенні температурного параметра 2,7 К. У подальшому нескладні розрахунки дозволили встановити, що у Всесвіті на кожний нуклон припадає 109 фотонів цього низькочастотного випромінювання. Після відкриття реліктового випромінювання теорія "гарячого Всесвіту" стала загальновизнаною і одержала назву стандартної моделі.

Лише у середині 70-тих років стало зрозумілим, що у рамках стандартної моделі не можливо розв'язати цілий ряд проблем. Серед них такі [8-11]:

1.Проблема сингулярності.

Згідно з моделлю Гамова Всесвіт народився у стані з нескінченною густиною (тобто у сингулярному стані) у момент часу t=0. Але тоді незрозуміло, що було до того і звідки взявся наш Всесвіт адже у цей момент не було ні простору, ні часу.

2. Проблема евклідовості геометрії простору.

У випадку, коли густина матерії у Всесвіті більша чи менша критичної, геометрія світу повинна суттєво відрізнятися від евклідової. Разом з тим, експерименти підтверджують, що геометрія нашого світу є саме евклідовою (але це можливо при співпаданні r і r к з точністю до 50-ти знаків!).

3. Проблема однорідності і проблема виникнення галактик.

Дослідження реліктового випромінювання показало, що у ранньому Всесвіті матерія була розподілена рівномірно. Тоді не зрозуміло звідки взялися малі початкові неоднорідності матерії, з яких потім виникли галактики.

4. Проблема розмірності простору.

Теорії, які розробляються останнім часом показують, що наш простір не є трьохвимірним. При цьому припускається, що у ранньому Всесвіті всі виміри, крім трьох, згорнулися (скомпактувалися) у тонкі трубочки (r = 10-33 см). Тоді зовсім не зрозуміло чому простір нашого Всесвіту став саме тривимірним.

5. Проблема відсутності монополів.

Частинка, що несе магнітний заряд позитивний чи негативний вперто з'являється багатьох новітніх теоріях, але експериментальне ця частинка не виявляється. Необхідно відповісти на питання чому.

Необхідність розв'язання вказаних і багатьох інших проблем [8-11], які не могли бути вирішеними у рамках стандартної космологічної моделі, привела до розробки принципово нової моделі інфляційно розширюючогося Всесвіту. Становлення цієї моделі пов’язане з роботами Е Глінера, А.Старобінського, Я.Зельдовича, які базувалися на теорії об’єднання слабкої і електромагнітної взаємодії і так званого Великого об'єднання фундаментальних взаємодій. Покращений варіант цього сценарію, який зараз є загальновизнаним запропонований А.Лінде, А.Альбрехтом і П.Стейнхардтом у 1982-1983 р. і одержав назву моделі хаотичного роздування Всесвіту.

Згідно з новою моделлю розширення Всесвіту відбувалося у дві стадії. На ранній стадії Всесвіт роздувався так, що масштабний фактор зростав з часом за експоненціальним законом (звідси і назва моделі: якщо щорічна швидкість інфляції стала, то ціни зростають за експоненціальним законом). Причиною розширення Всесвіту на цьому етапі є від'ємний тиск вакууму. Завдяки дії сили відштовхування у цій фазі розвитку за проміжок часу від 10-43 с (теорія описує розширення Всесвіту саме з цього моменту) до 10-35 с масштаби Всесвіту зросли в 101000000 разів, при цьому густина енергії вакууму залишалася не змінною (Табл. 2).

Народився такий Всесвіт з вакуумної флуктуації структури простору-часу з початковою густиною матерії r = 1094 г/см3, що відповідає густині енергії первинного вакууму 10108 Дж/см3. Розмір раннього Всесвіту складав 10-35 см, що менше ніж планківська довжина. Оскільки початкова стадія розширення Всесвіту є областю у якій панують квантові процеси, то вони повинні підкорятися принципу невизначеності Гейзенберга, отже проблема сингулярності вирішується у рамках цієї моделі автоматично. Відповідно нова космологія одержала назву квантової.

Слід відзначити, що на стадії інфляційного роздування, розміри Всесвіту збільшувалися зі швидкістю, яка набагато порядків перевищувала швидкість світла, але це не суперечить ЗТВ, оскільки швидкість збільшення розміру простору на відміну від швидкості передачі сигналу може бути будь-якою.

Згідно з даною моделлю при Т>1030 К процеси електромагнітної, слабкої і сильної \ взаємодії у Всесвіті взаємно не розрізнялися, як реальні, так і віртуальні частинки речовини не мали маси, а потенціальна енергія взаємодії регулювалась єдиним полем Хіггса (носіями цього поля є бозони Хіггса). В процесі інфляційного розширення Всесвіт швидко охолоджувався, при цьому відбувся фазовий перехід у стані вакууму. Вакуум з первинного стану перейшов у новий стан, який характеризується суттєво меншою і енергією. У цей момент в результаті захвату бозонів Хіггса породжується велика кількість частинок і античастинок, які переходять з віртуального у реальний стан. Відповідно з формулою

Таблиця 2

Еволюція матерії у Всесвіті [11]

Стадії еволюції

Час

Стан матерії

Квантова ера

3× 10-44 с

Космологічна сингулярність, первинний вакуум

Інфляційна ера

10-35 с

Експоненціальне роздування вакуумподібного стану. Існування єдиної взаємодії (слабкої, електромагнітної, сильної)

Ера кваркової плазми

Розпад вакуумподібного стану

10-34 с

Фазовий перехід до гарячого Всесвіту, народження баріонної матерії. Плазма усіх фундаментальних частинок і античастинок

Виникнення баріонної асиметрії

10-32 с

Розпад X, У- бозонів, виникнення надлишку кварків над антикварками

Кваркова плазма

10-32-10-6 с

Первинна плазма із усіх поколінь кварків, важкі кварки розпадаються, залишаються тільки легкі

Кварковий синтез

10-6-10-5 с

Кварк-адронний фазовий перехід, створення кваркових систем - баріонів і мезонів. Вільні кварки зникають

Ера радіаційно-домінуючої плазми

 

 

 

 

Нейтронно-протонна плазма

10-4-10-1 с

Нуклони у морі лептонів і фотонів, нейтрони поступово розпадаються

Первинний нукліосинтез

1-103 с

Створення легких ядер хімічних елементів

Високотемпературна іонізована плазма

103-105

років

Плазма з іонів водню (75%) і гелію (25%), електронів і фотонів

Ера речовини - ера прозорого Всесвіту

 

 

 

 

Рекомбінація плазми

3× 105-106 років

Перетворення плазми у нейтральне середовище

Атомарний всесвіт

106-109 років

Баріонна речовина у складі атомів, Всесвіт прозорий для фотонів

Зоряний Всесвіт (90% речовини зібрано у зорях)

109- 2× 1010 років

Формування галактик і зірок. Нукліосинтез у зорях. Створення Сонячної системи

 

Ейнштейна маса Всесвіту в цей час зростає від величини 10-5 г до 1050 тон. Даний процес також призводить до відщеплення від єдиної взаємодії сильної. Народження частинок із вакууму, яке протікає на протязі усієї фази роздування і зв'язане з цим вивільнення енергії, призводить до нового підвищення температури Всесвіту, яка сягає 1027 К. З цього моменту його розширення відбувається у рамках стандартної моделі гарячого Всесвіту. Другий раз поле Хіггса призводить до фазового переходу при 10-10 с від народження Всесвіту (Т=1015 К), коли розділяються слабка і електромагнітна взаємодії.

Із моделі хаотичного роздування витікає, що процес фазового переходу у Всесвіті починає відбуватися одночасно у багатьох точках. В результаті простір розбивається на безліч окремих зон - доменів. Між цими областями неминуче виникають двовимірні границі, так звані доменні стінки, у яких заморожується вихідний стан Всесвіту (його вакуум). Можуть виникати також одновимірні об'єкти - космічні струни. Відповідно ці області мають колосальну енергію і густину. У подальшому під дією гравітаційних сил доменні стінки були розірвані на частини і майже миттєво зтянулися створивши "чорні дірки". А от космічні струни-об'єкти з поперечним розміром 10-37 см і довжиною » 1028 см (порядку діаметра Всесвіту) у законсервованому вигляді могли залишитися до теперішнього часу. Ці "струни" і їх фрагменти летять через Всесвіт з швидкістю близькою до швидкості світла, згинаються, перетинаються і рвуться. Оскільки один метр такої “ниточки" важить більше Сонця саме космічні струни могли стати зародками галактик і їх скупчень у однорідному ранньому Всесвіті [9-13]. Більш докладно стадії еволюції матерії у Всесвіті наведені у таблиці 2.

У рамках моделі хаотичного інфляційного розширення Всесвіту вирішуються усі проблеми, які не могли бути розв’язані у стандартній моделі. Наприклад, проблему евклідовості простору можна пояснити за допомогою елементарного прикладу. Якщо у початковий момент часу кривизна простору і була дуже великою, то після роздування (у 10100000 разів!) його геометрія стає практично евклідовою. Тобто навіть якщо у ранньому Всесвіті густина істотно перевищувала критичну, то внаслідок роздування відбувається наближення до стану r =r к.

Згідно з теорією інфляційного Всесвіту монополі народжуються лише на самих ранніх стадіях роздування, коли температура дуже велика (Т= 1026 К). Вони згідно теорії Великого об'єднання є “вкрапленнями” старого вакууму у новий. При інфляції монополі витісняються на край Всесвіту і зараз їх всередині нашого домену немає. Проблема розмірності вирішується таким чином, у кожній метагалактиці реалізується своя розмірність простора, зокрема у нашій він тривимірний.

Слід звернути увагу на те, що до початку вісімдесятих років нашого сторіччя основні завдання ейнштейнівської революції з її ідеями квантовості, еволюції та саморозвитку у космології в основному були реалізовані.

У середині вісімдесятих років ряд фізиків [14-15] звернули увагу на нестійкість структури Всесвіту відносно числових значень фундаментальних фізичних сталих - незначна варіація цих величин призводить до якісної зміни структури Всесвіту. Ця зміна зводиться до зникнення одного чи декількох основних елементів Всесвіту: ядер, атомів, зірок або галактик - тобто суттєвому його спрощенню. Доказ нестійкості Всесвіту базується на докорінній зміні його властивостей при незначній зміні таких базових параметрів як маса електрона, нейтрона та протона, розмірність простора, значення сталих гравітаційної, електромагнітної, слабкої та сильної взаємодій. При цьому деякі процеси, що визначають високу складність нашого Всесвіту, є резонансними, а тому потребують співпадання необхідних і існуючих значень фізичних сталих з фантастичною точністю. Таким чином наука зіштовхнулась з великою групою фактів, роздільний розгляд яких створює враження незбагненних випадкових збігів, що не мають пояснення і межують з чудом. Ймовірність кожного подібного збігу дуже мала, а їх спільне існування факт зовсім неймовірний. Сукупність багаточисельних випадковостей такого типу влучно названа П.Девісом "тонкою настройкою Всесвіту” [13]. Такий факт, якщо виключити гіпотезу існування бога, має єдину інтерпретацію - існування великої кількості Всесвітів. Як правило ці Всесвіти мають набагато простішу структуру, ніж наш, у якому відповідний набір фундаментальних сталих забезпечує його безпрецедентно складну архітектуру.

Для оцінки кількості таких Всесвітів, як правило, опираються на розподіл елементарних частинок за масою. Така оцінка призводить до висновків, що повинно існувати порядку 10100 всесвітів з різним набором характеристик [13-14]. Відповідно наш Всесвіт, з його унікальним набором властивостей, які в кінцевому підсумці привели до виникнення різноманітних форм життя аж до людини, що здатна осягнути і розкрити його таємниці, є космічним феноменом.

Звідки ж беруться ці всесвіти? Згідно з думкою І.Розенталя [13-14] у світі, безперечно існує деякий фізичний простір - вакуум великої (нескінченної?) розмірності. Спонтанні флуктуації цього вакууму створюють всесвіти з своїми розмірностями, набором взаємодій і числовими значеннями фундаментальних сталих.

Як можливо уявити собі співіснування багатьох всесвітів? Можливо декілька варіантів. Наприклад, можна уявити систему сфер різних діаметрів, які іноді перетинають одна одну, іноді топологічно не зв’язані між собою (ізольовані сфери), або зв'язані тонкою перемичкою. Кожна така сфера "відповідає" окремому всесвіту. Деякі з цих сфер знаходяться у стадії роздування, а деякі у стадії схлопування. Між топологічно зв’язаними всесвітами повинен відбуватися обмін інформацією, а можливо і речовиною. Ще одним варіантом є допущення, що наш Всесвіт проходить через безліч замкнених циклів. Закінчуючи своє життя, він породжує один за одним інші всесвіти послідуючих поколінь. На початку кожного циклу набір фундаментальних сталих постійно оновлюється. У такій нескінченній у часі моделі Всесвіту проблема сингулярності відсутня. Можливі інші варіанти устрою світу.

У рамках теорії універсального еволюціонізму, що зайняла у сучасній фізиці домінуюче положення [6,16], наш Всесвіт являє собою єдину систему, яка знаходиться у процесі саморозвитку, і у якій постійно відбуваються процеси ускладнення організації матерії. Виникнення живої речовини і розуму при цьому є природними етапами світового космічною еволюційного процесу. З урахуванням теорії множинності всесвітів легко зробити висновок, що розум неминуче стає такою же невід'ємною частиною Метавсесвіту, як матерія і поле, а людство здійснює свою діяльність в умовах постійного впливу і контакту зі Світовим розумом.

Як ми бачимо у процесі побудови більш досконалої космологічної картини світу, людство весь час відходило від антропоцентричного погляду на устрій світу, згідно з яким спочатку Земля, потім Сонце і нарешті наша Галактика є центром світобудови, але складається враження, що цей процес ще далекий від завершення і людство повинно буде визнати, що і Всесвіт, у якому воно з’явилося, один з багатьох подібних. Відповідно процес пізнання цього світу людством знаходиться тільки у самому початку.

 

Список літератури

1 Концепции современного естествознания/ Под ред. Лавриненко В.Н., Ратникова В.П. -М.:Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.

2. Кун Т. Структура научных революций / Пер. с анг. - М.:Прогресс, 1975.

3. Льоцци М. История физики. - М.:Мир, 1972.

4. Кудрявцев П.С. Курс истории физики. - М.:Просвещение, 1974.

5. Спасский Б.И. История физики - М.:Высшая школа, 1977.

6. Грушевицкая Т.Г. Садохин А.П. Концепции современного естествознания - М.:Высшая школа, 1998.

7. Пахомов Б.Я. Становление физической картины мира – М.Мир, 1985.

8. Климишин И.А. Релятивистская астрономия. - М.:Наука, 1989.-

9. Новиков И.Д Эволюция Вселенной - М.:Наука, 1990.

10. Новиков И.Д. Как взорвалась Вселенная. М.:Наука. 1988.

11. Ровинский Р.К. Развивающаяся Вселенная. М.:Наука, 1995.

12. Ассовская А.С., Ложкин О.В. Барионы и эволюция Вселенной. Новое в жизни, науке, технике. Серия “физическая” -№8. - М.:Знание, 1991.

13. Сажин М, Шульга В Загадки космических струн// Наука и жизнь. - №6.- 1998. – С.35-39.

14. Розенталь И.Л. Элементарные частицы и структура Вселенной. - М.:Наука, 1984.

15. Розенталь И.Л. Вероятность возникновения Метагалактики// Земля и Вселенная - №1.- 1992 - С.3-7.

16. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М.:Наука, 1986.

 

Друга міжвузівська науково-теоретична конференція “Сучасна картина світу: інтеграція наукового та поза наукового знання, м. Суми, 2001 р.



Hosted by uCoz