Происхождение Вселенной

[Vladilen]

2. Модель расширяющейся вселенной

В 1915 и 1916 годах Эйнштейн опубликовал уравнения Общей теории относительности (следует заметить, что к настоящему времени это наиболее полно и тщательно проверенная и подтверждённая теория).

На основании решения этих уравнений для замкнутой вселенной, советский математик и геофизик Фридман А.А. (1888-1925) в 1922 году установил, что она не является статичной, а расширяется, но с одновременным торможением (последнее допущение оказалось ошибочным). В 1927 году к такому же выводу пришёл бельгийский астроном Жорж Леметр.

Физическое явление, ведущее себя подобным образом, это взрыв, которому учёные дали название "Большой взрыв" (в 1937 году это название предложил Поль Дирак, а в 1949 году иронично использовал в своих лекциях известный астроном Фред Хойл) или "горячий Большой взрыв", т.е. сочетание теории БВ с теорией горячей вселенной.

Последнюю теорию подтверждает величина энтропии, которая равна отношению концентрации равновесных фотонов к концентрации барионов с точностью до численного коэффициента.

Но, если видимая вселенная является следствием разворачивания материи из одной точки, то у этого события было начало, существовала Первопричина, есть Конструктор. Вначале, Эйнштейн отвергал такой вывод и в 1917 г. выдвинул гипотезу о существовании некой "силы отталкивания", прекращающей движение и сохраняющей вселенную в статическом состоянии бесконечное время.

Однако американский астроном Эдвин Хаббл (1889-1953) в 1929 году обнаружил, что звёзды и звёздные скопления (галактики) не покоятся, а удаляются друг от друга. Это, так называемое, "разбегание галактик" предсказано изначальной формулировкой Общей теории относительности.

Перед лицом таких доказательств, Эйнштейн отказался от гипотетической силы отталкивания и в 1931 году признал расширение вселенной. Соответственно, признал необходимость начала и присутствия Высшей первопричины её возникновения, которая, по его словам, обладает разумом и творческой силой, но не является личностью.

Не будем оспаривать последние слова Эйнштейна, с которыми христиане не согласятся, а поясним, почему он и многие другие выдающиеся современные учёные пришли к такому выводу.

[Vladilen]

3. Вселенная имеет начало

В модели расширяющейся вселенной учёные рассчитали количество времени, прошедшее с того момента, когда она начала существовать. Это время оказалось около 13,73 + 0,12 млрд. лет (время существования вселенной получило название "времени Хаббла").

Так вот, астрономы, астрофизики, биологи считают, что в отличие от прежней гипотезы бескрайнего космоса в новой модели конечной вселенной миллиарды лет это чрезвычайно малый период времени, чтобы атомы могли случайно преобразоваться в живую материю. Необходимо вмешательство Конструктора.

Можно Его назвать Космическим Разумом, Абсолютным Началом, Богом, от этого суть утверждения не меняется - для возникновения вселенной, в том числе и разумной жизни, необходима внешняя творческая сила.

ПоэтомуАрно Пензиас(нобелевский лауреат по физике)делает следующее умозаключение: «Астрономия приводит нас к уникальному событию, вселенной, которая была создана из ничего. Это событие с очень тонким балансом для обеспечения точных условий, необходимых для жизни. В основе этого события лежит план (можно сказать «сверхъестественный»)».

Даже известный физик-теоретик, автор знаменитой книги "Краткая история времени" и атеист Стивен Уильям Хокинг вынужден был признать: "Если вселенная имеет начало, то следует предположить и наличие создателя".

Действительно, согласно аргумента калама (всё, что имеет начало, имеет и причину), имманентный мир, имеющий начало, должен иметь и (трансцендентную) причину своего возникновения.

Вывод учёных о сверхъестественной причине возникновения вселенной и предположение о наличии Создателя оказался столь неожиданным, что далеко не все учёные с готовностью приняли его. Одним не нравится концепция Творца, вытекающая из этого вывода, другим - невозможность описания существования вселенной (в сингулярном состоянии) естественными физическими законами.

Сразу было выдвинуто несколько иных, отличных от теории БВ, космогонических моделей, основными из множества которых являются:

"Вселенная стационарного состояния" Томаса Голда и Фреда Хойла (по мере разбегания галактик, пустоты между ними заполняются новой материей, возникающей из ничего);
"Модель пульсирующей вселенной" (космос расширяется, затем сжимается, опять раширяется и так до бесконечности), которую активно популяризировал астроном Карл Саган;
"Теория Мультивселенной" (имеется множество вселенных);
"Квантовые модели вселенной", в частности, Эдварда Трайона (наша вселенная является только частью другой материнской вселенной, состоящей из квантового вакуума, бесконечной в пространстве и вечной);
"Плазменная вселенная" Ганса Альвена и т.д. и т.п.

Не вдаваясь в подробности многочисленных современных моделей, часть из которых носит псевдонаучный характер (например, концепция мультивселенной), следует заметить, что некоторые умозрительные построения невозможно проверить (гипотезу хаотической инфляции вселенной Линде, квантовые модели, в том числе, теорию суперструн и пр.).

Другие предположения не подтверждаются (например, гипотеза стационарного состояния), третьи - противоречат законам физики и данным о всё возрастающей скорости расширения космоса ( гипотезы пульсирующей и циклической вселенных).

Четвёртые, оказались несостоятельными, особенно, после того, как в 90-х годах были получены результаты исследования космического фона американским спутником COBE (Cosmic Background Explorer).

[Vladilen]

4. Большой взрыв

О результатах этих чрезвычайно важных исследований будет сказано позднее, а сейчас необходимо дать некоторые пояснения сущности теории горячего Большого взрыва (не нужно думать, что он был хаотичным, как это следует из условного названия).

Согласно данной теории, 13,73 миллиардов лет назад нынешней материи и энергии предшествовало сингулярное состояние. Плотность, давление и температура имели близкие к бесконечным значения (точнее, около 10 ^97 кг/м3 и 10^32 К; в космологическойсингулярности, как установил Стивен Хокинг, не может быть одновременно бесконечной плотности и температуры, т.к. при бесконечной плотности мера хаоса стремится к нулю, что не может совмещаться с бесконечной температурой).

Иными словами, вселенная возникла из "ничего", точнее, из очень малого невидимого объёма, меньшего, чем атом: "из невидимого возникло видимое".

Физики так глубоко разработали теорию Большого взрыва (БВ), что к настоящему времени могут объяснить процессы, происходившие во вселенной с момента, когда ей было 10 в минус 43 степени секунды (т.н. "Планковское время"). Состояние космологической сингулярности (в допланковское время) классическая "Общая теория относительности" описать не может, т.е. БВ имеет сверхестественную природу.

Внезапное возникновение пространства, энергии, материи и времени можно объяснить только с помощью трансцендентной причины, так как всё, что имеет начало, имеет и причину. Как видим, вселенная имела начало, следовательно существует вневременная и внепространственная разумная Причина её возникновения, находящаяся вне нашего физического мира.

Раннюю вселенную можно сравнить с огненным шаром, наполненным излучением и частицами (плазмой, затем, добавились кварки). Дальнейшее расширение и охлаждение космического пространства до времени порядка 10 в минус 11 секунды от начала БВ (т.н. "эпоха квантовой космологии" ) привело к отделению гравитационного взаимодействия от остальных фундаментальных взаимодействий.

В этот период времени (до 0,01 секунды от начала БВ) возникли элементарные частицы, разделились все виды взаимодействий и окончился период расширения вселенной излучением, а температура упала до 10 миллиардов градусов.

От 0,01 секунды и до окончания 3-х минут появилось 98% всей видимой материи, возникла собственно вселенная, продолжается эпоха т.н. "стандартной космологии". Некоторое время, космическое вещество пребывало в виде элементарных частиц, затем, образовались ядра первичных элементов (водорода и гелия), возникли атомы, звёзды, галактики, планеты и пр.

В истории развития космоса важным этапом считается т.н. "эра рекомбинации", когда материя расширяющейся (с одновременным охлаждением) вселенной стала прозрачной для излучения (примерно, через 380 тысяч лет после БВ). До этого излучение было заперто в плотной горячей плазме и высвободилось в момент образования атомов водорода.

Теория предсказывает, что современную вселенную должно пронизывать это, уже сильно ослабевшее, излучение (т. н. "реликтовое излучение") с температурой всего около 5 градусов выше абсолютного нуля, т.е. 5 градусов по шкале Кельвина или минус 268 градусов Цельсия.

Это теоретически предсказал ученик Фридмана русский учёный Гамов Г.А. (1904-1968) ещё в 1946-1948 годах (он указал 1К - 10 К) в рамках модели "горячей вселенной" (в 1950 году он опубликовал цифру 3,0 К).

В 1965 году реликтовое излучение случайно обнаружили английские инженеры Пензиас А. и Вильвон Р. (космический фон излучения они оценили в 3,7 К). Только затем, американцами был сконструирован прибор необходимой точности и измерено указанное излучение (2,7 К), но только на длине радиоволн (из-за атмосферных помех).

[Vladilen]

5. Исследования Космоса

В результате исследований космоса с помощью упомянутого выше спутника СОВЕ в 1990 г. на разных длинах волн была измерена температура фонового излучения в условиях открытого космоса, она оказалась равной 2,735 град. Кельвина и постоянной во всех направлениях, что подтвердило выводы Гамова.

В 1992 году с помощью этого же спутника были обнаружены флуктуации (отклонения) в фоновом излучении, предсказанные теорией Большого взрыва, без которых не смогли бы возникнуть галактики и их скопления.

Наконец, в 1994 г., с повышением точности измерений от 1 % до 0,3 %, была уточнена температура фонового излучения космоса ( 2,726 градуса К), а, главное, результаты измерений во всём диапазоне длин волн совпали со спектром идеального излучателя.

Спутник COBE позволил измерить температуру фонового излучения так называемого "ближнего" космоса. Но в сентябре 1994 г. вступил в строй самый большой оптический телескоп в мире "Кек" на Гавайях, с помощью которого удалось измерить температуру настолько удалённых космических газовых скоплений, что их излучение даёт информацию о Вселенной, которая была в 4 раза моложе, чем сейчас.

Согласно модели горячего Большого взрыва, температура фонового излучения вселенной на той ранней стадии развития должна быть 7,58 гр. К, а наблюдения показали 7,4 плюс-минус 0,8 гр. К, что довольно точно соответствует предсказанным.

[Vladilen]

6. Основные космологические модели

Любая космологическая модель должна описывать три основных фундаментальных явления:

1) расширение вселенной; 2) наблюдаемая крупномасштабная её структура; 3) распространённость химических элементов.

Теория БВ, предполагает сильное неоднородное распределение вещества в пространстве и не может объяснить наблюдаемое однородное расширение вселенной.

Также эта теория предполагает, что число частиц и античастиц было одинаково, но для этого протон должен распадаться (для объяснения барионной ассиметрии), чего не наблюдается.

Согласно квантовой теории, должно было возникнуть равное количество материи и антиматерии, мгновенно полностью аннигилирующих с испусканием фотонов (что же или кто нарушил эту симметрию? неизвестно).

Поэтому под БВ, сейчас, подразумевается совокупность 4-х основных космологических моделей, в большей или меньшей мере поддерживаемых физиками-теоретиками. Это собственно теория БВ (описывает химический состав вселенной), модель расширения Фридмана (объясняет её расширение), теория стадии инфляции (объясняет природу расширения) и иерархическая теория (описывает крупномасштабную структуру вселенной).

Существуют иные космологические модели (теория струн, теория бран, циклическая теория и пр.), которые объединяет одно произвольное допущение: все необходимые начальные значения при возникновении космоса были сформированы до БВ.

К настоящему времени, сделано уже 8 крупных открытий, подтверждающих теорию Большого взрыва, как начала возникновения вселенной. Более того, британские астрофизики Хокинг, Эллис и Пенроуз расширили уравнения Общей теории относительности Эйнштейна, включив в них пространство и время.

Решение этих уравнений показывает, что пространство и время должны были возникнуть в том же Большом взрыве, который дал начало существованию энергии и материи. Иными словами, само время имело начало, но тогда причиной возникновения вселенной должна быть какая-то Сущность, совершенно не зависящая от времени и пространства, существовавшая до их возникновения!

Этот вывод имеет огромное значение для понимания того, Кто есть Творец (христиане называют его Богом). Он трансцендентен, т.е. находится вне измерений вселенной и не является самой вселенной (по учению монизма).

Создатель не обитает в космическом пространстве (по учению пантеизма), но именно Он дал вселенной начало, сотворил её, мир следствие Его целенаправленных действий. Интересно, что об этом, ещё более 3 тысяч лет назад, написано в ТаНаХе (Ветхом Завете).

Упоминавшийся ранее, английский учёный, нобелевский лауреат Арно Пензиас (Arno Penzias) утверждает: "лучшие данные, полученные нами,- именно те, которые я мог бы предсказать, располагая одной только Библией - точнее, Пятикнижием Моисеевым и Псалтирью".

[Vladilen]

7. Физические константы вселенной

Согласно вычислениям, выполненным в рамках теории БВ, следовало бы ожидать хаотичного рассеивания материи по всему физическому космосу (до состояния "тумана"). На самом деле, этого не произошло.

Мы видим удивительный порядок и структурированность космоса: планеты, звёзды, звёздные системы, галактики, скопления и сверхскопления галактик, крупномасштабная сотовая структура. Вселенная, как будто, специально создана для жизни.

Регулярные научные наблюдения позволили открыть около 26 параметров (характеристик), которые должны принимать строго определённые значения, чтобы могла существовать вселенная и жизнь в ней.

В числе этих характеристик много физических констант: постоянная сильного ядерного взаимодействия, постоянная слабого ядерного взаимодействия, постоянная гравитационного взаимодействия, постоянная электромагнитного взаимодействия и т.д.

Рассмотрим, например, сильное ядерное взаимодействие (речь идёт о силе, определяющей степень притяжения протонов и нейтронов в ядре атома). Если бы это взаимодействие было всего на 2 % слабее существующего, то протоны и нейтроны не смогли бы удержаться вместе и во вселенной существовал бы только один элемент - водород (ядро атома водорода состоит из одного протона, а нейтрона не имеет).

С другой стороны, если бы сильное ядерное взаимодействие было всего на 0,3% сильнее существующего, то протоны и нейтроны притягивались бы друг к другу с такой силой, что во вселенной не было бы водорода, а только тяжёлые элементы. Но, с точки зрения химиков и биологов, жизнь без водорода невозможна (впрочем, невозможна она и в том случае, когда единственным элементом является водород).

Среди 26 упомянутых характеристик много строго определённых соотношений. Например, отношение массы нейтрона к массе протона, протона к массе электрона, отношение количества протонов к количеству электронов и т.д.

Так масса свободного нейтрона (протон плюс электрон) на 0,138 % больше, чем масса протона; если бы, наоборот, протоны оказались чуть тяжелее нейтронов, тогда они превратились бы в нейтроны, но без протонов было бы невозможным существование атомов и молекул. Учёные рассчитали, что для существования современной вселенной масса нейтрона не должна отклоняться от нормы больше, чем на 0,1 %.

Более точным должно быть соотношение между количеством протонов и электронов. Галактики, звёзды и планеты никогда бы не образовались, если бы количество протонов не равнялось количеству электронов с точностью до 10 в минус 35 степени ( т.е. с точностью 0, 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 01).

Еще более точным должно быть соотношение электромагнитной и гравитационной постоянных - не менее 10 в минус 40 степени (40 нулей после запятой!), а в момент Большого взрыва это соотношение должно было соблюдаться ещё на 20 порядков точнее, т.е. не менее 10 в минус 60 степени (невероятная точность!).

Поэтому знаменитый немецкий учёный, специалист в области ракетных установок, доктор Вернер фон Браун утверждал: "Естественные законы вселенной настолько точны, что нам не составляет труда построить космический корабль для полёта на Луну, и мы можем рассчитать время полёта с точностью до доли секунды. Эти законы, безусловно, были кем-то установлены".