В наблюдаемой Вселенной вещество и излучение распределены удивительно равномерно. Их распределение не зависит ни от направления наблюдения (изотропность), ни от расстояния от земли (однородность).

В свете вопроса о причинах темноты нашего ночного неба космологический принцип в свое время был поставлен под сомнение. Дело в том, что однородность и изотропность распределения вещества и излучения в Космосе неизбежно приводят к мысли, что на каждом квадратном миллиметре (и вообще – на любой малой площади) небосвода при удалении от Земли по прямой линии нам будет попадаться бесчисленное количество звезд, которые мы почему-то не наблюдаем. Свет от этих далеких звезд должен заставлять светиться наше ночное небо. Однако свет этих звезд по каким-то причинам до нас не доходит, и ночное небо остается темным.

Этот парадокс в 1744 году описал швейцарский астроном де Шизо, а затем - независимо от него - в 1826 году немецкий астроном Г. Ольберс. Обнаружение этого парадокса поставило под сомнение вечность и бесконечность Вселенной.

Чтобы избавиться от своего парадокса эти астрономы предположили наличие в космическом пространстве непрозрачных туманностей, заслоняющих наиболее удаленные звезды и поглощающих от них свет. Но это было заблуждение, которое вскоре опровергли другие астрономы. Туманности от поглощенного от звезд излучения разогрелись бы настолько, что сами стали бы источником света. Следовательно, либо свет от дальних звезд не приходит, так как этих звезд там нет, либо ученые недостаточно четко понимают природу света (фотона).

В определенном смысле – это точка бифуркации для космологии. Бифуркация означает буквально разветвление. Дальнейшее рассуждение о структуре и развитии Вселенной может вестись по-разному, в разных направлениях, принципиально отличающихся друг от друга. Все зависит от того, какие причины “исчезновения” света далеких звезд мы примем в качестве рабочих.

Итак, если “парадокс Ольберса” (такое название получила эта загадочная ситуация) справедлив, то тогда космологический принцип не является всеобщим, а Вселенная – имеет конечные размеры. Это одна точка зрения. Данная точка зрения, к сожалению, совпала с выводами общей теории относительности об искривлении пространства гравитацией и замкнутости пространства Вселенной в виде сферы. Далее мы проследим, как и в какой мере будет нарушаться космологический принцип, если возобладает эта точка зрения.

Следует заметить, что астрономические наблюдения до сих пор не дали оснований считать возможность нарушения космологического принципа. И мне представляется принципиально важным сохранение космологического принципа при любых вариантах рассуждений.

Если же принять возможным конечность времени существования фотона, тогда темнота ночного неба будет легко объяснена, а принцип однородности и изотропности космического пространства будет полностью сохранен для любой точки пространства Вселенной, а сама Вселенная при этом может быть неограниченно большой (бесконечной) в линейном смысле.

Именно по этим причинам я считаю “парадокс Ольберса” точкой бифуркации для астрофизики и вообще для всей физической науки, а не только для решения космологических проблем: вопрос о природе фотона становится ключевым для понимания одновременно свойств вещества и космологических законов. От выбора варианта гипотезы для его разрешения дальнейшие рассуждения идут различными путями, никак не соприкасающимися друг с другом и дающими принципиально отличающиеся результаты.

В первом варианте гипотезы имеется существенный изъян, заключающийся как раз в нарушении космологического принципа. Если принять такую точку зрения (о конечности Вселенной), то тогда следовало бы положить, что по мере удаления от Земли расстояние между звездами неизбежно увеличивается вследствие непрерывного расширения пространства Вселенной, т.е. нарушается принцип однородности и изотропности одновременно. С другой стороны, находясь в удаленных от Земли областях ближе к мыслимой границе Вселенной и всматриваясь в сторону Земли, мы обнаружили бы возрастание плотности и нарушение однородности Вселенной в этом направлении. Следовательно, всматриваясь в разные стороны того пространства, где мы будем находиться, мы обнаружим неоднородность и анизотропность Вселенной в разных направлениях ее обозрения. В этом случае мы обязаны будем положить, что космологический принцип – это частный случай, справедливый лишь для нашей планеты.

Таким образом, принятие первого варианта гипотезы о механизме разрешения “парадокса Ольберса” приводит к тому, что космологический принцип неизбежно нарушается. Однако оснований для этого у ученых совершенно нет при любых видах астрономических наблюдений. И это ставит под большое сомнение целесообразность принятия этого варианта.

Второй вариант, несомненно, даст ответы на все вопросы, но тогда следует пересмотреть многие основания современной физики. Чтобы принять такой вариант разрешения “парадокса Ольберса” необходимо понять, куда и как может “исчезнуть” фотон при своем движении в бескрайних просторах Космоса. Для этого, как мне представляется, совершенно неприемлема современная (официальная) модель фотона. Во всяком случае, принятая модель фотона оказывается совершенно неполной, или неполноценной. Новая модель фотона, представленная в цикле статей “Атом и вещество” (www.biomagic.by.ru) и в главе 2.8 данной книги однозначно разрешает парадокс Ольберса. Кроме того, новая модель фотона позволила нам рассмотреть сквозную модель строения вещества. Теперь эту модель фотона мы будем рассматривать с космологических позиций.

Для начала мы можем положить, что фотон может “раствориться” в “недрах” эфира (физического вакуума). Для этого необходимо принять, что фотон имеет вполне конкретную протяженность и занимает вполне определенный объем в пространстве. Но ни тот, ни другой параметр нельзя считать константным, фиксированным. Более того, необходимо признать, что если бы фотон не имел конечного времени существования, то наше небо (и не только ночное, но и дневное) не просто светилось бы, но светилось настолько ослепительно, что всякая жизнь на планете погибла бы в пламени этого свечения. Но чтобы представить себе ограниченность существования фотона, необходимо принять правила существования фотона, обусловленные его взаимодействием с физическим вакуумом.

Следовательно, безусловное соблюдение космологического принципа вынуждает нас более пристально всмотреться в основания современной физики. Более того, мы, видимо, должны принять, что ключ к пониманию всего сущего во Вселенной лежит в “секрете” “устройства” фотона. Только это может быть функциональной основой безусловности выполнения космологического принципа.

Теперь можно перейти к анализу теории Большого взрыва.

Итак, сегодня наиболее принятой является космологическая модель эволюции Вселенной, основанная на концепции ее расширения из сингулярного состояния. Должен признать, что сам термин “сингулярность” в приложении к Вселенной предложен для того, чтобы как-то обойтись без модели физического вакуума. В применении к Вселенной он в данном случае означает такое исходное состояние Вселенной, когда среда, из которой затем (по мнению ученых) произошла Вселенная, была совершенно неопределенной. Для нее в таком состоянии не только невозможно дать хоть какое-то описание, но и привычные для нас законы природы в этой среде не действовали.

Под сингулярным состоянием, по мнению современной научной мысли, понимают то, что вся материя будущей Вселенной находилась в “проявленном” состоянии, реально существовала “здесь”, в “этом” мире, но была по функциям совершенно не определена. Сама будущая Вселенная при этом была относительно (или сравнительно, или абсолютно) мала настолько, что говорить о ее размерах практически невозможно.

Что это может означать, попробуем в дальнейшем разобраться. Бросается в глаза то, что ученые очень осторожно все-таки высказываются об относительных размерах этой, еще “неродившейся” Вселенной.

Таким образом, исходным положением в теории Большого взрыва является в некотором смысле учение о том, что все вещество Вселенной в какой-то момент времени “родилось” из некоторого неопределенного состояния некоторого “сырья” для материи. Это должно означать, что материя в привычном для нас смысле вовсе не существовала. Этим обуславливалось отсутствие действия законов Природы. Механизм рождения сопровождался быстрым расширением пространства (и материи) Вселенной равномерно во все стороны. Именно по этой причине этот процесс был назван Большим взрывом.

Данная теория порождена общей теорией относительности, связывающей в единую систему массу, создающую гравитацию, искривленное этой массой пространство и зависящее от гравитации время. Именно теория относительности привела ученых к необходимости признания существования неопределенного состояния материи, получившего название “сингулярного”.

В итоге, согласно общей теории относительности, Вселенная сегодня представляет собой замкнутое в виде сферы пространство, непрерывно расширяющееся наружу от некоторого центра, положение которого определить невозможно. Эта теория полагает, что за пределы этой сферы не может выйти ни один фотон.

Таким образом, считается, что свет, излученный когда-то первоначальным раскаленным газовым облаком, до сих пор “бродит” в пространстве Вселенной. Он претерпел почему-то сильные изменения (как считают, за счет расширения Вселенной, что совершенно непонятно). И сейчас он заметен лишь в виде микроволнового фона, получившего название “реликтовое излучение”. Реликтовое излучение было обнаружено астрофизиками фирмы “Белл телефон” Пензасом и Уилсоном, удостоенным за это “открытие” Нобелевской премии в 1978 году.

В поддержку теории Большого взрыва на основе общей теории относительности “работали” также и такие явления:

- смещение перигелия эллиптической орбиты Меркурия;

- отклонение лучей света в гравитационном поле Солнца;

- отклонение и запаздывание электромагнитных волн в гравитационном поле.

Удачное совпадение объективных фактов с выводами общей теории относительности получило самую сильную поддержку в 1929 году, когда американский астроном Э. Хаббл открыл красное смещение в спектрах удаленных галактик. Особенностью этого смещения является то, что оно равномерно распределено во всей Вселенной. Тем самым, казалось бы, подтверждался космологический принцип. Появление красного смещения в спектрах удаленных галактик связали с их движением. Основанием для такого толкования послужило использование объяснения факта смещения за счет действия эффекта Доплера. Данный эффект проявляется в изменении частоты сигналов (электромагнитных и звуковых) при движении источника относительно приемника сигналов. При действии эффекта Доплера частота сигналов изменяется в сторону снижения пропорционально скорости движения при удалении приемника от источника сигнала. Для электромагнитных волн это соответствует понижению частоты. Это по аналогии с обычными радиосигналами связали с “ покраснением ” фотона.

Как становится понятно из новой модели (см. статью “Атом и вещество” и материалы главы 2.8), для фотона эффект Доплера не может быть применен, поскольку характер электромагнитных колебаний, формирующих его структуру существенно отличается от привычных для нас электромагнитных колебаний (радиоволн). Тем не менее, поскольку “ красное ” смещение было предсказано Эйнштейном, то открытие Э. Хаббла послужило основанием считать, что галактики именно “ разбегаются ”. Дальнейшие математические построения привели к рождению теории Большого взрыва.

Суть рассуждений при этом был таков.

Поскольку по спектру “ разбегающихся ” галактик можно рассчитать скорость “ разбегания”, то обратный перерасчет показывает, что некоторое, вполне конкретное время тому назад все вещество этих галактик было сосредоточено в некоторой малой локальной области. Модель “разбегания” была принята потому, что красное смещение в спектрах галактик соответствует расстоянию до конкретной галактики и увеличивается в строгой пропорции с расстоянием.

На рисунке 3.1 представлена графически модель этого “ разбегания ” галактик, т.е. расчетная кривая, характеризующая процесс расширения Вселенной, рассчитанный по значениям параметров красного смещения. Отметим, что модель расширения Вселенной по Хабблу теоретически содержит точку, в которой радиус кривизны исходного пространства будущей Вселенной равен нулю. Само существование такой точки в модели должно говорить, что Вселенная (теоретически) произошла именно из очень малой зоны с бесконечной крутизной исходной сферы (с нулевым радиусом).

Должен заметить, что ученых само существование этой точки начальной сингулярности на гипотетическом графике, по-видимому, сильно смущает. Они все до единого уходят от конкретного ответа на вопрос о возможной величине зоны сингулярности. Мне попадались оценки сингулярной зоны от размеров булавочной головки до размеров сферы диаметром несколько миллионов световых лет. Но чудо не перестает быть чудом, если мы соотносим эту зону с современными размерами Вселенной. Замечу между тем, что при принятии в качестве исходного положения модели физического вакуума, из которого реально рождается (в том числе и в наши дни) реальное вещество эта тайна перестала бы быть загадкой. Из микроскопической точки при определенных условиях может родиться вещество всей Вселенной и сверх того. Почему этого в таких масштабах не происходит, и никогда не происходило, мы увидим в дальнейшем.

Однако возвратимся к принятой на основе общей теории относительности модели эволюции Вселенной.

Согласно модели Большого взрыва пространство Вселенной непрерывно увеличивает свой объем, что приводит к снижению плотности вещества во Вселенной вследствие “разбегания ” галактик. Это означает, что новое вещество при образовании Вселенной все-таки не возникло, но произошло лишь преобразование “сингулярного” состояния материи.

На основе модели “расширения” современная скорость “разбегания” Н определяется как a′⁄a, где а – радиус кривизны некоторого типичного сферического пространства. Эта скорость дается наклоном касательной, проведенной в точке кривой, отмеченной как “современная эпоха”. Пересечение касательной с осью t определяет характерное время H ^-1, называемое “временем Хаббла”. Это время примерно в полтора раза больше времени, прошедшего с момента гипотетического начала расширения Вселенной.

Вот, собственно, и вся модель расширения Вселенной, построенная на основе открытия Хаббла и общей теории относительности Эйнштейна. Из точки, отмеченной как “современная эпоха” дальнейший анализ можно вести в обе стороны шкалы времени.

Сначала рассмотрим возможное развитие событий в сторону возрастания отсчетов шкалы времени.

Экспериментально установлено, что красное смещение в спектре света, приходящего от удаленных галактик, тем больше, чем дальше удалена от нас, наблюдателей, данная галактика.

Нарастание смещения в спектре удаленных галактик, с точки зрения общей теории относительности, говорит не только и не столько о том, что “разбегание” галактик происходит, сколько о том, что “разбегание”, согласно принятому для объяснения принципу эффекта Доплера, происходит с тем большей скоростью, чем дальше удалена от нас конкретная галактика.Такоенарастание красного смещения должно говорить, главным образом, о наличии ускорения этого “разбегания”.

Отсюда проистекает первый парадокс красного смещения. И парадокс этот заключается в том, что на “разбегающиеся” с ускорением галактики действовала и по-прежнему действует не просто некоторая сила, вызывающая это “разбегание”, но сила, постоянно возрастающая и поддерживающая указанное ускоренное разбегание. Это следует принять, поскольку общая и/или специальная теория относительности не отменяет и не видоизменяет первый закон Ньютона. Следовательно, мы должны как-то объяснить неиссякаемый источник этой силы галактического, вселенского масштаба. Это является важным и принципиальным обстоятельством.

Таким образом, если бы эти силы существовали, то следовало бы предположить, что это действуют непрерывно возрастающие силы давно прошедшего Большого взрыва. Поэтому следовало бы предположить, что Большой взрыв, когда-то начавшись, продолжает не просто существовать, но и продолжает развиваться с возрастающий силой. Это более чем фантастично. По-видимому, в этих удаленных галактиках ничего подобного не происходит. И нет таких сил, которые вызывали бы подобное движение галактик с указанным ускорением. Именно поэтому ученые используют практику умолчания.

Поскольку уже обнаружены квазизвездные системы (квазары), скорость которых, согласно расчетам на основе модели Хаббла (по красному смещению), составляет 285 000 км/сек (т.е. порядка 95% от скорости света), нельзя не учитывать релятивистские эффекты - сокращение линейных размеров, возрастание массы, изменение масштаба времени и так далее. Но ни об этих возрастающих силах, ни об изменении массы удаленных галактик, ни об изменении их линейных размеров никто не поднимает вопроса. Создается впечатление, что об этих релятивистских эффектах в данном случае целесообразно не просто умолчать, но и вообще – забыть.

Однако это еще не все парадоксы, вызванные объяснением красного смещения от действия механизма “разбегания” галактик.

Еще один парадокс обусловлен тем, что в процессе наблюдений за “разбегающимися” галактиками ни разу не было зафиксировано угасание (причем быстрое, мгновенное) галактик в ходе наблюдений за этими галактиками. Такое должно было бы происходить хотя бы с некоторыми из этих галактик вследствие того, что “убегающие” галактики должны были бы “уходить” за световой “горизонт”. Это соответствует условию, когда свет уже не доходит до нас, наблюдателей, вследствие наличия некоторого порога возможного наблюдения, за которым скорость убегания галактик уже больше (или, по крайней мере, равна) скорости света. Ничего подобного никогда не наблюдалось и не могло быть зафиксировано по причине отсутствия факта “разбегания” галактик. Красное смещение должно быть объяснено действием иного механизма.

Еще одно соображение, вынуждающее нас отказаться от модели Большого взрыва, связано с нарушением космологического принципа. Это нарушение неизбежно проявилось бы хотя бы в краевых областях расширяющейся Вселенной, так как именно эти области расширяются не только с гораздо большими скоростями, чем те, в которых находится наша Галактика, но и расширяются с нарастающим ускорением. Это означает, что движение галактик в этом случае совершенно неоднородно, зависит от места наблюдения. Следовательно, космологический принцип не может сохраняться в таких условиях. Но у нас нет никаких оснований, ставить под сомнение сам космологический принцип. Таким образом, и с этой точки зрения модель Большого взрыва не отвечает условиям корректности научной модели.

Итак, на этапе анализа модели Большого взрыва, проведенного в сторону возрастания отсчетов по шкале времени от момента взрыва, мы обнаружили практическую невозможность расширения Вселенной. Факт наличия красного смещения в спектре удаленных галактик должен говорить совершенно об иных свойствах космического пространства, которые должны быть увязаны с существованием фотонов в этом пространстве. Снова мы видим, насколько насущной является новая модель фотона.