ТОП 10:

Глава 10. Возможность жизни во вселенной



 

Наша вселенная предназначена для того, чтобы в ней жили. Некоторые фундаментальные константы природы, соотношения природных сил как будто специально настроены самым оптимальным образом. Если бы их числовое значение было чуточку иным, вселенной, как мы ее знаем, не существовало бы вовсе, так как не было бы условий для образования устойчивых атомов, звезд, галактик (Barrow, Tipler. 1996. P. 20). И, следовательно, не могла бы существовать и сама жизнь. Значения констант и соотношения сил кажутся выбранными совершенно случайно. То есть, насколько известно современной науке, эти значения не определяются совершенно никакими законами природы или свойствами материи. Однако же вероятность их «случайного» выбора чрезвычайно мала, может быть, миллиард шансов к одному. И здесь мы сталкиваемся с одной из главных проблем в космологии – проблемой «точной настройки». Самое вероятное объяснение таким идеально выверенным значениям – участие в этом неземного, высшего разума. Однако в наше время мало кто из ученых готов рассмотреть такой вариант. Одним из способов уйти от необходимости признать божественное вмешательство стало предположение, что вселенных существует бесчисленное множество. Поэтому специалисты по космологии отдают предпочтение тем теориям, которые помогают это доказать. Они считают, что в каждой вселенной фундаментальные постоянные и их соотношения будут разными, случайными. И «так получилось», что мы живем как раз в той вселенной, где все значения случайно подобраны так, что делают жизнь возможной. Не стоит этому удивляться. В конце концов, если значения этих постоянных были бы другими – нас бы здесь не было, и мы бы не смогли этого увидеть. Еще один способ не признавать существование высшего разума – открыть новые законы физики, новую универсальную теорию, которая бы сделала возможной эту самую «точную настройку».

Все существующие дискуссии об этом предмете вертятся вокруг теории о происхождении вселенной в результате Большого взрыва. В рамках этой теории появилось много менее глобальных концепций, – наверное, столько же, сколько в мире специалистов по космологии. Мы не будем вдаваться в подробности этих теорий. Я лишь хочу обрисовать общую картину. Вначале вселенная появилась как результат колебаний квантовомеханического вакуума, который можно сравнить с морем энергии. В версии о множестве вселенных их появление также вызвано колебаниями квантовомеханического вакуума. На начальных этапах существования вселенные были неизмеримо маленькими, плотными и горячими. Потом они стали стремительно расширяться. Во время этого процесса они наполнялись раскаленной плазмой. Когда они перестали расти и остыли, плазма сконденсировалась в субатомные частицы, которые, в свою очередь, превратились в частицы газов водорода, гелия и дейтерия. Также появились и более сложные виды материи и энергии, которые называются темной материей и темной энергией. Там, где такая темная материя и энергия сконцентрированы в большом количестве, из скоплений атомарных газов появились звезды и галактики. В самых горячих участках звезд сформировались более тяжелые элементы. И когда звезды в итоге взорвались и образовались сверхновые звезды, продолжали формироваться тяжелые элементы. Через миллиарды лет мы получили ту вселенную, в которой сейчас имеем удовольствие жить. Ее дальнейшая судьба пока неизвестна, но по предположениям некоторых специалистов, вселенная, в конце концов, будет втянута в черную дыру, и, возможно, затем возродится, появившись из белой дыры.

Теория Большого взрыва выросла из наблюдения, что вселенная имеет свойство расширяться. В 1920 годах астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что свет, который доходит до нас из далеких галактик, сдвигается в красный сектор цветового спектра. Чем дальше были галактики, тем ближе свет сдвигался к красному. В этой части спектра волны становятся длиннее. Таким образом, длина волны из этих галактик увеличивается. Если галактики движутся от нас, этим вполне можно объяснить увеличение длины волны. Представим себе весельную лодку на очень спокойном озере, с веслами, повернутыми под определенным углом. Вы смотрите на лодку с берега. Если лодка стоит на якоре, волна будет идти к берегу с равным интервалом. Но если лодка начнет уплывать от вас, волны станут больше, и промежуток времени между ними станет неровным, хотя весла лодки будут работать равномерно. Длина волны, исходящая от удаляющихся галактик увеличивается по такому же принципу, и ученые наблюдают именно этот феномен. Ученые также утверждают, что теория Большого взрыва предсказала температуру микроволнового фонового излучения. Микроволновое фоновое излучение – тепло, которое осталось после мощного нагревания вселенной миллиарды лет назад. Более того, эта теория, по словам ученых, предсказывала и присутствие во вселенной водорода, дейтерия и гелия, которое мы наблюдаем сейчас.

Теория Большого взрыва много раз подвергалась критике. Например, астроном Том Ван Фландерн нашел в ней двадцать принципиальных ошибок и неточностей. Кто‑то считает, что вселенная не была вначале маленькой, как думает большинство ученых, а что она сразу была такого размера как сейчас, и он не меняется. Что касается моего мнения, то все эти прорехи теории Большого взрыва предполагают, что вселенная не могла развернуться из крохотного зернышка сама по себе, без божественного вмешательства. В остальном же многие моменты теории соответствуют тем представлениям о вселенной, которые существовали в древней Индии и описаны на санскрите в священных книгах.

Вот что было написано в Шримад‑Бхагаватам и «Брахма‑самхите» относительно происхождения вселенной.

За пределами времени и пространства Маха Вишну пребывает в вечном покое на волнах Причинного Океана. Из пор Его кожи появляются многочисленные вселенные. Маха Вишну взирает на эти вселенные и наполняет Своей энергией каждую из них, и они начинают расширяться в потоке золотого света. Внутри каждой вселенной рождаются все элементы, начиная с легких и, далее, к тяжелым. Одновременно рождаются и божественные сущности. И вселенная продолжает расти. Жизнь каждой вселенной равна одному вдоху Маха Вишну. Он рождает материальные вселенные из Cебя вместе с выдохом и возвращает их в Cебя вместе с вдохом. Долгота Его выдоха – 311 триллионов лет. За этот период каждая вселенная проходит различные циклы развития, проявленные и непроявленные, каждый из которых длится 8,6 миллиардов лет.

И теория Большого взрыва, и ведическая концепция говорят об океане трансцендентальной энергии, которая существовала прежде любой материальной вселенной. Некоторые ученые утверждают, что вселенные появляются из белых дыр и исчезают в черных дырах. То есть белые дыры рождают вселенные, а черные – поглощают их. В Ведах также говорится, что вселенные появляются из дыр и исчезают в них, и что эти дыры – поры на коже Маха Вишну. Обе теории сходятся в том, что в начале присутствует период очень быстрого развития вселенных; в том, что в самом начале был взрыв, вспышка света; в том, что вселенные расширяются. Ну и, наконец, обе теории говорят о существовании множества вселенных.

Когда мой гуру, Бхактиведанта Свами Прабхупада, узнал о теории Большого взрыва, он был настроен очень скептически. Его ученики представили эту теорию как взрыв изначального сгустка материи, осуществленный без божественного вмешательства. Конечно, никакой взрыв не мог стать причиной рождения той вселенной, в которой мы сейчас живем. Но это немного неверный взгляд на теорию Большого взрыва. Когда гуру узнал оригинальную версию этой теории, он отнесся к ней более внимательно. Он согласился с тем, что вселенные растут. Ниже я привожу беседу гуру с учениками в Лос‑Анджелесе 6 декабря 1973 года (Conversations. 1989. Vol. 6. Pp. 228–229).

БАЛИ МАРДАНА: Прабхупада, когда вселенные появились из тела Маха‑Вишну, они начали расти?

ПРАБХУПАДА: Да.

БАЛИ МАРДАНА: Вселенная до сих пор расширяется?

ПРАБХУПАДА: Да…

КАРАНДХАРА: Пока длится выдох, вселенная расширяется…

ПРАБХУПАДА: Да.

КАРАНДХАРА: На вдохе вселенная исчезает.

ПРАБХУПАДА: Да.

Комментируя одну из трактовок книги Шримад‑Бхагаватам (3.29.43), Прабхупада утверждает, что «все тело вселенной увеличивается». Рождение вселенных из тела Маха Вишну и обратное погружение в него описаны в «Брахма‑самхите» (5.48). О Маха Вишну здесь говорится как об ипостаси Всевышнего, «из которого рождаются и в которого погружаются все вселенные в процессе Его дыхания».

Но все же ведическая космогоническая концепция отлична от современной материалистической теории Большого взрыва тем, что изначальная материя в ведической трактовке – одна из энергий Бога, и все последующее развитие и преобразование этой энергии происходит под его контролем. Дальше я попытаюсь показать, что в современной теории Большого взрыва заложен тот же самый вывод. Даже если предположить, как утверждают современные ученые, что вселенная обязана своим происхождением и развитием исключительно взаимодействию различных форм материи и физических сил, то все равно напрашивается вывод, что за всеми этими взаимодействиями стоит некий высший разум – настолько они продуманы и выверены. Теперь, получив такой вывод, нам придется вернуться назад и пересмотреть наши предпосылки современной научной теории Большого взрыва. Изменив эти исходные предположения, мы увидим, насколько меньше трений теперь будет между этой теорией и ведической космогонической концепцией. Когда я говорю о теории Большого взрыва, читателю может показаться, что я безоговорочно принимаю те предпосылки, на которых она зиждется. Но я лишь хочу сказать, что если в угоду истине мы примем эти предпосылки на веру, тогда можно будет сделать и определенные выводы. Однако мне нет никакого смысла относиться так ко всему, что касается теории Большого взрыва.

 

Антропный принцип

 

Сотни лет назад большинство астрономов верили, что центром вселенной была Земля. Коперник первым предположил, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. И астрономы приняли теорию, назвав ее принципом Коперника, по которой Земля со всеми ее обитателями не занимала особенного, специального места во вселенной. Но в XX веке астроном Брэндон Картер возразил, что земле все же отведено особое место, и его точка зрения была очень схожа с той, что была до Коперника, и с ведической теорией. Картер утверждал, что для того, чтобы люди могли наблюдать всю остальную жизнь во вселенной, нам в ней отведено специальное место с определенными характеристиками. Картер (Carter. 1974. P. 291) назвал это антропным принципом. Согласно современным космологическим теориям, вселенной, в которой возможна жизнь человека, должно быть никак не меньше 10 миллиардов лет. Именно столько времени необходимо для того, чтобы гелий и водород превратились в более твердые элементы, такие, как углерод – один из основных элементов органической жизни. Размер растущей вселенной связан с ее возрастом. Это значит, согласно современным ученым, что вселенной, способной поддерживать органическую жизнь, должно быть как минимум 10 миллиардов световых лет, и наша вселенная как раз такого возраста, что подтверждают последние вычисления (Barrow, Tipler. 1996. P. 3). Я не могу ничего сказать относительно точного размера и возраста нашей вселенной, только хочу заметить, что эти оценки в современной космологии постоянно меняются.

В некоторых версиях антропного принципа говорится, что люди могут жить не только во вселенной определенного возраста и размера, но также только при условии, что значения физических постоянных и соотношений физических сил выверены настолько, что позволяют вселенной пребывать именно в таком виде и допускают в ней человеческую жизнь. Вот именно эта «точная настройка» вселенной интересует меня больше всего остального. Мои рассуждения об этой настройке основаны на двух источниках: книге «Just Six Numbers» сэра Мартина Риса, королевского астронома Великобритании, и «The Cosmological Anthropic Principle» астронома Джона Д. Барроу и физика Франка Д. Типлера.

 

Точная настройка

 

Физик Джон Уилер, известный своими исследованиями квантовой механики, писал (Barrow, Tipler 1986. P. vii): «Дело не только в том, как человек адаптировался к жизни в этой вселенной. Дело еще и в том, что вся вселенная создана так, чтобы он мог в ней жить. Представьте себе вселенную, где одна из фундаментальных физических постоянных была бы немного другой по любому показателю. Человек мог никогда не появиться в такой вселенной. В этом заключается основная идея антропного принципа. Согласно ему, фактор, допускающий человеческое существование, лежит в сути целого механизма мироустройства». Давайте посмотрим, что будет, если лишь слегка изменить числовые значения некоторых фундаментальных постоянных и соотношений природных сил.

 

Число N и гравитация

 

Согласно современным космологическим концепциям, размер вселенной и размер населяющих ее существ и существующих в ней объектов зависят от соотношения между силами электромагнетизма и гравитации (Rees. 2000. Pp. 27–31). Атомы состоят из мельчайших частиц с разным электрическим зарядом. Среди этих частиц есть электроны и протоны. Электроны заряжены отрицательно, а протоны – положительно. Частицы атома с разными зарядами притягиваются друг к другу, и поэтому атом не распадается. Сила земного притяжения также играет определенную роль в создании атома, но она значительно слабее, чем электромагнитное притяжение. Соотношение этих двух сил определяется следующим образом: нужно разделить силу электромагнитного притяжения на силу притяжения земли. Получившееся число (N) равно 10**36[7], то есть сила гравитации в 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 раз меньше, чем сила электромагнитного притяжения.

На уровне атомов гравитация почти не чувствуется. Но в больших масштабах эта сила оказывается весьма значительной, несмотря на то, что она во много раз меньше электромагнетизма. Отрицательные и положительные заряды нейтрализуют друг другу. Это значит, что в крупных масштабах мы не чувствуем электромагнитного притяжения (за исключением тех случаев, когда заряды совмещаются, как в магнитах или при электрическом токе). Земное притяжение всегда положительно. Чем больше весит предмет, тем больше будет его притяжение. Сила притяжения возрастает пропорционально весу объекта. Общая сила притяжения всех атомов земли удерживает нас на ее поверхности. Именно сила притяжения определяет, насколько большие существа могут жить на планете. Если бы притяжение было чуть больше, максимально возможный вес населяющих ее существ был бы меньше. Давайте представим, что число N было бы 10**30 вместо 10**36. Тогда гравитация была бы «только» в 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 раз меньше электромагнитного притяжения. В результате такого совсем небольшого изменения сила земного притяжения настолько возрастет, что никто тяжелее насекомых не сможет выдержать давление. И даже таким маленьким созданиям как насекомые понадобятся мощные лапы. И это еще не все.

Все во вселенной стало бы значительно меньше. Например, понадобилось бы в миллиард раз меньше атомов для появления звезды. Сейчас принято считать, что звезды появляются, когда гравитационная сила атомов водорода и гелия заставляет газы конденсироваться. Когда газ конденсируется, он нагревается, когда он становится достаточно горячим и достаточно плотным, он вызывает реакцию синтеза. При этом жар выталкивает материю наружу, а сила притяжения удерживает ее. Баланс между движением наружу и внутрь определяет размер звезды. Звезда должна быть достаточно большой, чтобы молекул газа хватило для формирования сердцевины, и чтобы давление газа было достаточным для начала реакции.

При этом должна сохраняться масса для поддержания высокой температуры, которая появляется как результат реакции при попытке вытолкнуть всю материю в открытый космос. То есть звезды должны быть довольно большими. Если бы сила притяжения была выше, понадобилось бы меньше атомов. Если бы число N было равно 10**30 вместо 10**36, понадобилось бы в миллиарды раз меньше атомов, чтобы преодолеть силу выталкивания. Звезды были бы во много раз меньше и ядерные реакции проходили бы гораздо быстрее. Если верить Рису (Rees. 2000. P. 31), средний срок жизни звезды был бы 9 тысяч лет вместо 10 миллиардов. Это бы негативно сказалось на возможности биологической эволюции в таком виде, какой мы наблюдаем сейчас. Галактики также будут значительно меньше, а звезды в них будут располагаться гораздо плотнее. Из‑за этого орбиты планет пересекались бы со звездами. Стоит напомнить, что существование жизни возможно только при стабильном движении планеты по орбите. Если бы орбита нашей планеты была нестабильной, резкие перепады температур сделали бы жизнь здесь невозможной. Так почему же у числа N задано именно такое значение? Рис (Rees. 2000. P. 31) говорит: «у нас никаких предположений о том, почему значение числа N такое, какое есть. Мы лишь знаем, что такая сложнейшая система как человек не могла появиться, если бы значение числа N было меньше, чем 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000».

 

Энергия связи E (эпсилон)

 

Энергия связи – еще один фактор, который ощутимо влияет на характеристики нашей вселенной (Rees. 2000. Pp. 43–49). Она определяет формирование атомов и то, как проходят ядерные реакции. Безусловно, все это влияет на существующие формы жизни.

В атомах разных уровней разная энергия связи. Для нас самое большое значение имеет энергия связи молекул гелия. Согласно исследованиям астрофизиков, первое поколение звезд превращает водород в гелий. Ядра атома водорода содержат один протон. Ядра дейтерия, изотопа водорода, содержат один протон и один нейтрон. Когда соединяются два атома дейтерия, образуется один атом гелия с двумя протонами и двумя нейтронами. Масса ядра атома гелия равна 0,993 (99,3%) массы двух протонов и двух нейтронов. В процессе реакции 0,007 (0,7%) массы превращается в энергию, в основном, в тепло. Это число 0,007 и есть энергия связи ядра атома. Она связана с ядерной силой, которая удерживает вместе протоны атома. Рис пишет: «количество освобожденной в процессе реакции энергии зависит от силы, которая „склеивает“ те частицы, из которых состоит ядро» (Rees. 2000. P. 48). Чем больше энергия связи, тем больше ядерная сила. Протоны в ядрах заряжены положительно, а положительные заряды должны отталкивать друг друга. Но сильное ядерное взаимодействие преодолевает это разнонаправленное движение и удерживает протоны вместе. Мы не чувствуем этих сил, поскольку все они проявляются только на уровне атомов.

Если бы значение E[8] было немного другим, атомная структура была бы совсем другой. Например, если бы значение е было равно 0,006 вместо 0,007, это бы означало, что ядерная сила была бы меньше, чем сейчас. Этого было бы достаточно, чтобы не дать возможности появиться элементам более тяжелым, чем водород. Более тяжелые элементы формируются с помощью новых протонов в ядре атома. Водород, в ядре которого один протон, является самым легким элементом. У железа 26 протонов. Но путь к железу и к более тяжелым элементам лежит через водород и гелий. В ядре гелия обычно два протона и два нейтрона. Значит, переход от водорода к гелию требует еще одного шага, – превращения водорода в дейтерий, ядро которого состоит из одного протона и одного нейтрона. Потом два ядра дейтерия соединяются и образуют одно ядро гелия с двумя протонами и двумя нейтронами. Сила энергии связи протонов и нейтронов в ядре атома гелия высвобождает некоторое количество энергии. Итак, если эта энергия связи была бы 0,006 общей массы протонов и нейтронов вместо 0,07, ядерная сила была бы меньше и не дала бы нейтрону соединиться с протоном. Тогда не смогло бы образоваться ядро дейтерия, и, следовательно, не было бы и ядра гелия. Атомы водорода продолжали бы сгущаться в плотные массы, и эти массы бы нагревались. Но реакций бы не происходило, и звезд бы не было. Никаких других элементов бы не возникло. Не было бы ни жизни, ни планет в том виде, в каком они есть сейчас.

Если бы значение е было равно 0,008 вместо 0,007, ядерная сила стала бы, соответственно, немного больше, чем есть. Тогда бы возникла другая проблема в процессе возникновения элементов. Как мы уже поняли, ядерная сила необходима, чтобы удержать протоны вместе. В нашей реальности эта сила не настолько мощна, чтобы стабильно удерживать два протона рядом. Два протона вместе называются дипротон. Во вселенной нет стабильных дипротонов. Это объясняется тем, что сила взаимного отторжения двух положительно заряженных протонов больше, чем энергия связи ядра. Однако этой энергии с числовым значением 0,007 достаточно для того, чтобы привязать протоны к нейтронам, и таким образом получить дейтерий. А уже из двух атомов дейтерия получается атом гелия. Это возможно благодаря тому, что нейтроны дают недостающую энергию связи для удержания двух протонов. Поскольку нейтроны несут нулевой электрический заряд, им не нужна вспомогательная сила отторжения. Давайте теперь посмотрим, что было бы, если бы е было равно 0,008. Тогда два протона смогли бы слиться, получился бы дипротон, изотоп гелия с двумя протонами и без нейтронов. Это значит, что все атомы водорода (в которых по одному протону) в самом начале появления вселенной сформировались бы в дипротоны. В нашей реальности только некоторые атомы водорода становятся атомами дейтерия и гелия, и для этого требуется довольно много времени. Таким образом, во вселенной остается и водород, поскольку он необходим для существования жизни. Барроу и Типлер рассуждали следующим образом: «Если и без того сильное взаимодействие было бы немного сильнее, дипротоны стали бы устойчивыми, и это привело бы к катастрофе – весь водород во вселенной преобразовался бы в гелий на ранней стадии развития вселенной, и сегодня бы не существовало ни водорода, ни постоянных звездных систем. Если бы существовали стабильные дипротоны, – нас бы не существовало!» (Barrow, Tipler. 1996. P. 322). Без водорода не существовало бы и воды, а, следовательно, – и жизни. Постоянные звездные образования так же не смогли бы существовать, потому что водород нужен им как топливо.

Превращение гелия в углерод также может происходить лишь при тех условиях, что существуют в нашей вселенной – и никаких иных (Barrow, Tipler. 1996. Pp. 250–253). Как утверждают современные специалисты по космологии,первые поколения звезд сжигают ядра атомов водорода, и в процессе реакции появляются атомы гелия. Когда в звезде кончается водород, гелиевая сердцевина звезды становится все плотнее. Поднимается температура внутри звезды, и в определенный момент гелий превращается в углерод. У гелия в ядре 2 протона. У углерода же – 6. Теоретически, 3 ядра атома гелия могут превратиться в ядро атома углерода. Но на практике получается по‑другому, поскольку очень маловероятно, что 3 ядра атомов гелия могут в одно мгновение столкнуться именно так, чтобы произвести ядро атома углерода. Происходит другой процесс. Сначала 2 ядра атомов гелия в процессе реакции образуют ядро бериллия с 4 протонами. Потом ядра атомов бериллия сливаются с другими атомными ядрами гелия и образуют атомное ядро углерода. Проблема в том, что атомное ядро бериллия нестабильно и довольно быстро разрушается обратно в атомное ядро гелия. Поэтому, казалось бы, углерода должно производиться совсем мало, – значительно меньше, чем те количества, в которых он реально существует во вселенной. Но английский астроном Фрэд Гойл доказал, что у атомных ядер углерода есть определенный уровень резонансной энергии, который находится чуть выше, чем общий уровень энергий бериллия и гелия. Бериллий и гелий получают дополнительную энергию из тепла солнечного ядра и поднимают атомы бериллия и гелия на нужный уровень, и тогда они быстрее могут превращаться в атомы углерода. Возможно, что весь, таким образом произведенный, углерод мог бы сразу превращаться в кислород, если бы атомные ядра углерода сливались с атомными ядрами гелия. Но уровень резонансной энергии атомов кислорода ниже, чем совместная энергия углерода и гелия. Благодаря такому стечению обстоятельств, реакции между углеродом и гелием не происходит. Таким образом, у нас есть достаточное количества углерода для того, чтобы могла существовать жизнь. Рис отмечал: «Эти „случайные“ совпадения в ядерной физике допускают образование углерода, но на следующей стадии, где должен, по идее, формироваться кислород, этого не происходит. Скорость реакции сильно зависит от силы ядерных взаимодействий. Сдвиг даже на 4% значительно уменьшил бы количество образующегося углерода. Поэтому Гойл доказывает, что наше существование было бы под угрозой, даже если бы значение e уменьшилось на несколько процентов» (Rees. 2000. P. 50). Говоря о точно выверенных резонансах, которые допускают образование более тяжелых элементов в звездной среде, Гойл пишет: «Я не верю, что какой‑либо ученый, который изучал факты, мог не понять, что все законы физики были тщательно продуманы со всеми вытекающими из них последствиями и теми результатами, которые они производят в звездах» (Barrow, Tipler. 1996. P. 22).

 

U (омега) и баланс сил в космосе

 

Современные космологи утверждают, что на начальной стадии были возможны три сценария развития вселенной. 1) Сила гравитации могла быть больше силы расширения, и вселенная бы очень быстро свернулась обратно, до того, как могли появиться галактики и звезды. 2) Сила расширения могла перевесить силу гравитации, и вселенная бы развернулась слишком быстро для того, чтобы могли появиться звезды и галактики. 3) Силы гравитации и расширения могли быть уравновешены, и вселенная расширялась бы именно с той скоростью, которая необходима для формирования звезд и галактик и их долговременного существования.

Таким образом, судьба всей вселенной зависит от критической средней плотности материи. Критическая плотность – это 5 атомов на кубический метр. Если она будет больше 5 атомов на кубический метр, гравитация станет настолько сильной, что вселенная свернется. Если плотность будет меньше этой цифры, вселенная станет расширяться слишком стремительно.

Число омега – это соотношение критической плотности и фактической плотности (Rees. 2000. Pp. 72–90). Если критическая плотность и фактическая плотность равны, соотношение будет равно 1, то есть U[9] (омега) = 1. Такое соотношение позволит вселенной медленно расширяться в таком темпе, при котором смогут появляться звезды и галактики, как это происходит в нашей вселенной. Однако в нашей вселенной фактическая плотность видимой материи значительно меньше критической плотности. Если учесть всю видимую материю, звезды, межзвездный газ, то фактическая плотность составит 0,04 критической плотности. Но, наблюдая за движениями видимой материи, ученые убедились, что во вселенной есть вещество, которое условно назвали темной материей. Например, спиралевидные галактики похожи на вертушку, у которой два или больше закрученных потока звезд, которые начинаются из яркого центрального ядра. Когда астрономы смотрят на спиралевидные галактики, они видят, что там нет достаточного количества обычной видимой материи, чтобы эти потоки так изгибались и шли так близко к центрам таких галактик. Согласно законам притяжения, эти потоки должны были быть менее искривленными. А галактикам, чтобы сохранять существующую форму, нужно иметь в десять раз больше материи, чем в них есть по подсчетам ученых. Получается, что в них есть другая материя, «недостающая». В каком же виде она может находиться? Некоторые астрофизики предполагают, что темная материя может состоять из нейтрино, странных частиц с очень маленькой массой, которые появились в результате Большого взрыва или же из мириадов черных дыр с очень большой массой. Рис пишет: «К сожалению, более 90% вселенной остаются непонятными нам – но еще более обидно, что мы не можем даже представить, из чего состоит темная материя – то ли из частиц массой 10(**(–33)) грамм (нейтрино), то ли из частиц массой до 10**39 грамм (черные дыры)» (Rees. 2000. P. 82). Когда к видимой материи присоединяется темная материя, фактическая плотность материи во вселенной становится равна примерно 0,30 от критической плотности. Если сейчас положение дел именно таково, то через миллиарды лет роста вселенной, соотношение фактической и критической плотности материи во вселенной должно быть очень близко к единице. По словам Риса, «Наша вселенная была создана с невероятной точностью, практически идеально точно для того, чтобы сбалансировать уменьшающуюся силу притяжения. Это примерно то же самое, что сидеть на дне колодца и подбрасывать вверх камень – он остановится в самой верхней точке. Точность просто поразительная: через секунду после Большого взрыва R не могла отличаться от единицы больше чем на значение 1/Х, где Х – миллион миллиардов (1/(10**15)) – и поэтому сейчас, через 10 миллиардов лет, вселенная продолжает расти, и значение U не сильно отошло от единицы» (Rees. 2000. P. 88).

 

L (лямбда): гравитация и левитация?

 

Если бы гравитация была единственной силой, которая играет роль в расширении вселенной, астрономы могли бы увидеть, что расширение постепенно прекращается. Гравитация должна снижать темп, с которым все объекты во вселенной удаляются друг от друга. Другими словами, мы должны наблюдать замедление роста вселенной. Сила гравитации зависит от общей плотности вещества. Чем больше плотность, тем больше гравитация. Чем больше гравитация, тем больше замедление. В зависимости от плотности того или иного объекта во вселенной, темп замедления будет быстрее или медленнее, но замедление все же должно быть, поскольку сила притяжения больше силы расширения. Однако же вместо этого ученые заметили видимое ускорение темпа расширения. Это было довольно неожиданно, поскольку говорило о том, что помимо силы гравитации есть еще какие‑то фундаментальные силы природы, которые скорее отталкивают, чем притягивают. То есть, помимо гравитации, должна быть еще и антигравитация.

Антигравитацию открыли ученые, пытавшиеся посчитать, сколько же во вселенной всего темной материи (Rees. 2000. Pp. 91–95). Видимая материя во вселенной составляет всего 0,04 критической плотности. А критическая плотность – это точное количество материи, необходимой для того, чтобы вселенная могла просуществовать очень долго с относительно стабильными звездными образованиями и галактиками. Материи должно хватить для того, чтобы замедлить темпы расширения вселенной, чтобы вся материя в ней не превратилась в газ безо всяких характеристик. Но при этом материи должно быть ровно столько, чтобы предотвратить расширение вселенной, а не ускорить процесс сворачивания ее в черную дыру. Ученые предположили существование темной материи, которая, хотя и невидима, обладает гравитационным полем, поскольку видимая материя распространяется по вселенной способом, который противоречит всем законам притяжения. Учитывая силу притяжения этой темной материи, можно объяснить и распространение видимой материи. Но все же, если сложить и видимую, и темную материю, фактическая их плотность составит всего лишь 0,30 от критической плотности. Кое‑кто из ученых предположил, что устройство вселенной как она есть сейчас, можно объяснить, если фактическая плотность материи будет очень близка критической плотности, и тогда их соотношение (W) будет один к одному (W=1). Но для этого понадобилось бы больше темной материи. Поэтому ученые решили, что, возможно, в природе есть еще некоторое количество темной материи, которая равномерно распределяется по вселенной. В отличие от скоплений темной материи, которые воспринимаются как черные дыры, равномерно распределенная материя практически не влияет своей силой притяжения на отдельные галактики, и поэтому она никак не проявляется в виде аномалий внутри и среди галактик. Но при этом такая темная материя вполне может оказывать влияние на темп расширения вселенной.

Чтобы проверить свои догадки, ученые решили измерить красное смещение определенных типов сверхновых звезд: «Редкий тип сверхновых звезд, известный под названием «тип 1a», – это внезапный ядерный взрыв в центре умирающей звезды, когда большая часть ее массы (или даже вся) сбрасывается в пространство, а оставшаяся центральная часть сворачивается, – говорит Рис. – По сути, это ядерная бомба со стандартным тротиловым эквивалентом… Важно то, что звезды типа 1а можно расценивать как эталонный источник света, достаточно яркий, чтобы его можно было различить с больших расстояний. По их яркости можно предположить расстояние до них, а измерив красное смещение, можно соотнести скорость расширения и изменение расстояний за прошедшую эру. Космологи надеялись, что такие измерения помогут отличить медленное снижение темпов расширения (которого нужно ожидать, если предположить, что была учтена вся темная материя) от более высокого темпа, если – как считали многие теоретики – во вселенной еще достаточно темной материи, чтобы соотношение фактической и критической плотности было один к одному» (Rees. 2000. P. 93). Исследователи были весьма удивлены, когда обнаружили, что их измерения красных смещений сверхновых звезд не выявили никакого замедления вовсе. Вместо этого они увидели, что темп расширения вселенной немного увеличивается. Это означало две вещи: во‑первых, во вселенной не существует достаточного количества темной материи, а во‑вторых, чтобы объяснить рост темпа расширения, ученым пришлось предположить присутствие еще одной силы – антигравитации.

Идея об антигравитации встречалась еще у Эйнштейна. В 1920‑х годах великий ученый предположил, что вселенная статична. Но по его вычислениям получалось, что вселенная не может существовать статично. Сила притяжения вынуждает всю материю во вселенной сопротивляться ей. Чтобы сбалансировать эту силу, Эйнштейн ввел в свои формулы «космологическую постоянную» L[10](лямбду). Когда космологи согласились с тем, что вселенная расширяется, они забыли о космологической постоянной, поскольку она ассоциировалась с теорией о статичной вселенной. Но сейчас оказывается, что модель растущей вселенной требует присутствия этой константы. Что же именно измеряет L ? Только не саму силу какой бы то ни было материи. Ученый формулирует ее функцию так: L измеряет энергию пустого пространства» (Rees. 2000. P. 154).

Значение L также очень важно. «Если бы лямбда имела большее числовое значение, притяжение было бы преодолено еще раньше, на том этапе, когда элементы были более плотными, – говорит Рис. – Если бы значение лямбда начало преобладать еще до того, как из расширяющейся вселенной появились галактики, или если сила отторжения была бы достаточно мощной, чтобы разрушить их, галактик бы не было. Поэтому для нашего существования необходимо не очень большое значение лямбда» (Rees. 2000. P. 99).

 

Q

 







Последнее изменение этой страницы: 2016-04-19; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.234.208.66 (0.015 с.)