УСЕ ПОВТОРИТЬСЯ СПОЧАТКУ...
На зламі років, десятиліть прийнято мріяти, заглядати в далеке майбуття. Якою буде матінка Земля? Що чекає на Всесвіт? Невтомні астрономи, астрофізики трудяться, щоб розгадати таємниці світобудови.
У попередній публікації на космологічну тему «Втішний прогноз для землян...» («ДУ» № 29 від 23.07.2010 р.) йшлося, зокрема, про Стандартну модель світобудови, що ґрунтується на теорії, створеній ще на початку 20-х років ХХ ст. радянським ученим Олександром Фрідманом для Всесвіту, що розширюється. Американський астрофізик Едвін Габбл дещо пізніше підтвердив правильність розрахункових формул О. Фрідмана безпосередніми астрономічними спостереженнями. Так народилася Стандартна космологічна модель, що поступово удосконалювалася і утверджувалася в науці. Вона добре узгоджується з теорією відносності А. Ейнштейна.
Антигравітація зростає щомиті
Коротко повторимо деякі параметри Всесвіту за Стандартною космологічною моделлю. Згідно з нею, наш Всесвіт виник близько 14 млрд. років тому внаслідок так званого Великого Вибуху (ВВ) і з тієї миті розширюється. Астрофізики підрахували, що переважна кількість всієї маси/енергії належить не баріонній матерії (тобто звичної нам маси/енергії, яку спостерігаємо, і з якої утворені ми самі, рідна наша Земля й інші планети, Сонце й міріади зірок, галактик тощо) — її частка лише... близько 4%. Між тим основною складовою сущого є так звана темна енергія — енергія космічного вакууму, їй належить 74% всесвітньої маси/енергії! Решта 22% — це загадкова темна маса, що не взаємодіє з баріонною речовиною, тому ми не можемо її спостерігати.
Нагадаємо, прискорення або уповільнення руху далеких космічних об'єктів і структур астрономи вимірюють за величиною зміщення ліній у спектрах випромінювання небесних об'єктів. Але виміряти величину цього зміщення сучасні науковці можуть лише тоді, коли космічне тіло (або складна структура) віддаляється чи наближається зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Тоді зміщення спектральних ліній значне, і його можна виміряти сучасними приладами. Як установив у 1929 р. американський астроном Едвін Габбл, Всесвіт у наш час розширюється з прискоренням. Про це свідчить зміщення спектральних ліній у спектрах далеких структур у червоний (тепловий) бік діапазону електромагнітних хвиль. Чим більше зміщення, тим швидше віддаляється від нас космічний об'єкт (закон Габбла).
Варто зазначити, що не всі астрофізики визнають саме такий механізм червоного зміщення. Дехто з них вважає, що цей феномен пояснюється іншими причинами. Навіть сам Е. Габбл погодився з припущенням, що червоне зміщення в спектрах далеких об'єктів може свідчити не про швидке віддалення їх від нас із прискоренням, а пояснюється «старінням» фотонів, що «мандрують» космічними просторами упродовж мільярдів років.
Аналіз результатів новітніх астрономічних спостережень свідчить, що темпи розширення Всесвіту не завжди були однакові. Перші приблизно 7 млрд років розширення відбувалося з уповільненням, спричиненим гальмуванням сили тяжіння (гравітацією). Але з часом «першою скрипкою» в цьому найграндіознішому астрофізичному процесі була вже не гравітація, а протилежна сила — антигравітація темної енергії. Як з'ясувалося протягом останнього десятиріччя, вакуум не є абсолютною пустотою, а має певну (хоч і незначну) щільність і, отже, тиск. Тому темна енергія, на противагу гравітації, діє як сила відштовхування. Вчені дійшли висновку, що саме ця субстанція в нашу епоху визначає властивості простору — часу і відіграє вирішальну роль в еволюції Всесвіту. Зупинімось на цьому детальніше.
За Стандартною моделлю, у перший період після Великого Вибуху маса/енергія розліталася з уповільненням. Адже імпульс руху, одержаний під час ВВ, поступово слабшав, а сили тяжіння гальмували швидкість розбігу небесних тіл і структур, що утворювалися в процесі розширення Всесвіту. Гравітація, як відомо зі шкільного курсу фізики, збільшується за певним законом у разі збільшення маси тіл, що взаємодіють, і зменшується в міру віддалення один від одного. Між тим, сила відштовхування, як дослідили астрономи вже в третьому тисячолітті н. е., діє інакше. Вона є постійною і зростає пропорційно простору між об'єктами. Тобто чим більший простір між матеріальними тілами чи структурами, тим більша енергія відштовхування.
Тому через певний час після ВВ, коли новонароджені галактики, їхні групи і скупчення розлетілися на досить велику відстань одна від одної і сила тяжіння між ними значно послабшала, антигравітація, що весь час зростала, нарешті зрівнялася з силою тяжіння, а потім почала її переважати. Тому в наступну (тобто нашу) епоху Всесвіт розширюється з прискоренням. І темпи прискорення щомиті зростають. Виходить, рухом галактик керує нині не сила тяжіння, як вважалося раніше, а протилежна сила — антигравітація космічного вакууму.
Стандартна космологічна модель передбачає, що так буде й надалі. Тобто ця модель еволюції сущого є відкритою: Всесвіт один раз народився в процесі Великого Вибуху і розширюватиметься вічно з усе більшим прискоренням. Але...
...Але важко уявити, що невмируща колосальна всесвітня маса/енергія в імлі нескінченних тисячоліть одного разу несподівано вибухнула і... розсіялася. Тобто блиснула метеором у темряві вічності й згасла назавжди. Стандартна модель не дає чіткої відповіді на ряд основоположних питань, як, наприклад, чому учинився Великий Вибух; як сталося, що вся маса/енергія Всесвіту сконцентрувалася в стані сингулярності «в точці» й потім з невідомих причин спалахнула? Відсутність відповідей на такі світоглядні запитання породжує спокусу пояснити події містичними причинами.
Якщо глибоко проаналізувати ситуацію, домислити її до кінця, проглядаються відповіді й на ці дуже складні філософські запитання.
...І тут починається найцікавіше
Згідно зі Спеціальною теорією відносності А. Ейнштейна, правильність якої підтверджено практикою, жоден об'єкт у природі не може рухатися швидше за світловий промінь. Чому? Бо в міру наближення до швидкості світла маса тіла зростатиме... до нескінченності. Отже, прискорення руху галактичних структур у просторі в процесі розширення Всесвіту є обмеженим і не може бути нескінченним у часі! Що ж виходить? Коли антигравітація розгонить (прискорить) галактичні структури, їхня маса почне стрімко збільшуватися. А збільшення маси, в свою чергу, спричинить зростання сили тяжіння. Чи не так? І невпинно зростаюча гравітація чинитиме все більший опір силам відштовхування. Врешті-решт у цьому змаганні перемогу мають здобути сили тяжіння. Адже маса за подальшого прискорення розширення Всесвіту зростатиме, прагнучи до нескінченності.
Водночас зростатиме і гравітація, сила якої також прагнутиме до нескінченності. А це означає, що матеріальні тіла і структури на певному етапі припинять відштовхування одне від одного під дією енергії космічного вакууму, і почнуть зближуватися, підкорившись зростаючій силі тяжіння. Перебіг цього зворотного процесу прискорюватиметься, оскільки в новій ситуації простір між небесними тілами (структурами) зменшуватиметься, отже, пропорційно слабшатиме і сила відштовхування. Через певний період знову свою провідну роль в еволюції Всесвіту має відновити гравітація, як це було в перші мільярди років після ВВ.
Що далі? Теорія свідчить, що тяжіння має стягувати масу/енергію «в точку», тобто в стан так званої сингулярності, який характеризується нескінченно великою щільністю матерії і нескінченно високою температурою. Такі наслідки випливають з відомих нам фізичних законів. Але законів, що діють у сингулярності, ми не знаємо і знати не можемо, оскільки експериментально перевірити їх у земних умовах неможливо. Доктор фізико-математичних наук, професор Державного астрономічного інституту імені П. Штернберга Артур Чернин у книзі «Космология: Большой Взрыв» пише: «В сингулярности или около нее Вселенной управляет совсем другая физика, отнюдь не сводящаяся к тому, что мы сейчас знаем о ее законах». Отже, є всі підстави твердити, що в сингулярності, коли щільність маси/енергії та її температура досягнуть певної критичної межі, почнуть діяти інші фізичні закони, яких ми не знаємо, але які притаманні саме сингулярності. І маса/енергія в цих екстремальних умовах вибухне спонтанно, тобто довільно, самочинно.
Саме такий механізм ВВ може реалізуватися. Для наочності повторимо: тут доречна аналогія з дизельним двигуном. У його циліндрі паливна суміш вибухає «самотужки», коли тиск і температура зростають під дією поршня (в нашому випадку під дією гравітації) до певної критичної межі. І не потрібна в двигуні система запалювання, і немає в стані сингулярності потреби в містичному чиннику, який би «натиснув на червону кнопку» і спричинив Великий Вибух... Все відбувається за фізичними законами сингулярності (хоч ми нині їх і не знаємо).
Вічність Всесвіту
Отже, вимальовується струнка модель Всесвіту, що пульсує. Така модель у минулому столітті була досить популярна, розглядалася нарівні з іншими космологічними моделями. Тому автор цих рядків саме її активно популяризував, у тому числі в попередніх публікаціях на шпальтах «ДУ». Та останніми роками, коли астрофізики відкрили й почали досліджувати темну енергію з її силою відштовхування, пульсуюча (циклічна) модель своєю пріоритетністю поступилася відкритій моделі, що й утвердилася в космології як Стандартна.
Завважимо: ми розмірковуємо тут про найпопулярнішу нині модель світобудови. Однак у науці і тепер розглядають також альтернативні теорії. Навіть такі, що взагалі заперечують реальність Великого Вибуху і прискорене розширення Всесвіту. Втім, то вже «інша історія». Так що категоричності в судженнях на цю тему бажано уникати.
На нашу думку, саме модель Всесвіту, що пульсує, найкраще відповідає на найскладніші космологічні питання. За нею, як показано вище, сучасне прискорене розширення Всесвіту в далекому майбутньому все-таки має припинитися, коли галактичні структури прискорить енергія космічного вакууму, дуже близька до швидкості світла. В нових умовах стрімко зростатиме їхня маса і, отже, сила тяжіння між ними. І тоді почнеться новий цикл еволюції — етап стиснення маси/енергії до сингулярності (окремості). Насмілимось припустити, що стан сингулярності не обов'язково настає, коли вся маса/енергія стиснеться «в точку», тобто до розміру протона (ядра атома водню), як витікає з теорії, що ґрунтується на знаних нами фізичних законах. Така подія може статися й раніше. Скажімо, коли вся матерія Космосу стиснеться до розмірів Землі, а то й Сонця. І в цьому разі щільність і температура маси/енергії сягне величезних, не уявних нами величин. Не випадково Алекс Віленс, фізик, професор університету Тафтса (США) у книзі «Світ багатьох світів» подає матерію в стані сингулярності не «точкою», а «первинною вогняною кулею».
Робимо висновок, що навряд чи потрібно для реалізації чергового ВВ нескінченні показники щільності й температури. Ймовірно, механізм Вибуху може «спрацювати» задовго до стиснення маси/енергії «в точку». ВВ спалахне щоразу, тільки-но в черговому еволюційному циклі масу/енергію Всесвіту буде стиснуто і «розжарено» гравітацією до величезних (але не нескінченних!), себто певних, параметрів щільності та температури. За сучасною термінологією, коли буде досягнуто стану сингулярності.
...І знову все повториться спочатку.
Таким чином, у моделі Всесвіту, що пульсує, реалізується одна з основоположних безкінечностей у Природі — часова нескінченність, тобто Вічність Всесвіту.
Борис ГВАРДІОНОВ
також у паперовій версії читайте:
- ЕЛЕКТРОННИЙ ДЕГУСТАТОР ВИНА
назад »»»