Лев Гиндилис – SETI: Поиск Внеземного Разума (страница 53)

Проиллюстрируем сказанное следующим примером. Рассмотрим две галактики с красными смещениями z₁ = 2 и z₂ = 5. Используя формулу (2.5), получим r_2набл/r_1набл = 1,40. В момент излучения первая галактика была в 3 раза ближе к нам, чем сейчас, а вторая — 6 раз ближе. Следовательно, расстояние этих галактик в момент излучения было r_2изл/r_1изл = 1,40 : 6 × 3 = 0,70.

Как долго длится сингулярное состояние? Длится ли оно бесконечно долго от t = —∞ до t = 0, когда Вселенная «вдруг» начинает расширяться, или это короткий, неизмеримо короткий миг? Теория Фридмана не дает отпета на этот вопрос. Более того, теоретики утверждают, что вопрос не имеет смысла, ибо в сингулярности не только не действуют все известные нам физические законы, но и само понятие времени из-за квантовых эффектов становится неопределенным. Пусть так. Но как бы там ни было, она как бы возникает из Небытия, проявляется из какого-то непостижимого для нас сингулярного состояния. Этот факт рождения Вселенной при t = 0 и, следовательно, ее конечность во времени представляет серьезную проблему в плане философского осмысления Мира.

Если допустить, что сингулярность длится конечное время (с точки зрения «несингулярного» наблюдателя), то, опуская вопрос о том, что творится в самой сингулярности, правомерно спросить — а что было до сингулярного состояния? Возможно, что когда-то, в бесконечно далеком прошлом, Вселенная сжималась из крайне разреженного состояния, плотность ее со временем увеличивалась до тех пор, пока постоянно уменьшающийся масштабный фактор при t = 0 ни обратился в нуль — Вселенная перешла в сингулярное состояние, после чего начала расширяться. Мы живем на стадии расширения, которая в случае открытой модели будет продолжаться бесконечно долго. Этот сценарий снимает трудность с возникновением Вселенной — Вселенная существует вечно (от «минус бесконечности» до «плюс бесконечности»). При этом она один раз проходит через сингулярное состояние.

Рис. 2.2.4. Гипотетическая модель сжатия Вселенной от состояния бесконечно малой плотности до сингулярности с последующим неограниченным расширением.По вертикальной оси отложен масштабный фактор, по горизонтальной — время. Согласно гипотезе А. Д. Сахарова. при прохождении через сингулярность частицы меняются на античастицы, левое на правое, и ход течения времени меняется на обратный. Нижняя горизонтальная линия изображает ход течения времени в нашем мире, верхняя — в антимире

Что происходит в момент, когда Вселенная проходит через сингулярность? А. Д. Сахаров, исходя из законов симметрии, предположил, что при прохождении через сингулярность все частицы заменяются на античастицы, все пространственные конфигурации частиц изменяются на зеркально отраженные, а течение времени меняется на обратное[134] (рис. 2.2.4). При этом «сверхкомбинированная», так называемая СРТ-симметрия Мира сохраняется. Таким образом, все явления и тела до момента сингулярности являются точной зеркальной копией тел и явлений после этого момента с заменой частиц на античастицы и с заменой направления течения процессов. С нашей точки зрения, Мир до сингулярности (Антимир) существовал в далеком прошлом, когда Вселенная еще сжималась. Но с точки зрения обитателей Антимира (не хочется называть их антилюдьми, хотя они состоят из антивещества и имеют сердце с правой стороны) — это наш Мир существует в их далеком прошлом, причем наш Мир, следуя направлению их времени, сжимается, а их Мир — расширяется. «Фактически ОНИ — это МЫ (или МЫ — это ОНИ), так как с точностью до условного определения знака времени, условного отличия правого от левого и условного отличия вещества от антивещества, отраженный мир не отличается от нашего»[135].

В случае замкнутой Вселенной расширение, как мы видели, сменяется сжатием. В конце стадии сжатия Вселенная приходит в сингулярное состояние, такое же, из которого она начала расширяться. Следовательно, те же силы и те же причины, которые привели к расширению Вселенной в начальный момент времени, теперь снова заставят ее начать расширяться. В конце нового цикла картина вновь повторится и т. д. Мы получим, таким образом, вечно существующую пульсирующую Вселенную, в которой периоды расширения-сжатия разделены сингулярностями. Если каждый раз в сингулярности происходит замена Мира на Антимир (как описано выше), то эволюция Вселенной во времени будет представлять собой чередующуюся вереницу миров и антимиров, между которыми Вселенная пребывает в сингулярном состоянии. Возможность существования пульсирующей модели Вселенной была ясна еще Фридману. В связи с этим он вспоминал сказания индусской мифологии о периодах жизни. Действительно, в индусской мифологии и в древнеиндийской философии существует представление о периодическом процессе проявления (манифестации) Вселенной, в котором активные процессы — Манвантары чередуются с пассивными периодами — Пралайями, образуя циклы различного масштаба длительности[136]. Самый крупный цикл — Махакальпа составляет 311 040 000 000 000 = 3 • 10¹⁴ лет. Махакальпа — это Век Брамы, он состоит из 100 Годов Брамы. Каждый Год делится на 360 суток (360 Дней и 360 Ночей Брамы). Одни Сутки Брамы равны 8 640 000 000 лет, а одна секунда в этом масштабе времени составляет 100 000 земных лет. Обращает внимание, что Сутки Брамы по порядку величины близки к длительности расширения во Фридмановской Вселенной (8 ÷ 10 млрд. лет). Если принять, что длительность расширения t₀ в точности равна Суткам Брамы, то получим постоянную Хаббла Н₀ = 77 (км/с)/Мпк, что попадает как раз внутрь интервала неопределенности для Н₀: 65 ÷ 80 (км/с)/Мпк.

Рис. 2.2.5. Изменение масштабного фактора в осцилирующей модели Вселенной: a) без увеличения энтропии: б) с увеличением энтропии

Привлекательной чертой пульсирующей модели является то, что она позволяет избежать проблемы Генезиса Вселенной. Однако некоторые космологи указывают, что это не так. Дело в том, что в каждом цикле Вселенной как в период расширения, так и в период сжатия происходит рост энтропии (которая в конечном итоге определяется числом фотонов, приходящихся на один нуклон). Если накопленная в данном цикле энтропия сохраняется при переходе через сингулярность, то в каждом следующем цикле энтропия будет выше, а следовательно, максимальный радиус кривизны (связанный с энтропией) и период пульсации будут больше, чем в предыдущем (рис.2.2.5). То есть будет происходить «раскачка» Вселенной. Необходимая для раскачки положительная энергия берется за счет отрицательной энергии гравитационного поля, а полная энергия, равная сумме положительной и отрицательной энергии, не меняется, т. е. закон сохранения энергии при переходе от цикла к циклу выполняется. Если бы пульсирующая Вселенная существовала бесконечно долго в прошлом, то за бесконечное число пульсаций должна была накопиться бесконечная энтропия. Но этого нет. Следовательно, с момента возникновения Мира прошло конечное число пульсаций, т. е. мы снова возвращаемся к проблеме Начала, только отодвигаем его во времени. Следует отметить, что эти рассуждения справедливы, если энтропия при прохождении через сингулярность сохраняется. Предположение — далеко не очевидное, если учесть, какие глубокие преобразования происходят в сингулярности.

Мы рассмотрели механическую картину эволюции Вселенной, не касаясь физики процессов. Теперь нам следует обратиться к физике.

2.2.2. Горячая Вселенная

Была Тьма: скрытое сперва во Тьме все это было бесформенным Хаосом. Все, что существовало тогда, было пустым и бесформенным. Великой силой тепла рождено было это Единое.

На ранней стадии эволюции Вселенной, в первые минуты после начала расширения, плотность вещества была очень велика. При такой плотности должны были протекать ядерные реакции. Характер их существенным образом зависит от температуры. Была ли Вселенная в это время холодной или горячей?

Исторически первой еще в 1930-е годы была рассмотрена модель холодной Вселенной. Предполагалось, что все вещество существовало в виде холодных нейтронов. Однако, как выяснилось позднее, в такой Вселенной в результате цепочки ядерных реакций (с образованием протона, дейтерия и т. д.) все вещество, в конце концов, превратилось бы в гелий. Это противоречит наблюдениям, поскольку подавляющая часть вещества Вселенной состоит из водорода. Другой вариант теории холодной Вселенной был предложен Я. Б. Зельдовичем в начале 60-х годов. Он предполагал, что первоначально холодное вещество Вселенной состояло из смеси протонов, электронов и нейтрино. При расширении Вселенной такая смесь должна была превратиться в чисто водородную плазму. Что касается гелия и других химических элементов, то, согласно этой гипотезе, они синтезировались много позднее, после того, как образовались звезды. В отношении всех элементов, кроме гелия, это справедливо. Но обилие гелия (30 % от всего вещества Вселенной по массе) невозможно объяснить ядерными реакциями в звездах.

Модель горячей Вселенной была предложена российско-американским физиком Г. Гамовым в 1948 г. Гамов стремился объяснить происхождение всех химических элементов ядерными реакциями, которые протекали в горячем веществе ранней Вселенной при се расширении. Это была неверная посылка, ибо, как мы теперь знаем, элементы тяжелее гелия образуются в звездах. Однако сама идея о горячей Вселенной оказалась правильной.