Валерий Демин - Тайны Вселенной

Профессор Селезнев, несомненно, прав. Остается сделать общий вывод. При решении актуальных проблем современной науки только целостное философско-космистское осмысление обеспечивает глубоко интегрированное проникновение в саму сущность объективных закономерностей, выражающихся в первую очередь в неразрывном единстве макро- и микрокосмических аспектов природной и социальной действительности. В общем и целом это совпадает с основными направлениями развития современного естествознания, связанными с естественно-математическим обоснованием таких концептуальных феноменов, как единая теория поля, «великое объединение» фундаментальных взаимодействий, различные модели физического вакуума и др. При этом философские принципы космизма вооружают исследователей апробированной методологией, помогающей в определении правильности выбора теоретических приоритетов.

«Большого взрыва» современным теоретикам показалось мало, чтобы окончательно запутать картину Вселенной. Именно так! Раньше наука стремилась к простоте понимания мира. Теперь же ее идеал — запутанный клубок проблем, порождающих другие проблемы. Так, в качестве развития экзотических релятивистских моделей стали предлагаться не менее экстравагантные их продолжения и следствия. Одним из них явилась теория так называемых космических струн. Послушаем одного из ее разработчиков и пропагандистов.

Вселенная довольно неоднородна: звезды собраны в галактики, а галактики в свою очередь образуют скопления. С течением времени Вселенная становится все более клочковатой по мере того, как гравитационная сила скоплений галактик притягивает галактики из соседних областей. В современных теориях образования галактик предполагается, что в прошлом Вселенная была гораздо более однородной, чем сейчас, и что все галактики и скопления галактик выросли из небольших флуктуаций, существовавших на фоне почти однородного распределения вещества. Следствия из этих теорий изучались очень подробно, но среди множества вопросов выделяется один фундаментальный: что это за флуктуации и откуда они появились?

Обратимся к космическим струнам — экзотическим невидимым образованиям, порожденным теориями элементарных частиц. Струны — это нити, оставшиеся от вещества только что родившейся Вселенной. Они невероятно плотные и подвижные: перемешаются со скоростью света и искривляют пространство вокруг себя. Появившиеся в первую секунду от начала расширения Вселенной, струны образуют запутанные клубки, при бесконечном растяжении которых возникают петли. Эти петли энергично колеблются и в процессе колебаний постепенно рассеивают свою энергию.

Никто не может с уверенностью сказать, что струны есть, но если они существуют, то это, как полагают многие физики, могло бы объяснить клочковатость распределения вещества во Вселенной. Очень массивные петли могли бы создавать поменяем знак на противоположный, то есть, скажем, «+» на «-», галактики и скопления галактик. Однако такие петли долго не существуют, так что, если даже когда-то во Вселенной их было много, к настоящему времени большинство из них исчезло.

Менее массивные струны могли бы существовать и до сих пор, но пока они не обнаружены. И все же, приложив достаточно усилий и использовав самую чувствительную аппаратуру, астрономы могли бы опровергнуть или подтвердить гипотезу о существовании космических струн в течение нескольких лет. Поиск космических струн связан с большими ожиданиями, поскольку их обнаружение откроет путь к основам строения вещества и тайне рождения Вселенной. Чтобы разобраться в этом, необходимо рассмотреть само понятие струн как в физике элементарных частиц, так и в космологии.

Поскольку Вселенная, согласно релятивистской теории струн, родилась из нулевой точки не менее 15 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва, постольку она продолжает расширяться и в настоящее время: далекие галактики движутся от Земли с очень большими скоростями. Привлекая данные астрономических наблюдений и законы физики элементарных частиц, ученые могут восстановить историю Вселенной в прошлом вплоть до момента, когда возраст Вселенной составлял долю секунды от начала Большого взрыва. Тогда не существовало галактик, звезд и даже атомов. Вселенная представляла собой просто гигантский плотный горячий шар из таких частиц, как электроны и фотоны.

Природа частиц и их взаимодействие определяются вакуумом. Для физиков вакуум — это состояние с минимальной энергией, достигаемое при отсутствии каких-либо частиц. Связь между элементарными частицами и вакуумом подобна связи между звуковыми волнами и веществом, в котором эти волны распространяются: типы волн и скорость их распространения различны в разных средах. Поскольку характеристики вакуума не всегда были неизменными, свойства и взаимодействия элементарных частиц также менялись.

Вначале вакуум обладал неимоверно большой энергией и характеризовался высокой степенью симметрии. Другими словами, не существовало различия между силами взаимодействия элементарных частиц. Электромагнитные, слабые и сильные ядерные силы проявлялись всего лишь как части единого взаимодействия. В настоящее время энергия вакуума равна нулю и фундаментальные силы различаются по величине и типу, так что очень мало осталось от их первоначального единства. Каким же образом была нарушена исходная симметрия?

По мере того как Вселенная расширялась и охлаждалась после Большого взрыва, вакуум проходил через быструю последовательность изменений, называемых фазовыми переходами. Наиболее известны фазовые переходы, которые происходят в воде при ее охлаждении, когда она переходит из пара в жидкость и, наконец, в лед. Фазовые переходы можно описывать также в терминах нарушения симметрии: они часто переводят симметричные состояния в несимметричные. Например, кристалл — менее симметричное состояние по сравнению с жидкостью, поскольку жидкость «выглядит одинаковой» во всех направлениях, тогда как в кристаллической решетке различные направления не эквивалентны.

Никто не знает точно, сколько фазовых переходов произошло в «молодом» вакууме. Однако все они должны были протекать в течение первой секунды от начала расширения Вселенной. Так же, как и фазовые переходы в обычных средах, космологические фазовые переходы приводят к образованию дефектов. Внутри дефектов симметрия не нарушена, и ранний, более молодой вакуум остался в них как в ловушках. Различные теории элементарных частиц предполагают разные виды дефектов. Согласно некоторым теориям, дефекты должны существовать в виде поверхностей, в других — предсказываются линии или точки. Эти типы дефектов называют соответственно стенками доменов, струнами и монополями.