Знание-сила, 2002 № 12 (906)

Если там. внутри таится сингулярность, то есть вся масса звезды, что схлопнулась в безразмерную точку, тогда плотность вещества в этой точке – бесконечна. Как мы уже знаем, свойства времени и пространства зависят от плотности вещества. Пространство искривляется возле мест с высокой плотностью, время возле них замедляет свой ход. А там, где эта плотность становится бесконечной, «радиус кривизны» пространства и «скорость хода» времени должны обратиться в нуль. Иными словами, пространство и время должны попросту исчезнуть. Следовательно, сингулярность – это предельная граница пространства и времени. Дальше продвинуться нельзя. Дальше просто нет ничего – ни пространства, ни временили вещества.

Физики не зря не любят бесконечностей. Везде, где появляются бесконечности. появляются трудности: формулы теряют смысл, законы неприменимы, пространственно-временные описания невозможны. В данном случае затруднения имеют принципиальный характер. Согласно теории тяготения Эйнштейна, взрыв, в результате которого Вселенная родилась. произошел в точке, в которой была сконцентрирована вся масса будущей Вселенной, иными словами – во «вселенской сингулярности». В самое последнее время некоторые физики, пытаясь избегнуть этой трудности, предложили принципиально иной сценарий рождения Вселенной – без всякой сингулярности и Биг Бэнга, «просто» в результате периодических соударений нашего пространства-времени с параллельным ему.

Ситуация усугубляется тем, что, по некоторым теориям, наша Вселенная при наличии в ней достаточной массы должна пройти в будущем период наибольшего расширения и начать сжиматься под действием взаимного притяжения собственных масс. Этот процесс должен закончиться так называемым Большим Хрустом («Биг Кранч»), то есть коллапсом сжимающейся Вселенной в такую же сингулярность, из которой она когда-то родилась. Правда, некоторые физики считают, что такое сжатие, если оно наступит, не будет вполне симметрично расширению, но это уже частности – главное, что конечная сингулярность тоже будет границей, за которой пространство и время исчезнут. Как- то нехорошо это выглядит: материя с ее пространством и временем, рождающаяся «из ничего» и обращающаяся «в ничто». Нельзя ли все-таки обойтись без сингулярностей, но сохранить Биг Бэнг и все такое прочее? Иначе ведь придется и теорию тяготения отбросить…

Тан ученые представляли атомарную природу материи.

1. Левкипп, Демокрит (300г. до н. э.);

2. Томсон (1900 г.);

3. Резерфорд (1910 г.);

4. Бор, Зоммерфельд (1920 г.);

5. Гейзенберг, Шредингер (1926 г.);

6. В 1982 году с помощью растрового туннельного микроскопа удалось впервые увидеть атомы

Растровый туннельный микроскоп позволил заглянуть в микромир. Слева: атомы натрия и йода на медной подложке. Справа: «стена» из атомов железа на медной подложке

В поисках выхода из этого затруднительного положения некоторые физики обратили внимание на противоречие, таящееся в изложенных выше рассуждениях. Речь идет об очень малых пространственных масштабах, а выводы делаются на основании «обычной» физики Ньютона – Эйнштейна. Между тем еще в начале XX века было открыто, что на малых расстояниях обычная физика уже не действует – здесь царят законы квантовой механики.

Не может ли быть, что пространство и время, как заряды, магнитные моменты и так далее, тоже квантованы, что существует какая-то наименьшая, уже неделимая дальше клеточка пространства (минимальное расстояние в природе) и какой-то наименьший, далее неделимый отрезок времени? Если бы дело обстояло так, то никакой коллапсар – ни самая тяжелая звезда, ни сама Вселенная – не мог бы схлопнуться в точку. Самое большее, они бы коллапсировали до размеров этого «кванта пространства». И тогда в центре черной дыры (или же в начале Биг Бэнга и в конце Биг Кранча) фигурировала бы не сингулярность с ее неприятными бесконечностями, а хотя и крохотный, но все же конечных размеров комочек вещества.

Исходя из некоторых предположений и расчетов, физики оценили, что наименьшая (далее неделимая) длина, если такая существует, должна составлять КГ» сантиметра. Этот «квант расстояния» получил название «планковской длины». В поперечнике атома умещается почти миллиард миллиардов миллиардов таких длин. Этим, в частности, объясняется, почему квантованность пространства, даже если она существует, не может быть замечена в масштабах макромира.

На диаграмме представлены различные модели Вселенной:

1. Классическая модель Большого Взрыва;

2. Модель «Вселенной- феникса» (согласно ей. Вселенная периодически гибнет и вновь возрождается);

3. Модель Большего Скачка (Биг Баунс);

4. Модель предпространства-времени;

5. Модель Хокинга

Еще несколько планов сотворения Вселенной:

6. Модель вечно расширяющейся («открытой») Вселенной Хокинга-Турока;

7. Модель рождения Вселенной на основе квантово- туннельного эффекта;

8. Модель «почкующейся» Вселенной;

9. Модель создания Вселенной Творцом – Богом или… компьютерщиками, живущими за пределами нашего мироздания

Далее, поскольку неделимое расстояние можно пройти только за неделимый отрезок времени – ведь если бы этот отрезок делился, скажем, надвое, то был бы момент, когда мы находились бы «посреди неделимого», что невозможно по определению, – то гипотеза о существовании «кванта расстояния» автоматически влечет за собой существование «кванта времени». Его величину легко подсчитать – это 10" 43 секунды. Смысл его таков. Нельзя спрашивать, что было «раньше». то есть, скажем, что было через 10 44 секунды после Биг Бэнга, через 10 45 секунды и так далее, все ближе и ближе к самому Биг Бэнгу, такие вопросы бессмысленны, таких моментов времени в природе попросту не было.

Иными словами, свойства квантового мира таковы, что ограничивают возможность предельно точного знания о нем: точнее, чем до планковской длины и планковского отрезка времени, измерять расстояния и время в квантовом мире невозможно. Время и пространство в микромире не имеют четкости и определенности, они как бы «размазаны». В этой «квантовой пене» никакого определенного, единого для всех ее «пузырьков» направления времени нет, ибо там нет никакой последовательности событий, никакого «развития». И лишь в том случае, если в какой-то «квантовой клеточке» этой «пены» случайно произойдет Биг Бэнг, из которого родится Вселенная, то в ней начнутся изменения как в целом, – это и будет «рождение времени».