Неизвестен Автор - Эврика-87

Проблемы и парадоксы

Многоэтажная, расширяющаяся в пространстве и времени Вселенная, мириады миров, где космически большое одновременно является микроскопически малым,- величественная, захватывающая воображение картина!

Идея эволюционирующего мира, ограниченного в пространстве и времени, но непрерывно изменяющего свои размеры, вошла в учебники, о ней сегодня пишут в газетах, говорят радио и телевидение. Она стала частью нашего мировоззрения. Однако в этой грандиозной картине есть темные пятна, а часть удерживающих ее "теоретических гвоздей" готова вот-вот сломаться.

Прежде всего удивляет однородность Вселенной. На небольших (в космических масштабах, конечно!) участках она явно неоднородна: безвоздушное пространство, плотные планеты, звезды с огромной плотностью вещества в их центрах. Но на больших расстояниях, сравнимых с размерами скоплений галактик, распределение вещества напоминает орнамент волокон со случайными, но близкими по величине размерами деталей. Какие-то процессы сделали Вселенную равновесной.

Этот экспериментальный факт трудно согласовать с гипотезой первичного взрыва. Инфраструктура взрыва определяется игрой случайных факторов и весьма неоднородна. Поэтому, если Вселенная действительно родилась в катаклизме первичной огненной вспышки с огромными перепадами плотностей и давлений, ее отдельные "области-осколки" должны были бы значительно различаться по своей массе.

Еще более удивляет необычайно высокая однородность реликтового теплового излучения - остаточного жара первичной вспышки. Температура излучения, приходящего к нам с разных направлений, в том числе и прямо противоположных, различается менее чем на 0,01 процента.

Наблюдаемая однородность Вселенной выглядит особенно загадочной, если учесть, что к нам приходят сигналы из областей, которые на протяжении всей своей истории были удалены друг от друга на такие большие расстояния, что они не успели провзаимодействовать даже с помощью самых быстрых световых сигналов. Каким же образом они могли прийти в равновесие? В теории Фридмана это невозможно.

Еще один удивительный факт связан с величиной средней плотности вещества Вселенной.

Из теории Фридмана следует, что если в первые мгновения поле первичного взрыва, во времена порядка 1043 секунды, эта плотность всего лишь на 10 процента превосходила "критическую" (при которой мир становится полностью замкнутым), то расширение Вселенной давным-давно сменилось бы ее сжатием и мы теперь наблюдали бы не разбёгание галактик, а их быстрое сближение. С другой стороны, если бы плотность взорвавшейся материи на 10 5Э процента была меньше критической, расширение пространства происходило бы значительно быстрее и современная средняя плотность материи в нашем мире была бы во многомного раз меньше наблюдаемой. Другими словами, наша Вселенная родилась с плотностью, которая почему-то фантастически близка к критической.

Почему так произошло? В теории Фридмана нет объяснения этой загадке. Тут нужны какие-то совершенно новые физические идеи.

Загадку начальной плотности иногда называют также "проблемой абсолютно плоского мира". Дело в том, что в теории относительности плотность массы связана с кривизной пространствавремени. Если плотность больше критической, мир, образно говоря, вогнутый, если меньше - он выпуклый. В промежуточном случае мир плоский.

Наша Вселенная почему-то предпочла родиться плоской (с точностью 10"53 процента!), хотя это только одна из бесчисленных возможностей. Трудно думать, что это случайность.

Не находят никакого объяснения в теории Фридмана или объясняются с трудом, ценой дополнительных, плохо"

обоснованных гипотез и многие другие экспериментальные факты. Например, непонятно, почему не удается поймать.

ни единого магнитного монополя -- частицы с магнитным зарядом одного знака, хотя согласно теории они должны были в большом количестве родиться в раскаленном веществе юной Вселенной.

Возникают затруднения с объяснением свойств вакуума в космосе и так далее.

Теория Фридмана нуждается в дальнейшем усовершенствовании. А поскольку трудности этой теории, ка^ правило, связаны с начальным периодом жизни Вселенной, можно думать что прежде всего следует уточнить описание свойств мира в окрестностям "особой точки" - в первые доли секунды после его рождения. Теория Фридмана и лежащая в ее основе общая теория относительности Эйнштейна имеют дело лишь с геометрическими свойствами природы. Никаких сведений о заполняющей пространство материи они не используют. Это оправданно на больших расстояниях, где гравитационные силы, определяющие метрику нашего мира, можно рассматривать отдельно от электромагнитных и ядерных взаимодействий. Но в микромире, где взаимодействия перемешиваются, такое приближение уже не верно. Там само пустое пространство зависит от свойств физических процессов. В нем постоянно происходят квантовые флуктуации - спонтанно рождаются и исчезают частицы, что и определяет основной, "нулевой" уровень мира - вакуум. Влияет это и на "ритм времени". В микромире пространство и время нельзя рассматривать отдельно от вещества. Можно думать, что вот в таком направлении и следует совершенствовать теорию Фридмана.

Сама по себе идея о тесной связи свойства пространства и времени со свойствами физических процессов далеко не нова. Знаменитый немецкий математик Бернгард Риман, которому мы ^обязаны созданием математической теории искривленных и многомерных пространств, высказал ее еще более ста лет назад. Эти убеждения разделял и Эйнштейн. Последние сорок лет своей жизни, большую ее часть, он целиком посвятил созданию единой теории электромагнитных и гравитационных сил. Однако экспериментальных данных, которые могли бы подсказать ему ведущую идею, в то время было еще недостаточно, а на основании одних только теоретических соображений построить новую теорию не удалось.

В поисках новой "теории мира"

Первый существенный шаг на этом пути сделал американский физик Алан Гут. Он обратил внимание на то, что если Вселенная будет расширяться таким образом, что плотность ее массы все время остается постоянной, то формулы теории относительности приводят к выводу: скорость расширения будет расти пропорционально размеру Вселенной. Чем больше Вселенная, тем быстрее она "распухает". Такой процесс происходит настолько быстро, что Вселенная почти мгновенно, всего лишь за 10 32 секунды, "раздувается" от микроскопического зернышка до чудовищного "пузыря" с радиусом на многомного порядков больше видимой нами Вселенной.

Представьте себе арбуз, который мгновенно увеличивается до размеров Галактики. Раздувание "пузыря Вселенной" еще грандиознее!