Происхождение Вселенной с Точки Зрения Физики

Цель этой статьи – объяснить происхождение Вселенной и обсудить некоторые связанные с ней идеи с точки зрения одного из выдающихся физиков современности Стивена Хокинга. Он обладал уникальной спобностью рассказывать о сложных физических теориях просто и доступно. В только что опубликованной книге “Brief Answers to the Big Questions” он изложил свои последние идеи по поводу широкого круга вопросов – как возникла Вселенная, что было до рождения Вселенной, имеются ли в ней высокоразвитые цивилизации, возможны ли путешествия во времени, какова роль создателя в происхождении Вселенной (is there a God?), имеется ли жизнь после смерти (an afterlife), какова конечная судьба Вселенной и многое-многое другое.

Рассмотрим происхождение Вселенной с точки зрения физики. Когда физики говорят, что Вселенная возникла из ничего, у многих, особенно у верующих, возникает недоумение – как огромная Вселенная могла возникнуть из ничего без вмешательста извне. Прочтём, что по этому поводу пишет Хокинг: “The Universe was spontaneously created out from nothing, according to the Laws of science”. И ещё “The Universe is a machine governed by Principles of Laws”. Чтобы объяснить, как это произошло, он приводит такой пример. Допустим, вы захотели соорудить холм. Чтобы его построить, вам понадобится огромное количество земли, которое вам необходимо вынуть из земли, создав в земле яму. Разумеется, количество земли, которое вы потратили на сооружение холма, равно количеству земли, которую вы вытащили из ямы. Холм и яма имеют соответственно положительную и отрицательную гравитационную энергию (вспомните закон гравитации) и в сумме равны нулю. Вернёмся к нашей Вселенной. Разумеется, после Большого Взрыва образовалась гигантская положительная энергия, связанная с её массой. Эта энергия в точности компенсируется энергией гравитационного притяжения миллиардов и миллиардов образовавщихся галактик, которая однако является отрицательной. Если вы сложите эти две энергии, то в сумме получите ноль. Само пространство хранит гигантское количество не только положительной, но и отрицательной энергии, которые в сумме равны нулю. Вернёмся к Хокингу: “You get a whole Universe for free out of nothing”.

Давайте рассмотрим, почему фзики отрицают роль создателя в происхождении Вселенной. Дело в том, что до Большого Взрыва ничего не было. Всё, пространство, время и энергия, появились после Большого Взрыва одновременно. Главная идея теории относительности Эйнштейна – пространство и время неразделимы, они возникли одновременно и относительны, а не абсолютны, как думал Ньютон. Если создатель образовал Вселенную ещё до Большого Взрыва, то возникает очень простой вопрос, а где же он находился (т. е. «где он жил»), если не было ни пространства, ни времени, вообще ничего. Концепция времени имеет только смысл внутри Вселенной, а не снаружи. Т.е он находился бы вне пространства и времени, когда создавал нашу Вселенную. Другой вопрос, на который следует ответить – а как он все это сделал и кто же в конце концов являлся создателем его самого. Хотя у верующих не принято задавать вопросы, их обязательно зададут те, кто, как говорил Эйнштейн, «Все время хотят понять».

Рассмотрим теперь, как возникла сама Вселенная. Согласно Эйнштейну, Вселенная возникла случайно (by chance) и не только она, но и множество других вселенных – пузырей, которые также возникли из ничего и которые мы называем ещё параллельными мирами. Вы можете представить себе эти миры как гигантские пузыри, которые появляются и исчезают, пройдя огромный путь развития, включающие по всей вероятности и живые структуры. Причина – квантовые флуктуации, которые привели к последующему формированию галактик и звёзд из элементарных частиц и света. Эти флуктуации – следствие принципа неопределенностей Гейзенберга, смысл которого состоит в том, что вы не можете одновременно точно измерить местоположение частицы и ее скорость.

Сегодня нам хорошо известны все этапы развития Вселенной – от сингулярности (т.е. нечто очень маленькое, плотное, с огромной температурой) до гигантского размера после примерно 14 миллиардов лет её расширения. Интересно, что расширение Вселенной происходит с ускорением. Причина ускорения – силы отталкивания, т.е. наличие во Вселенной огромного количества невидимой знергии, которая называется тёмной энергией. Природа этой энергии сегодня интенсивно исследуется на Большом Суперколлайдере физиками почти со всех стран мира. Если параллельные миры существуют, то они также могут быть причиной взаимодействия (притяжения) нашей Вселенной, ведущей к её ускорению. Если вы повернёте Вселенную вспять, она станет такой же, какой она была 14 миллиардов лет назад, т.е. в начале Большого Взрыва в момент сингулярности.

Однако, существуют ли доказательства такого взрыва? Да и их несколько и главная из них – обнаружение двумя американскими физиками А. Пензиас и Р. Вильсоном так называемого остаточного излучения Вселенной (radiation left over an early universe).

За это открытие они стали лауреатами Нобелевской премии. Эта радиация – яркое доказательство того, что произошёл Большой Взрыв и от него имеется след в форме всеобъемлющей космической радиации, пронизывающей всю Вселенную. Эта радиация позволила физикам измерить температуру космоса, которая уменьшается с течением времени вследствие расширения Вселенной. Есть несколько других доказательств Большого Взрыва. Одно из них связано с теоретическими расчётами количества водорода и гелия во Вселенной, выполненными на основе модели Большого Взрыва. Их реальное содержание во Вселенной в точности совпадает с результатами расчетов (75% водорода и 25% гелия). Это яркое свидетельство того факта, что модель Большого Взрыва приводит к правильным результатам и т.о. её можно использовать для других предсказаний. По мере развития Вселенной, эти цифры изменялись (в ней стало больше гелия и меньше водорода) и, что чрезвычайно важно, в ней возникли почти все элементы периодической таблицы Менделеева. Эти элементы – причина возникновения жизни во Вселенной, они – результат взрыва массивных звёзд, в недрах которых образовались эти элементы благодаря высоким температурам и термоядерным реакциям внутри них. Именно поэтому жизнь на Земле возникла не сразу, а спустя около 10 миллиардов лет после Большого Взрыва. Природа как бы обеспечивала необходимые условия для зарождения жизни.

Какова дальнейшая судьба нашей Вселенной? Ее конечная судьба ввиду её безудержного расширения нам хорошо известна – она охладится до температуры абсолютного нуля – 273 С и будет иметь практически нулевую плотность, т.е. она просто растворится среди других вселенных и исчезнет. Но, согласно Хокингу, это произойдёт не скоро и займёт ещё 10 миллиардов лет. Может ли она захлопнуться до первоначальной сингулярности? Ответ – нет. Во Вселенной нет достаточного количества сил притяжения, которые могли бы привести к её коллапсу, т.к. тёмной материи, т.е. сил притяжения, в ней гораздо меньше, чем тёмной энергии, т.е. сил отталкивания.

Наиболее волнующим для нас являются поиски ответа на вопрос: есть ли жизнь после смерти. Спросим у Хокинга: “Belief in afterlife is just wishful thinking”. Говоря иначе – нам очень бы этого хотелось. Ибо если жизни после смерти нет, то в чем же тогда ее смысл, спрашиваем мы. Смысл нашей жизни на самом деле прост и состоит в том, что мы передаем наши гены нашим детям, а сами исчезаем, т. е. превращаемся в земную пыль. Чтобы убедить себя в обратном, мы придумали несуществующее в науке слово «душа», что якобы она, «наша спасительница», останется и помчит нас на небеса. Она не даст нам исчезнуть. В связи с этим мне хотелось бы привести удивительную мысль академика Н. Бехтеровой: «Мы не умираем, пока у нас есть цель. Старости не существует, и ничего не заканчивается, пока вы сами этого не захотите». На самом деле, разумеется, все в нашем мире когда-нибудь заканчивается, включая нашу Вселенную. Или как нас уверял автор «Портрета Дориана Грея»: «Мы знаем, что мы умрем, но мы не верим в это».

Еще один любопытный вопрос, который нас волнует – существуют ли внеземные цивилизации? Допустим, что они где-то есть. Но парадокс состоит в том, что они пока никак себя не обнаружили. Где же они? Можно предположить, что они не достигли нужного для этого развития или мы разделены немыслимыми, непреодолимыми расстояниями. Возможно, разумная цивилизация имеет короткий срок существования, и она не успевает с нами встретиться. Интересную мысль в связи с этой проблемой высказывает Хокинг: “There are other forms of intelligent life out there but that we have been overlooked”, т.е. возможно имеются другие формы жизни, которых мы, однако, не видим. Ну а если их все-таки нет, тогда нам нужно объяснить, почему в такой гигантской Вселенной мы оказались одинокими. Проф. И.С. Шкловский как-то опубликовал статью в журнале “Вопросы Философии”, в которой доказывал, что мы одиноки во Вселенной”.

Возможно, мы не можем их обнаружить из-за глубоких различий наших культур, цивилизаций. Одно можно сказать с определенностью – у нас нет фактов об их существовании, а всевозможные НЛО и «тарелочки» имеют естественную природу и никак с ними не связаны. Возможно в следующем столетии, когда мы многому научимся, мы попытаемся найти их сами, если не будем уничтожены. Уже сегодня ученые разрабатывают серьезные проекты, когда будут возможными полеты к ближайшим звездам. Но если дать волю фантазии и предположить, что такое открытие все-таки произойдет или же они прибудут к нам сами, то по силе воздействия на нашу цивилизацию оно превзойдет все наши достижения за всю нашу историю. Или как пишет Хокинг: “It would be like the film “Independence Day”.

Илья Гулькаров