Блог

(с точки зрения астрофизика)

Есть люди, которые с недоверием относятся к умозрительным рассуждениям. Им подавай естественнонаучные доказательства. Поэтому будет уместно подкрепить логические аргументы двумя научными фактами.

Мы узнали их благодаря удивительным открытиям. сделанным за последние 50 лет в одной из наиболее интересных и быстро развивающихся областей науки: астрономии (точнее — астрофизике). О темпах этого развития говорят такие факты: если в 1935 году в журнале «Астрофизикэл джоркэл» было опубликовано 54 научных статьи, то в 1975 году — 734. Открытия, одно крупнее другого, следовали с поразительной быстротой. И сегодня уже мало кто из учёных сомневается в том, что Вселенная имела начало. Это даст нам право утверждать: идея Вселенной, обладающей абсолютным началом, соответствует не только логике, но и научно установленным фактам.

Расширение Вселенной

Вплоть до двадцатых годов учёные считали, что Вселенная в целом статична и никуда не движется. Но в 1929 году астроном Эдвин Хаббл заметил, что свет далёких галактик несколько краснее ожидаемого. Это привело его к выводу, что свет звёзд потому смещается, в красную сторону спектра, что они удаляются от нас Что Вселенная расширяется, иначе говоря.

Но вот что интересно: Хаббл доказал не только то, что Вселенная расширяется, но и то, что она расширяется одинаково во всех направлениях. Чтобы понять, как это происходит, вообразите воздушный шарик с нарисованными на нем точками. Вы надеваете шарик — и точки раздвигаются все дальше и дальше. Эти точки можно уподобить галактикам в космическом пространстве. Все тела во Вселенной разбегаются друг от друга. Таким образом, взаимное положение объектов во Вселенной не меняется — меняются только расстояния:

Если А, В и С — три галактики, то по мере расширения Вселенной они будут расходиться всё дальше и дальше друг от друга, хотя их взаимоположение будет оставаться прежним

Поразительное значение этого факта состоит вот в чем В прошлом существовал момент, когда вся Вселенная бы га сосредоточена в одной точке Чем

дальше идти в прошлое, тем плотнее становится Вселенная. И в конечном счёте мы достигнем точки бесконечной плотности, откуда Вселенная начала разбегаться. Это первоначальное событие получило название «Большой Взрыв».

Когда же произошёл этот взрыв Точные подсчеты вдалось провести лишь недавно В шести статьях, опубликованных в 1974-75 годах, знаменитые астрономы Сендидж и Тамманн вычислили, что «Большой Взрыв» произошёл примерно 15 миллиардов лет назад.

Четыре всемирно известных астронома описывают это так:

Вселенная началась с состояния бесконечной плотности В момент этого события были созданы пространство и время, равно как и вся материя во Вселенной Бессмысленно спрашивать, что происходило до «Большого Взрыва» — это было бы сродни вопросу о том, что находится к северу от северного полюса Аналогичным образом, лишен смысла вопрос — где это случилось Вселенная-точка не была изолированным в пространстве объектом — это была вся Вселенная, и единственно возможный ответ состоит в том, что «Большой Взрыв» произошел везде

Это событие, положившее начало Вселенной, изумит нас еще более, когда мы поймем, что состояние «бесконечной плотности» равнозначно понятию «ничто». Ни один предмет не обладает бесконечной плотностью: ибо если у него есть хоть какой-то объем, он уже не бесконечно плотен ледовательно, указывает астроном Фред Хойл, теория «Большого Взрыва» требует создания материи из ничего Потому что углубляясь в прошлое, мы достигаем момента, когда, по словам Хойла, Вселенная «съёживается до полного несуществования».

Таким образом, согласно теории «Большого Взрыва», Вселенная имела начало и сотворена из ничего.

Идея возникновения Вселенной из ничего устраивает далеко не всех. Для атеистического сознания это слишком уж похоже на христианское учение о сотворении мира. Но если отвергнуть модель (гипотезу) «Большого Взрыва», остаются лишь два варианта: модель стационарного состояния и модель пульсирующей Вселенной. Давайте их вкратце рассмотрим.

Согласно модели стационарного состояния, Вселенная никогда не имела начала и всегда пребывала в одном и том же состоянии. Эта модель (выдвинутая в 1948 году) никогда не отличалась убедительностью. Согласно историку науки С. Яки, эта гипотеза так и не была подтверждена «ни единым экспериментальным доказательством». Она всегда пыталась скорее замять факты, чем объяснить их. По мнению Яки, авторы этой теории на самом деле руководствовались «откровенно антибогостовскими, даже точнее — антихристианскими побуждениями».

Серьёзный удар этой гипотезе был нанесён подсчётом галактик, излучающих радиоволны. Он показал, что в прошлом было больше источников радиоволн, чем сегодня. Так что Вселенная оказывается не статичной.

Но последний гвоздь в гроб теории стационарного состояния был забит в 1965 году: когда А. Пензиас и Р. Уилсон обнаружили, что вся Вселенная заполнена радиоволнами миллиметрового диапазона. Это так называемое реликтовое излучение указывает на то, что Вселенная некогда пребывала в сверхгорячем и сверхплотном состоянии. Но гипотезе стационарного состояния это противоречит: ведь она утверждает, что Вселенная извечно была одной и той же. Модель стационарного состояния отвергнута сейчас практически всеми. Айвэн Кинг отметил:

Теория стационарного состояния к настоящему времени похоронена, в результате строгих наблюдении за изменением Вселенной во времени.

Ну, а гипотеза пульсирующей Вселенной? Вот как описывает эту модель Джон Гриббин:

Самая крупная проблема в теории происхождения Вселенной путём «Большого Взрыва» носит философский, и даже богословский характер: что же было до этого взрыва? Одной только этой проблемы хватило для возникновения нужды в теории стационарного состояния. Но поскольку сегодня эта теория пребывает в печальном конфликте с результатами наблюдении, то исходную проблему легче было бы решить с помощью модели, по которой Вселенная расширяется, затем вновь сбегается, и так без конца.

По этой модели Вселенная напоминает пружину, которая вечно растягивается и сжимается.

За последние несколько лет было доказано, что эта модель в основных чертах несостоятельна. Весь вопрос здесь в том, „открыта" Вселенная или „замкнута". Если она „замкнута", разбегание достигнет определённого предела, а затем сила тяготения вновь стянет всё вместе. Но если Вселенная „открыта", то разбегание никогда не прекратится и будет продолжаться вечно.

Ясно, что если Вселенная „открыта", то „пульсирующая" модель неадекватна: ведь в этом случае Вселенная никогда не сожмётся вспять. О чём же говорят научные факты?

Основным фактором здесь является плотность Вселенной. Согласно научным оценкам, если в среднем по Вселенной на кубический метр приходится по три атома водорода, — то Вселенная замкнута. Казалось бы, немного, но следует помнить, что Вселенная — это в основном пустое пространство.

Позвольте мне не углубляться в подробности того, как учёные измеряют плотность Вселенной, а просто привести их выводы. Согласно научным данным, для того, чтобы Вселенная была замкнутой, ей следует быть в десять раз плотнее, чем она есть. Поэтому Вселенная несомненно открыта.

Вот заключения, к которым пришёл Аллан Сендидж:

1) Вселенная открыта;

2) её расширение необратимо;

3) Вселенная возникла лишь однажды, и её расширение никогда не прекратится.

Таким образом, факты исключают модель пульсирования, потому что для неё нужна замкнутая Вселенная. Но чтобы подкрепить мой аргумент, позвольте мне добавить, что модель пульсирующей Вселенной есть лишь теоретическая, а не реальная, возможность. Вот что пишет Б. Тинзли из Йельского университета:

...Хотя математики и пишут, что Вселенная пульсирует, не существует физической модели для превращения сжатия в новое расширение. Физика, судя по всему, говорит, что сами такие гипотезы — начнутся большим взрывом, сначала разбегутся, потом съёжатся, и конец.

Таким образом. Вселенная не может вечно пульсировать. Поэтому подобная модель невозможна вдвойне.

Итак, научные факты, относящиеся к расширению Вселенной, указывают на абсолютное начало Вселенной около 15 миллиардов лет назад; и как модель стационарного состояния, так и модель пульсирующей Вселенной противоречат результатам космологических наблюдений. Мы вновь приходим к заключению: Вселенная имела начало.

Второй закон термодинамики

Согласно второму закону (началу) термодинамики, процессы, происходящие в замкнутой системе, всегда стремятся к равновесному состоянию. (Иными словами, если нет постоянного притока энергии в систему, идущие в системе процессы стремятся к затуханию и прекращению.)

Например, если бы у меня был баллон с вакуумом внутри, и я поместил бы туда какое-то количество молекул газа, этот газ распределился бы внутри баллона равномерно. Практически невозможно, чтобы молекулы, к примеру, собрались в одном конце баллона и там оставались. Для литрового баллона газа вероятность того, что вместо 100% объёма газ заполнит лишь 99,99%, составляет 1:10000000000.

Тогда понятно, почему воздух в комнате никогда не разделяется внезапно на кислород в одном углу и азот в другом. По той же причине вы, ступая в ванну, находите её приятно тёплой, а не заледеневшей в одном конце и кипящей в другом. Очевидно, что жизнь без второго закона термодинамики была бы невозможна.

Теперь такой вопрос: что происходит, когда действие этого закона распространяется на Вселенную в целом? Вселенная — гигантская замкнутая система, поскольку в ней содержится всё существующее, и вне её ничего нет. Это, видимо, означает, что, по прошествии достаточного времени, все процессы во Вселенной замедлятся и постепенно прекратятся.

Настанет так называемая «тепловая смерть Вселенной», когда никакие дальнейшие перемены не будут возможны. Вселенная будет мертва.

Учёные признают два варианта тепловой смерти. Если Вселенная замкнута, то она погибнет «горячей» смертью.

Вот как описывает это состояние Б. Тинзли:

Если средняя плотность материи во Вселенной достаточно высока, взаимное гравитационное притяжение между телами постепенно замедлит расширение и остановит его. Потом Вселенная сожмётся в раскалённый огненный шар. Нам неизвестен никакой физический механизм, который мог бы обратить вспять это катастрофическое «большое сжатие». Ясно, что если Вселенная достаточно уплотнится, ей не избежать горячей смерти.

Таким образом, если Вселенная замкнута, то её ожидает огненная гибель, после которой она уже не воскреснет.

Но как мы видели, более вероятно, что Вселенная «открыта». Вот как описывает Б. Тинзли конец такой Вселенной:

Если плотность Вселенной невелика, её гибель будет холодной. Она будет вечно расширяться — всё медленнее и медленнее. Весь галактический газ превратится в звёзды, а звёзды догорят. Наше Солнце станет холодным мёртвым куском шлака, парящим среди трупов других звёзд среди всё более одинокого Млечного Пути.

В конечном счёте везде установится равновесие, и вся Вселенная достигнет конечного состояния, исключающего возможность любых перемен.

Следующий вопрос: если Вселенной, по прошествии достаточного времени, предстоит тепловая смерть, то почему же, если она существует вечно, она не мертва уже сейчас? Если Вселенная не имела начала, она уже должна пребывать в состоянии равновесия, вся полезная энергия должна быть израсходована.

Если я слышу, как тикает мой заводной будильник (что, уверяю вас, не так уж трудно), то знаю, что в какой-то момент в недавнем прошлом он был заведён и с тех пор идёт, раскручивая пружину. Вселенной движет тот же принцип. Поскольку её пружина ещё раскручивается, то справедливо изречение одного озадаченного учёного. «Каким-то образом Вселенная должна была быть заведена!»

Некоторые учёные пытались избежать такого вывода. Они предположили, что Вселенная пульсирует взад-вперёд — вечно, никогда не достигая состояния окончательного равновесия.

Я уже отмечал, что подобная модель Вселенной невозможна физически. Но даже если бы она и была возможна, термодинамические свойства такой модели всё равно требуют того самого начала Вселенной, которого пытаются избежать её авторы.

Дело вот в чём. Как отмечает ряд учёных — каждый раз, когда (по этой модели) Вселенная расширяется, она должна расшириться несколько больше, чей в предыдущий раз. Если рассмотреть прошлые разбегания, можно обнаружить, что чем глубже в прошлое, тем они меньше.

Таким образом, по словам выдающихся советских физиков из Института прикладной математики АН СССР, «мультицикловая модель даёт бесконечное будущее, но лишь конечное прошлое». Другой автор оказывает на то, что модель пульсирующей Вселенной всё же требует точки её происхождения перед самым малым циклом.

Таким образом, какую модель ни выбирай: замкнутую, открытую или пульсирующую, — из второго закона термодинамики следует, что Вселенная имела начало.

Против этого аргумента существуют два традиционных возражения.

Первое: «Аргумент недействителен, если Вселенная бесконечна». На это есть два ответа:

1) Реально бесконечная Вселенная влечёт за собой все противоречащие здравому смыслу парадоксы, связанные с существованием актуально бесконечного в реальном мире. Поэтому реально бесконечную Вселенную невозможно себе представить. Это вдвойне справедливо для модели «Большого Взрыва», ибо это потребует от нас допущения Вселенной с плотностью, близкой к бесконечной (по мере продвижения в прошлое) и которая в то же время остаётся бесконечной по размерам!

Часто утверждают, что если Вселенная «открыта», она не может не быть бесконечной. Но такое мнение не учитывает всех вариантов, допускаемых топологией пространства-времени.

Если пространство-время седловидно, то это действительно требует открытой и бесконечной Вселенной. Но если пространство-время имеет форму тора («бублика»), то Вселенная может быть и открытой, и в то же время конечной. Поскольку эти различные теоретические модели равно возможны, точнее принять ту модель, которая не чревата противными здравому смыслу парадоксами (связанными с существованием актуальной бесконечности).

2) Даже если Вселенная бесконечна, она всё равно придёт в состояние равновесия. Как объяснил мне в письме профессор Лондонского университета, если каждая конечная область Вселенной придёт в равновесие, то придёт в равновесие и вся Вселенная. Это будет справедливым даже для бесконечного числа конечных участков. Ведь если каждая доска забора — зеленеет, то зелёным станет и весь забор, даже если число досок в нём бесконечно. Поскольку каждую конечную область во Вселенной постигнет тепловая смерть, то же самое произойдёт и со всей Вселенной.

Другое возражение: нынешнее состояние Вселенной — «нетипичное для неё, это только флуктуация, т. е. крохотное отклонение от общего состояния равновесия. Иными словами, ныне наблюдаемые энергетические процессы можно сравнить с мелкой рябью на поверхности пруда, в целом спокойного.

Такое возражение чудовищно искажает все пропорции и масштабы.

Флуктуации, известные физикам, настолько малы, что могут иметь хоть какое-то значение лишь для систем, состоящих из нескольких атомов, не больше. В равновесной вселенной обнаружить флуктуации будет практически невозможно. График, представляющий флуктуации в такой вселенной, будет неотличим от прямой линии.

Итак: поскольку существующая ныне Вселенная равновесной не является, то что же из этого следует?

Согласно английскому учёному П. Девису, Вселенная, совершенно очевидно, была создана конечное время назад и находится сейчас в процессе достижения равновесия. По его словам, нынешнее неравновесное состояние не может быть отклонением от предыдущего состояния равновесия, поскольку до момента своего создания Вселенная просто не существовала. Таким образом, заключает Девис, энергия Вселенной была «попросту заложена в ней при создании, в качестве начального условия»

Подведем итоги:

Мы установили, что термодинамические соображения говорят в пользу начальности Вселенной и что традиционные возражения против этого несостоятельны. Поскольку Вселенная, существующая вечно, не могла бы находиться в нынешнем неравновесном состоянии, мы обязаны, уже в четвёртый раз, прийти к выводу, что она имела начало.

Итак, мы нашли два научных подтверждения начальности Вселенной: разбегание её, плюс тот факт, что её до сих пор не постигла тепловая смерть.

В свете этих фактов, в сочетании с двумя изложенными выше логическими аргументами, можно считать доказанным ответ на наш вопрос : да. Вселенная имела начало.

Уильям Леин Крейг