# История представлений о Вселенной (часть 3)

Вячеслав Юрьевич Скосарь

Про Большой взрыв, вечную инфляцию, рождающую множество Вселенных, про гигантские черные дыры и распад ложного вакуума. Мы увидим, что Космос, скорее всего, неустойчив. И особое внимание обратим на нерешенные проблемы фундаментальной науки.

## ИСТОРИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ВСЕЛЕННОЙ (часть 3)


Есть две бесконечные вещи - Вселенная и человеческая глупость. Впрочем, насчёт Вселенной я не уверен.


Единственное, чему научила меня моя долгая жизнь: что вся наша наука перед лицом реальности выглядит примитивно и по-детски наивно - и всё же это самое ценное, что у нас есть.

Самое непостижимое вэтом мире- этото, что онпостижим.

(Альберт Эйнштейн)

С самого первого мгновения наша Вселенная была рождена под знаком неустойчивости и необратимости.

...Наше знание - всего лишь небольшое оконце в универсум... из-за нестабильности мира нам следует отказаться даже от мечты об исчерпывающем знании. Заглядывая в оконце, мы можем, конечно, экстраполировать имеющиеся знания за границы нашего видения и строить догадки по поводу того, каким мог бы быть механизм, управляющий динамикой универсума. Однако нам не следует забывать, что, хотя мы в принципе и можем знать начальные условия в бесконечном числе точек, будущее, тем не менее, остается принципиально непредсказуемым.

(Илья Пригожин)


Введение

Человек рождается под звездами, проживает свой короткий век и уходит из этого мира под звездами. Звезды освещают этот мир и что-то важное сообщают человеку. Днем - наше Солнце, ночью - тысячи ближайших звезд. А если человек вооружен средствами современной астрономии, то может увидеть миллиарды звезд. Но все меняется, астрономия развивается, и в будущем мы сможем рассмотреть еще более отдаленные и тусклые звезды.

Сегодня мы знаем, что век человека недолог, век звезды гораздо длиннее (хотя и меняется в широких пределах), а у Вселенной, по всей видимости, тоже есть свой век, который длиннее жизни человека и жизни звезд. Впрочем, мы еще не знаем всех тайн времени, от чего оно зависит, и как могли меняться продолжительности протекания тех или иных процессов...

С тайной времени связана тайна пространства. Каковы его метрика и топология на больших масштабах? Насколько велика Вселенная? В чем суть физического вакуума и что представляют собой "инфлатон" и "темная энергия"?

Сколько существует фундаментальных физических констант и почему они имеют определенные значения? Вообще, почему законы физики именно такие, какие они есть?

Здесь упомянуты далеко не все основополагающие вопросы, которые возникли в свете современной науки и... в свете звезд.

Например, мы привыкли, что окружающий мир относительно устойчив. Обычно многие явления устойчиво повторяются, и становится возможным выделить устойчивые закономерности. Тогда говорят о наличии законов природы. Однако, природа подбрасывает нам сюрпризы: какая-нибудь неустойчивость проявляется в виде неожиданного события и нового явления. Представьте себе, что всю неделю января была морозная солнечная погода, и вы смогли созерцать заснеженный мир, в котором каждая снежинка сверкала подобно маленькой звездочке. И вдруг, совсем неожиданно налетел ветер, принесший потепление. И вся эта ледовая красота растаяла и поплыла. Вот вам фазовый переход: лед - вода и локальная экологическая катастрофа. Но гораздо более серьезные последствия принесет неожиданный фазовый переход в состоянии физического вакуума, если вакуум сейчас находится в метастабильной фазе (так наз. "ложный вакуум"). В результате такого события произойдет колоссальное выделение энергии, гибель нашего мира и рождение совершенно другой Вселенной...

Рассматривая историю представлений о Вселенной, будем помнить о двух вещах. С одной стороны, перед нами тайна происхождения и развития Вселенной, а с другой стороны, не менее загадочная тайна человека, способного отчасти постичь первую тайну.

1. Размеры и возраст Вселенной


Вызывают изумление достижения современной научной космологии и астрофизики. Человек оказался способен отчасти проникнуть в устройство и эволюцию нашей Вселенной, Галактики Млечный путь, в происхождение и эволюцию звезд и в синтез химических элементов. Этому способствовало наличие огромного массива наблюдаемых звезд на разных стадиях развития, большое количество наблюдаемых галактик. Это стало возможным, благодаря достижениям наблюдательной астрономии, ядерной физики, физики элементарных частиц, астрофизики и др. наук, а также методам математического моделирования на сверхмощных компьютерах. Все это делает теорию звезд, галактик и их скоплений более или менее достоверной. Гораздо сложнее обстоит дело с такими уникальными объектами исследования, как Вселенная в целом. Ведь наблюдению доступна лишь одна единственная наша Метагалактика. Поэтому выводы космологии о происхождении и развитии Вселенной не могут быть такими достоверными, как, например, результаты теории, описывающей возникновение и развитие звезд. У нас просто нет в наличии множества аналогичных объектов исследований, чтобы подкрепить свои выводы. Вселенная уникальна, как уникальна всеобщая история человечества (других разумных обитателей мы не знаем), как уникальны для человека его собственный внутренний мир и собственное восприятие мира внешнего. Поэтому можно восхищаться смелостью человеческой мысли, которая на основании тонких наблюдений и грандиозных математических конструкций построила теорию Большого взрыва, дополнив ее теорией инфляции, гипотезами темной материи и темной энергии, и пришла к модели вечной хаотической инфляции, рождающей неограниченное множество вселенных - Мультивселенную. Это, по всей видимости, крупнейшее достижение космологической мысли. Оно способно вызывать восторг и трепет, наверное, сравнимые с благоговейным трепетом верующего перед Богом!... Впрочем, насчет реального существования космологической инфляции и темной энергии до сих пор идут дискуссии...

До победы теории Большого взрыва в умах ученых и мыслителей долгое время доминировала концепция вечной, бесконечной и в среднем неизменной Вселенной. Как пишет Борис Штерн: "Такая концепция постепенно сложилась в XVI-XIX веках и служила основной космологической парадигмой вплоть до 1920-х годов. Впрочем, наверняка эту концепцию, как и большинство философских откровений эпохи Просвещения, уже сформулировал кто-то из древних греков" [1, С.13].

Действительно, просматривая некоторые материалы по европейской философии XVI-XIX вв. (см., например, [2]), можно прийти к выводу, что именно философский дух Европы того времени породил космологическую парадигму вечной, бесконечной и в среднем неизменной Вселенной. Хотя для христианских культур такая парадигма должна вступать в противоречие с библейскими откровениями о сотворении мироздания и об его грядущем конце (преображении). Но, здесь очевидным образом проявился результат секуляризации, и идея сотворения Вселенной вместе с конечным возрастом ее стала постепенно маргинальной.

Были и физические причины представлять Вселенную бесконечной и вечной. Стивен Хокинг отмечал, что до создания общей теории относительности Эйнштейна (1915-16 гг.) пространство и время воспринимались как жесткая арена для физических явлений и процессов. Сами же явления и процессы никак не влияли на эвклидово пространство и абсолютное время (согласно ньютоновской механике). Поэтому и было естественно думать, что пространство и время бесконечны и вечны [3, С. 40-41].

Правда, начиная с Клаузиуса (1865 г.), указавшего на необратимую эволюцию Вселенной в связи с ростом энтропии, картина "термодинамической" Вселенной (движущейся к тепловой смерти) стала сосуществовать с доминирующей картиной вечной "ньютонианской" Вселенной. Клаузиус высказал первый эволюционный тезис о Вселенной: "энергия мира постоянна, энтропия мира возрастает" [4, С.185-210].

Но, вернемся к вечной Вселенной. Борис Штерн пишет: "Вечная бесконечная Вселенная комфортна для человеческого разума. Человеку хочется думать, что звезды будут светить всегда, что у мира нет ни конца, ни начала, что перед жизнью и разумом нет никаких пределов, даже в отдаленном будущем. Такая Вселенная понятна и логична. А как же еще? Как представить себе начало и конец? А что раньше начала? И что дальше конца? Вопрос, откуда взялась Вселенная, в этой парадигме тоже не актуален - это все остальное откуда-то взялось во Вселенной, которая есть просто вместилище всего сущего" [1, С.13].

Однако, "очевидность" и "комфортность" такой космологической парадигмы справедливы только для человека, слишком понадеявшегося на свой разум и свои научно-технические возможности освоения космоса. Космологическая мысль дала драматический разворот, начиная с 1920-х годов, когда впервые появилась концепция расширяющейся Вселенной, имеющей начало. К 1960-м годам эта концепция оформилась в теорию горячего Большого взрыва. Это уже была вторая революция в астрономии и космологии, если первой революцией считать коперниковскую революцию [5].

Раз у Вселенной есть начало во времени, то давайте поговорим о возрасте и размерах Вселенной.


Изображение наблюдаемой Вселенной в логарифмическом масштабе. В центре - планета Земля и Солнечная система, далее - рукав нашей Галактики (где наше Солнце) и сама Галактика. Далее вокруг - местная группа галактик и дальние галактики. Затем - крупномасштабная структура Вселенной и реликтовое излучение. По краю изображена невидимая плазма Большого взрыва. Впрочем, реликтовое излучение, меняя длину волны, должно заполнять весь объем Вселенной и непрерывно приходить к наблюдателя в центре (Взято с инета).


В настоящее время принято, что Вселенная в среднем однородна и изотропна (без выделенных областей и направлений), а скорость света - максимальная скорость передачи сигнала в ней. Поэтому мы можем наблюдать лишь некоторую часть Вселенной, которую часто называют Метагалактикой, и эта Метагалактика имеет сферическую форму, в центре которой находимся мы. "Внутренность сферы заполнена долгоживущими космическими объектами (скажем, галактиками), чей испущенный впрошлом свет приходит кнаблюдателю. Свнешней стороны этой сферы находятся галактики, которые наблюдатель неможет видеть нинакаких этапах ихистории, предшествовавших моменту наблюдения" [6]. Учитывая эмпирический закон расширения Вселенной (закон Хаббла) и модель ее расширения (модель Фридмана), предполагаемый возраст Вселенной с момента начала ее расширения составляет ок. 13,7 млрд лет, радиус наблюдаемой сЗемли области Вселенной составляет ок. 41 млрд световых лет (или 13 гигапарсек). Учет недавно открытого эффекта ускоренного расширения Вселенной дает немного большую величину- 14 гигапарсек (46 млрд световых лет). Про закон Хаббла, модель Фридмана и ускоренное расширение Вселенной мы еще поговорим ниже. А пока отметим, что за пределами указанного космического горизонта (так наз. "горизонта частиц") находится недоступный наблюдению мир. "Таким образом, нам не дано знать, какова Вселенная за пределами нынешнего горизонта частиц. Некоторые теории ранней Вселенной утверждают, что очень далеко за этим горизонтом она совсем непохожа на то, что мы видим. Этот тезис вполне научен, поскольку он вытекает из вполне разумных вычислений, однако его нельзя ни опровергнуть, ни подтвердить с помощью астрономических наблюдений, доступных в наше время. Более того, если пространство и дальше будет расширяться с ускорением, его нельзя будет проверить и в сколь угодно отдаленном будущем" [6]. Итак, мы не знаем истинных размеров Вселенной, так что Метагалактика может быть как всей Вселенной, так и очень малой ее частью. И мы не знаем, как устроена Вселенная за пределами космического горизонта.

Итак, размеры и возраст Вселенной "зависят" от точного знания закономерностей ее расширения, в частности, от точного значения эмпирической константы в законе Хаббла. По мере их уточнения или пересмотра соответственно произойдет переоценка размеров и возраста.

А каковы масштабы Вселенной, видимой невооруженным глазом или с помощью телескопов? Известны такие оценки. Невооруженным глазом, находясь в большом городе, при ясной погоде можно увидеть всего 150-200 звезд, наиболее ярких, так наз. "навигационных". Этими звездами раньше пользовались штурманы кораблей и самолетов для определения направлений и географических координат. Эти звезды видны даже сквозь облачную дымку. Причина такого бедного небосвода очевидна: подсветка атмосферы огнями города, а также техногенное загрязнение воздуха. А вот в условиях сухой высокогорной пустыни можно увидеть ок. 3000 звезд. Это половина всех видимых невооруженным глазом звезд, поскольку вторая половина скрыта земной поверхностью. Чем мощнее телескоп, включая его электронную аппаратуру, тем обширнее список наблюдаемых звезд. Космические телескопы, вынесенные за пределы атмосферы Земли, создающей помехи и препятствия, достигают максимальной зоркости. Но даже в космическом пространстве нам создает препятствия космическая пыль, сильно ограничивая возможности наблюдения в оптическом диапазоне. "На данный момент мы можем увидеть более или менее чистое пространство вокруг Солнца размером около 10 тысяч световых лет". Это - через телескопы. И это мы видим только звезды нашей Галактики Млечный путь. "А диаметр диска нашей Галактики - 100 тысяч световых лет. Значит, мы ясно видим примерно 1% нашей Галактики..." [7].

Расстояние до известной всем Полярной звезды, не самой яркой на небосводе, всего ок. 450 (447 плюс-минус 1,6) световых лет [8]. Большинство звезд, которые мы можем увидеть невооруженным глазом, удалены от нас на несколько сотен световых лет. Самая близкая к нам звезда, после Солнца, удалена всего лишь на 4 световых года (Речь идет о невидимой глазу звезде Проксима Центавра в системе Альфа Центавра, видимой невооруженному глазу). А расстояние до нашего Солнца и того меньше - 8 световых минут [3, С. 40-41].

Это касается наблюдения звезд. Но, мы можем видеть в телескопы весьма отдаленные галактики, поскольку их светимости гораздо мощнее светимостей отдельных звезд. И даже невооруженным глазом можно ночью рассмотреть слабое туманное пятнышко (как бы звездочку) в созвездии Андромеды, которое на самом деле является галактикой Туманность Андромеды, расположенной на расстоянии от нас ок. 2,5млн световых лет [9]. Все перечисленные цифры для размеров реально наблюдаемой Вселенной уступают максимально возможной цифре в 41 (или 46) млрд световых лет.

Выше была проиллюстрирована наблюдаемая Вселенная в логарифмическом масштабе. Горизонт наблюдений ограничен так наз. "реликтовым излучением", которое в далеком прошлом отделилось от вещества. Но, между моментом начала расширения Вселенной и моментом отделения излучения был короткий (ок. 380 тыс. лет), но очень важный этап эволюции Вселенной, который мы пока не можем никак видеть. Возможно, что нам еще долго не удастся никакими телескопами проникнуть в ту область (на иллюстрации - это "невидимая плазма Большого взрыва"). Некоторые надежды возлагают на регистрацию реликтовых гравитационных волн, которые возникли на самых ранних этапах расширения Вселенной.


2. Первичный свет. Реликтовое излучение


Вот слова ведущего научного сотрудника специальной астрофизической обсерватории РАН Олега Верходанова: "Реликтовое излучение прекрасно! ...это самое интересное, что есть в физике, в астрофизике, в космологии, потому что там содержится вся информация" [10]. Как же было открыто это излучение? В 1941 г. канадский астроном Эндрю Маккелар увидел особые молекулярные линии в спектре поглощения звездного света межзвездным газом (цианом). Это было загадочным фактом, поскольку указанные линии требуют постоянной накачки тепловым излучением с температурой ~2,5 К. Объяснений тогда не нашлось. В 1955 г. (или 1957 г.) аспирант Тигран Шмаонов, работавший в Пулковской обсерватории, обнаружил изотропный фон с температурой 4-5 К. Открытие было опубликовано в одном из советских научных журналов, который на Западе практически не читали, а потом забыто. Георгию Гамову с Ральфом Альфером и Робертом Германом (начиная с конца 1940-х) удалось предложить первую правдоподобную модель горячей расширяющейся Вселенной, из которой следовало наличие в прошлом ее теплового равновесия с определенными параметрами вещества и фотонов. Из этого следовало, что сегодня должно наблюдаться во Вселенной излучение с температурой 3-5 К, которое осталось от первичных фотонов, и которое соответствует микроволновому диапазону. В 1964 г. Андрей Дорошкевич и Игорь Новиков, ученики Я.Б. Зельдовича, опубликовали численные оценки, из которых следовало, что первичные фотоны (реликтовое излучение) может быть зарегистрировано на существующей аппаратуре в лаборатории Белла в США. И в 1965 г. в той самой лаборатории, на том самом оборудовании (рупорной антенне) Арно Пензиас и Роберт Вильсон провели тщательные измерения в рамках совершенно другого проекта и открыли знаменитое реликтовое излучение, соответствующее спектру излучения абсолютно черного тела с температурой ~3 К. Несмотря на наличие множества помех, указанным авторам удалось точно выделить неустранимый слабый сигнал, который выглядел как тепловой шум, одинаковый по всем направлениям. Любопытно, что сами авторы открытия не признавали модель горячей Вселенной, и потому не соглашались с интерпретацией реликтового излучения, как следствия ранней горячей Вселенной [1, С.47-50; 10].

К концу 1960-х годов группа ученых под руководством Я.Б. Зельдовича провела теоретический анализ реликтового излучения, увязав наблюдаемую структуру Вселенной (распределение галактик) со слабыми неоднородностями реликтового излучения (анизотропией реликтового излучения). Поиски указанных неоднородностей (анизотропии) реликтового излучения интенсивно велись во всем мире. Настоящую карту реликтового излучения с выявленной слабой анизотропией (на уровне 10 в степени минус 5) построил спутник COBE (1989-93 гг.), который также подтвердил точное соответствие спектра излучению абсолютно черного тела (с температурой 2,725К). Авторами этого открытия считаются научные руководители групп Джордж Смут и Джон Мазер. Американский спутник WMAP, запущенный в 2001 г., за 2 года работы отснял спектр реликтового излучения; европейский спутник "Планк", запущенный в 2009 г., подтвердил, уточнил и расширил эти результаты [10; 11].


Подробная карта реликтового излучения [12]


Считается, что карта реликтового излучения отражает карту неоднородностей плотности нашей Вселенной возраста 380 тыс. лет, т.е. это "детская фотография" Вселенной. В тот момент (момент рекомбинации) горячая плазма космической материи, содержащая фотоны, электроны, барионы и др. частицы, превратилась в нейтральный газ, и фотоны пустились в свободное путешествие. При этом температура излучения и вещества на тот момент составляли ~3000 К. По мере расширения Вселенной фотоны смещались в красную, затем инфракрасную и затем в микроволновую часть спектра, т.е. увеличивали длину волны. Сегодня реликтовое излучение имеет температуру 2,725К, его максимум приходится на частоту 160,4ГГц, что соответствует длине волны 1,9мм. Средняя энергия фотонов реликтового излучения очень мала (в 3000 раз меньше энергии фотонов видимого света), но число фотонов реликтового излучения очень велико. По оценкам, на каждый атом во Вселенной приходится ~ 10 в степени 9 фотонов реликтового излучения, что означает, что в среднем 400-500 фотонов находится в одном кубическом сантиметре. Нужно отметить, что реликтовое излучение изотропно лишь в системе координат, связанной с "разбегающимися" галактиками, в так наз. "сопутствующей системе отсчёта", притом, что эта система отсчета расширяется вместе со Вселенной. В любой др. системе координат интенсивность излучения зависит от направления в силу эффекта Доплера, и этот факт открывает возможность измерения скорости движения Солнца относительно системы координат, связанной с реликтовым излучением. К середине 1980- годов уже была твердо установлена дипольная анизотропия реликтового излучения, связанная с движением Солнечной системы относительно поля этого излучения. Так, в направлении на созвездие Льва температура реликтового излучения на 3,5 мК превышает среднюю температуру (~2,7 К), а в противоположном направлении - на столько же ниже средней. Отсюда следует, что Солнце (вместе с Землей) движется относительно реликтового излучения со скоростью ок. 400 км/с по направлению к созвездию Льва. Экспериментаторы фиксируют также скорость движения Земли вокруг Солнца, составляющую 30 км/с. Учёт скорости движения Солнца вокруг центра Галактики позволяет определить скорость движения Галактики относительно реликтового излучения. Она составляет ок. 600 км/с [1, С.47-50; 11; 13].

Понятно, что слабые неоднородности (анизотропию) реликтового излучения на уровне 10 в степени минус 5 и др. общие для всей Вселенной параметры реликтового излучения извлекали после учета дипольной анизотропии реликтового излучения, связанной с нашим движением.

А как выглядел первичный свет в момент отрыва излучения от вещества (при возрасте Вселенной 380 тыс. лет)? Как уже говорилось, его спектр соответствовал температуре абсолютно черного тела при ~3000 К.


Цвет абсолютно черного тела в зависимости от его температуры [14]


Это означает, что первичный свет был желтого цвета [14; 15]. А поскольку мощность этого излучения была чрезвычайно велика, то наблюдатель, помещенный в тот момент во Вселенной, теоретически увидел бы яркий желтый свет!.. перед тем, как сгореть от обилия фотонов с температурой 3000 К.

Удивительное дело: еще не появились во Вселенной источники света - звезды, а уже возник свет. Некоторые мыслители видят здесь прямое указание на библейский текст о сотворении Богом света до сотворения светил. Однако, прямой аналогии с книгой Бытия здесь не получается, хотя бы потому, что это излучение не пульсировало, отсчитывая "вечер" и "утро" (ночь и день) первых трех дней творения, как в книге Бытия, а монотонно увеличивало длину волны. Но, не смотря на то, что логика и детали эволюции Вселенной в теории Большого взрыва лишь отдаленно напоминают библейские шесть дней творения, некоторые параллели здесь вызывают изумление.


3. Теория горячего Большого взрыва. Темная материя и темная энергия


Теория Большого взрыва (дословно теория "Большого баха" или Big Bang Theory) в своем классическом варианте утверждала следующее. Вселенная имела начало в некий момент времени 10-20 млрд. лет назад, когда вся материя была сжата до чрезвычайно плотного и горячего состояния, из которого она расширялась и продолжает расширяться до настоящего времени. Причем, расширение происходило настолько согласованно, что первичная горячая материя была распределена однородно и изотропно (без выделенных областей и направлений) [16].

Отсюда понятно, что сравнение указанного процесса со взрывом не совсем корректно и способно сбивать образное мышление читателя с верного пути. Ведь многие видели (например, в кино), что при реальных взрывах, как правило, наблюдаются разлеты фрагментов и струй вещества, сопровождаемые и опережаемые излучением, и об абсолютной симметричности и однородности распространения материи от взрыва речи быть не может. Вот как написано в одной полезной и популярной статье: "Не следует воспринимать термин "Большой взрыв" буквально. Он не был бомбой, взорвавшейся в центре Вселенной. Это был взрыв самого пространства, который произошел повсеместно, подобно тому, как расширяется поверхность надуваемого воздушного шара" [17]. Меж тем, в теории Большого взрыва выполняются именно такие идеальные условия разлета материи Вселенной. Это обусловлено моделью А. Фридмана (публикации 1922-24 гг.), в которой материя Вселенной распределена в пространстве однородно, изотропно, а само космическое пространство равномерно раздувается подобно поверхности резинового шара, в который закачивают воздух. Да, именно поверхности! Потому что, подобно тому, как на поверхности шара нет выделенных точек и выделенных направлений, а значит - нет центра расширения, так и в космическом пространстве отсутствуют выделенные области и выделенные направления, и отсутствует центр расширения. Более того. Подобно тому, как на поверхности шара согласованно увеличиваются расстояния между двумя любыми точками, причем, чем дальше эти точки расположены друг от друга, тем быстрее они убегают друг от друга, так и в космическом пространстве галактики согласованно убегают друг от друга, причем чем они дальше друг от друга, тем быстрее друг от друга удаляются. Сравнение расширения Вселенной с раздуванием резинового шарика уже давно стало классическим (см. [3, С. 297]). Понятно также, что эта картинка есть упрощение, потому что во Вселенной наблюдаются скопления вещества в виде звезд, галактик и их скоплений, но считается, что в среднем на больших масштабах материя распространена достаточно однородно и изотропно.


А.А. Фридман (1888-1925 гг.), фото 1916г. Э. Хаббл (1889-1953 гг.). (Фото с Инета)


Нужно отметить, к сожалению, что выдающееся научное достижение Александра Фридмана в начале XX в. не было широко известно на Западе. Хотя Альберт Эйнштейн, на теории которого строил свои модели А.Фридман, знал об этих результатах. Более того, Эйнштейн вначале не принял результаты Фридмана, поскольку разрабатывал свою модель статической Вселенной, но затем, в ходе переписки с Фридманом, согласился с этой моделью. Широкая известность на Западе результатов А.Фридмана наступила только после того, как Говард Робертсон (американский физик) и Артур Уокер (английский математик) в 1935 г. разработали сходные модели для объяснения открытого Э.Хабблом однородного расширения вселенной [3, С. 297].

А теперь насчет закона расширения Хаббла. Эдвин Хаббл в 1924 г. показал, что наша Галактика Млечный Путь не является единственной во Вселенной. Хаббл смог измерить расстояния до некоторых галактик и показать, что они отделены от звезд нашей Галактики огромными областями пустого пространства. Для этого Э.Хабблу пришлось использовать косвенные методы, оценивая светимости некоторых типов звезд (цефеид), которые считались известными. Эти типы звезд (цефеиды) Хаббл обнаруживал по их характерному спектру. В ходе указанной работы Эдвин Хаббл обнаружил также, что подавляющее большинство далеких галактик испытывают красное спектральное смещение, причем, величина красного смещения прямо пропорциональна расстоянию от нас до галактики (в каждый отдельный момент времени). Этот эмпирический закон Хаббл опубликовал в 1929 г. Впоследствии коэффициент в этом законе стал называться постоянной Хаббла. Надо понимать, что постоянная Хаббла изменяется во времени. Закон Хаббла был проинтерпретирован, как расширение Вселенной и вызванное этим красное допплеровское смещение спектральных линий. Однако, сам Хаббл так не думал, настаивая, что закон красного смещения - эмпирический факт, который еще требует правильной интерпретации. Сам Хаббл склонялся к версии, что красное смещение есть результат неизвестного науке феномена уменьшения частоты электромагнитных волн в процессе распространения их на очень большие расстояния. И в этом драма отдельного человека, великого ученого, который первый увидел и передал нам знание о громадной Вселенной за пределами нашей Галактики! И который не захотел видеть, что эта Вселенная расширяется... "Интересно, был ли в жизни Хаббла момент просветленного потрясения от внезапно открывшегося или понятного? Вполне возможно, что яркий момент истины остался погребен под гигантским количеством рутинной работы, необходимой, чтобы эту истину добыть. Кажется, Хаббл так и не понял значение своего закона...". Эдвин Хаббл не дожил до открытия реликтового излучения, доказывающего теорию горячего Большого взрыва и расширяющейся Вселенной [1, С.26-30.].

Кстати, первоначально Хаббл допустил систематические ошибки в определении постоянной, которая стала впоследствии носить его имя, вследствие чего возраст Вселенной был ошибочно оценен всего в ~2 млрд лет. На тот момент (1929 г.) это противоречило др. оценкам возрастов космических тел. Но, позднее эту ошибку исправили, и к 1950-м годам была получена более-менее правильная величина постоянной Хаббла [1, С.26-30.].

Между прочим, на оценку возраста Вселенной влияет не только правильная оценка постоянной Хаббла. Даже при такой правильной оценке возраст Вселенной получался немного заниженный, всего ~11 млрд лет, что меньше возраста самых старых шаровых звездных скоплений (~12-13 млрд лет). Это беспокоило ученых еще в 1970-х годах. Расхождение удалось устранить, когда в 1998-99-х годах было открыто ускоренное расширение Вселенной, учет которого увеличил возраст Вселенной до принятого сегодня значения ~13,7 млрд лет [5].

Но, вернемся к классической теории Большого взрыва. Из крупнейших ученых, кроме Хаббла, кто также не согласился с теорией горячего Большого взрыва, был астрофизик Фрейд Хойл. Именно он и придумал термин "Big Bang", который вольно переведен, как "Большой взрыв". Но, о Фреде Хойле расскажем позднее.

"Открытие расширяющейся Вселенной было одним из великих интеллектуальных переворотов XX века. Задним числом мы можем только удивляться, что эта идея не пришла никому в голову раньше. Ньютон и другие ученые должны были бы сообразить, что статическая Вселенная вскоре обязательно начала бы сжиматься под действием гравитации... Расширение Вселенной могло быть предсказано на основе ньютоновской теории тяготения в XIX, XVIII и даже в конце XVII века. Однако вера в статическую Вселенную была столь велика, что жила в умах еще в начале XX века. Даже Эйнштейн, разрабатывая в 1915 г. общую теорию относительности, был уверен в статичности Вселенной. Чтобы не вступать в противоречие со статичностью, Эйнштейн модифицировал свою теорию, введя в уравнения так наз. космологическую постоянную. Он ввел новую "антигравитационную" силу, которая в отличие от других сил не порождалась каким либо источником, а была заложена в саму структуру пространства-времени" [3, С. 45]. Как выше упоминалось, Эйнштейн затем признал правоту Фридмана, а от своей модели статической Вселенной отказался.

Модель Фридмана для расширяющейся Вселенной может быть легко проиллюстрирована, основываясь на школьной физике - на знаменитом законе всемирного тяготения, открытом Исааком Ньютоном ок. 1666 г., и опубликованном в 1687 г. Вот этот известный многим, но так и не раскрывший перед человеком всей своей глубины закон:


Здесь сила F гравитационного притяжения через гравитационную константу G определяется произведением взаимодействующих масс m1 и m2 и ослабевает с расстоянием, как R в степени два - квадрат расстояния между центрами масс. Чем дальше находятся массы, тем слабее сила тяготения между ними. Постоянная G определена экспериментально и равна 6,67259(85) на 10 в степени минус 11 м3/кгс2 [18].

В 2018 г. было получено самое точное значение гравитационной постоянной на сериях установок двух принципиально разных конструкций: G = 6,674184(78) на 10 в степени минус 11 и G = 6,674484(78) на 10 в степени минус 11 м3/кгс2. Причем, относительные погрешности вкаждом случае примерно равны 11,6 частей намиллион (10 в степени минус 4). Из этих двух значений можно пользоваться средним [19].

Мы еще позже вернемся к этому закону. Здесь лишь напомним из школьной физики, что такой закон тяготения определяет наличие т.к. наз. второй космической скорости, когда тело, обладающее этой скоростью, например, ракета, может оторваться от тяготеющей массы, например, от Земли.


По легенде Исаак Ньютон (1643-1727 гг.) открыл закон всемирного тяготения, созерцая луну в дневном небе и внезапное падение яблока. Эта ассоциация между притяжениями двух разных тел к Земле стала озарением. (Иллюстрация с инета)


Альберт Эйнштейн (1879-1955 гг.), обобщивший закон всемирного тяготения и разработавший общую теорию относительности. Благодаря этому стала возможной современная научная космология. (Иллюстрация с инета)


Итак, поведение удаляющихся от нас галактик можно по аналогии сравнить с поведением запущенной от Земли ракеты, летящей по инерции в поле сил тяготения Земли. В обоих случаях галактики или ракета подвергаются силе тяготения, стремящейся остановить движение и вернуть его вспять. Вот как описывает расширяющуюся Вселенную Стивен Хокинг: "Если бы расширение происходило достаточно медленно, то под действием гравитационной силы оно в конце концов прекратилось бы и перешло в сжатие. Однако, если бы скорость расширения превышала некоторое критическое значение, то гравитационного взаимодействия не хватило бы, чтобы остановить расширение, и оно продолжалось бы вечно. Все это немного напоминает ситуацию, возникающую, когда с поверхности Земли запускают ракету. Если скорость ракеты не очень велика, то из за гравитации она в конце концов остановится и начнет падать обратно. Если же скорость ракеты больше некоторой критической..., то гравитационная сила не сможет ее вернуть, и ракета будет вечно продолжать свое движение от Земли" [3, С. 45]. В модели Фридмана есть критическая величина средней плотности материи во Вселенной, которую удобнее использовать, чем величину критической скорости расширения. Но обе эти величины отделяют режим расширения с последующей остановкой и сжатием от режима вечного расширения.

Итак, мы не знаем истинных размеров Вселенной. Если рассматривать расширение Вселенной по модели А.Фридмана, то речь идет об описании расширения какой-то выделенной области пространства, причем, каждой такой области. При этом сама Вселенная теоретически может быть бесконечной в пространстве. "Теория Большого взрыва не дает нам информации о размере Вселенной и даже о том, конечна она или бесконечна. Теория относительности описывает, как расширяется каждая область пространства, но ничего не говорится о размере или форме. Иногда космологи заявляют, что Вселенная когда-то была не больше грейпфрута, но они имеют в виду лишь ту ее часть, которую мы сейчас можем наблюдать. У обитателей туманности Андромеды или других галактик свои наблюдаемые вселенные. Наблюдатели, находящиеся в Андромеде, могут видеть галактики, которые недоступны нам, просто из-за того, что они немного ближе к ним; зато они не могут созерцать те, которые рассматриваем мы. Их наблюдаемая Вселенная тоже была размером с грейпфрут. Можно вообразить, что ранняя Вселенная была похожа на кучу этих фруктов, безгранично простирающуюся во всех направлениях. Значит, представление о том, что Большой взрыв был "маленьким", ошибочно. Пространство Вселенной безгранично. И как его ни сжимай, оно таковым и останется" [20].

В настоящее время считается, что средняя плотность материи во Вселенной равна критической (или почти равна), а кривизна пространства-времени, соответственно, равна нулю (или почти равна). Т.е. геометрия пространства на больших масштабах соответствует хорошо знакомой нам евклидовой геометрии. Об этом скажем ниже.

А теперь обратимся к основным физическим процессам эволюции Вселенной. По мере расширения Вселенной температура в ней уменьшалась. Соответственно, частицы, античастицы и излучение по-другому взаимодействовали между собой. Ядра водорода - протоны - уже присутствовали в больших количествах. Затем стали формироваться ядра гелия, дейтерия и др. легких элементов из протонов и нейтронов. Наблюдаемое содержание этих элементов сегодня согласуется с указанным сценарием. Затем в плазме произошло присоединение электронов к ядрам элементов, и наступила эпоха разделения вещества и излучения. Считается, что излучение отделилось от вещества (момент рекомбинации) ~380 тыс. лет от Большого взрыва, при этом температура излучения и вещества на тот момент составляли ~3000 К. Указанное излучение сегодня наблюдается, как реликтовое излучение температурой 2,725К (его максимум приходится на частоту 160,4ГГц, что соответствует длине волны 1,9мм). После этого начали нарастать первоначальные незначительные флуктуации распределения материи (первичные неоднородности). Они стали усиливаться благодаря гравитационной неустойчивости, поскольку случайное увеличение плотности вещества в одном месте приводило из-за силы тяготения к еще большему скоплению в этом месте вещества и росту плотности. Это и могло быть причиной образования галактик и их скоплений. Но, в среднем, на масштабах, включающих большое количество скоплений галактик, наблюдаемая Вселенная остается однородной и изотропной [11; 16].


Эволюция Вселенной в теории Большого взрыва, с учетом начальной инфляционной стадии. (Взято с инета)


Нужно отметить, что начало Вселенной в классической теории Большого взрыва, согласно моделям А.Фридмана, было в так наз. точке сингулярности, где материя бесконечно плотная. Тот нюанс, что модели Фридмана, основанные на общей теории относительности А.Эйнштейна, приводят именно к сингулярности в самом начале Большого взрыва, математически доказали Стивен Хокинг и Роджер Пенроуз в 1970 г. [3, С. 55]). Это классическое приближение, которое, наверное, невыполнимо в реальных условиях, поскольку не учитывает квантовые эффекты. Современная физика пока ничего не знает о материи, плотность которой достигает и превышает так наз. планковскую плотность 10 в степени 93 г/см3, где должны работать законы квантовой гравитации, теория которой пока еще не построена [16]. Ниже мы будем обсуждать инфляционную теорию, которая предлагают начальную инфляционную стадию "раздувания" Вселенной перед тем, как наступит момент Большого взрыва. В этой теории проблема сингулярности исчезает.

Но, вернемся к расширению Вселенной после Большого взрыва. Дальнейшее расширение и эволюция Вселенной привели не только к созданию таких структур, как звезды и галактики, но и к синтезу тяжелых элементов в звездах, и выбросу вещества с тяжелыми элементами в окружающее пространство при окончании цикла горения звезд. Из тяжелых элементов уже могли формироваться планеты, в том числе, планеты с твердой поверхностью и жидкой водой. Таким образом, создались необходимые условия для появления живых организмов и человека. Считается, что звезды образовались путем сгущения газа, находящегося в космическом пространстве. Звезды первого поколения сформировались из водородно-гелиевой смеси и в конце своей эволюции обогатили межзвездный газ тяжелыми элементами. Звезды следующих поколений, к которым относят и наше Солнце, уже богаче тяжелыми элементами, чем звезды первого поколения. Считается, что планеты, в том числе наша Земля, образовались в общих чертах из газопылевых облаков, окружающих молодые звезды [21; 22; 23].

Впрочем, никакие элементы тяжелее гелия в звездах не стали бы синтезироваться, если бы не одно уникальное свойство ядра атома углерода!... И это важное предсказание сделал в конце 1940-х годов именно Фред Хойл. Оказалось, что в звездах происходит синтез более тяжелых, чем гелий, элементов благодаря слиянию трех ядер гелия в одно ядро углерода. Вероятность слияния сразу трех ядер гораздо меньше, чем слияния двух, так что синтез элементов здесь должен был остановиться. Но в данном случае эта вероятность сильно повышена, и это связано с наличием у ядра углерода ядерного резонанса с точно необходимой энергией! [1, С.43-46.]. Если бы не это важное свойство ядра углерода, то не существовало бы такого изобилия тяжелых элементов, не было бы строительного материала для планет, в том числе, для нашей Земли. Не смогло бы существовать человечество...

Но, вернемся к Большому взрыву. Значительный вклад в теорию горячего Большого взрыва внес россиянин Г.А. Гамов, позже (в 1934 г.) эмигрировавший в США. Гамов познакомился с моделями нестационарной Вселенной еще, когда студентом учился у Александра Фридмана. Вскоре после переезда вСША Гамов заинтересовался проблемой космического рождения элементов таблицы Менделеева. В работах 1946-48 гг. (с Р. Альфером) Гамову удалось предложить первую правдоподобную модель происхождения химических элементов (первичного нуклеосинтеза) в теории горячего Большого взрыва. На основе указанной модели последователю Гамова и соавтору Р. Альферу (вместе с Р. Германом) удалось достаточно правильно рассчитать параметры излучения, которое мы сегодня называем реликтовым. Более или менее правильные распределения химических элементов во Вселенной и характеристики реликтового излучения стали главными доказательствами теории Большого взрыва [24].

Кроме того, роль Г. Гамова в космологии проявилась еще и в том, что он стал одним из основателей циклической модели Вселенной (модели с отскоком) [25], о чем еще скажем ниже.


Г.А. Гамов (Джордж Гамов), 1904-1968 гг. (Фото с инета)


Выше говорилось, что тяжелые элементы, необходимые для образования планет, синтезировались в недрах звезд. Однако, при термоядерном горении звезд образуются только тяжелые элементы вплоть до железа, а более тяжелые элементы уже не синтезируются. Откуда же тогда на Земле и в космосе присутствуют все тяжелые элементы, расположенные после железа? Считается, что такие элементы эффективно синтезируются при захвате нейтронов, особенно в моменты взрыва сверхновых [26]. Совсем недавно было обнаружено, что наша Солнечная система на стадии своего формирования могла получить тяжелые элементы не от взрыва близко расположенной сверхновой, как ранее полагали, но от взрыва двух слившихся нейтронных звезд [27].

По всей видимости, процесс образования звезд и планетных систем вокруг звезд продолжается и в настоящее время. Самая известная область звездообразования, которая сегодня интенсивно изучается, это знаменитая туманность Ориона [28]. В последние несколько лет астрономам удалось зафиксировать косвенные признаки зарождающихся планет в газопылевых дисках вокруг некоторых звезд [29; 30]. А совсем недавно обнаружили пылевой диск вокруг одной из экзопланет, что может говорить о зарождении спутников-лун вокруг этой экзопланеты [31].

Нужно указать на одно интересное замечание Стивена Хокинга. Модели А.Фридмана расширяющейся Вселенной, как уже говорилось, основаны на двух упрощающих предположениях: 1) Вселенная выглядит совершенно одинаково во всех направлениях (изотропна); 2) указанное условие изотропности справедливо для всех точек Вселенной (однородна). Но, поскольку мы можем наблюдать только выполнение первого условия, а наблюдение второго условия для нас технически пока невозможно (для этого нужно переместиться в довольно отдаленные места Вселенной), то можно предположить, что Земля находится в центре Вселенной, а космическое расширение происходит от этого центра. И далее С.Хокинг пишет: "Имеется, однако, альтернативное объяснение: Вселенная может выглядеть одинаково во всех направлениях и из любой другой галактики. Таково, как уже упоминалось, было второе предположение Фридмана. У нас нет никаких доказательств, подтверждающих это предположение. Мы принимаем его на веру лишь из скромности. Было бы в высшей степени удивительно, если бы Вселенная выглядела одинаковой во всех направлениях вокруг нас, но не вокруг любой другой точки" [3, С. 295-297]. А это означает, что нельзя сбрасывать со счетов альтернативные модели расширения Вселенной, где выделенной точкой является Земля.

Говоря об истории изучения Вселенной, нельзя не уделить внимания истории изучения нашей Галактики. Почти каждый из нас обращал внимание на Млечный путь на ночном небе. Это так видна наша Галактика с Земли. С видимым на небе Млечным путем связано множество мифов и легенд. "...Чаще всего люди видели в нем реку или дорогу. Индусы, например, считали этот светлый небесный поток двойником своей священной реки Ганг, а китайцы - великой Хуанхэ. Некоторые стародавние армянские, турецкие и персидские легенды говорят, что светлая полоса в небе - тропинка, устланная соломой. В большинстве же мифов Месопотамии, Египта, Греции Млечный Путь трактуется более возвышенно: как дорога, по которой божества спускаются на Землю или же души людей и прочих существ восходят для встречи с богами. А в пришедшем к нам через Рим из Древней Греции названии Via Lactea - Млечный Путь - отражен миф о молоке Геры, супруги Зевса, пролившемся на небосвод, когда она кормила Геракла. Греческое же слово galacias (читается "галаксиас", то есть "молочный") дало начало термину, которым мы теперь называем нашу Галактику - она представляется нам в виде Млечного Пути - и иные звездные системы" [32].

Но, вернемся к науке. Наша Галактика не менее интересный и важный объект изучения, чем вся Метагалактика. Дело в том, что нам, находясь внутри Млечного пути, труднее изучать структуру нашей Галактики, чем строение др. галактик. Нам мешают межзвездные пылевые облака, сильно поглощающие свет. Когда стала развиваться радиоастрономия (после Второй мировой войны), и появились совершенные инфракрасные телескопы, удалось сделать прорыв в изучении Млечного пути, хотя многие важные детали до сих пор не ясны. Еще Галилео Галилей в 1610 г. с помощью своего телескопа обнаружил структуру Плечного пути - тот факт, что Галактика состоит из огромного количества слабо светящихся звезд. А Иммануил Кант (как мы помним, предложивший первую правдоподобную гипотезу образования Солнечной системы), в 1755 г. высказал гипотезу о том, что Млечный путь является вращающимся телом, похожим на диск и состоящим из большого количества звезд. Мы видим этот диск с боку в виде полосы на ночном небе. Звезды вращающегося диска удерживаются гравитационными силами аналогично тому, как удерживаются вместе тела Солнечной системы, но только на гораздо больших масштабах Галактики. Кант даже предположил, что некоторые из видимых туманностей могут быть отдельными огромными телами, подобными нашей Галактике. Уильям Гершель в 1785 г. попытался определить форму и размеры Млечного Пути и даже положения в нём Солнца, используя метод подсчёта звёзд (доступных наблюдению в его телескоп) по разным направлениям. Гершель не мог тогда знать ни истинных расстояний до звезд, ни о поглощении света в облаках межзвездной пыли. Но ему удалось получить следующие результаты в световых годах (он является автором этой единицы расстояния): диаметр сплюснутого галактического диска - 5800 световых лет, а толщина диска - около 1100 световых лет. Гершель почти в 15 раз занизил размеры нашей Галактики, если исходить из современных данных, но это уже был прорыв [33; 34].

В конце XIX - начале XX вв. ученые пришли к выводу, что центр Галактики должен быть расположен вблизи границы созвездий Стрельца, Скорпиона и Змееносца. В конце 20-х гг. ХХ века уже не сомневались, что Галактика вращается. Когда Э.Хаббл доказал существование галактик далеко за пределами Млечного пути, а Роберт Джулиус Трюмплер (Трамплер) в 1930 г. измерил эффект поглощения света, изучая распределение рассеянных звёздных скоплений, концентрирующихся в плоскости Галактики, тогда и родилась современная научная картина нашей Галактики. Затем Э.Хаббл в 1936 г. построил классификацию галактик, которую используют и по сей день (последовательность Хаббла). Стало возможным сравнивать известные типы галактик с Млечным путем. В 1951 г. было обнаружено радиоизлучение с длиной волны 21см, излучаемое межзвёздным атомарным водородом, наличие которого предсказал Х. Ван де Хюлст в 1944 г. Указанное излучение, не поглощаемое межзвездной пылью, позволило дополнительно изучить Галактику благодарядоплеровскому смещению (позднее прогрессрадиотелескоповпозволил отслеживать излучение водорода и в других галактиках). Указанные открытия привели к созданию модели Галактики с перемычкой в центре, которая призвана осветить многие вопросы астрономии и астрофизики. Но загадки, связанные с Галактикой, на этом не закончились. В 1970-х годах стало понятно, что общая видимая масса известных галактик, которая состоит из массы звёзд и межзвёздного газа, не может объяснить большой скорости вращения вещества в галактиках. Это привело к выводу о существовании скрытой массы - "тёмной материи", в том числе, и в нашей Галактике. Благодаря большой массе звезды галактик сильнее удерживаются вместе и могут быстрее вращаться вокруг галактических центров. Наблюдения, произведённые в начале 1990-х годов на космическом телескопе "Хаббл", показали, чтоналичие тёмной материив нашей Галактике не может объясняться только существованием очень слабых и малых звёзд. Природа темной материи до сих пор не разгадана, хотя темной материи в несколько раз больше, чем видимой материи! В настоящее время считается, что звезды (включая Солнце), движутся вокруг центра Галактики, причем Солнце движется по своей галактической орбите со скоростью ~250 км/с, совершая один оборот вокруг центра Галактики за ~200 миллионов лет (продолжительность одного галактического года). От центра Галактики наше Солнце отделяют почти 30 тыс. св. лет, так что мы находимся ближе к периферии Галактики. В галактическом диске и его утолщении (балдже) содержатся большинство звезд, звездные скопления и газово-пылевые облака Галактики. Галактический диск окружен гало, в котором находятся отдельные звезды и шаровые звездные скопления. Но еще больший объем занимает загадочная корона Галактики, окружающая диск и гало. Где-то в гало, короне и галактическом диске спрятана темная материя, масса которой больше, чем общая видимая масса Галактики [33; 34]. Темная материя имеет прямое отношение к происхождению и эволюции галактик, в том числе Млечного пути, о чем будет сказано ниже.

В 1990-х гг. астрономы уверились в том, что присутствие сверхмассивных черных дыр в центрах (ядрах) галактик, в том числе нашей Галактики, является неотъемлемой частью структуры этих звездных систем (как и наличие более мелких черных дыр, разбросанных по всей галактике). Эти открытия стали возможны благодаря развитию радиоастрономии и рентгеновской астрономии. Ведь наблюдать в оптические телескопы галактический центр нашего Млечного Пути не удается из-за плотных скоплений межзвездной пыли. Однако, радиоастрономия и рентгеновская астрономия помогают решить эту проблему. Стало понятным, что сверхмассивная черная дыра, расположенная в центре нашего Млечного Пути, довольно невелика по сравнению с ядрами других галактик, и при этом относительно неактивна. В центрах других звездных систем черные дыры гораздо массивнее и к тому же являются очень активными, потребляя вещество близлежащих звезд и преобразуя часть этой материи в мощные рентгеновское и радиоизлучение. (Самый крайний случай - квазары - самые мощные по излучению космические объекты.) Сверхмассивная черная дыра, расположенная в центре нашей Галактики, имеет массу ~4,3 млн солнечных масс и быстро вращается, совершая один оборот за ~30 секунд (для сравнения - Солнце совершает один оборот за месяц). Сегодня ученые полагают, что сверхмассивные черные дыры имеются в ядрах почти всех галактик во Вселенной [35; 36; 37]. Свехмассивные черные дыры как-то связаны с происхождением и эволюцией галактик, и это относится к Млечному пути. Но в чем причина такой связи, и каков механизм возникновения сверхмассивных черных дыр, вот этот вопрос пока не решен.


Млечный путь (компьютерная модель). Спиральная галактика с перемычкой. В центре находится сверхмассивная чёрная дыра - Стрелец А*. В Галактике два больших рукава и два меньших рукава. (Взято с Википедии)


Возраст Галактики удалось оценить как по динамике остывающих белых карликов, так и по особенностям состава шаровых звездных скоплений. Но для этого приходится пользоваться моделями эволюции указанных звезд и звездных скоплений. Успешное развитие теории звездной эволюции началось после того, как в конце 30-х годов XX века Х. Бете и К. Вейцзекером была решена проблема источника энергии на Солнце: этим источником оказалась реакция ядерного синтеза гелия из водорода [38]. К настоящему времени теория звездной эволюции и модели на ее основе дают возможность рассчитать возраст звезд и звездных скоплений. В итоге пришли к возрасту Галактики 13-15 млрд лет (по наблюдениям белых карликов) и (13-13,4) млрд лет (по наблюдениям шаровых скоплений) [39]. В 2005 г. удалось оценить возраст Галактики по изотопному составу (торий-232 и уран-238) одной старой звезды, исходя только из изотопного состава Солнца и периода полураспада соответствующих изотопов. Оценка дала 14 млрд лет с относит. погрешностью 1/7. Преимущество этого метода в том, что он не использует модель эволюции звезд [40].

А теперь скажем о роли темной материи в происхождении и эволюции галактик, в том числе Млечного пути. После обнаружения темной материи первое время полагали, что она состоит из легких частиц нейтрино. Но это не подтвердилось. Загадочные нейтрино остались сами по себе, а еще более загадочная темная материя - сама по себе. К концу 1980-х - началу 1990-х гг. стало проясняться, что темная материя должна состоять, скорее всего, из неизвестных тяжелых частиц. Тогда сложилась удачная картина, в которой согласуются сценарий происхождения галактик и их скоплений с фактом небольшой анизотропии реликтового излучения и с фактом слишком быстрого вращения галактик. В настоящее время почти никто из крупных ученых не сомневается в наличии темной материи, хотя ее частицы пока не обнаружены. На сегодня сценарий происхождения галактик и их скоплений в общих чертах выглядит так. С самого начала возникновения Вселенной, от инфляционной стадии, в обычной и темной материях существовали первичные неоднородности, имевшие очень малую амплитуду - всего ~5 на 10 в степени минус 5. Представьте себе маленькую рябь волн, амплитудой 5 мм, на поверхности моря, глубиной 100 м. Вот такие маленькие неоднородности, сгущения материи. Однако, по причине гравитационной неустойчивости в темной материи даже такие малые неоднородности плотности постепенно росли, и темная материя стала "комковаться", образуя более плотные области и менее плотные. Обычная материя вначале не могла так комковаться до тех пор, пока излучение не отделилось от вещества (момент рекомбинации) ~380 млн лет от Большого взрыва, сохраняя ту же амплитуду неоднородностей ~510-5. Отделившееся излучение сохранило на себе отпечаток указанных неоднородностей на том же примерно уровне ~10-5. Но, когда наступила эпоха разделения вещества и излучения, то уже обычная материя стала способной испытывать гравитационные неустойчивости и комковаться. Тогда начинается процесс стягивания обычной материи к местам сгущения темной материи. Так что крупномасштабная структура Метагалактики формировалась темной материей, которой в несколько раз больше, и лишь потом обычная материя стягивалась в эту крупномасштабную сеть, создавая видимую нам структуру скоплений галактик [1, С.152-156.]. А вот откуда взялись эти самые первичные неоднородности материи, об этом поговорим ниже, рассматривая космологическую инфляцию.

Млечный путь, включая галактическую корону и ближайшие к Галактике объекты. (Взято с Википедии)

Совсем недавно (июль 2019 г.) появилось сообщение, что раскрыта важная деталь в эволюции Млечного пути, которая показывает сценарий формирования Галактики и заодно указывает на возраст Галактики. Обычно возраст Галактики оценивают по ее самым старым звездам, по их элементному составу (см. выше). Такие оценки дают нашему Млечному пути ~13,6 млрд лет, что ненамного моложе возраста Вселенной ~13,7 млрд. лет. Однако, если учесть, что Галактика могла сформироваться при объединении шаровых звёздных скоплений и карликовых эллиптических галактик, то возраст галактического диска Млечного пути будет моложе: 10-12 млрд лет. Т.е., самые старые звезды входили в те объекты (например, шаровые звездные скопления), которые дали начало диску нашей Галактики, а сам диск Млечного пути возник позже [41]. И вот испанские ученые смогли успешно промоделировать последовательность событий, которые породили нашу Галактику. Исследователи произвели точные измерения положения, яркости ирасстояния около миллиона звезд нашей галактики, расположенных врадиусе 6,5 тыс. световых лет отСолнца, полученные спомощью космического телескопа Gaia, и провели моделирование по теоретическим моделям. "Предыдущие исследования показали, что галактический ореол имеет явные признаки того, что онсостоит издвух разных звездных компонентов, водном изкоторых доминируют более голубые звезды, чем вдругом. Направление движения искорость звезд ссиней составляющей вспектре позволил идентифицировать ихкак остатки карликовой галактики Гайа-Энцелад, которая повлияла наранней Млечный Путь. Однако характер красных звезд ивремя, когда произошло слияние Гайи-Энцелада инашей Галактики, досих пор были неизвестны. Анализ данных Gaia позволил нам получить распределение возраста звезд вобоих компонентах ипоказал, что эти два типа звезд образованы одинаково старыми звездами, которые старше, чем звезды толстого диска",- отмечают исследователи. Но при этом "звезды ссиней составляющей имеют меньшее количество "металлов", чем скрасной" ["металлов", т.е. элементов, которые тяжелее водорода и гелия - примечание В.Скосаря]. В результате "оказалось, что 13 млрд лет назад звезды начали формироваться вдвух разных звездных системах, которые затем объединились: одна была карликовой галактикой, которую мыназываем Гея-Энцелад, авторая- главным родоначальником нашей Галактики, вчетыре раза более массивным исбольшей долей металлов. 10 млрд лет назад произошло столкновение между более массивной системой иГайа-Энцеладом. Врезультате некоторые звезды, как изглавного родоначальника Галактики, так иизГайя-Энцелада, были введены вхаотическое движение ивконце концов образовали ореол Млечного Пути. После этого до6 млрд лет назад, пока газ оседал надиск Галактики, продолжались бурные процессы звездообразования, которые привели кпоявлению того, что мызнаем как "тонкий диск". Досих пор все космологические прогнозы инаблюдения далеких спиральных галактик, подобных Млечному Пути, показывают, что эта фаза слияния малых структур происходила очень часто" [42].

Кстати, любопытная деталь! Получается, что примерно 6 млрд лет назад могли только закончиться бурные процессы звездообразования, вызванные указанным формирование нашей Галактики. Но этот срок очень близок к оценкам возраста Солнечной системы, когда могло возникнуть Солнце!...

Кстати, а каков возраст Солнца? Современная гелиосейсмология, используя модель эволюции звезды (динамику превращения водорода в гелий) и определяя ее состав, позволяет оценить возраст Солнца в 4,56- 4,58 млрд лет плюс период гравитационной конденсации протосолнечного облака (несколько миллионов лет). В итоге возраст Солнца составил неболее 4,6 млрд лет [39].

А теперь давайте снова вернемся на масштабы Вселенной. Возможен ли вариант, что никакой темной материи не существует, а гравитационные эффекты, ей приписываемые, связаны с отклонениями от общеизвестного закона всемирного тяготения? Этот вариант прорабатывался. Закон всемирного тяготения, открытый Ньютоном, удалось проверить на многих масштабах. Закон проверили не только для обычных нам расстояний, но и на малых, субмиллиметровых расстояниях: до 218 мкм [43]. В 2007 г. закон всемирного тяготения был проверен и на расстояниях от 55 мкм до 9,53 мм. С учетом погрешностей эксперимента отклонений от закона Ньютона не обнаружено [44]. Согласно данным по лазерной локации Луны, гравитационная постоянная в законе тяготения не меняется со временем, по крайней мере ее относительные изменения не превосходят (7,1-7,6) на 10 в степени минус 14 за год, а согласно наблюдениям за пульсациями одной из древнейших звезд (KIC 7970740), возраст которой составляет ~11 млрд лет, относительные изменения гравитационной постоянной составляет (2,1-2,9) на 10 в степени минус 12 за год, что также совместимо с отсутствием изменения. И хотя "данная оценка несколько хуже уже существующих наиболее точных, но отличается от них важным аспектом: она ограничивает изменение константы на протяжении миллиардов лет, в то время как лазерная локация Луны проводится только несколько десятилетий" [45].

А как обстоит дело с проверкой закона тяготения на космических масштабах? Как известно, закон всемирного тяготения входит в общую теорию относительности как частный случай, поэтому проверялась общая теорию относительности. Выше уже говорилось о том, что гравитационная постоянная оказалась точно такой же для звезды, свет от которой шел к нам ~11 млрд лет. Кроме того, попытки построить альтернативную теорию тяготения для объяснения характеристик движения галактик и др. далеких объектов, давали в итоге теории, противоречащие общей совокупности наблюдаемых данных. Лучше всех теорий показала себя общая теория относительности, а значит, закон всемирного тяготения прошел проверку на космических масштабах [46].

Мы говорили об обычной материи и о темной материи. Нужно еще сказать о так наз. "темной энергии". Это совершенно неизвестный физический фактор, на который взвалили ответственность за наблюдаемое ускоренное расширение Вселенной (если ускоренное расширение не есть артефакт наблюдения - см. ниже).

Предоставим слово Борису Штерну: "Где-то с 1980-х годов стало возникать подозрение, что с расширением Вселенной по классическому закону Фридмана что-то не так... В 1990-х, когда теория космологической инфляции уже получила широкое признание, некоторые космологи начали поговаривать об ускоренном расширении современной Вселенной как о реальной возможности... Постепенно ускоренное расширение Вселенной превращалось из экзотической гипотезы в рабочий сценарий, и стали появляться работы с аргументами в его пользу. Наконец, в 1998 году вышли статьи двух групп с одинаковым выводом: данные по далеким сверхновым свидетельствуют об ускоренном расширении Вселенной... Обе группы охотились за очень далекими сверхновыми типа Ia. Почему именно этот тип? Потому, что такие сверхновые - лучшая стандартная свеча огромной яркости, видимая с космологических расстояний... В том же 1998 году (и еще несколько раз позднее) в Антарктиде проводился эксперимент BOOMERanG. Аэростат с микроволновым телескопом запускали на волю циркулярных ветров "Полярной воронки", и за две недели он... описывал круг на высоте около 40 км. Наблюдалась лишь небольшая часть неба, зато с хорошим угловым разрешением". В результате на угловом спектре неоднородностей реликтового излучения проявился четкий "акустический" пик, положение которого показывало, что Вселенная - трехмерно-плоская, т.е. обладает евклидовой геометрией. "Это значит, что сумма плотностей энергии всех субстанций во Вселенной равна критической [в модели Фридмана - примечание В.Скосаря]. В то же время измерения масс скоплений галактик по разбросу скоростей уверенно давали значения средней плотности Вселенной заметно меньше критической - не более 30%. Этот предел включал всю материю, подверженную гравитационной неустойчивости - обычную и темную. И если мы видим, что плотность энергии обычной материи вместе с темной не выше 0,3 критической, значит, по меньшей мере еще недостающие 0,7 содержатся в совсем другой субстанции... Потом последовали новые подтверждения из изучения крупномасштабной структуры Вселенной, а также из данных новых космических микроволновых телескопов. Сейчас ускоренной расширение Вселенной - столь же твердо установленный факт, как и то, что Земля имеет форму эллипсоида", пишет Борис Штерн [1, С.141-146.].

Итак, наша Вселенная по содержанию в ней материи-энергии состоит примерно на 70% из темной энергии, остальные примерно 30% занимают темная материя (по большей части) и обычная, известная нам барионная материя (всего ~4%).


Чего сколько во Вселенной [46].


Темная энергия связана с какой-то новой физикой, нам неизвестной. Обсуждаются две основные гипотезы: это вакуум с ненулевой плотностью энергии (в вакууме существует некое скалярное поле с ненулевым минимумом энергии); это скалярное поле, находящееся "на склоне" своего потенциала, которое постепенно меняется. Различить эти варианты возможно в обозримом будущем [1, С.141-146.].

Формально эффект темной энергии описывается с помощью дополнительной константы в уравнениях общей теории относительности, соответствующей так наз. космологической постоянной Эйнштейна. Об этом вкратце упоминалось выше. Это дает некую "антигравитационную" силу, которая в отличие от других сил не порождается каким либо источником, а заложена в саму структуру пространства-времени. Темная энергия очень равномерно распространена в пространстве, в отличие от темной и обычной материи, сгущенных в галактиках и вокруг них, и практически никак не взаимодействует с материей, кроме эффекта антигравитации. Плотность темной энергии порядка критической плотности ~10 в степени минус 29 г/см3. Т.е., в обычном нам мире мы не почувствуем наличие темной энергии, ведь обычная материя вокруг нас сгущена до гораздо более высоких плотностей, например, плотность обычной воды равна один г/см3, что на 29 (!) порядков больше плотности темной энергии. Но, благодаря равномерному заполнению всего космического пространства оказывается, что темной энергии во Вселенной ~70%, тогда как темной материи вместе с обычной материей всего ~30%. По некоторым оценкам, ускоренное расширение Вселенной "началось относительно недавно по космологическим масштабам, когда возраст Вселенной составлял уже 10млрд лет. До этого Вселенная расширялась сзамедлением: гравитационное притяжение тогда еще преобладало над расталкивающим эффектом темной энергии" [47]. Чаще встречаются др. оценки возраста Вселенной, когда началось ускоренное ее расширение - 7-8 млрд лет. До этого Вселенная расширялась сзамедлением [48].

По всей видимости, эффект темной энергии (ускоренного расширения Вселенной) проявляется не только на очень больших масштабах, но и в ближней Вселенной, начиная от масштабов в один Мегапарсек и более. Так, уже сразу за пределами нашей Местной группы галактик проявляется эффект ускоренного расширения [48; 49].

С учетом темной энергии суммарную гравитационную силу можно записать таким образом, что ньютоновскому всемирному тяготению противодействует антитяготение с линейной зависимостью силы от расстояния:


Здесь F - сила, действующая на единичную массу (по сути ускорение); Fn - ньютоновская сила тяготения, действующая на единичную массу; Fe - сила антитяготения, действующая на единичную массу и обусловленная темной энергией; M - тяготеющая масса; G - гравитационная постоянная; с - скорость света; Л - эйнштейновская космологическая постоянная; R - расстояние между двумя рассматриваемыми массами (тяготеющей и единичной). В данном случае сила Fn создается массами тел, а сила Fe не зависит от этих масс, но создается невидимой идеально однородной космической средой - темной энергией [49].

А теперь - новая интрига! Оказывается, существует интересная гипотеза, согласно которой темной энергии не существует! Эффект ускоренного расширения в ней объясняется совсем др. причинами. А темная материя объясняется не гипотетическими тяжелыми частицами, а наличием большого количества черных дыр. Но, сначала необходимо остановиться и указать на слабые места и "белые пятна" приведенной выше стандартной космологической модели - теории горячего Большого взрыва, дополненной гипотезами темной материи и темной энергии.

Вот некоторые из проблем [50]:

1) проблема темной материи, которая должна состоять из неизвестных тяжелых частиц "вимпов" (WIMP), которые гипотетически участвуют только в гравитационных и слабых взаимодействиях. Однако, прямые и косвенные данные не подтверждают наличие таких частиц;

2) проблема темной энергии. Совершенно непонятно, с чем тут мы имеем дело;

3) проблема большого количества черных дыр в десятки солнечных масс, и наличия их парных систем. Стандартная космологическая модель не предсказывает и не объясняет существование таких черных дыр, полагая, что черные дыры образуются в несколько солнечных масс, благодаря гравитационному коллапсу звезд после взрывов сверхновых, и такие черные дыры должны быть в галактических дисках, а не в галактических гало;

4) проблема наличия сверхмассивных черных дыр в миллионы и миллиарды солнечных масс в центрах большинства галактик. В стандартной модели не существует убедительного объяснения, как успели возникнуть такие сверхмассивные объекты уже в первые 1-2 млрд лет существования Вселенной;

5) проблема возможной анизотропии Вселенной. В наблюдениях на самых больших масштабах просматривается анизотропия, так наз. "ось зла". Стандартная космологическая модель такое исключает, ведь вся теория Большого взрыва основана на допущении изотропной Вселенной!


4. Космологическая модель Вселенной с переменной гравитационной массой


А что же нам предлагает новая гипотеза? Гипотеза Николая Горькавого, Александра Василькова и Джона Мазера развивает циклическую модель Вселенной, модель "с отскоком", основы которой заложил еще Г. Гамов. Ее можно назвать моделью Вселенной с переменной гравитационной массой. Вот вкратце, как новая гипотеза объясняет все пять перечисленных проблем [50; 24]:

1) и 3) в роли темной материи выступает большое количество черных дыр, в том числе в десятки солнечных масс, которые обнаруживают гравитационные интерферометры по сигналу гравитационных волн. Черные дыры прекрасно справляются со всеми известными эффектами наличия темной материи, и они достались нашей Вселенной по наследству от предыдущей;

2) и 5) ускоренное расширение Вселенной есть на самом деле иллюзия, видимое проявление неравномерного расширения (или сжатия) пространства под действием Большой черной дыры (БЧД), расположенной в "центре" Вселенной. Направление от нас на БЧД и есть выделенное направление и причина анизотропии Вселенной;

4) сверхмассивные черные дыры достались нашей Вселенной по наследству от предыдущей вселенной.

А теперь по порядку изложим альтернативную модель. В этой модели Вселенная испытывает циклы расширения-сжатия, поскольку в ней происходит периодическое преобразование массы сливающихся черных дыр в гравитационные волны, которые не несут гравитационной массы, и периодическое поглощение фонового гравитационного излучения БЧД, с ростом ее массы.

В первых "космологиях отскока" (Г. Гамов, Р. Дикке и др. - 1950-60-е годы) полагали, что предыдущая вселенная сжималась до небольшого размера в несколько световых лет, что приводило к разогреву материи и разрушению тяжелых элементов до водорода, свободных протонов и нейтронов. А затем происходил "упругий отскок", который приводил к расширению нашей Вселенной, т.е. к Большому взрыву. Это показано на верхней части рисунка (рис. а). Но механизм отскока не был разработан. В новой модели предполагается, что основная часть массы Вселенной содержится в черных дырах. Во время коллапса предыдущей вселенной черные дыры сливаются и превращаются в гравитационные волны, в результате чего вселенная теряет гравитационную массу. Указанная потеря гравитационной массы вызывает антигравитацию и заставляет вселенную снова расширяться, испытав Большой взрыв. Это показано в нижней части рисунка - см. рис. b. С расширением новой Вселенной, доставшиеся ей от предыдущего цикла черные дыры будут расти, поглощая фоновое гравитационное излучение. Особенно быстро будет расти Большая черная дыра в "центре". Этот рост БЧД вызывает "гипергравитацию", что и обеспечивает современное ускоренное растяжение набора галактик, которое нами наблюдается, как ускоренное расширение Вселенной. Оказывается, если считать, что Вселенная состоит (по энергии) на ~99% из реликтовых гравитационных волн, и на ~1% из черных дыр (как темной материи) и обычной материи (барионов и др. элементарных частиц), то можно объяснить основные характеристики наблюдаемой нами Вселенной. И для этого не нужно вводить гипотетических частиц для темной материи, гипотетической темной энергии и космологической инфляции. Как указывают авторы указанной гипотезы, ключевым ее доказательством было бы открытие высокочастотных гравитационных волн, содержащих основную часть энергии нашей Вселенной [25].


Рис. из статьи [25].


Отметим еще некоторые любопытные черты новой модели с переменной гравитационной массой. У видимой Вселенной есть центр, и там находится Большая черная дыра. Направление на БЧД - выделенная ось, т.е. Вселенная анизотропна! В настоящее время БЧД может находиться от нас на расстоянии ~50 млрд световых лет. По современной величине ускоренного расширения Вселенной получается, что масса БЧД ~6 на 10 в степени 51 кг (миллиарды триллионов солнечных масс!), причем БЧД выросла в миллиард раз с момента своего возникновения! Но, эта оценка сделана по информации, которая пришла к нам с опозданием на миллиарды лет, так что БЧД уже значительно больше. Граница БЧД быстро расширяется и выходит на сверхсветовой режим, поглощая всю видимую Вселенную... и нас в том числе. Но, скорее всего, мы так и не узнаем, что уже провалились внутрь БЧД, поскольку никаких приливных и разрывающих нас сил на ее границе не возникнет, она для этого слишком огромна. Когда мы окажемся внутри БЧД, то должны увидеть те галактики, которые нырнули в нее раньше. Внутри БЧД режим разбегания галактик сменится режимом сближения, но это сближение будет продолжаться многие миллиарды лет. Постепенно реликтовое излучение и вся материя станут горячее и горячее. При сжатии нашей Вселенной до размеров в несколько световых лет вновь произойдет смена режима на расширение. А в центре будущей вселенной появится новая БЧД. В данный момент мы не знаем, нырнули ли мы в БЧД, или еще нет, для этого нужны скрупулезные расчеты. Как утверждает Н. Горькавый, описанная выше космологическая модель "не содержит никаких предположений о квантовой гравитации, о лишних пространственных измерениях и о темных сущностях вроде "инфляции", "вакуумных фазовых переходов", "темной энергии" и "темной материи". Она работает только в рамках хорошо проверенной теории гравитации Эйнштейна, используя лишь известные компоненты космоса вроде черных дыр и гравитационных волн. Так как она хорошо объясняет наблюдаемые явления, то это делает ее совершенно обязательной - согласно принципам науки. Моделей много, а реальность одна. Возрожденная классическая космология поразительно элегантна и проста, поэтому я полагаю, что мы узнали истинный способ существования Вселенной" [51; 52].

Как вам такая гипотеза? Лично для меня основная интрига состоит в том, что совсем непохожая на Стандартную космологическую модель гипотеза точно также хорошо описывает результаты известных наблюдений Вселенной, но при этом еще отказывается от добавочных гипотетических сущностей. Правда, непонятно как новая гипотеза объясняет отсутствие кривизны у пространства и удачную подгонку фундаментальных физических констант, о чем мы еще побеседуем ниже.


5. Проблемы классической теории Большого взрыва. Фундаментальные физические постоянные. Антропный принцип

Как уже говорилось выше, в первоначальной теории горячего Большого взрыва существовала проблема сингулярности в самом начале. В эту сингулярность с ее теоретически бесконечными плотностью и температурой упиралась вся физика. Вероятно, здесь же пряталась проблема начального толчка для Большого взрыва и проблема возникновения физических законов (в том числе, фундаментальных физических констант). Вот как Андрей Линде писал об этом в 1994 году: "Первая и главная проблема - это само существование Большого взрыва. Можно задаться вопросом: что было до того? Если пространство-время не существовало тогда, как все появляется из ничего? Что возникло первым: Вселенная или законы, определяющие ее эволюцию? Объяснение этой начальной сингулярности - где и когда все началось - остается наиболее неподатливой проблемой современной космологии" [53].

Кроме того, возникали простые на вид, но очень важные вопросы, на которые не было убедительных ответов. И таковые создали проблемы еще раньше, чем те пять проблем, которые указаны в п.2 и 3. Вот основные проблемы теории горячего Большого взрыва (после самой первой):

2) Вселенная динамически сбалансирована. "Чтобы она не "схлопнулась" в первые секунды своего существования или не разлетелась так, чтобы один атом был от другого за много световых лет, скорость расширения и плотность в первые мгновения должны быть сбалансированы с невероятной точностью. Или, что то же самое, пространственная кривизна должна быть ничтожно малой по сравнению с постоянной Хаббла, деленной на скорость света. Начальные условия требуется подогнать гораздо точнее, чем при таком броске мяча на Останкинскую башню, чтобы он мягко сел на ее верхушку и остался там в равновесии. Что дало такую точность?" [1, С.55-56.].

3) "...Теория Большого взрыва предполагает, что все части Вселенной начали расширяться одновременно. Но как могли различные части Вселенной синхронизировать начало расширения? Кто дал команду?" [53]. Можно сказать больше: "Вселенная всюду одинакова на миллиарды световых лет. Между тем, в первые мгновения Вселенной разные области, которые мы сейчас наблюдаем, "ничего не знали" друг о друге - не были причинно связаны. Иными словами, не хватало времени, чтобы со скоростью света передать сигнал от одной области наблюдаемого пространства к другой. Что так согласовало параметры Большого взрыва в причинно не связанных областях пространства?" [1, С.55-56.].

4) На очень больших масштабах распределение материи во Вселенной однородно, тогда как на меньших масштабах существуют важные отклонения от однородности: звезды, звездные скопления, галактики, скопления галактик и др. агломераты материи. "Поэтому нужно объяснить однородность Вселенной и одновременно предложить механизм возникновения галактик" [53].

5) Во Вселенной находится "огромное число частиц (большинство из которых - реликтовые фотоны и нейтрино). В наблюдаемой части Вселенной их 10 в степени 90. Откуда взялось это содержимое?" [1, С.55-56.].

6) Вселенная уникальна, причем уникальна настолько, что физические законы и фундаментальные физические константы подогнаны так хорошо, что возможно существование сложной органической жизни и человека. Как говорил по этому поводу А.Эйнштейн: "Что действительно интересует меня - имел ли Бог какой-нибудь выбор при создании мира?" "Действительно, слабые изменения в физических константах заставляют Вселенную полностью измениться" [53]. "Есть ряд физических постоянных, значения которых вроде бы ниоткуда не следуют. Но если мы попытается представить мир, где какая-нибудь из этих констант немного изменена, жизнь в таком мире оказывается невозможной: не образуются атомные ядра, не горят звезды и т.п. Что так подогнало значения констант, чтобы мы могли существовать?" [1, С.55-56.]. Сразу напрашивается и такой вопрос: что... или Кто подобрал законы мироздания?

Давайте немного остановимся на вопросе о фундаментальных физических постоянных. Многие физические законы, задающие закономерности в области космологии и астрофизики, содержат размерные или безразмерные физические константы. Имеется целый список таких констант, причем часть из них выводится из других. Например, для классической механики, решающей задачи на поверхности Земли, важной эмпирической физической постоянной является ускорение свободного падения g. Но на более фундаментальном уровне значение g выводится из параметров Земли и гравитационной постоянной G. В атомной физике важную роль играет постоянная Ридберга. Однако, на более фундаментальном уровне значение постоянной Ридберга выводится из таких фундаментальных констант, как заряд e и масса me электрона, постоянная Планка h, скорость света в вакууме c. Закон всемирного тяготения и общая теория относительности содержат гравитационную постоянную G, которая есть фундаментальная физическая константа. Электродинамика содержит электрическую и магнитную постоянные, и скорость света с, которые связаны друг с другом. Поэтому из трех постоянных выбрали две независимые - скорость света с и магнитную постоянную, которые считаются фундаментальными физическими константами (электрическая постоянная из них выводится). Квантовая физика содержит фундаментальную физическую константу - постоянную Планка h. Кроме перечисленных, по всей видимости, нужно считать фундаментальными константами заряд и массу протона (заряд протона равен заряду электрона с противоположным знаком), массы нейтрона и др. частиц, а также константы, определяющие электрослабое и сильное взаимодействия. Большинство из этих констант не удается вывести из первопринципов, а возможно получить только из эксперимента. Не ясно также, не являются ли макропараметры, описывающие Вселенную, такими же фундаментальными константами? Речь идет о постоянной Хаббла, средней плотности вещества и энергии, отношении числа барионов к числу фотонов и др. [54].

Стандартная модель в физике элементарных частиц говорит нам, что массы кварков, заряженных лептонов (электрон, мюон), W- и Z-бозонов обусловлены, по всей видимости, так наз. механизмом Хиггса, т.е. взаимодействием с полем Хиггса. Получается, что масса каждой из перечисленных частиц пропорциональна соответствующей константе связи с полем Хиггса [55]. Т.е., вместо масс элементарных частиц на более глубоком уровне мы получаем др. фундаментальные постоянные - константы связи с полем Хиггса. Как будем сказано ниже, всего эмпирических параметров в Стандартной модели элементарных частиц аж 19!

Наличие большого числа фундаментальных констант, значения которых нельзя вычислить из первопринципов, а можно определить только эмпирически, из опыта, говорит о неполноте соответствующих теорий, а также говорит о непонимании глубинных причинных связей, стоящих за этими константами. Для Эйнштейна идеалом науки была бы такая картина мира, "где нет эмпирических, не нашедших каузального объяснения физических констант" [56].

В настоящее время физики полагают, что некоторые фундаментальные физические константы в принципе могли бы иметь разные значения. На эту мысль наталкивает опыт построения единой теории электрослабого взаимодействия, теории космологической инфляции и др. Но, дело в том, что только определенные значения физических констант и их комбинаций способны привести к тому, что во Вселенной возникли звезды и нуклеосинтез пошел "правильным" путем, возникла органическая жизнь и разумный человек. А поскольку этот человек теперь способен наблюдать Вселенную и рассуждать о ней, то "правильный" подбор фундаментальных констант иногда объясняют так наз. "антропным принципом". Смысл принципа в том, что Вселенная обязана иметь именно такие константы и параметры, поскольку иначе не существовало бы человека, который смог бы изучать эту Вселенную и ставить все перечисленные выше вопросы [54].

Одним из впечатляющих примеров подгонки фундаментальных констант является феномен неустойчивости структуры Метагалактики (Вселенной) относительно величины массы электрона me. В Метагалактике атом водорода, основного химического элемента, стабилен в широком интервале температур. При относительно низких температурах закон сохранения энергии не позволяет протону и электрону атома водорода соединиться в нейтрон, потому что me меньше mn - mp, где mn - масса нейтрона, mp - масса протона. Однако, при увеличении массы электрона более, чем в 2,5 раза, коллапс атома водорода будет происходить при сколь угодно низких температурах. И вместо водорода мы бы имели нейтроны и нейтрино. В таком мире не было бы горящих, как Солнце, звезд, а формировались бы лишь нейтронные звезды. Не происходил бы синтез необходимых для жизни углерода, кислорода, кремния и др. элементов [5]. Как утверждает Борис Штерн, самыми капризными (неустойчивыми объектами) во Вселенной, зависящими от соотношения фундаментальных констант, являются звезды. Так, если немного увеличить ядерную силу притяжения между протоном и нейтроном, то ядро тяжелого водорода, дейтрон, перестанет быть слабо связанным (станет сильно связанным), и это резко ослабит вероятность ядерной реакции горения водорода. Тогда звезды будут еле тлеть. А если, наоборот, ослабить ядерную силу, дейтрон вообще не сможет существовать, и тогда протонный цикл горения водорода вообще оборвется. Если немного изменить константу ядерных взаимодействий, то блокируется тройная гелиевая реакция в звездном нуклеосинтезе, т.к. исчезнет удачное значение резонанса ядра углерода. А это оборвет единственный мостик от легких элементов к тяжелым, и Вселенная останется практически только с водородом и гелием, без тяжелых элементов, необходимых для формирования планет и существования органической жизни. Если немного увеличить сильные взаимодействия по отношению к электромагнитным, то появилось бы новое стабильное ядро, дипротон (из двух протонов). И тогда в первые же минуты после Большого взрыва вещество Вселенной стало бы гелием, и не осталось бы водорода. В таких условиях звезды бы не зажглись. "Возможно, в пространстве параметров существуют и др. благоприятные "острова", где возможна какая-то другая жизнь, совсем не похожая на нашу. И там разумные обитатели будут удивляться удачной подстройке физических величин. А в большинстве вселенных, где не произошло благоприятной случайности, некому посетовать на неудачные значения физических констант. Это и есть суть антропного принципа" [1, с.241-242.].

Однако, многих исследователей антропный принцип не удовлетворяет, поскольку от него мало пользы. И вот, с одной стороны, имеется множество эмпирических фундаментальных констант неясного происхождения, а с другой стороны, многие из этих констант так удачно комбинируются, что позволяют существовать Вселенной именно такой, какую мы знаем. Причем в этой Вселенной существует органическая жизнь и человек. Как все это понимать? Не содержится ли здесь намека на множественность вселенных с различными фундаментальными константами, и в одной из них - нашей Вселенной - проживает человек, потому что нам случайно повезло с набором констант? А может быть, здесь прямое указание на то, что наша уникальная Вселенная была сотворена специально для нас, для человека?

Вот на эти вопросы и пытается ответить теория инфляции. Скажу наперед одну вещь, с которой никак не хочет согласиться моя физическая интуиция. А именно. В общей теории относительности не только плотность материи (распределенные массы) является источником силы гравитации в виде притяжения, но и давление материи. Если давление положительное, то оно порождает дополнительное притяжение (!), а если давление отрицательное (!), то оно порождает гравитацию в виде... отталкивания! Так вот, в теории инфляции используется особый вид материи - инфлатон - с положительной плотностью энергии, но отрицательным давлением. Этот особый вид материи и порождает очень быстрое отталкивание, раздувание пространства [57].


6. Теория космологической инфляции


Для начала скажем об интересной космологической модели Фреда Хойла, предложенной им в 1948 году (вместе с Т. Голдом и Г. Бонди), в которой содержится идея, очень напоминающая как инфляцию, так и темную энергию. Ее называют "стационарной моделью", и она некоторое время конкурировала с теорией Большого взрыва, пока не открыли реликтовое излучение (1965 г.), убедившее большинство ученых в правоте теории Большого взрыва. Так вот. Согласно Хойлу, Вселенная действительно расширяется, но никакого Большого "взрыва" не было. Хотя галактики удаляются друг от друга, но это обусловлено рождением пары протон и электрон в каждом кубическом километре космического пространства в среднем один раз в год. Указанный процесс происходил вечно, поэтому сохраняется средняя плотность Вселенной и средняя энтропия фиксированного ее объема (рождающаяся материя имеет низкую энтропию). В модели Хойла Вселенная не стареет. Удивительно, но темп расширения Вселенной у Хойла похож на темп современного ускоренного ее расширения за счет темной энергии. Для объяснения рождения материи из ничего Ф. Хойл в 1963-66 гг. (совместно с Дж. Нарликаром) развил гипотезу, что Вселенная заполнена неким полем (полем творения), с отрицательными давлением и плотностью энергии. Это "поле творения" и вызывает экспоненциальное расширение Вселенной и рождение новых частиц. Как оказалось через 15 лет, космологическая инфляция ведет себя подобным же образом (скалярное поле порождает отрицательное давление), только плотность энергии поля в ней положительная (и темп расширения на много порядков больше). А вот темная энергия хорошо соответствует "полю творения" Хойла по темпу расширения, хотя и темная энергия имеет положительную плотность энергии, и, по всей видимости, не может рождать протоны и электроны. Вот какая захватывающая драма космологических идей развернулась в XX веке! Один из лучших астрофизиков сэр Фред Хойл (1915-2001 гг.) до конца своих дней так и не принял теорию Большого взрыва! [1, С.43-46.].


Мозаика "Фред Хойл как альпинист карабкается к звёздам". (Фото с Википедии)


Переходим к теории инфляции. Эта космологическая модель создана в основном в 1980-е годы Алексеем Старобинским (род. 1948 г.), Аланом Гутом (род. 1947 г.) и Андреем Линде (род. 1948 г.).


Алексей Старобинский (слева) и Алан Гут. Андрей Линде (справа). (Фото с инета)


В настоящее время наиболее популярна модель хаотической инфляции А. Линде, которая более наглядна и проста.

Идея инфляции коренится в физике элементарных частиц, в частности, в единой теории электрослабых взаимодействий, которая объединяет электромагнетизм и слабые взаимодействия. В этой теории введено некое скалярное поле, порождающее отрицательное давление. Если скалярное поле однородно, то мы его не замечаем, оно себя ведет подобно вакууму, но с другим энергетическим состоянием. (Аналогично себя ведет электрический потенциал, который мы не замечаем, если он постоянен в пространстве и времени.) Физики полагают, что скалярные поля заполняют всю Вселенную и проявляют себя лишь через свойства элементарных частиц. Так, фотоны - переносчики электромагнитных взаимодействий - не взаимодействуют с подобными скалярными полями, поэтому остаются легкими. А переносчики слабых взаимодействий - W и Z-частицы - взаимодействуют со скалярным полем, поэтому они тяжелые. В начале расширения Вселенной, когда характерные энергии были высокие, все частицы были изначально легкие, работало электрослабое взаимодействие, и не существовало различий между электромагнетизмом и слабым взаимодействием. Позднее Вселенная заполняется различными скалярными полями, и тогда наступает разделение фундаментальных электрослабых взаимодействий на слабое взаимодействие и электромагнетизм, поскольку W и Z-частицы приобретают отличия от фотонов. Так вот. Подобное скалярное поле может отвечать за механизм космологической инфляции [53].

Предоставим слово Андрею Линде: "Скалярные поля играют решающую роль в космологии, так же как и в физике элементарных частиц. Они обеспечивают механизм, который генерирует быструю инфляцию Вселенной. В самом деле, согласно общей теории относительности Вселенная расширяется со скоростью (приблизительно) пропорциональной квадратному корню из её плотности. Если Вселенная заполнена обычной материей, тогда плотность быстро уменьшается с расширением Вселенной. Поэтому расширение Вселенной должно быстро замедляться по мере падения плотности. Но из-за эквивалентности массы и энергии, установленной Эйнштейном, потенциальная энергия скалярного поля также даёт вклад в расширение. В определённых случаях эта энергия уменьшается значительно медленнее, чем плотность обычной материи. Приблизительное постоянство этой энергии (ее медленное уменьшение) может вести к стадии экстремально быстрого расширения или инфляции Вселенной. Эта возможность возникает, даже если рассматривать простейшую версию теории скалярного поля. В этой версии потенциальная энергия достигает минимума в точке, где скалярное поле исчезает. В этом случае, чем больше скалярное поле, тем больше его потенциальная энергия. Согласно общей теории относительности энергия скалярного поля должна вызывать очень быстрое расширение Вселенной. Расширение замедляется тогда, когда скалярное поле достигает минимума своей потенциальной энергии" [53].

Далее: Наглядная "возможность представить эту ситуацию - шар, скатывающийся по стенке большой миски. Дно миски - минимум энергии. Положение шара соответствует значению скалярного поля. Конечно, уравнения, описывающие движение (изменение) скалярного поля в расширяющейся Вселенной, отчасти сложнее, чем для шара в пустой миске. Они содержат дополнительный член трения или вязкости. Это трение похоже на чёрную патоку в миске. Вязкость этой жидкости зависит от энергии поля. Чем выше шар, тем толще слой жидкости. Поэтому, если поле вначале очень большое, то энергия падала экстремально медленно.Инертность энергетического падения скалярного поля решающим образом влияет на скорость расширения. Падение было таким постепенным, что потенциальная энергия скалярного поля оставалась почти постоянной по мере расширения Вселенной. Это сильно контрастирует с обычной материей, плотность которой быстро падает с расширением Вселенной. Благодаря большой энергии скалярного поля Вселенная продолжала расширяться со скоростью больше, чем предсказывалось доинфляционными космологическими теориями. Размер Вселенной в этом режиме растёт экспоненциально.Стадия самоподдерживающейся, экспоненциально быстрой инфляции продолжается недолго. Её длительность ~10-35 сек. Когда энергия поля снижается, вязкость почти исчезает и инфляция заканчивается. Подобно шару, достигающему дна миски, скалярное поле начинает осциллировать вблизи минимума её потенциальной энергии. В процессе этой осцилляции оно теряет энергию, отдавая её на образование элементарных частиц. Эти частицы взаимодействуют друг с другом и, в конце концов, устанавливается равновесная температура. Начиная с этого момента стандартная теория Большого взрыва может описать дальнейшую эволюцию Вселенной" [53].


"Скалярное поле в инфляционной Вселенной может моделироваться шаром, катящимся вниз по боковой стороне чаши (миски). Голубой обод соответствует планковской плотности Вселенной, т.е. области, где находится пространственно-временная пена (foam) и очень сильные квантовые флуктуации. Ниже обода (зеленый цвет) флуктуации слабее, но все еще достаточно сильны, чтобы обеспечить самовоспроизводство Вселенной. Если шар остается в чаше, он перемещается в менее энергичную область (оранжевую), где он скользит вниз очень медленно. Инфляция заканчивается, когда шар приближается к энергетическому минимуму (фиолетовый цвет). Далее он колеблется вокруг минимума и разогревает Вселенную" [53].


Главное отличие инфляционной теории от классической теории Большого взрыва сосредоточено в этой ранней стадии расширения ~10-35 секунд. Если оценивать расширение Вселенной от самого малого масштаба - планковского размера - 10-33 см, то уже после 10-35 секунд инфляции размер Вселенной становится колоссальным, значительно превышающим размер наблюдаемой Вселенной ~1028 см. Размер раздувшейся Вселенной оценивается в см, как единица с триллионом нулей! После этого происходит переход в стадию более медленного фридмановского расширения, описанного в классической теории Большого взрыва. Как пишет А. Линде, это быстрое инфляционное расширение в самом начале решает большинство проблем старой классической космологической теории. Наша Вселенная - гладкая и однородная, потому что все неоднородности растянуты в огромное число раз (в единицу с триллионом нулей!). Вселенная становится так велика, что мы сейчас видим только крошечную её долю. Вот почему, подобно малой части поверхности огромного подверженного инфляции раздувающегося баллона, наша часть Вселенной выглядит плоской. Вот почему нам не нужно требовать, чтобы все части Вселенной начали расширяться одновременно, поскольку один домен самых малых возможных размеров в 10-33 см более чем достаточен, чтобы произвести весь Космос, который мы сейчас видим. Причем, здесь "не нужны эффекты квантовой гравитации, фазовых переходов, переохлаждения и даже стандартного предположения, что Вселенная первоначально была горячей. Достаточно рассмотреть все возможные сорта и значения скалярного поля в ранней Вселенной и затем проверить, есть ли среди них те, которые ведут к инфляции. Те места (Вселенной), где инфляция не возникает, остаются малыми. Те домены, где инфляция имеет место, становятся экспоненциально большими и доминирующими в общем объёме Вселенной. Из-за того, что скалярное поле может принять произвольное значение в ранней Вселенной, я назвал этот сценарий хаотической инфляцией" [53].

Далее следует любопытное психологическое замечание А. Линде: "Во многих отношениях хаотическая инфляция так проста, что трудно понять, почему эта идея не была открыта быстрее. Я думаю, что причина чисто философская. Блестящие успехи теории Большого взрыва гипнотизировали космологов". Когда же теоретики изобрели инфляцию, то обнаружили "что инфляция не экзотическое явление, придуманное теоретиками для решения своих проблем. Это общий режим, который возникает в широком классе теорий элементарных частиц" [53].

А теперь самое интересное!

Можно представить квантовые флуктуации скалярного поля, отвечающего за инфляцию, как волны. Ведь, согласно квантовой механике пустое пространство не полностью пустое. Вакуум заполнен малыми квантовыми флуктуациями. Эти флуктуации могут рассматриваться как волны или как волнистость физических полей. Волны имеют все возможные длины и двигаются во всех направлениях. Правда, мы не можем детектировать эти волны, потому что они живут очень короткое время, и они микроскопические. Так вот. Эти волны "вначале двигаются во всевозможных направлениях и затем замораживаются одна на вершине другой. Каждая вымороженная волна слабо увеличивает скалярное поле в одних местах Вселенной и уменьшает в других.Теперь рассмотрим те места Вселенной, где эти вновь вымороженные волны ...несколько раз подряд... увеличили скалярное поле. Такие области экстремально редки, но всё ещё существуют. И они могут быть экстремально важны. Эти редкие домены Вселенной, где поле прыгнуло вверх достаточно высоко, начнут экспоненциально расширяться с всегда увеличивающейся скоростью. Чем выше прыгнуло скалярное поле, тем расширение быстрее. Очень скоро эти редкие домены приобретут много бОльшие объёмы, чем другие. Из этой (инфляционной) теории следует, что если Вселенная содержит, по крайней мере, один инфляционный домен достаточно большого размера, она начнёт непрерывно производить новые инфляционные домены. Инфляция в каждой точке может кончиться быстро, но много других мест будут продолжать расширяться. Полный объём всех этих доменов будет расти без конца. По существу, одна инфляционная Вселенная рождает другие инфляционные пузыри, которые в свою очередь рождают другие...Этот процесс, который я назвал вечной инфляцией, идёт как цепная реакция, производя фракталоподобную картину Вселенной. В этом сценарии Вселенная, как целое, бессмертна. Каждая часть Вселенной может произойти из сингулярности где-то в прошлом и может закончиться сингулярностью где-то в будущем. Однако, нет конца эволюции всей Вселенной.Ситуация с самым началом менее определённая. Есть шанс, что все части Вселенной были созданы одновременно в начальной сингулярности Большого взрыва. Необходимость этого предположения, однако, больше не очевидна. Более того, полное число инфляционных пузырей в нашем космическом дереве растёт экспоненциально со временем. Поэтому большинство пузырей (включая нашу собственную часть Вселенной) вырастает неопределённо далеко от ствола этого дерева. Хотя этот сценарий делает существование начального Большого взрыва почти ненужным (неуместным), для всех практических целей можно рассматривать момент образования каждого инфляционного пузыря как новый Большой взрыв", пишет Андрей Линде [53].


"Эволюция скалярного поля приводит ко многим инфляционным доменам, как видно в этой последовательности компьютерных образов. В большей части Вселенной скалярное поле уменьшается (это представляется в виде впадин и долин). В других местах квантовые флуктуации вызывают рост скалярного поля. В этих местах скалярные поля представляются вершинами, и Вселенная стремительно расширяется, приводя к созданию инфляционных регионов. Мы живем в одной из долин, где пространство больше не испытывает инфляции" [53].


В работе А. Линде содержатся и некоторые философские замечания: "Думая о процессе самовоспроизведения Вселенных, мы не можем избежать художественных аналогий, однако, они могут быть поверхностными. Можно интересоваться, если этот процесс таков, то, что случится со всеми нами? Мы рождены некоторое время назад. В конце концов, мы умрём и целый мир наших душ, чувствований и памяти исчезнет. Но были те, кто жил до нас, будут те, кто будет жить после, и человечество в целом, если оно достаточно умно, может жить долго.Инфляционная теория предполагает, что подобный процесс может возникать во Вселенной. Может возникнуть некий оптимизм из знания того, что даже если наша цивилизация умрёт, будут другие места во Вселенной, где жизнь возникнет снова и снова во всех своих возможных формах" [53].

Но и на этом не заканчиваются вероятные следствия инфляционной теории. Оказывается также, что в каждой вселенной, рожденной от своего инфляционного пузыря (это относится и к нашей Вселенной) возможен набор своих фундаментальных физических констант или даже свой набор физических законов. Почему так? Давайте рассмотрим.


"Самовоспроизводящийся Космос предстает как расширенное ветвление инфляционных пузырей. Изменения в цвете представляют "мутацию" законов физики в различных вселенных. Свойства пространства в каждом пузыре не зависят от времени его образования. В этом смысле Вселенная в целом может быть стационарной, хотя внутренность каждого пузырька описывается теорией Большого взрыва" [53].


Оказывается, наиболее реалистичные модели в физике элементарных частиц предсказывают несколько скалярных полей. А потенциальная энергия нескольких скалярных полей может иметь несколько различных минимумов. "Это обстоятельство означает, что подобная теория может иметь дело с различными вакуумными состояниями, отвечающими различным типам нарушения симметрий между фундаментальными взаимодействиями и, как результат, с различными законами низкоэнергичной физики. (Взаимодействия частиц при экстремально больших энергиях не зависят от нарушений симметрий).Такие сложности в скалярном поле означают, что после инфляции Вселенная может оказаться разделённой на экспоненциально большие домены, которые отличаются законами низкоэнергичной физики. Заметим, что это деление возникает, даже если полная Вселенная первоначально родилась в одном состоянии, соответствующем одному частному минимуму потенциальной энергии. В самом деле, большие квантовые флуктуации могут заставлять скалярное поле выпрыгивать из их минимумов. То есть они могут перебрасывать шары из одних мисок в другие. Каждая миска соответствует альтернативным законам взаимодействия частиц. В некоторых инфляционных моделях квантовые флуктуации так велики, что даже число размерностей пространства и времени может меняться.Если эта модель правильна, то одна физика не может обеспечить полное объяснение всех свойств нашего участка Вселенной. Та же физическая теория может дать большие части Вселенной, которые имеют различные свойства. Согласно этому сценарию мы обнаруживаем себя внутри 4-х мерного домена с нашим типом физических законов не потому, что домены с различной размерностью и альтернативными свойствами невозможны или неправдоподобны, а просто потому, что наш сорт жизни невозможен в других доменах...Эволюция инфляционной теории приводит к возникновению совершенно новой космологической парадигмы... В ней Вселенная оказывается и хаотической и однородной, расширяющейся и стационарной. Наш космический дом растёт, флуктуирует и вечно воспроизводит сам себя во всевозможных формах, как бы приспособляя себя ко всем возможным типам жизни, которые он может поддерживать" [53].

Космологическая мысль опять совершила драматический разворот: от уникальной Вселенной, произошедшей в момент Большого взрыва, до бесконечного множества постоянно рождающихся вселенных. Отсюда возникло понятие Мультивселенной, не имеющей начала (и конца) во времени. Вот к чему привело развитие инфляционной теории, начиная с 1980-х гг.

А вот как пишет астрофизик, директор Государственного астрономического института им. Штернберга, академик РАН Анатолий Черепащук: "До последних десятилетий XX в. господствовало представление о том, что релятивистская расширяющаяся Вселенная исчерпывающе представляет собой весь материальный мир. Мы называли всю мыслимую Вселенную единым термином - Universe. С конца XX в. картина Единственного существующего мира уступает место картине Множественности многоликих миров-вселенных. В этом состоит начавшаяся третья революция в астрономии и космологии... Сценарий вечной инфляции предсказывает бесконечное рождение разных причинно несвязанных вселенных. Этот процесс не имеет ни границ, ни пределов... Наша Вселенная - лишь одна из многих вселенных Мультимира...(Multiverse)". И далее: "Пути наблюдательного подтверждения описанной модели Мультимира пока не ясны, хотя следует отметить, что поиски таких наблюдательных подтверждений кажутся не совсем безнадежными. Дело в том, что разные вселенные могут быть связаны между собой топологическими туннелями ("кротовыми норами")... Поиск кротовых нор в нашей Вселенной (входов в другие вселенные) - важная задача современной наблюдательной астрофизики" [5].

Теория космологической инфляции смогла ответить на основные вопросы классической теории Большого взрыва (см. раздел 5). Рассмотрим это по порядку, согласно [1, С.130-132.] с небольшими поправками.

1) Проблема начальной сингулярности? Эта проблема сама собой отпадает. Правда, остается проблема планковского состояния материи, откуда стартует инфляция. Откуда взялись законы, определяющие физику и эволюцию Вселенной? Гипотетически законы могли возникнуть в инфляционных пузырях Мультивселенной, причем в каждом таком пузыре - свой набор законов или хотя бы свой набор физических констант. Проблема начального толчка? Начальным толчком послужило инфляционное раздувание.

2) Почему Вселенная имеет почти нулевую кривизну и сбалансирована? Потому что инфляция раздула ее линейные размеры на десятки порядков величины, что привело к ничтожной кривизне пространства, если таковая кривизна изначально была. "Это и есть та "точность броска", которая обеспечила огромное время расширения с замедлением до ничтожной скорости в отдаленном будущем... Инфляция автоматически обеспечила точнейший баланс между скоростью расширения и плотностью - настолько точный, что он будет сохраняться неопределенно долгое время". Т.е., плотность материи во Вселенной с огромной точностью равна критической плотности в модели Фридмана, что соответствует евклидовой геометрии пространства.

3) Почему Вселенная очень однородна, хотя в первые мгновения наблюдаемые области Вселенной не были причинно связаны? Потому что до начала инфляции все наблюдаемые части Вселенной составляли одну причинно связанную область. Скалярное поле инфляции также было повсюду однородным, а "выгорание" однородного инфлатона привело к однородным условиям в областях, которые уже потеряли причинную связь.

4) Как совместить однородность Вселенной и наличие галактик и их скоплений? Об этом см. немного ниже.

5) Откуда в Метагалактике огромное число частиц, порядка 10 в степени 90 (откуда высокое энтропийное наполнение)? На стадии инфляции скалярное поле, почти не меняясь по плотности, раздулось до огромных масштабов, т.е. суммарная энергия скалярного поля возрастала экспоненциально до огромных величин. Но при этом суммарная энергия инфлатона в каждый момент равнялась отрицательной гравитационной энергии связи Вселенной, так что закон сохранения энергии не нарушался! По окончании инфляции вся гигантская энергия инфлатона перешла в частицы, в огромное число частиц. Получается не только ответ на вопрос об энтропийном наполнении (количестве частиц), но и объяснение происхождения Вселенной из ничего. (О том, что суммарная энергия скалярного поля и отрицательной гравитационной энергии связи в замкнутой Вселенной равна нулю, писал также А. Виленкин. Замкнутая Вселенная у Виленкина рождалась в результате квантовой флуктуации вакуума [58].)

6) Почему Вселенная уникальна настолько, что физические законы и фундаментальные физические константы подогнаны так хорошо, что возможно существование сложной органической жизни и человека? Ответ может состоять в том, что в Мультивселенной, которую предсказывает теория инфляции, появляются отдельные вселенные с различными законами физики или хотя бы с различными фундаментальными константами в законах. Таких вселенных в Мультивселенной может быть очень и очень много! И в одной из них - нашей Вселенной - нам случайно повезло с набором констант. К такому ответу склоняет теория космологической инфляции. (Впрочем, это лишь правдоподобный ответ на непростой вопрос.)

А теперь посмотрим, как теория инфляции объясняет происхождение крупномасштабной структуры Вселенной. Скалярное поле, вызывающее инфляцию (инфлатон), имеет нулевые колебания, как и любое др. физическое поле, согласно принципам квантовой физики. Ускоренное раздувание пространства, как оказалось, способно превратить нулевые колебания инфлатона в реальную флуктуацию. Если инфлатоном ("мотором" инфляции) является поле, связанное с физикой великого объединения (объединения электромагнитных, слабых и сильных взаимодействий), то раздувание Вселенной будет происходить с таким темпом: удвоение размеров каждые 10 в степени минус 37 с. При таком темпе эффективно реализуются флуктуации скалярного поля с периодом 10 в степени минус 37 с и характерным размером 10 в степени минус 27 см. Их относительная амплитуда оценивается ~10 в степени минус 6. Новые флуктуации скалярного поля продолжают рождаться, а предыдущие - растягиваются в размерах, сохраняя амплитуду. Спектр флуктуаций будет (почти) плоский, т.е. амплитуда (почти) не зависит от длины волны. Если инфляция продолжается характерное время 10 в степени минус 35 с, то размер самых первых флуктуаций увеличится на 30 порядков (до ~10 м)! В наличии будет спектр возмущений скалярного поля от 10 в степени минус 27 см до ~10 м. В конце инфляции по причине переходных процессов флуктуации плотности скалярного поля усиливаются, их относительные амплитуды возрастут до ~5 на 10 в степени минус 5. При переходе в стадию горячего Большого взрыва указанные флуктуации перешли в флуктуации плотности частиц. Температура плазмы тогда составляла 10 в степени 29 К. С того момента и до настоящего времени Вселенная расширилась на 29 порядков. "Положительные флуктуации плотности, имевшие размер в десяток микрон на конец инфляции, превратились в гигантские скопления галактик, содержащие сотни триллионов звезд. Напомним, еще раньше десятимикронная флуктуация появилась как квантовый эффект на масштабе 10 в степени минус 27 см. Таким образом, любое скопление галактик, любая галактика - прямой потомок микроскопической квантовой флуктуации, растянутой до микронных размеров за время инфляции и еще на 29 порядков - по инерции после ее окончания" [1, С.157-159.].

И хотя в теории космологической инфляции многое проясняется, тем не менее остаются фундаментальные вопросы. Борис Штерн пишет [1, С.290-293.]: "Теперь мы можем довольно четко ответить на часто задаваемый вопрос: "Что было до Большого взрыва?" Правильный ответ: была космологическая инфляция. Именно благодаря ей Вселенная и возникла. А что было до инфляции? В принципе, для того, чтобы инфляция сделала свое дело, достаточно 10 в степени минус 35 с. Но она могла продолжаться сколько угодно времени...". А раньше инфляции было планковское состояние, где понятие времени теряется. "То есть цепочка вопросов "а что было до того", "что было еще раньше" рвется. Исчезает это "раньше"...", - объясняет цитируемый автор. Отсутствует квантовая теория гравитации, которая могла бы пролить свет на планковское состояние материи. Далее Б.Е. Штерн утверждает: "...Мы уверенно говорим о космологической инфляции, не зная многих важных вещей. Мы не знаем, что такое "мотор" инфляции - инфлатон. Это должно быть некое скалярное поле, но мы его не можем ощутить и исследовать, не можем получить квант этого поля, подобно бозону Хиггса, поскольку его масса должна быть огромной... Конечно, физическая основа инфляции остается тенью в нашей картине мира, мы не знаем, какая именно физическая сущность играет роль ее "мотора". Тем не менее, большинство физиков уверены, что такая сущность есть и выполнила работу, часто приписываемую Богу, - создание Вселенной среди бесконечного множества других вселенных, как похожих на нашу, так и совершенно невообразимых".

И дальше идет объяснение, почему цитируемый автор и большинство физиков поддерживают теорию инфляции:

"-Теория хорошо и просто отвечает на тяжелые, почти метафизические вопросы про исключительную точность и сбалансированность "начального толчка", давшего жизнь большой однородной Вселенной, - слишком хорошо, чтобы оказаться неверной. Она же великолепно объясняет происхождение затравочных неоднородностей, из которых возникли галактики и крупномасштабная структура.

-Теория находит подтверждение в современных данных по реликтовому излучению - не только в первом приближении (спектр флуктуаций почти плоский), но и во втором - спектр все-таки чуть-чуть отличается от плоского именно так, как предсказывается.

...-Конкурирующие теории существуют, но все они требуют новых сущностей, и ни одна из них не может сравниться с теорией инфляции в простоте и естественности".

Далее Б.Е. Штерн упоминает, что часть ученых считает теорию инфляции убедительно доказанной, другая часть требует для подтверждения инфляции еще одного открытия, которое пока не состоялось - реликтовых гравитационных волн. Что же касается возможности существования других, "параллельных" вселенных, то, по мнению Бориса Штерна, "теория инфляции прямо показывает, как это бесконечное множество вселенных получается: раз стартовав, инфляция не останавливается никогда, плодя новые и новые вселенные" [1, С.290-293.].

Впрочем, у теории инфляции есть два серьезных оппонента: Роджер Пенроуз и Пол Стэйнхардт.

А теперь, в конце настоящего раздела приведем упрощенную схему происхождения и развития Вселенной, согласно [5] с небольшими поправками:

1) квантовое рождение классического пространства-времени и эра инфляции. Возраст Вселенной 10 в степени минус 43 - 10 в степени минус 36 с. Размеры Вселенной (геометрический масштабный фактор) раздулись в 10 в степени миллиард раз!;

2) распад скалярного поля (инфлатона), рождение частиц (возрастание энтропии) и переход в стадию горячей Вселенной, расширяющейся по модели Фридмана. Возраст Вселенной 10 в степени минус 36 с. (Б. Штерн и А.Линде чаще указывают возраст 10 в степени минус 35 с);

3) генерация барионной асимметрии (об этом см. ниже). Возраст Вселенной 10 в степени минус 35 с. Отделение электромагнитных и слабых взаимодействий, объединение кварков в барионы. Возраст Вселенной 10 в степени минус 10-10 в степени минус 4 с. Отщепление нейтрино. Возраст Вселенной 0,1 с. (Отщепившиеся нейтрино теперь нужно найти, как реликтовые нейтрино, по аналогии с реликтовыми фотонами);

4) первичный нуклеосинтез - водород, гелий-4, гелий-3, дейтерий, тритий, литий. Возраст Вселенной 1-200 с;

5) отделение излучения от вещества. Возраст Вселенной 350000 лет (чаще встречается цифра 380000 лет);

6) первые звезды, массой 100-1000 солнечных масс. Возраст Вселенной 200 млн лет;

7) формирование крупномасштабной структуры Вселенной (галактик и их скоплений). Возраст Вселенной ~ 1 млрд лет;

8) переход к ускоренному расширению Вселенной. Возраст Вселенной 7-8 млрд лет;

9) современная эпоха. Возраст Вселенной ~ 13,7 млрд лет.


7. Неустойчивости управляют Вселенной


В XX столетии Илья Пригожин настойчиво обращал внимание ученых и мыслителей на огромную роль неустойчивостей в развитии многих процессов. По мнению И. Пригожина, необратимые процессы тесно связаны именно с проявлениями неустойчивостей. Более того: "необратимость есть следствие неустойчивости" [59, С.185-210.]. А ведь большинство процессов в природе - необратимы! Обратимые процессы встречаются как идеализация, как исключение. Кроме того, траектории многих материальных систем неустойчивы и проходят через так наз. "точки бифуркаций". В этих точках поведение систем чрезвычайно чувствительно к малейшему внешнему воздействию или внутренней флуктуации (неопределенности). Это вносит неустранимую вероятность в поведение систем, даже на макро- и мега-уровне, а не только в микромире с его квантовой неопределенностью.

Название этого раздела немного провокационное. Сейчас я выражу свою мысль точнее: неустойчивости допускают возможность управления мирозданием. В точках бифуркаций находятся как бы управляющие входы в космический механизм, благодаря чему возможна неожиданная смена сценария развития Вселенной. Почему так? Смотрите ниже.

Илья Пригожин предлагал рассматривать возникновение Вселенной не из точки сингулярности (в классической теории Большого взрыва), и не из поля, ответственного за инфляцию (в теории космологической инфляции), а от некоторой квантовой флуктуации вакуума. Причем, вакуум плоского пространства-времени должен быть неустойчивым. Как только неустойчивый вакуум дал рождение Вселенной, сразу же возникла необратимость времени и большое энтропийное содержание Вселенной (что соответствует большому количеству ~10 в степени 9 фотонов на один барион). Согласно Пригожину, рождение Вселенной должно описываться моделью неустойчивой динамической системы: "С самого первого мгновения наша Вселенная была рождена под знаком неустойчивости и необратимости". В качестве аналогии И. Пригожин приводит пример рождения и роста кристалла в переохлажденной жидкости: здесь рождение кристалла провоцируется флуктуацией в неустойчивом состоянии жидкости, причем это есть необратимый процесс. В такой Вселенной в будущем возможны повторные флуктуации, что приведет к рождению новых вселенных [59, С.185-210.].

В инфляционной теории распад скалярного поля (инфлатона) также связан с его неустойчивостью. Этот распад приводит к появлению огромного количества частиц и высокому энтропийному содержанию Вселенной. После распада инфлатона Вселенная становится очень горячей и наполненной материей, и дальше расширяется по модели Фридмана. Вот как отмечено в [57]: инфляционное раздувание Вселенной возможно лишь при отрицательном давлении, создаваемом скалярным полем. Но, "состояние с положительной энергией и отрицательным давлением неустойчиво. В ходе дальнейшей эволюции энергия поля, обусловившего инфляционную стадию расширения Вселенной, превращается в энергию обычных частиц. Вещество и излучение приобретают высокую температуру...".

В очень горячей ранней Вселенной происходит генерация барионной асимметрии, и связано это с вероятной нестабильностью протона. В настоящее время фундаментальной космологической константой в является отношение средней концентрации барионов (протонов, нейтронов...) к средней концентрации фотонов реликтового излучения: в?10 в степени минус 9. Это означает, в очень горячей ранней Вселенной на один миллиард антибарионов приходится один миллиард плюс один барион. И такая небольшая асимметрия могла возникнуть по причине несохранения барионного заряда. В результате сегодня мы живем во Вселенной, в которой есть вещество, состоящее из барионов (протонов, нейтронов), и практически отсутствует антивещество (антипротоны, антинейтроны). Но в экспериментах на ускорителях барионы и антибарионы рождаются строго парами, и никакой барионной асимметрии не проявляется, и, таким образом, барионный заряд строго сохраняется. Вероятно, это связано с тем, что протон на самом деле не является абсолютно стабильной частицей - протон распадается, хотя и время его жизни очень велико - на много порядков превышает возраст Вселенной [60].

Неустойчивости и дальше играют ключевую роль в эволюции Вселенной. В первую очередь нас будут интересовать гравитационные неустойчивости, о которых подробнее и поговорим.

Гравитационная неустойчивость проявляется в нарастании малых отклонений от средних значений плотности и скорости движения вещества под действием сил тяготения. Оказывается, первоначально однородное (или почти однородное) вещество, находящееся в космическом пространстве, склонно к образованию сгустков, т.е. - комкованию. Гравитационная неустойчивость должна приводить к образованию звезд и их скоплений, галактик и их скоплений даже из первоначально однородно распределенного вещества. Идею гравитационной неустойчивости впервые высказал в 1692 г. первооткрыватель закона всемирного тяготения Исаак Ньютон. И только после 1902 г., когда Дж. Джинс опубликовал первую работу с анализом происхождения космических объектов, дав начало новой теории, только после этого началась активная математическая разработка теории гравитационной неустойчивости. Яков Зельдович в работах 1970 г. ввел так наз. "приближение Зельдовича", которое учитывает основные детали динамики невзаимодействующих частиц в ходе роста возмущений плотности и скорости вещества в расширяющейся Вселенной, причем делает это в простой и элегантной математической форме. Полученное в них решение предсказывало существование во Вселенной плоских структур ("блинов Зельдовича") и так наз. "филаментов" (гигантских нитей из галактик). Фактически, оно впервые продемонстрировало, какой является структура Вселенной. Это та структура, которую сегодня называют "космической паутиной". Даже в настоящее время специалисты начинают расчёты на суперкомпьютерах со структуры ранней Вселенной, полученной в приближении Зельдовича, и затем продолжают их в глубоко нелинейную область. Такой подход позволяет заметно сократить требуемое вычислительное время на крупнейших суперкомпьютерах, используемых для расчёта эволюции крупномасштабной структуры Вселенной при доминирующей роли тёмной материи. К 1980-м годам уже была математически разработана теория гравитационной неустойчивости однородной среды применительно к вопросу образования галактик и их скоплений [61; 62].


Крупномасштабная структура Вселенной в инфракрасных лучах с длиной волны 2,2 мкм. На изображении 1600000 галактик, зарегистрированных в Extended Source Catalog как результат Two Micron All-Sky Survey. Яркость галактик показана условным цветом: от синего (самые яркие) до красного (самые тусклые). Расположение Млечного Пути, пыль которого мешает наблюдениям, соответствует тёмной полосе по диагонали и краям картины (Взято с Википедии)


Рассмотрим суть эффекта гравитационной неустойчивости, которая прямо вытекает из закона всемирного тяготения. Итак. Силы тяготения стремятся скомковать изначально однородное вещество, т.е. произвести распад его на сгустки. Но, силам тяготения могут противодействовать др. силы: упругость вещества (градиенты давления); центробежные силы (при наличии вращения); электромагнитные силы; давление излучения и пр. Соотношение между противоборствующими силами зависит от размеров возникающего сгустка, и вот здесь проявляется закон всемирного тяготения. Дело в том, что в объемном сгустке размером l заключена масса ~l в степени 3. Сила тяготения на границе сгустка F ~ G l в степени 3/ l в степени 2. Т.е., F ~ G l. Противодействующая сила упругости, вызванная градиентами давления, F1 ~ l-1, поскольку градиент давления обратно пропорционален размеру сгустка. Теперь очевидно, что равновесие F = F1 наступает при некоторой l, равной критерию Джинса или длине волны Джинса. Ведь, если размер сгустка меньше длины волны Джинса, то силы тяготения слабее сил упругости, и случайное сжатие сгустка будет вновь растянуто упругими силами. А если размер сгустка превышает длину волны Джинса, то силы тяготения превысят силы упругости, и сгусток начнет еще больше сжиматься, сгущаться. Поскольку упругие силы приводят к образованию звуковых волн в сгустке материи, поэтому говорят о некоей длине волны Джинса, которая и отделяет область устойчивости однородно распределенного вещества от области гравитационной его неустойчивости. Значение длины волны Джинса довольно просто выражается через гравитационную постоянную G, плотность вещества с и скорость звука азв в данном веществе [61]:


При l больше, чем длина волны Джинса, вещество будет гравитационно неустойчиво и начнет распадаться на сгустки. Оказывается, аналогичные формулы могут быть получены и при учете др. сил, противодействующих силам тяготения. Наличие др. сил лишь повышает гравитационную устойчивость вещества, увеличивая значение длины волны Джинса. Скорость роста возмущений плотности, вызванная силами тяготения, оказывается тем больше, чем больше масштаб возмущений l. Теоретически установлен характер роста возмущений плотности вещества от гравитационной неустойчивости в расширяющейся Вселенной (в модели Фридмана). Здесь теоретический результат хорошо описывает общие черты возникновения галактик и их скоплений [61].

На суперкомпьютере "Плеяды", установленном в исследовательском центре НАСА (NASA Ames) было проведено моделирование (в 2011 г.) образования галактик и их скоплений по механизму гравитационной неустойчивости с привлечением участия темной материи. Результат моделирования - "Большой" - хорошо соответствует реально наблюдаемому распределению галактик [63; 64].

Ниже показаны некоторые результаты моделирования распределения материи во Вселенной.


Результаты моделирования распределения вещества в проекте "Большой". (Взято с сайта [65])


Впрочем, некоторые аспекты гравитационной неустойчивости вещества недоработаны до сих пор, например, вопрос о происхождении вращения галактик и др. небесных объектов. Так, совсем недавно, в ноябре 2016 г. вышла публикация в журнале "Астрофизика", посвященная этому вопросу [66].

Еще К. Вейцзекер и Г. Гамов в 1951-52 гг. выдвинули гипотезу, что вращение материи существовало еще в изначальном состоянии Вселенной, а сегодня такое вращение передалось галактикам [66]. Наверное было бы интересно проанализировать эту гипотезу в рамках космологии отскока, в частности, в гипотезе Н. Горькавого - см. выше. Там бы вращение вещества по наследству передавалось бы от предыдущей вселенной к нашей Вселенной.

Ф. Хойл в 1949 г. и позднее др. авторы пытались объяснить возникновение вращения в протогалактиках действием приливных эффектов. А. Д. Чернин (1970, 1977-78 гг.) развивал "ударную теорию", согласно которой вращение галактик возникло по причине взаимодействия асимметричных протогалактик с ударной волной, возникшей в момент отделения излучения от вещества в остывающей Вселенной [66].

По мнению, А.М. Кригеля, хотя все эти подходы допустимы, но в них использованы довольно искусственные предпосылки. Поэтому Кригелем предложена своя гипотеза возникновения вращения галактик, исходя из гравитационной неустойчивости турбулентного газа. В этой гипотезе рассмотрен такой механизм: турбулентный поток вещества (изначальные вихревые флуктуации) передает энергию и угловой момент от мелкомасштабных возмущений к упорядоченному вращению, раскручивая галактики [66]. Поскольку эта гипотеза математически формализована, то было бы любопытно увидеть ее подтверждение моделированием на суперкомпьютере.

А теперь поговорим о возможной неустойчивости физического вакуума, о том, что мы можем жить в так наз. "ложном вакууме", который в любой момент угрожает переходом в вакуум истинный с далеко идущими для нас последствиями...

С точки зрения квантовой теории поля и теории элементарных частиц возможно существование нескольких вакуумов. Вакуум - это энергетически выгодное состояние всех полей, и таких состояний может быть несколько: одно из них самое устойчивое, а вот остальные - устойчивы только для не слишком больших воздействий и в течение ограниченного времени, т.е. метастабильны. Если Вселенная находится в состоянии с ложным вакуумом, т.е. метастабильным, то она может в нем пребывать какое-то время, как переохлажденная вода может какое-то время не замерзать. Поле Хиггса в принципе может иметь хотя бы два минимума: наименьший - для истинного вакуума и тот, который повыше - для ложного вакуума [67; 68; 69].


На графике условно показаны энергетические состояния гипотетического квантового поля. Нахождение в ложном вакууме соответствует частице, застрявшей в верхней впадине, откуда частица может протуннелировать вниз в состояние истинного вакуума (см. [68]).


Соотношение между этими минимумами и вероятность туннелирования из ложного вакуума в истинный зависят от масс бозона Хиггса и топ-кварка. Но их точные значения сегодня еще не совсем известны, а те величины, которые уже измерены, говорят в пользу такого прогноза. В пределах экспериментальных погрешностей известных экспериментов по оценке масс указанных частиц получается, что наша Вселенная находится либо в полностью стабильном истинном вакууме, либо Вселенная находится в "чуть-чуть нестабильном ложном вакууме". Последнее означает, что вакуум будет стабилен вплоть до высоких энергий 10 в степени 10 Гэв, что на много порядков превосходят возможности коллайдеров. Если же случится распад ложного вакуума, то это произойдет не ранее, чем через десяток миллиардов лет и даже более. Но даже такая возможность не реализуется, если окажется, что работает другая физика на более высоких масштабах энергии (а не известная сегодня Стандартная модель в физике) [67; 68; 69].

А как в принципе будет происходить распад ложного вакуума?


Пузырь истинного вакуума во Вселенной, находящейся в состоянии ложного вакуума. Предполагается, что квантовый распад ложного вакуума будет происходить через зарождение и расширение такого пузыря [67].


До поры до времени ложный вакуум выглядит как стабильный, и в такой вселенной будут происходить все известные нам процессы, которые в нашей Вселенной происходят. Но, некоторые события могут спровоцировать туннелирование в состояние истинного вакуума. Полагают, что при этом появится пузырь истинного вакуума в том месте, где хиггсовское поле протуннелировало. Появится тонкая промежуточная стенка между истинным и ложным вакуумами. Этот пузырь начнет сначала медленно расширяться, а затем расширение разгонится до скорости света. В новом истинном вакууме свойства элементарных частиц резко изменятся, и выделится очень много дополнительной энергии, которая была запасена в ложном вакууме. Поменяется вся физика и химия. И вообще, последствия будут весьма катастрофическими для любых материальных структур (и живых организмов), населявших старую вселенную с ложным вакуумом [67; 68; 69].

Подобный сценарий распада ложного вакуума лично мне очень напоминает сценарий конца мироздания из совсем другой сферы - из христианства. А именно, в библейской книге "Второе соборное послание св. ап. Петра" рассказывается об огненной кончине старой Вселенной и ее преображении в новую Вселенную.

Но главной интригой, которую хранит в себе феномен неустойчивости, по всей видимости, является необратимость большинства процессов во Вселенной. Это именно то, о чем так настойчиво говорил Илья Пригожин. Возможно, что разгадку необратимости времени удастся получить на пути изучения феномена неустойчивости. А пока в физике используется такой параметр, как обратимое время, почти ничем не отличающееся от пространственной координаты, едва ли мы сможем проникнуть глубже в сущность происхождения и эволюции Вселенной.

А теперь нужно подчеркнуть роль неустойчивости, нестабильности с точки зрения теории познания. Законы природы, включающие в себя неустойчивости, не позволяют нам строить достоверные прогнозы протекания сложных процессов в отдаленной перспективе. Это усугубляется принципиальной неопределенностью на квантовом уровне, знаменитым принципом неопределенностей Гейзенберга. На практике мы все хорошо знаем, что невозможно получить достоверный прогноз погоды более чем на 3-4 дня вперед. Поведение атмосферы и гидросферы оказывается неустойчивым. Все это означает, что наше будущее, как и будущее Вселенной в целом не предопределено! Какой-нибудь распад поля, ответственного за ускоренное расширение Вселенной (темной энергии), или распад ложного вакуума, и все прогнозы на перспективу окажутся жалким наукообразным пустозвоном...

Илья Пригожин писал, что поскольку "траектории многих систем нестабильны, ...это значит, что мы можем делать достоверные предсказания лишь на коротких временных интервалах. Краткость же этих интервалов (называемых также темпоральным горизонтом или экспонентой Ляпунова) означает, что по прошествии определенного периода времени траектория неизбежно ускользает от нас, т.е. мы лишаемся информации о ней". И далее, что очень важно! - Пригожин отметил: "Это, кстати, служит еще одним напоминанием, что наше знание - всего лишь небольшое оконце в универсум и что из-за нестабильности мира нам следует отказаться даже от мечты об исчерпывающем знании. Заглядывая в оконце, мы можем, конечно, экстраполировать имеющиеся знания за границы нашего видения и строить догадки по поводу того, каким мог бы быть механизм, управляющий динамикой универсума. Однако нам не следует забывать, что, хотя мы в принципе и можем знать начальные условия в бесконечном числе точек, будущее, тем не менее, остается принципиально непредсказуемым" [70].

Для примера рассмотрим диаграмму, где показано сложное поведение материальной системы, делающей выбор между двумя решениями, затем четырьмя решениями и т.д. В итоге система переходит из простого колебательного режима в хаотический турбулентный режим. Предсказать наперед какой период колебаний выберет система в тот или иной момент становится невозможным.


Каскад бифуркаций. На диаграмме система через каскад удвоений периода простого периодического режима переходит к сложному апериодическому режиму. Каждая бифуркация есть появление выбора между двумя решениями уравнений поведения системы. (Взято с Википедии)


Но есть в неустойчивости и позитивные моменты. Как отмечал тот же Пригожин, неустойчивости не дают Вселенной стать скучным, детерминированным часовым механизмом. Благодаря неустойчивостям возникают новации и уникальные события, в такой Вселенной человек может проявить свободу, пойти на риск и нести за это этическую ответственность [70].

Огромное значение неустойчивостей и необратимости времени во Вселенной до сих пор недооценено. Даже такие великие физики, как Альберт Эйнштейн и Стивен Хокинг придерживались позиции, что время можно рассматривать подобно пространственной координате, игнорируя принципиальную необратимость времени. Эйнштейн, кроме того, был убежденным сторонником полного детерминизма в мироздании, что не позволило ему до самого конца жизни принять вероятностную трактовку квантовой физики, как завершенную теорию и метод осмысления реальности.

А теперь я поставлю еще один очень важный вопрос. Если законы природы не задают полный детерминизм поведения материальных систем, оставляя некоторую вероятностную свободу в конструировании будущего, то как мы можем быть точно и абсолютно уверены, что все происходящие события были вызваны всего лишь естественным течением природных процессов? Как мы можем уверенно исключить незаметное, но определяющее воздействие извне на ход природных процессов? Ведь в точках бифуркаций достаточно микроскопического воздействия извне на материальную систему, и система выберет совершенно другую траекторию поведения, которую при отсутствии внешнего воздействия она бы, может быть, и не выбрала. И здесь возникает прелюбопытнейшая ситуация: законы природы полностью выполнены и никак не нарушены, но человек или Бог тихонько вмешался извне, направив процесс в нужное русло! В сложном мире, где все процессы взаимосвязаны, никто из нас и не поймет, где произошло незаметное внешнее вмешательство. В этом Космосе, под этими звездами Вы, может быть, никогда бы не встретили своего любимого человека, свою половинку. Но тонкое сплетение счастливых обстоятельств вас подтолкнуло друг к другу. Ну не чудо ли?

Подумайте над этим хорошенько...


7. Кризис фундаментальной науки?


Какие выводы можно сделать на данном этапе развития наук о Вселенной? Лично мне представляется, что фундаментальная наука вошла в стадию кризиса. Речь идет о фундаментальной физике и космологии.

Физика. Сегодня мы имеем целый набор фундаментальных физических констант, входящих в основные физические законы и определяющих основные характеристики материи, но не понимаем, откуда следуют значения этих констант и почему они именно таковы. Причем, не наблюдается тенденции к уменьшению числа констант, хотя отдельные примеры этого существуют (выше говорилось, что некоторые константы удалось вывести из других констант). Но за каждой фундаментальной константой стоит неизвестная физика, непознанные фундаментальные свойства материи. Искусственное приведение констант к безразмерному числу, типа единицы, путем специального подбора единиц измерения физических величин не решает проблемы, а лишь "заметает проблему под ковер". Я полностью согласен с мнением Альберта Эйнштейна, что идеалом физики было бы такое описание природы, где все константы можно было бы вывести из первопринципов. Но этого как раз и не происходит. Наоборот, чем глубже мы проникаем в познание материи, тем больше появляется фундаментальных констант, которые можно получить только эмпирически. Это означает, что чем больше мы узнаем о Вселенной, тем больше фундаментальных вопросов это порождает.

Космология. Современная теория происхождения и эволюции Вселенной - Стандартная модель в космологии - вынуждена ввести гипотетическое скалярное поле, инфлатон, для объяснения инфляционной стадии расширения, а также ввести гипотетические темную материю и темную энергию. И если темная материя может быть вскоре объяснена тем или иным способом (массивные слабовзаимодействующие частицы, черные дыры), то инфлатон и темная энергия полны одних вопросов. В целом же, по сравнению с классической теорией Большого взрыва, современная космологическая теория выглядит довольно громоздкой. Согласно ней, мы живем в каком-то непонятном мире, наполненном темной энергией и темной материей, которые в среднем доминирует в Космосе, но мы почти ничего про них не знаем, и это не мешает нам жить. Кроме того, совершенно неизвестна природа и происхождение инфлатона - скалярного поля, вызвавшего инфляционную стадию расширения Вселенной, а затем породившего всю материю и фридмановскую стадию расширения.

Послушаем, например, что говорит ведущий научный сотрудник специальной астрофизической обсерватории РАН Олег Верходанов. В настоящее время мы не знаем, что такое темная материя и совершенно не представляем, что есть темная энергия. Мы не понимаем, почему во Вселенной есть вещество, но отсутствует антивещество. В Стандартной космологической модели есть 6 основных параметров, которые измерены с точностью до 1%, согласно результатам многих независимых исследовательских коллективов. И вот в последнее время новые результаты показывают некоторое рассогласование постоянной Хаббла и др. параметров с предыдущими результатами, причем далеко за пределом возможных ошибок, что вызывает озабоченность. Кроме того, на карте реликтового излучения обнаружены аномалии на больших масштабах, говорящие в пользу неизвестной физики в период космологической инфляции [71].

Опять физика. Инфлатон и скалярное поле Хиггса настойчиво намекают нам, что мы можем обитать в среде (пространстве-времени), наполненной прочими скалярными полями. Эти скалярные поля могут отвечать за объединение электромагнитных, слабых и сильных взаимодействий. Но конкретика тут очень важна, а она то нам неизвестна. Может быть, при тех или иных условиях наш физический вакуум окажется неустойчивым, и этой Вселенной придет конец...

Опять космология. Выше упоминалась оригинальная альтернативная космологическая гипотеза Николая Горькавого и соавторов. Она совсем иначе интерпретирует ускоренное расширение Вселенной, отрицает наличие темной энергии и постулирует наличие Большой черной дыры в "центре" мироздания. Причем, подтвердить или опровергнуть эту гипотезу в ближайшем будущем вряд ли возможно. Не окажется ли на следующем этапе науки такая ситуация: возможно успешное сосуществование принципиально разных представлений о Вселенных, одинаково хорошо математически и физически аргументированных? Причем таких, что выбор между ними на основе эмпирического критерия осуществить будет невозможно?

И снова физика с космологией. Реальная плотность энергии физического вакуума (вместе с темной энергией) всего 10 в степени минус 29 г/см3. Для обычной физики макромира, в котором мы живем, и для нашего обихода это все равно, что нуль. А меж тем квантовая физика, учитывающая нулевые колебания вакуума, дает бесконечную (!) плотность энергии вакуума, если нет ограничений сверху на частоту колебаний. Если же учесть минимально возможное планковское время 10 в степени минус 43 с, и отсюда взять верхний предел для частоты нулевых колебаний, то получим конечную величину плотности энергии вакуума. Но эта конечная величина все равно абсурдно велика 10 в степени 94 г/см3! Даже вся масса наблюдаемой Вселенной намного меньше - 10 в степени 57 г. Этот парадокс - большая проблема. Впрочем, сам планковский масштаб фундаментален и пределен, и нам непонятен. Пока не видно существенного успеха в разработке квантовой теории гравитации. А без нее ничего надежного о физике на планковском масштабе сказать нельзя. Но именно на планковском масштабе, в этой "пространственно-временной пене", где могут появляться все мыслимые и немыслимые топологические пространственно-временные образования, именно там зародилась наша Вселенная, согласно современным представлениям [1, С.88-94.]. Итак, остались одни вопросы...

А вот, что пишут о кризисе фундаментальной науки др. авторы.

Послушаем российско-американского историка физики Геннадия Горелика. Оказывается, кризис фундаментальной физики уже обсуждается в солиднейшем научном журнале "Nature", причем особенно четко об этом говорит теоретик-космолог Джордж Эллис. В частности, Дж. Эллис указывает на то, что теория струн и суперсимметричная теория не дали проверяемых предсказаний в течение вот уже 40 лет, а термин "Мультивселенная" вообще не оправдан, поскольку в принципе эту идею невозможно проверить. Физик Алексей Буров говорит о том, что несмотря на такие успехи, как открытие бозона Хиггса (2012 г.) и регистрация гравитационных волн (2015-16 гг.), никакие новые фундаментальные идеи себя не подтвердили. А гравитационные волны и бозон Хиггса были предсказаны век и полвека назад, соответственно. Вполне возможно, что до самых планковских масштабов никакой новой физики нет. А до планковских масштабов нам добраться с помощью лабораторных экспериментов вряд ли удастся. Кроме того, современные ученые, похоже, утратили могучий стимул исследования тайн природы, а в арсенале у них осталось лишь любопытство (как они сами признают). Но энергии любопытства вряд ли хватит для прорыва в фундаментальной физике. Великие ученые имели гораздо более мощный стимул познания - нечто вроде горячей интеллектуальной любви к Богу, понимаемому как Причина всего сущего, вне границ конкретной религии или философии. Великими учеными двигало нечто вроде религиозного убеждения, что Вселенная совершенна и доступна глубокому рациональному познанию. Отсюда может следовать, что величайшие достижения физики уже закрыты для современного ученого, утратившего подлинный стимул к науке [72].

Философ Алексей Левин пишет, что специалисты в области теории элементарных частиц, релятивистской астрофизики и космологии стали сравнивать современное состояние фундаментальной науки с ситуацией конца XIX в., когда в физике назрел кризис. Так и сегодня, самая успешная великая теория в фундаментальной физике, Стандартная модель элементарных частиц, имеет существенные недостатки, говорящие о ее неполноте. Во-первых, Стандартная модель не включает гравитацию и не предлагает пути к построению квантовой теории гравитации. Во-вторых, эта модель не может предсказать свойств частиц, составляющих темную материю, модель их просто не содержит. В-третьих, Стандартная модель не может объяснить наличие массы у нейтрино. В-четвертых, модель не выявляет динамику спонтанного нарушения симметрии электрослабого взаимодействия. В-пятых, Стандартная модель не выстраивает однозначной связи с теорией космологической инфляции. В интервью с главным научным сотрудником ИЯИ РАН Сергеем Троицким было отмечено, что в Стандартной модели элементарных частиц существует набор из 19(!) свободных параметров, который ниоткуда не следует. А это вызывает вопросы и порождает сложности. По мнению С. Троицкого, ситуация была бы гораздо лучше, если бы все эти 19 параметров не нужно было эмпирически находить, а можно было бы вычислить или хотя бы свести к одному параметру, действительно свободному и эмпирически определяемому. А пока что можно говорить о кризисной ситуации в фундаментальной физике [73].

О неполноте Стандартной модели в физике элементарных частиц (не путать со Стандартной моделью в космологии!) говорит исследователь из МИФИ Константин Белоцкий. С одной стороны, кажется, что после создания Стандартной модели фундаментальная физика уже закончена. Ведь очень многие эксперименты ее хорошо подтверждают. С другой стороны, гравитация никак пока не квантуется, т.е. не удается разработать квантовую теорию гравитации. Кроме того, ни частицы темной материи, ни темная энергия не вписываются в Стандартную модель. Полной загадкой с точки зрения Стандартной модели является скалярное поле, которое привело к инфляционной стадии расширения Вселенной и к Большому взрыву. Не совсем понятно почему стабилен физический вакуум. Даже давно известные частицы нейтрино плохо вписываются в Стандартную модель [74].

Но если никакой новой физики, кроме Стандартной модели, не существует вплоть до планковских масштабов, то наши перспективы на новые фундаментальные открытия весьма плачевны. В лабораторных условиях нам не добраться до планковских масштабов энергии. Даже космические наблюдения мало нам помогут. Вот какие аргументы можно привести на этот счет. Послушаем ведущего научного сотрудника Отделения теоретической физики ФИАН Алексея Семихатова: "Проблема "добраться" до достаточно малой длины - то есть "разглядеть", что именно там происходит, - возникает из-за наличия фундаментального свойства природы, так называемого соотношения неопределенностей. Что это за соотношение? Оно по существу означает вот что: любая попытка посмотреть на явление сколько-нибудь пристально непременно оказывает на это явление неконтролируемое воздействие, причем тем более неконтролируемое, чем более мелкие детали вас интересуют. Чуть по-другому то же самое звучит так: для того чтобы различать малый масштаб, требуется большая энергия. Именно отсюда и вытекает необходимость постройки ускорителей (таких как Большой адронный коллайдер): нужно разгонять частицы всё сильнее, если мы хотим изучить всё более мелкие детали. Применительно к планковской длине постройка соответствующего ускорителя невозможна по причинам, далеко выходящим за рамки финансовых. Чтобы "добраться" до планковского масштаба, необходимо собрать в одном месте едва ли не всю энергию, что есть во Вселенной. Она когда-то и была заключена в таком предельно малом, планковском объеме, но лишь в момент, близкий к рождению нашей Вселенной. В ближайшем обозримом будущем повторения подобного не предвидится. Отсюда и наша обреченность на косвенные - очень косвенные - попытки выяснить, что же реально происходит на планковских масштабах". Что же касается трудностей создания квантовой теории гравитации, Алексей Семихатов говорит так: "С теорией гравитации - той самой общей теорией относительности Эйнштейна - всё плохо. Теория Эйнштейна описывает, как материя и энергия во Вселенной изменяют свойства пространства-времени таким образом, что между носителями массы и энергии возникает притяжение. Но это классическая - не квантовая - теория. Применим к ней квантование так, как мы это умеем делать в других случаях. Квантовые эффекты (в отличие от классического описания) оказываются ничтожными даже для малых объектов масштаба атомного ядра (и даже много меньших!). Казалось бы, всё хорошо? Нет, потому что имеется масштаб, на котором квантовые эффекты становятся не просто большими, а неконтролируемо огромными, лишая всякого смысла сами наши попытки в них разобраться. Этот и есть планковский масштаб. Настоящая квантовая теория гравитации нам неизвестна. Угадать, как она устроена, исходя из классической теории гравитации, не получается из-за специальных свойств этой последней. Но именно неизвестные нам правила игры квантовой гравитации царят на планковских масштабах. Они же определяют конечную судьбу черных дыр, от них же зависело всё, что происходило в момент рождения Вселенной. Поскольку уже классическая гравитация имеет дело с влиянием материи на структуру пространства-времени, естественный ход мысли подсказывает, что на планковском масштабе с самим пространством-временем что-то сильно не так. Скорее всего, оно не существует ни в каком привычном нам смысле. Проникновение туда, где это происходит, принесло бы нам потрясающее знание о том, что самая, казалось бы, базисная ткань мироздания на самом деле сложена из чего-то еще более фундаментального - чего-то, что может взять и сформировать пространство-время, а может, наверное, существовать и в совершенно иных формах" [75]. Илья Хель пишет: "...планковская масса намного, намного более массивна, чем любые частицы, которые мы когда-либо создавали; она в 10 в степени 19 раз тяжелее протона! Длина Планка, точно так же, в 10 в степени 14 раз меньше любого расстояния, которое мы когда-либо зондировали, а планковское время в 10 в степени 25 раз меньше любого прямо измеренного", и еще: "Эти энергетические масштабы в 10 в степени 15 раз выше, чем те, которых может достичь Большой адронный коллайдер, и в 100000000 раз больше самых энергетических частиц, которые создает сама Вселенная (космические лучи высокой энергии), и даже в 10000 раз выше показателей, которых достигла Вселенная сразу после Большого Взрыва" [76].

Кстати, мы подошли к пределу наших возможностей экспериментального проникновения не только в микромир, но и к пределу возможностей в наблюдательной астрономии в том смысле, что мы очень близко подобрались к границе видимой Вселенной - космическому горизонту. А то, что находится за космическим горизонтом, от нас принципиально скрыто. Но ведь именно там может быть спрятана главная тайна Вселенной! В зависимости от соотношения скорости сигнала, т.е. скорости света, и темпа расширения Вселенной, нам в будущем может открыться часть того, что сегодня за космическим горизонтом, а может и наоборот. В рамках теории космологической инфляции возможно существование других вселенных, полностью отъединенных от нашей вселенной с точки зрения классической гравитации, но связанных в одно целое квантово-гравитационными эффектами. Иначе говоря, за горизонтом, пространство может иметь другую топологию, например, в виде тора или додекаэдра. Ведь, если характерные размеры сложных топологических фигур превышают размер космического горизонта, то мы не сможем это отличить от привычной нам геометрии и топологии [77-80].

Итак, поскольку мы уже близко подошли к пределу наблюдаемого пространства-времени, то в некотором смысле мы подошли к кризисной черте.


Вселенная в виде тора (взято с инета)

Далее. Специалист в области философии науки, онтологии и теории познания Андрей Павленко отмечает следующее. Теория космологической инфляции привела к новым важным изменениям в осмыслении действительности. Во-первых, стало еще более очевидным, что для проникновения в тайны мироздания необходимо объединение усилий физики элементарных частиц и космологии. Уже идет процесс объединения наук. Космос стал приобретать целостный образ организма, познание одной стороны которого (микромира) невозможно без познания другой его стороны (мегамира). В связи с антропным принципом, т.е. существованием органической, разумной жизни в нашей Вселенной, следующим этапом должно стать объединение физики и космологии с химией и биологией, а в перспективе - с антропологией и психологией. Во-вторых, в настоящее время принципиально возросла роль математики и сферы теоретической науки, при отставании сферы экспериментальной и наблюдательной. Сегодня в физике элементарных частиц и космологии теории и гипотезы могут долгое время не подкрепляться прямыми эмпирическими фактами. И даже во многих отношениях могут быть не проверяемыми в принципе. Хотя, против такого положения вещей выступают многие исследователи, считая подобные теории ненадежным знанием [81].

В последнее время обостряется социально-психологический аспект взаимодействия научного сообщества и общества в целом, что осложняет общую ситуацию с кризисом фундаментальной науки. Научное знание стало настолько специфическим и не понимаемым, не воспринимаемым подавляющим большинством членов общества, что возникло некое отчужденное отношение к науке. Я хочу сказать, что, с одной стороны, люди уважают достижения прикладной науки (которая подарила нам смартфон), а с другой стороны, смотрят на развитие и результаты фундаментальной науки весьма безразлично, часто - с недоверием, а в большинстве случаев - вообще никак не смотрят. Во многом виновата сама научная деятельность, которая развивает узкие сферы человеческой личности, часто в ущерб полноценному гармоничному ее развитию. Так, интеллект, рациональность стали доминирующим аспектом развития души, за что приходится расплачиваться, в том числе, ростом психических расстройств, потерей смысла жизни, отчуждением человека от человека.

Как отметил Алексей Семихатов, особенно плохо воспринимается формализованное, насыщенное математикой знание. Такие материалы просто отпугивают читателя. А как вынуждено вести себя научное сообщество? Узкому кругу членов научного сообщества приходится постоянно тренировать интуицию и дискурсивное мышление в своей области ради успешного занятия своей наукой. Универсальный здравый смысл и интуиция, которые помогают нам ориентироваться в большинстве жизненных ситуаций, не срабатывают в специфической профессиональной сфере деятельности. Более того, здравый смысл и жизненная интуиция даже сильно ограничивают восприятие достижений наук. Такая ситуация уже давно произошла в физике и космологии. (Уже с XVIII в. образованная часть общества перестала понимать фундаментальную физику и химию.) Специалистами в области когнитивной психологии установлено, что даже способный в физике человек довольно плохо понимает, как он решает учебные задачи в своей области. Что уж говорить про научные задачи... Задним числом исследователь рационализирует сложный путь поиска решения, полагая, что он прекрасно понимает, как он это сделал [82].

Все это говорит о некоей ограниченности нашего способа познания. Не исключено даже, что высокий уровень сложности глобальных проблем, которые пытается решить космология и фундаментальная физика, даже внутри научного сообщества будет приводить к существенному недопониманию. А если отчуждение к фундаментальной науке будет расти в обществе, то это грозит деградацией фундаментальной науки, поскольку лишит ее не только финансирования, но и притока молодых и талантливых ученых.

Но хуже другое. Если общество будет поглощено духом потребительства, если ученый и мыслитель утратит мотивацию поиска научной истины ради самой истины и забудет про научную честность, то фундаментальную науку ждет духовное разложение. Под красивой оберткой начнут выдавать псевдонаучные результаты, деформирующие мировоззрение человека. А некоторые достижения в прикладной науке будут маскировать немощь науки фундаментальной. Боюсь, что мы движемся именно в таком направлении... Все вышеперечисленные проблемы настоятельно требуют активного обсуждения с целью поиска решений (см., например, [83-87]).


Вместо заключения


Я вспоминаю свои отроческие впечатления, когда впервые познакомился с ньютоновской механикой. Мне тогда и в самом деле довелось пережить удивительное чувство причастности к тайне от того, что я могу рассчитать простые движения некоторых физических тел. Было удивительно, что сила вызывает ускорение, согласно простой формуле второго закона Ньютона, и что в этой формуле нет никаких др. слагаемых. Нет ни скорости, ни какой-либо сложной функции от скорости, но лишь темп увеличения скорости со временем, т.е. ускорение. Это было поразительно просто. Еще более удивительным и чудесным воспринимался мною знаменитый закон всемирного тяготения. В нем была, с одной стороны, такая простота и элегантность, с другой стороны, какая-то недосказанность... Я потом часто думал, почему же все-таки тела притягиваются? Почему гравитационная постоянная такая маленькая величина? И хотя позже я с не меньшим интересом познакомился с теорией Эйнштейна, причина всемирного тяготения так и осталась для меня великой тайной, притихшей до поры до времени в глубинах души. Впрочем, тайной для всей современной науки. Ведь заменив понятие силы гравитации на искривление пространства-времени, современная наука нисколько не приблизилась к разгадке причины. Наука лишь уточнила внешнее проявление этой непознанной сущности, усыпив бдительность разума сложными математическими формулами, якобы дающими ответ на вопрос...

Всемирное тяготение - это фундаментальная закономерность, лежащая в основе современной космологии. Лучше общей теории относительности никто ничего пока не придумал для описания тяготения (и антитяготения). Перейдем же к космологии.

Как бы не была по-своему привлекательна современная космологическая картина происхождения и эволюции Вселенной, она не отвечает на важнейшие для человека вопросы. Возьмем теорию космологической инфляции. Идея Мультивселенной, основанная на ней, лично для меня выглядит абстрактной и мифологизированной. Уже сколько раз в истории науки возникала грандиозная теоретическая картинка, и многие с нетерпением ждали ответа на фундаментальный вопрос, но затем наука пересматривала эту заманчивую картину, внося существенные поправки в данную проблему. Все это воспитало во мне скептицизм. Мне представляется, что наше незнание природы инфлатона делает ненадежными все перечисленные в данной работе теоретические картинки. Все может оказаться не так, но гораздо сложнее и интереснее. А изначальное планковское состояние, после которого стартует инфляция - это вообще тайна за семью печатями. Там могут оказаться такие сюрпризы, о которых мы и не догадываемся. Поэтому я рассматриваю теорию космологической инфляции, как чисто рабочую схему, которой не сильно доверяю. Да, идея инфляции (хаотической и вечной) красива и пробуждает мифологический образ великого Хаоса, который есть Прародитель всего сущего. Но насколько этой миф соответствует реальности?

Если кому-то из читателей режет слух слово "миф", то пусть знает, что я нисколько не умаляю достижения и веру ученых, поскольку термин "миф" мною здесь употребляется не в том банальном контексте, типа сказки, выдумки, который мифу навязали, а в первоначальном контексте: "миф есть живая действительность, миф есть жизнь" (см. концепцию мифа А.Ф. Лосева). Но об этом будет сказано в другой работе. Вернемся к космологии.

Допустим, однако, что в ранней Вселенной на самом деле была инфляционная стадия, а до этого было планковское состояние. Допустим. Рассматривая такой сценарий, мы все равно вынуждены пользоваться известными нам законами физики, добавляя гипотетические экстраполяции там, где мы пока знаем очень мало. У нас получается, что с самых ранних мгновений Вселенная уже обладала определенными физическими параметрами, в ней действовали определенные законы. Как тогда нужно ответить на вопрос о происхождении законов физики, законов природы? У нас получается, что законы физики действовали одновременно с появлением материи в той или иной ее форме. На планковской стадии мы постулирует увеличение пространственно-временных масштабов с выходом в область классического непрерывного пространства-времени. На инфляционной стадии мы постулирует справедливость общей теории относительности и квантовой физики. В начале стадии фридмановского расширения, когда материя была горячей плазмой, и далее до наших дней, мы постулируем действие Стандартной модели элементарных частиц, общей теории относительности и квантовой физики, и т.д. Материя Вселенной у нас в каждый момент времени (и даже до начала классического времени, на планковской стадии) насыщена красивыми математическими структурами, которые проявляют себя, как законы физики. С чего это так? Почему материя должна подчиняться всем этим закономерностям, которые могут быть математически описаны, причем, описаны эстетически красивым способом? Притом, что человек способен в уме сконструировать все эти математические модели, адекватные реальности, да еще и получать от этого эстетическое наслаждение?

Вот, как мне кажется, главный вопрос, обращенный к естествознанию и к наукам о Вселенной. А также - к наукам о человеке.

Напрашивается аналогия Космоса с живым организмом, свойства которого в значительной мере определяются генетическими структурами, которыми насыщен организм с момента зачатия (или бесполого формирования). Подобно тому, как законы физики и различные варианты их реализации (при прохождении неустойчивых состояний) определяют картину Космоса, Вселенной, так и генетический код и условия среды определяют параметры живого организма. Кстати, радиоастроном и космолог Юрий Парийский "генетическим кодом Вселенной" называл информацию о законах мироздания, которую можно считать с реликтового излучения. Эта мысль близка к тому, что я здесь говорю о биологической аналогии Вселенной и живого организма...

Но если Космос изначально имел "генетические структуры" (законы физики), тогда что понимать под "зачатием" Космоса, Вселенной? Если в организм гены попали при зачатии от родителей, то откуда перешли (или от Кого были даны) Вселенной законы физики?

Допустим, однако, что законы физики всегда были неотъемлемой частью материи на всех этапах ее эволюции. Наверное, к такой мысли склоняются большинство исследователей. Это может означать, что тонкие, математически красивые законы физики изначально и неотъемлемо насыщают окружающую нас материю, и как-то опосредованно влияют на особенности мышления и переживаний человека, способного подбирать красивые математические структуры и модели, соответствующие реальности. Т.е. Вселенная, Космос фактически порождает разумного человека, а сама (сам) выступает в роли Родителя, передавшего человеку способности быть причастным математическим структурам, а потому и постигающим их, т.е. законы физики. А какова тогда роль того множества абстрактных математических конструкций, которые придуманы человеком, но пока не имеют соответствий во Вселенной? Этот вопрос тоже возникал, и пока не имеет ответа. Например, физик Макс Тегмарк в своей гипотезе "математической вселенной" полагает, что наша физическая реальность и человек в ней есть лишь математический мир, который мы субъективно ощущаем, как физический. Любая абстрактная вселенная с другими законами или другими фундаментальными константами также реально существует, ибо не существует ничего, кроме математических объектов. Если же человек придумал некий математический объект, то это означает, что он также реально существует. Вот такая крайняя точка зрения...

Получается также, что Вселенная, Космос в каком-то смысле способен осознавать сам себя через свое же порождение - человека? Ведь, как уже говорилось, именно Космос передал нам насыщенные информацией математические структуры, заложенные в материи изначально. Если быть последовательным, то приходишь к своеобразному философскому пантеизму, содержащему религиозный элемент, а именно: Вселенная, Космос обладает разумом в лице человека, человеческого общества. А может быть, не только в лице человека, но и множества др. возможных разумных обитателей Мультивселенной?

Итак, размышляя последовательно, можно прийти к образу Вселенной, как некоего вечного, живого, разумного Организма, родившего человека. Пусть не все объекты такого Космоса живые и разумные, в нем много неживой материи, но ведь и в организме человека содержатся элементы неживой материи (отмершие клетки, камни в почках и др.). А в будущем, в теле человека может быть множество имплантов из неживой материи. Есть ли количественный критерий сколько элементов должно быть живых, а сколько нет? Итак, вот перед вами пантеистическое Божество - Космос. Это практически тот же Космос, о котором рассказывает древнегреческий философ Платон в своем знаменитом диалоге "Тимей", где Вселенная из древних мифов была переосмыслена через призму эллинской рациональности, но так и осталась мифом. Как вам такое?...

Ну и осталось отметить вот еще что. Современная космологическая картина (Стандартная космологическая модель) остается во многом чуждой духовным ценностям человека. Она никак не подводит нас к ответу на вопрос о смысле жизни человека. О ценности каждой человеческой личности. Впрочем, для увлеченного космологией или физикой ученого ответ, вроде бы как, может созревать. Ведь эмоциональное отношение мыслителя к научной модели Вселенной может быть схоже с переживанием религиозного космогонического мифа, с религиозным переживанием. Вспомним, как Альберт Эйнштейн описывал свои переживания красоты и упорядоченности нашего мироздания: он их сравнивал с переживаниями верующего, называя свой личный опыт космическим религиозным чувством. Я почти уверен, что ученый-космолог в глубине души переживает аналогичное чувство, которое можно охарактеризовать, как религиозно окрашенное. Это прорывается на страницах книг и статей, которые пишут космологи. И такое эмоциональное наполнение и замещает собой полноту переживаний смысла жизни и ее ценности. Лично мне, как любителю космологии, когда-то подобное переживание замещало полноту... А ныне, переосмыслив свои ценности и найдя полноту смысла жизни за пределами науки, я все равно не утратил того чувства таинственного, которое возбуждает в человеке вид ночного неба...

Любой исследователь волей или неволей погружается в свой материал исследования и взаимодействует с материалом не только сухо и рационально, но и переживает эмоционально, вкладывает в разработку материала свою душу. А это приводит к рождению в душе исследователя личного мифа, связанного с разрабатываемым материалом. Если речь идет о происхождении Вселенной, то ученый-космолог строит свой личный космологический миф, которому доверяет, которым живет. Согласовывая свои представления с достижениями научного сообщества, космологи создают современный космогонический и космологический миф. Это есть миф современной науки. Это есть все то, во что верят ученые. Такова природа человека. Без эмоционального стимула, без веры в свою идею не делается ни одно научное открытие.

...Давайте, Читатель, закончим чтение и выйдем поздним вечером под открытое небо. Бросим взор на звезды, на Луну, на Млечный путь. Они по-прежнему притягательны для человека. О чем они нам сообщают? Эти же звезды, почти без изменений, видели в Античности, в Средние века, в Новое время, и видят сегодня. Почему представления о Вселенной так кардинально и драматически переворачивались? Не потому ли, что ум человека столкнулся с огромной загадкой мироздания, не в силах охватить даже малейшую его часть? Для античного человека Космос был конечен, ограничен в пространстве. Для христианина, для человека христианской культуры Космос был конечен, ограничен во времени - началом его сотворения и концом его в момент Второго пришествия Христа, после чего ожидался новый, более совершенный мир. Затем следовали новые зигзаги космологической мысли, новая смена космологических идей: вечная и бесконечная Вселенная, которую сменила космологическая теория расширяющейся Вселенной, имеющей свое начало. И вот последовал очередной переворот в представлениях - Мультивселенная, вечно рождающаяся из процесса хаотической вечной инфляции. Что нам откроется завтра, и можно ли полностью доверяться космологическим теориям?...

Попробуем теперь отключить напряжение ума, пусть душа немного расслабится и отдастся созерцанию небосвода телесными глазами. Где-то там сияет созвездие Орион, невдалеке от него видна ярчайшая звезда ночного неба Сириус. В самом Орионе (вверху, на плече) сияет красный сверхгигант звезда Бетельгейзе. Сегодня она еще видна, но быть может завтра мы станем свидетелями ее взрыва, и тогда воочию увидим вспышку сверхновой. Звезда явно теряет свою устойчивость, а может быть уже потеряла. Загадочные небеса еще преподнесут нам немало интересного и неожиданного...


Литература

1. Штерн Б.Е. Прорыв за край мира. О космологии землян и европиан / Борис Е. Штерн. - М.: Троицкий вариант, 2014. - 304 с.

2. Гайденко П.П. История новоевропейской философии в ее связи с наукой. Режим доступа: http://rhythmodynamics.com/articles/Gaydenko_Newton.htm#07.

3. Хокинг С. Три книги о пространстве и времени / Стивен Хокинг; пер. с англ. - СПб.: ЗАО "Торгово-издательский дом "Амфора", 2014. - 366 с.

4. Пригожин Илья, Стенгерс Изабелла. Время, хаос, квант. К решению парадокса времени. Пер. с англ. - М.: Эдиториал УРСС, 2000. - 240 с.

5. Черепащук А.М. История истории Вселенной. УФН т.183,N5. 2013. - С.535-556.

6. Левин А. Что такое космический горизонт? (18.09.2012). Режим доступа: https://www.popmech.ru/science/13056-chto-takoe-kosmicheskiy-gorizont/#part0.

7. Сурдин В. Сколько звезд на небе? Режим доступа: https://postnauka.ru/faq/63960.

8. Уласович К. Астрономы определили точное расстояние до Полярной звезды (30.07.2018). Режим доступа: https://nplus1.ru/news/2018/07/30/polar-star-distance.

9. Галактика Андромеды. Википедия

10. Верходанов О. История исследований реликтового излучения. Постнаука (2018). Режим доступа: www.youtube.com.

11. Реликтовое излучение. Режим доступа: http://physics.kgsu.ru/astronomia/NV/Relytiv%20izluch.htm.

12. Карта реликтового излучения от "Планка" (22.07.2018). Режим доступа: http://www.astronet.ru/db/msg/1424131.

13. Сюняев Р.А. Микроволновое фоновое излучение (реликтовое излучение). Режим доступа: http://www.astronet.ru/db/msg/1188450.

14. Температура цвета (10.09.2013). Режим доступа: https://habr.com/ru/post/193142.

15. Абсолютно черное тело. Википедия.

16. Космология. В книге Физика космоса: Маленькая энциклопедия / Редкол.: Р.А. Сюняев и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Сов. энциклопедия, 1986. - 783 с., С.90-108.

17. Парадоксы Большого взрыва. Чарльз Линевивер (Charles H. Lineweaver) и Тамара Дэвис (Tamara M. Davis). Режим доступа: http://www.modcos.com/articles.php?id=99.

18. Фундаментальные физические константы // Физическая энциклопедия, т.5. М.: Большая российская энциклопедия, 1998. - С.381-383.

19. Трунин Д. Физики уточнили значение гравитационной постоянной в четыре раза (29.08.2018). Режим доступа: https://nplus1.ru/news/2018/08/29/G-measure.

20. Парадоксы Большого взрыва. Чарльз Линевивер (Charles H. Lineweaver) и Тамара Дэвис (Tamara M. Davis). Режим доступа: http://www.modcos.com/articles.php?id=99.

21. Рыжов В.Н. Звездный нуклеосинтез - источник происхождения химических элементов. Режим доступа: http://www.astronet.ru/db/msg/1171260.

22. Звездообразование. В книге Физика космоса: Маленькая энциклопедия / Редкол.: Р.А. Сюняев и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Сов. энциклопедия, 1986. - 783 с., С.262-267.

23. Происхождение Солнечной системы (планетная космогония). В книге Физика космоса: Маленькая энциклопедия / Редкол.: Р.А. Сюняев и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Сов. энциклопедия, 1986. - 783 с., С.508-517.

24. Левин А. Джордж и его команда: к70-летию горячей модели Вселенной (26.01.2016). Режим доступа: https://elementy.ru/novosti_nauki/432679/Dzhordzh_i_ego_komanda_k_70_letiyu_goryachey_modeli_Vselennoy.

25. Горькавый Н., Васильков А., Мазер Дж. Возможное решение проблемы космологической постоянной (25-29 июня 2018). Режим доступа: https://aftershock.news/?q=node/710282&full.

26. Происхождение химических элементов. Режим доступа: http://nuclphys.sinp.msu.ru/astro/astro14.htm.

27. Курамшин А. Тяжелые элементы попали вСолнечную систему из слившихся за 80млн лет до ее образования нейтронных звезд (24.05.2019). Режим доступа: https://elementy.ru/novosti_nauki/433482/Tyazhelye_elementy_popali_v_Solnechnuyu_sistemu_iz_slivshikhsya_za_80_mln_let_do_ee_obrazovaniya_neytronnykh_zvezd.

28. Самая знаменитая туманность в созвездии Ориона. Режим доступа: https://spacegid.com/tumannost-oriona.html#i-6.

29. Недалеко от Солнечной системы обнаружена зарождающаяся планета (15.09.2016). Режим доступа: https://www.infox.ru/news/232/science/universe/166056-nedaleko-ot-solnecnoj-sistemy-obnaruzena-zarozdausaasa-planeta.

30. Ученые обнаружили три новые планеты в нашей галактике (14.06.2018). Режим доступа: https://vokrugsveta.ua/science/uchenye-obnaruzhili-tri-novye-planety-v-nashej-galaktike-14-06-2018.

31. Астрономы впервые сфотографировали образование луны вокруг планеты (12.07.2019). Режим доступа: https://www.facenews.ua/news/2019/452921.

32. Остапенко А. На берегах молочной реки. Наука и жизнь (07.2002). Режим доступа: https://www.nkj.ru/archive/articles/4464.

33. История изучения галактик. Сайт: Галактика. Режим доступа: https://sites.google.com/site/galaktika12673658/istoria-izucenia-galaktik.

34. Как началось открытие нашей Галактики. Режим доступа: https://aif.ru/archive/1696320.

35. Борисов М. Доказано существование массивной черной дыры в центре Галактики (18.10.2002). Режим доступа: https://graniru.org/Society/Science/m.12180.html.

36. Астрономы взвесили черную дыру вцентре Млечного Пути (10.12.2008). Режим доступа: https://lenta.ru/news/2008/12/10/blackhole.

37. Борисов М. Сверхмассивная черная дыра в центре нашей Галактики быстро вращается (30.10.2003). Режим доступа: https://graniru.org/Society/Science/m.48874.html.

38. Рыжов В.Н. Звездный нуклеосинтез - источник происхождения химических элементов. Режим доступа: http://www.astronet.ru/db/msg/1171260.

39. Сколько лет Вселенной? "Популярная механика" (N5, Май 2012). Режим доступа: https://www.popmech.ru/science/12616-vozrast-mirozdaniya-slushaem-puls-vselennoy.

40. Возраст Млечного Пути оценили спомощью радиоизотопов (30.06.2005). Режим доступа: https://lenta.ru/news/2005/06/30/milkyway.

41. Возраст Млечного Пути (28.10.2016). Режим доступа: http://universetoday-rus.com/blog/2016-10-28-1759.

42. Как возникла наша галактика, установили испанские ученые (23.07.2019). Режим доступа: https://racurs.ua/n124681-kak-voznikla-nasha-galaktika-ustanovili-ispanskie-uchenye-video.

43. Иванов И.П. Проверка закона всемирного тяготения на субмиллиметровых расстояниях (16.01.2002). Режим доступа: http://www.astronet.ru/db/msg/1179419.

44. Ерошенко Ю.Н.Новости физики в сети Internet (по материалам электронных препринтов), УФН, 2007, т. 177, N2, с. 230.

45. Кешелава Т. Пульсации древней звезды помогли ограничить изменение гравитационной постоянной (18.09.2019). Режим доступа: https://nplus1.ru/news/2019/09/18/astroseismology.

46. Темная материя. Предисловие редакторов (2526 ноября 2014г.). Режим доступа: http://nuclphys.sinp.msu.ru/bm/bm00.htm.

47. Иванов И. Ускоряющееся расширение Вселенной станет доступно прямому измерению вближайшее десятилетие (14.08.2014). Режим доступа: https://elementy.ru/novosti_nauki/432302/Uskoryayushcheesya_rasshirenie_Vselennoy_stanet_dostupno_pryamomu_izmereniyu_v_blizhayshee_desyatiletie.

48. Чернин А.Д. Темная энергия и всемирное антитяготение. УФН, том 178, N3, 2008. С. 267-300.

49. Чернин А.Д. Темная энергия в ближней Вселенной: данные телескопа "Хаббл", нелинейная теория, численные эксперименты. УФН, том 183, N7, 2013. С. 741-747.

50. Березин А. Темная материя: загадочное вещество вселенной (16.04.2019). Режим доступа: https://www.popmech.ru/science/467972-temnaya-materiya-zagadochnoe-veshchestvo-vselennoy/#part0.

51. Сафин Р. Внутри черной дыры. Астроном Николай Горькавый нашел центр Вселенной (20.03.2018). Режим доступа: https://up74.ru/articles/obshchestvo/101456.

52. Астрономы нашли центр Вселенной (21.03.2018). Режим доступа: https://aftershock.news/?q=node/628779.

53. Линде А. The Self-Reproducing Inflationary Universe (Самовоспроизводящаяся Инфляционная Вселенная). Статья в журнале Scientific American, 1994. Режим доступа: http://nuclphys.sinp.msu.ru/linde/index.html.

54. Каршенбойм С.Г. Фундаментальные физические константы: роль в физике и метрологии и рекомендованные значения. УФН, том 175, N3, 2005. - С. 271-298.

55. Рубаков В.А. Иерархии фундаментальных констант. УФН, том 177, N4, 2007. - С. 407-414.

56. Кузнецов Б.Г. Эйнштейн. Жизнь. Смерть. Бессмертие. 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука, 1979. - 700 с., С.288. Режим доступа: https://imwerden.de ' pdf ' kuznetsov_einstein_zhizn_smert_bessmertie_1979.

57. Модель инфляционной Вселенной. В книге Физика космоса: Маленькая энциклопедия / Редкол.: Р.А. Сюняев и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Сов. энциклопедия, 1986. - 783 с., С.414.

58. Образование вселенных из ничего. Отрывок из книги А. Виленкина "Many Worlds in One: The Search for Other Universes". Режим доступа: http://www.modcos.com/articles.php?id=115.

59. Пригожин Илья, Стенгерс Изабелла. Время, хаос, квант. К решению парадокса времени. Пер. с англ. - М.: Эдиториал УРСС, 2000. - 240 с.

60. Барионная асимметрия Вселенной. В книге Физика космоса: Маленькая энциклопедия / Редкол.: Р.А. Сюняев и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Сов. энциклопедия, 1986. - 783 с., С.134-137.

61. Гравитационная неустойчивость. В книге Физика космоса: Маленькая энциклопедия / Редкол.: Р.А. Сюняев и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Сов. энциклопедия, 1986. - 783 с., С.218-220.

62. Сюняев Р.А., Гребенев С.А. "Эффекты" Зельдовича, запечатлённые на нашем небе

(27.04.2016). Вестник Российской академии наук, 2015, том 85, N 7, с. 643-656 (расширенная версия). Режим доступа: http://www.astronet.ru/db/msg/1390641.

63. Варфоломеева А. Суперкомпьютер построил модель Вселенной (01.10.2011 г.). Режим доступа: https://www.epochtimes.com.ua/ru/science/theory-and-research/superkompyuter-postroyl-model-vselennoy-99296.html.

64. В глубинах Млечного пути (Inside the Milky Way). Режим доступа: www.youtube.com.

65. Сайт проекта "Большой": http://hipacc.ucsc.edu/Bolshoi/images/Images/gascenter_clus007_large.jpg и http://hipacc.ucsc.edu/Bolshoi/images/Images/MD_cluster01_gas_sn320.png.

66. Кригель А.М. О возникновении вращения во Вселенной. Астрофизика, том 59, вып.4, 2016. - С. 575-581.

67. Иванов И. Распад нестабильного вакуума (17.03.2013). Режим доступа: https://elementy.ru/problems/546/Raspad_nestabilnogo_vakuuma.

68. Зораб Р. Как распад вакуума может уничтожить Вселенную (28.03.2019). Режим доступа: https://naked-science.ru/article/nakedscience/kak-raspad-vakuuma-mozhet.

69. Слухи и смерти Вселенной сильно преувеличены (23.02.2013). Режим доступа: https://elementy.ru/LHC/novosti_BAK/431980.

70. Пригожин И. Философия нестабильности. Вопросы философии, N6, 1991. с.46-57. Режим доступа: http://www.twirpx.com/file/348322.

71. Верходанов О. Нестыковки в космологии. Постнаука 2018. Режим доступа: www.youtube.com.

72. Горелик Г. Кризис современной науки? (10.09.2016). Режим доступа: https://snob.ru/profile/30651/blog/113404.

73. Левин А. Натуральна ли естественность? (24.12.2018). Режим доступа: https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/434468/Naturalna_li_estestvennost.

74. Белоцкий К. (НИЯУ МИФИ). Что не так с современной физикой? (2011). Режим доступа: www.youtube.com.

75. Семихатов А. Небезобидное квантование. Режим доступа: http://www.vokrugsveta.ru/nauka/article/175165.

76. Хель И. Почему существуют пределы того, что могут прогнозировать физики? (19.04.2017). Режим доступа: http://www.vokrugsveta.ru/nauka/article/175165.

77. Топология Вселенной. Режим доступа: http://femto.com.ua/articles/part_2/4125.html.

78. Прохоров М.Е. Может ли наша Вселенная быть конечной и топологически сложной? (30.12.2003). Режим доступа: http://www.astronet.ru/db/msg/1195692.

79. Прохоров М. Вселенная, как додекаэдр (01.04.2006). Режим доступа: http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/2651.

80. Мадера А. Какую форму имеет наша Вселенная? (2002). Режим доступа: https://www.nkj.ru/archive/articles/4632.

81. Павленко А.Н. Место "Хаоса" в новом мировом порядке (Методологический анализ оснований хаотической космологии). Вопросы философии, М. 2003, N9. С. 39-53. Режим доступа: https://iphras.ru/page49365212.htm.

82. Почему наука такая сложная? Вопрос науки (2017). Режим доступа: www.youtube.com.

83. Пружинин Б.И. Псевдонаука сегодня. Вестник РАН, том 75, N2, 2005. - С.117-125. http://vivovoco.astronet.ru/VV/PAPERS/ECCE/PSEUDO.HTM;

84. Скосарь В.Ю. Академик Вернадский о взаимоотношениях науки, философии и религии. Сборник докладов VII-ой научно-практической конференции с международным участием "Социальная онтология в структурах теоретического знания", г. Ижевск, октябрь 2015. Режим доступа: http://samlib.ru/s/skosarx_wjacheslaw_jurxewich/wernadskij-1.shtml.

85. Буланенко М.Е. Понятие истины в современной науке и концепция коммуникативной рациональности. Вестник ТГЭУ, N3. 2010. - С. 90-99. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/ponyatie-istiny-v-sovremennoy-nauke-i-kontseptsiya-kommunikativnoy-ratsionalnosti.

86. Чубукова Е.И. Коммуникативно-прагматическая концепция истины в философии языка Ю. Хабермаса // Серия "Symposium", Методология гуманитарного знания в перспективе XXI века. , Выпуск 12 / К 80-летию профессора Моисея Самойловича Кагана. Материалы международной научной конференции. 18 мая 2001 г. Санкт-Петербург. Санкт-Петербург : 2001. C.255. Режим доступа: http://anthropology.ru/ru/text/chubukova-ei/kommunikativno-pragmaticheskaya-koncepciya-istiny-v-filosofii-yazyka-yu-habermasa.

87. Минеев В.В. В поисках оснований науки: проблема рациональности. Вестник КГПУ им. В.П. Астафьева, 2007 (3). Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=11781510.

В.Ю. Скосарь, г. Днепр, октябрь 2019 г.