Большой Взрыв - Это Иллюзия

БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ - ЭТО ИЛЛЮЗИЯ

Э.П.КУТЯВИН, ИГГД РАН. eduard.kutyavin@gmail.com

На вопрос о том, почему разлетаются галактики, или, вернее, их скопления большинство астрофизиков в настоящее время дают однозначный ответ: они разлетаются потому, что в далеком прошлом, примерно 15-20 миллиардов лет тому назад, во Вселенной произошел грандиозный взрыв. Вселенная до взрыва имела невероятную плотность -1091-1093 г/см и размером не превышала электрон. Хотя причина взрыва не известна, физикам в этой теории импонирует то, что, начиная с некоторого момента времени, а именно спустя 10-43 сек., когда температура Вселенной составляла около 10 млрд. градусов, они шаг за шагом, последовательно, могут проследить всю эволюцию Р-Т условий во Вселенной, а равно и ее состав, в любой момент времени, вплоть до образования галактик.

Открытие в 1965 году английскими физиками Пензиасом и Вилсоном так называемого "реликтового" излучения Вселенной - остатка былого состояния горячей Вселенной, кажется, поставило окончательную точку в пользу теории Большого взрыва. Считается, что это изотропное излучение, заполняющее всю Вселенную, и имеющее спектр, соответствующий формуле Планка при температуре около 3°К, дает нам достоверную информацию о далеком прошлом Вселенной, когда ее размеры были в тысячи раз меньше, чем теперь.

Как в свое время гипотеза красного смещения галактик позволила английскому астрофизику Милну назвать ее Космологическим Принципом, так и теперь, теория Большого взрыва, подтвержденная существованием "реликтового" излучения, стала называться стандартной моделью. В рамках этой модели стало общепринятым проверять теоретические модели в физике и астрофизике, стало обычным использование ее в качестве теоретической основы для определения программ астрономических наблюдений, т.е., короче говоря, она обеспечила необходимый общий язык теоретикам и наблюдателям для лучшего взаимопонимания. В этом ее бесспорное достоинство. Тем не менее, нельзя сказать, что в этой теории все гладко. Прежде всего, она предполагает существование Начала, , до которого ничего не было, ограничивая тем самым Вселенную в пространстве и времени. Далее, она не может объяснить состояние материи, или вернее, ее содержание, в котором она находилась до взрыва (состояние?). Она ничего пока не может сказать о причине взрыва, о самом первом миге Начала. Неопределенность относительно самого-самого начала носит название проблемы сингулярности Вселенной, проблемы фундаментальной, совершенно открытой, для решения которой, возможно, потребуются усилия многих поколений ученых. И, наконец, она не может объяснить странный характер Взрыва: «осколки» - продукты взрыва удаляются от центра не с замедлением или постоянной скоростью, а с ускорением, достигая скорости света на предельном удалении. Для объяснения этого явления теоретики придумали «темную» материю, пока не обнаруженную.

В конечном счете, все сводится к тому, чтобы найти удовлетворительные объяснения Космологического Принципа с помощью другого механизма, другой теории или гипотезы, возможно, принципиально иной, но, тем не менее, приводящей к тому же следствию, поскольку сам факт разбегания галактик можно считать доказанным.

В последнее время много пишут и говорят о физической сущности вакуума. С небольшим приближением, реальное пространство, отделяющее друг от друга планеты, звезды, галактики, можно считать идеальным вакуумом. Что сейчас нам известно о его свойствах?

С точки зрения современной физики абсолютного вакуума не существует. Вакуум представляет собой осциллирующее поле, взаимодействующее с другими полями. Уже сравнительно слабое гравитационное поле вблизи звезд вызывает искривление пространства, а в присутствии сильного электромагнитного поля электрона, или внутриядерных сил, в вакууме появляются виртуальные частицы. Они всегда появляются парами - частица-античастица и быстро исчезают, существуя во времени значительно меньше, чем самые короткоживущие элементарные частицы. Тем не менее, теоретически доказано, что сверхсильные поля могут вырвать эти частицы из вакуума, превратив их, тем самым, во вполне реальные частицы, обладающие вполне определенной массой покоя. Это означает, что вакуум обладает энергией, правда, настолько незначительной, что ее невозможно измерить никакими ныне существующими приборами. Если вакуум способен перерождаться в вещество, то по закону сохранения энергии, это должно, по-видимому, означать физическое уничтожение некоторого объема трехмерного пространства, обладавшего раньше этой энергией! И наоборот, вероятно, могут существовать процессы, в которых вещество может превращаться в пространственное поле в результате рассеяния энергии. Этот процесс даже более предпочтителен, так как сопровождается увеличением энтропии системы. Между веществом и пространством нет, следовательно, непреодолимой грани и они в определенных условиях могут превращаться друг в друга.

В теории Большого взрыва этот момент никак не учитывается. Здесь, как и в общей теории относительности, пространство является абсолютной пустотой, поэтому вопрос о нем и не ставится. Ведь тогда пришлось бы выяснять, как образовалось пространство в самом начале взрыва и как оно образуется сейчас, поскольку процесс расширения Вселенной продолжается и поныне.

С другой стороны, наблюдательная астрономия, по-видимому, уже скоро подойдет вплотную к "горизонту" Вселенной, то есть доберется до таких объектов, скорость удаления которых от нас будет очень близка к скорости распространения света. Это расстояние равно примерно 15-20 миллиардам световых лет. Если такие объекты будут обнаружены по всей поверхности наблюдаемой нами небесной сферы, то легко прийти к Галактикоцентрической модели Вселенной. Не случайно, по-видимому, уже сейчас некоторые астрономы пытаются поместить центр Сверхгалактики в скопление галактик в созвездии Девы, находящихся от нас на расстоянии около 30 миллионов световых лет. Это очень близко, по сравнению с размерами Вселенной, Согласно общей теории относительности, движение материальных тел во Вселенной не может происходить со скоростью, превышающей скорость света. Поэтому, "горизонт" Вселенной одновременно является и ее границей, за которой больше ничего нет. Представим себя мысленно в роли наблюдателя, который направляется от нашей Галактики к границе этой Вселенной. Какую картину он увидит, последовательно перемещаясь от одной галактики к другой, постепенно приближаясь к границе? Если верна стандартная модель, то, по мере приближения к границе вселенной, красные смещения галактик, находящихся на границе в створе его движения, будут уменьшаться, пока совсем не исчезнут на самой границе. Впереди его не должно быть ничего, в том числе и пустого пространства, поскольку оно материально. Сзади себя наблюдатель увидел бы полусферу, заполненную галактиками, причем наша Галактика находилась бы в центре этой полусферы, на предельном для наблюдения расстоянии. Все остальные галактики, которые он раньше видел с Земли, но расположенные теперь за его новым "горизонтом", для него исчезли бы, так как относительно него двигались бы со скоростью, превышающей скорость света, и свет от них никогда не дошел бы до нашего наблюдателя. Но ведь они от этого не перестали существовать объективно! Вернувшись мгновенно на Землю, он снова обнаружил бы их на своих местах. Нет, однако, никаких оснований полагать, что наша Галактика во Вселенной занимает какое-то особое, тем более, центральное положение. Скорее всего, оно абсолютно случайно, т.е. положение нашей Галактики равновероятно в любом месте Вселенной. Поэтому наблюдатель, отправившийся в путешествие к «горизонту» Вселенной, скорее всего, увидит картину, мало чем отличающуюся от наблюдаемой на Земле. Впереди, на пути его движения будут появляться все новые и новые галактики и их скопления, а сзади будут «уходить за горизонт» уже виденные им ранее.

При этом следует отметить одно крайне важное обстоятельство: вследствие того, что галактики разлетаются равноускоренно, нашему наблюдателю в любом месте Вселенной будет казаться, что именно его местонахождение является центром Большого взрыва. Но это означает, что истинного центра Большого взрыва во Вселенной не существует, и что сам Большой взрыв не более, чем иллюзия. Но, возможно, следы Большого взрыва можно обнаружить, заглянув в далекое прошлое Вселенной? Наблюдательная астрономия сейчас может видеть объекты, расположенные от нас на расстоянии более 10 миллиардов световых лет. Это объекты, существовавшие более 10 миллиардов лет назад. Согласно теории Большого взрыва Вселенная и видимая ее часть, называемая Метагалактикой, тогда была существенно меньше и галактики в ней должны были бы располагаться значительно теснее, чем в настоящее время. Но наблюдения показывают, что галактики и их скопления во времени и в пространстве распределены достаточно равномерно и нет никаких признаков того, что расширение Метагалактики носит взрывной характер.

Можно приблизительно вычислить, с какой скоростью расширяется Метагалактика. Постоянная Хаббла равна приблизительно 100 км/сек. на 1 мегапарсек (3 000 000), или 3*1019 км. Представим это астрономическое расстояние в виде линейки длиной 1 метр. Тогда, через 1 миллион лет эта линейка станет длиннее на 0.1 мм, через 1 миллиард лет – на 10 см и только через 10 миллиардов лет она станет вдвое длиннее. В природе трудно найти примеры более вялотекущих процессов. Тем более трудно назвать такую скорость взрывом. На самом деле галактики очень медленно расползаются. Но даже для такого движения нужна громадная энергия, которую в космосе могут поставить только звезды. Излучая неимоверное количество энергии, некоторую ее часть звезда может трансформировать в пространственное поле, вакуум.

Физическую сущность этого явления в настоящее время представить себе невозможно, однако это не помешает нам рассмотреть некоторые следствия такого превращения:

1. Звезды, генерируя вокруг себя пространственное поле, удалялись бы друг от друга, если бы их не удерживало поле тяготения.

2. Гравитационное поле, удерживая звезды в звездных ассоциациях-галактиках, "выжимает" пространственное поле в межгалактическое пространство.

3. Гравитационное доле, удерживая галактики в скоплениях, выжимает генерированное поле пространства в метагалактическое пространство увеличивая, тем самым, общий объем Вселенной.

4. Увеличение объема Метагалактики приводит к взаимному удалению друг от друга скоплений галактик.

5. Чем дальше от нас расположен наблюдаемый объект, тем через большую толщу вновь образованного пространства мы его видим, тем быстрее он удаляется о т нас. В принципе, в этом случае должен соблюдаться закон красного смещения галактик, т. е. должна наблюдаться пропорциональность скорости удаления галактик в зависимости от расстояния до них, в соответствии с законом Хаббла.

Генерируемое пространственное поле, как сила, расталкивающая галактики, значимо только на межгалактических расстояниях и оно значительно слабее гравитационного поля. Происходит это потому, что сила гравитационного поля уменьшается в зависимости от квадрата расстояния, а генерирование пространства происходит по какому-то линейному закону и поэтому на больших расстояниях оно начинает превосходить силы притяжения. По своему действию сила, расталкивающая галактики, может быть сравнима с космологическим «ламбда-членом» в уравнениях Эйнштейна. На очень больших расстояниях действие этой силы приводит к тому, что космические объекты становятся гравитационно не зависимыми друг от друга и они могут двигаться со скоростями, превосходящими скорость света. Но, так как скорость света постоянна и не может превышать 300000 км/сек, то эти объекты теряют оптическую связь и становятся невидимыми друг для друга. Поэтому нам с Земли будет доступна для наблюдения лишь ничтожная часть Вселенной, ограниченная нашим «горизонтом».

Нельзя сказать, что постоянная борьба между силами притяжения и расталкивающей силой генерируемого пространственного поля на более близких расстояниях завершается исключительно победой силы тяготения. За миллиарды лет действие пусть даже очень слабой, но постоянно действующей расталкивающей силы «размывает» даже галактики. Сначала в народившейся дискообразной галактике появляются ручейки свободного от звезд пространства, затем целые реки и, наконец, зрелая галактика приобретает спиралевидную структуру. Постепенно спирали раскручиваются и рассеиваются в пространстве, образуя вокруг галактики звездный ореол. Полную картину этой нескончаемой борьбы могут представить себе наблюдатели-астрономы, поскольку в их «распоряжении» находятся миллионы так называемых пекулярных галактик, представляющих, по-видимому, различные промежуточные стадии развития галактик.

Если в силу неизвестных причин в ядрах галактик не произойдет взрыва, то их финал неизбежен: рассеяв свой диск, потеряв свои спирали, они превратятся в старые, эллиптические галактики – образования, практически исчерпавшие свой ресурс «жизненной энергии», но, тем не менее, доживающие свой далеко не последний миллиард лет.

С этой точки зрения не должна выглядеть странной и картина развития нашей Солнечной системы и, вообще, других планетных систем. Если в настоящее время расстояние планет от Солнца меняется в геометрической прогрессии со знаменателем прогрессии, равным примерно 1,7, то, по-видимому, миллиарды лет тому назад наша Солнечная система была значительно компактней, и планеты находились на примерно равных друг от друга расстояниях. Но наше Солнце, как и любая звезда, притягивая к себе планеты, одновременно отталкивает их, генерируя вокруг себя пространственное поле. На это поле накладывается еще более мощное поле, генерируемое Галактикой. Поэтому, учитывая соотношение двух сил, действующих в пространстве, планеты должны постепенно удаляться от Солнца и, чем дальше, тем быстрее. Отсюда следует, что продолжительность года на Земле должна постоянно увеличиваться, в среднем, не менее, чем на несколько тысячных секунды в год, а возможно, и быстрее. Можно, таким образом, предположить, что через миллиард лет продолжительность года на Земле будет равна или превышать 400 дней, а еще черех 1,5-2 миллиарда лет Земля выйдет на современную орбиту Марса и жизнь на ней станет весьма затруднительной.

Всегда ли будет расширяться Вселенная? В наблюдаемой части Метагалактики галактики и их скопления распределены равномерно в пространстве и во времени. Это дает серьезное основание считать, что, по крайней мере, за последние 10-15 млрд.лет ее размеры не изменились, т.е. и Метагалактика и Вселенная в целом стационарны. Это может означать, что во Вселенной действуют силы как расширяющие пространство, так и сжимающие его. Расширение Вселенной происходит настолько замедленно, что в первом приближении ее можно считать стационарной. За 1млрд.лет она расширяется всего на 10%. При этом расширение происходит не по линейному закону, а по всему объему, т.к. в этом процессе участвуют все галактики. Именно это является причиной равноускоренного расширения, а не «темная материя», расположенная где-то на периферии Вселенной. В то же время «темная материя» в значительной массе рассредоточена по всему объему Вселенной. Это сгоревшие звезды и целые галактики. Поскольку в этих объектах действуют только силы тяготения, то они существуют в виде нейтронных звезд и черных дыр и не доступны наблюдению. Но это не означает, что они играют пассивную роль. Черная дыра с массой целой галактики имеет такую напряженность поля тяготения, что она может взаимодействовать с вакуумом, вырывая и него виртуальные частицы, превращая их в вещество и сжимая тем самым пространство. Возможно, это единственный способ сохранения баланса вещества во Вселенной.

В настоящее время ученые признают, что Вселенная не имеет границ, и будет существовать вечно, постоянно расширяясь. Но что мешает, с точки зрения предлагаемой гипотезы, считать, что и ранее Вселенная существовала вечно? И тогда встает вопрос: что же открыли в 1965 г. Пензиас и Вилсон? Становится ясным, что излучение, открытое ими, не является отголоском Большого взрыва, т.е. оно не «реликтовое». Оно существовало изначально, всегда, и носителем его является вакуум, пространственное поле. И то, что температура этого излучения не стремится к абсолютному нулю, свидетельствует о том, что вакуум обладает энергией. Конечно, удельная плотность этой энергии чрезвычайно мала, но общий объем космоса, составляющий только в нашей Метагалактике несколько триллионов кубических световых лет, говорит о том, что общая энергия вакуума может быть сопоставима с энергией всего вещества Вселенной. Возможно, это та самая «темная энергия», которую давно ищут теоретики.