Глава 3 Теория Большого взрыва

Как и любая научная теория, теория Большого взрыва и последующей эволюции Вселенной является своеобразной верой. Она имеет и своих многочисленных критиков. Наибольшее количество критических замечаний вызывает, конечно, исходное событие всей теории Вселенной. Многих учёных не устраивает умолчание о том, что же существовало до Большого взрыва и какие силы послужили причиной столь грандиозного перехода от пассивности, небытия к активности и началу существования Вселенной. Является Большой взрыв научным обозначением акта сотворения мира Богом или нет? Несомненно, Большой взрыв положил начало существованию нашей Вселенной. Он экспериментально объясняет оба наиболее значительных факта космологии: расширяющуюся Вселенную и существование космического фонового излучения. Однако теория ошибочно утверждает, что вся существовавшая и существующая сейчас во Вселенной материя появилась в одно и то же время – около 13,8 миллиарда лет назад. Она возникла из объёма меньшего, чем точка.

Тщательное изучение материи показывает её аномальность. Например, под микроскопом горная порода выглядит мозаикой из кристаллов. А электронный микроскоп позволяет увидеть в них отдельные атомы, образующие правильную решётку и разделённые большими промежутками пустого пространства. В свою очередь, атомы включают в себя ещё больше пустоты. Крохотное ядро занимает всего лишь 10−15часть объёма атома. Остальное пространство заполняет облако эфемерных электронов – ничтожно малых островков твёрдого вещества в океанах пустоты. Аналогичная картина представляется также на звёздном небе галактик и в целом во Вселенной.

Возможность превращения энергии в вещество показывает, что во Вселенной первоначально вещества вовсе не было. Была абсолютная пустота. И вот стало рождаться вещество из сгустка колоссальной Божественной энергии, сконцентрированной в точечном пространстве. Это, по нашему мнению, было началом Большого вселенского взрыва. Сама Вселенная образовалась, когда температура и давление начальной плазмы достигли экстремальных значений.

Так, по слову Бога, из пустоты началась всеобъемлющая эволюция мироздания – Вселенной. Это весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития.

Теории о возникновении Вселенной можно разделить на две группы: религиозные, в которых в качестве созидающего фактора выступает Творец (иными словами, Вселенная представляет собой одухотворённое и осознанное творение, появившееся в результате воли Высшего разума); и научные, которые основываются на научных фактах и безосновательно отвергают как понятие Творца, так и Его участие в создании мира. Они часто основываются на принципе заурядности, который рассматривает возможность существования жизни не только на нашей, но и на других планетах, находящихся в других солнечных системах или даже галактиках.

Из чего состоит Вселенная? Водород – самый распространённый элемент во Вселенной (75 %), на втором месте находится гелий (23 %), на остальные элементы приходятся ничтожные 2 % от общего количества вещества. Средняя плотность – 10−29г/см3. Космос – это не просто огромная пустота, в которой равномерно рассеяны звёзды, планеты и галактики. Структура Вселенной довольно сложна и имеет несколько уровней организации, которые мы можем классифицировать в соответствии с масштабом объектов:

1. Астрономические тела во Вселенной обычно группируются в системы. Звёзды нередко образуют пары или входят в состав скоплений, которые содержат десятки, а то и сотни светил. В этом отношении наше Солнце довольно нетипично, так как оно не имеет «двойника».

2. Следующей ступенью организации являются галактики. Они могут быть спиральными, эллиптическими, линзовидными, неправильными. Учёные пока не до конца понимают, почему галактики имеют разную форму. На этом уровне мы обнаруживаем чёрные дыры, межзвёздный газ, двойные звёзды. Кроме звёзд в их состав входит пыль, газ, электромагнитное излучение. Во Вселенной обнаружено несколько сотен миллиардов галактик.

3. Несколько галактик образуют местную группу. В нашу кроме Млечного Пути входит Туманность Треугольника, Туманность Андромеды и ещё 31 система. Скопления галактик – самые крупные из известных устойчивых структур Вселенной, их удерживает вместе гравитационная сила. Учёные подсчитали, что одного лишь притяжения явно недостаточно для поддержания стабильности этих объектов[13]. Научного обоснования данного феномена пока не существует.

4. Следующим уровнем структуры Вселенной являются сверхскопления галактик, каждая из которых содержит десятки, а то и сотни галактик и скоплений. Однако тяготение их уже не удерживает, поэтому они следуют за расширяющейся Вселенной.

5. Последним уровнем организации мироздания являются ячейки, или пузыри, стенки которых формируют сверхскопления галактик. Между ними находятся пустотные области, именуемые войдами. Эти структуры Вселенной имеют масштабы около 100 мегапарсеков. На этом ярусе наиболее заметны процессы расширения Вселенной, также с ним связано реликтовое излучение – отголосок Большого взрыва.

Реликтовое излучение – это космическое сверхвысокочастотное фоновое излучение, творящее историю Вселенной. Оно равномерно заполняет Вселенную в виде теплового излучения. Обладает высокой степенью изотропности и спектром, свойственным для абсолютно чёрного тела с температурой 2,72548 ± 0,00057 градуса по Кельвину. Существование реликтового излучения было предсказано теоретически Георгием Гамовым в рамках теории Большого взрыва.

Экспериментально его существование было подтверждено в 1965 году. В 1983 году был проведён первый эксперимент (Реликт-1) по измерению реликтового излучения с борта космического аппарата. В январе 1992 года российские учёные объявили об открытии анизотропии (анизотропия – различие свойств среды в различных направлениях внутри этой среды. – Прим. авт.) реликтового излучения. Взгляните, как творилась Вселенная!


Рис. 1. Панорама Большого взрыва и его анизотропии реликтового излучения


Красный цвет означает более горячие области, а синий – более холодные, по данным спутника WMAP (рис. 1). Его максимум приходится на частоту 160,4 ГГц (микроволновое излучение), что соответствует длине волны 1,9 мм. Оно изотропно с точностью до 0,01 % – среднеквадратичное отклонение температуры составляет приблизительно 18 мкК. Плотность энергии реликтового излучения составляет 0,25 эВ/см3 (4 ∙ 10−14Дж/м3) или 400–500 фотонов/см3.

Ещё в 1969 году было обнаружено, что в реликтовом излучении заметно выделена дипольная составляющая: в направлении созвездия Льва температура этого излучения на 0,1 % выше, чем в среднем, а в противоположном направлении – настолько же ниже[14]. За счёт расширения Вселенной длина волны реликтового излучения сегодня находится в миллиметровом диапазоне, но в момент, когда оно было испущено, она была примерно в 1100 раз меньше. Реликтовое излучение доминирует в современной Вселенной, то есть старых фотонов даже сейчас во много раз больше, чем фотонов от всех звёзд.

Ныне существующая гипотеза Большого взрыва не даёт удовлетворительного объяснения происхождения галактик. Стивен Вайнберг в своей книге «Первые три минуты» пишет: «Теория возникновения галактик представляет собой одну из самых трудных проблем астрофизики, проблем, ещё очень далёких от разрешения»[15]. Во-первых, она не даёт ответов на следующие вопросы: «Что заставило вещество Вселенной расширяться?», «Что происходило до начала расширения, до момента сингулярности?», «Конечны ли пространство и масса?», «Откуда они берутся?». Во-вторых, выдвигается гипотеза о первоначальной сингулярной точке Вселенной с бесконечно большой плотностью вещества.

Согласно теории Большого взрыва, всё вещество в Космосе в какой-то начальный момент было сдавлено буквально в ничто – спрессовано в одну-единственную точку. Астрономы назвали такое состояние сингулярностью. Предполагается, что в этой точке изначально была сосредоточена вся масса современной Вселенной (по расчётам учёных, масса только наблюдаемой части Вселенной более 1051 кг), тогда как реально самая большая плотность материи может быть только у электрона и протона (1017 кг/м3). Следовательно, сингулярность невещественна, а наполнена всеобъемлющей Божественной энергией.

Почему и как это произошло – совершенно не обосновано. Учёным приходится выносить за скобки множество вопросов, связанных с природой сингулярности и её происхождением:

законченной физической теории этого этапа истории Вселенной не существует. Однако эта гипотеза позволила определить точный возраст Вселенной.

Есть в гипотезе Большого взрыва многие слабые места. Если бы мироздание образовалось мгновенно из одной небольшой точки, то должно было бы существовать неоднородное распределение вещества, чего мы не наблюдаем. Также данная модель не может объяснить, куда подевалась антиматерия, количество которой в момент творения не должно было уступать обычной барионной материи. Но самый весомый недостаток данной теории – её неспособность объяснить феномен Большого взрыва: он просто воспринимается как свершившийся факт.

Сторонники гипотезы Большого взрыва в замешательстве после того, как выяснилось, что в настоящее время Вселенная расширяется с ускорением. По этой причине современная наука, к сожалению, в значительной степени утратила острое зрение – видит всего лишь 4 % Вселенной. Остальную часть, как она считает, составляют невидимая тёмная материя и тёмная энергия. Таким образом, небо почти полностью для нас оказалось закрытым, а научные основы мироздания, прежде казавшиеся незыблемыми, были оспорены буквально со всех сторон. Твёрдое вещество не составляет больше важнейшую природную субстанцию.

Трёхмерное пространство и одномерное время превратились в относительные проявления четырёхмерного пространственно-временного континуума. Время течёт по-разному для тех, кто движется с разной скоростью. Вблизи тяжёлых предметов время замедляется, а при определённых обстоятельствах оно может и совсем останавливаться. Законы Евклидовой геометрии более не являются обязательными в масштабах Вселенной. Планеты движутся по своим орбитам не потому, что их притягивает к Солнцу сила тяготения, действующая на расстоянии, но потому, что само пространство, в котором они движутся, искривлено.

Принцип неопределённости в корне подрывал и вытеснял собой детерминизм. Физический мир, увиденный глазами современной физики, по словам сэра Джеймса Джинса, напоминал не столько огромную машину, сколько благие намерения, ведущие в ад, необъятную произвольную мысль, иллюзию.

«Трудно найти чёрную кошку (тёмную материю и тёмную энергию. – Прим. авт.) в тёмной комнате, особенно если её там нет», – так сказал китайский философ Кун Фу-цзы. Афоризм Конфуция звучит так: «Не делай ничего дурного даже в темноте» – и обычно трактуется как требование устранять дурные мысли прежде, чем они проявятся в уме. Высказывание Конфуция надо понимать в переносном смысле, так как это метафора. Так он говорил об учёных своего времени, которые искали не зная что и не зная где.

Сторонники Большого взрыва не обратили внимания на космические реликтовые и другие электромагнитные излучения, которые обладают огромной энергией. Взглянем на ту работу, которая совершается этими излучениями. Как известно, гравитационно-связанные звёзды уравновешиваются центробежными силами при их относительном вращении около общего центра тяжести. Кроме того, все горячие космические тела истекают плазмой, тем самым создают всесторонний космический ветер, от которого возникают реактивные силы отталкивания звёзд друг от друга, как бы далеко они ни находились (рис. 2).


Рис. 2. Схема расширения Вселенной. Взаимное удаление гравитационно-связанных звёзд под воздействием Духа Божьего (космического ветра)


Таким образом, все звёзды, в том числе и наше Солнце, имеют собственные реактивные двигатели. Вот в этом и заключается механизм ускоренного расширения Вселенной. Звёзды отталкиваются от соседних космических тел, образуя тем самым в космическом пространстве связанную среду. Так происходит ускоренное расширение Вселенной из-за преобладающего ослабления сил гравитации при удалении звёзд друг от друга. В космических масштабах всё увеличивается давление электромагнитных излучений, которое было открыто на примере солнечного излучения ещё на пороге двадцатого века. Оказалось, давление могут создавать не только твёрдые тела, жидкости и газы.

Падая на поверхность тела, электромагнитное излучение также оказывает на него давление. Рассмотрим некоторые моменты теории светового давления. Впервые предположение о том, что давление света существует, было сделано немецким учёным Иоганном Кеплером в XVII веке. Изучая поведение комет, пролетающих вблизи Солнца, он обратил внимание, что хвост кометы всегда отклоняется в сторону, противоположную Солнцу. Кеплер предположил, что каким-то образом это отклонение вызывается воздействием солнечных лучей.

Теоретически существование светового давления было предсказано в XIX веке британским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом, создавшим электромагнитную теорию и утверждавшим, что свет – это также электромагнитные колебания и он должен оказывать давление на препятствия.

Свет – это электромагнитная волна. Она создаёт электрическое поле, под действием которого электроны в теле, встречающемся на её пути, совершают колебания. В теле возникает электрический ток, направленный вдоль напряжённости электрического поля. Со стороны магнитного поля на электроны действует сила Лоренца. Её направление совпадает с направлением распространения световой волны.

Это и есть сила светового давления. По расчётам Максвелла, солнечный свет производит на чёрную пластину, расположенную на Земле, давление определённой силы (р = 4 ∙ 10−6Н/м2). Но это было всего лишь теоретическое предположение. Чтобы доказать его, нужно было подтвердить теорию практическим экспериментом, то есть измерить величину светового давления. На практике это осуществил русский физик-экспериментатор Пётр Николаевич Лебедев. Опыт, проведённый им в 1899 году, подтвердил предположение Максвелла о том, что световое давление на твёрдые тела существует.

Для проведения своего опыта Лебедев создал специальный прибор, который представлял собой стеклянный сосуд. Внутрь сосуда помещался лёгкий стерженёк на тонкой стеклянной нити. По краям этого стерженька были прикреплены тонкие лёгкие крылышки из различных металлов и слюды. Из сосуда выкачивался воздух. С помощью специальных оптических систем, состоящих из источника света и зеркал, пучок света направлялся на крылышки, расположенные с одной стороны стерженька. Под воздействием светового давления стерженёк поворачивался, и нить закручивалась под каким-то углом.

По величине этого угла и определяли величину светового давления. Чтобы сделать эксперимент более точным, Лебедев взял сосуд большого объёма. Крылышко он изготовил из двух пар очень тонких кружочков из платины.

По одну сторону стерженька кружочки были блестящими с обеих сторон, по другую – одну из сторон покрыли платиновой чернью. Пучки света направлялись на них то с одной, то с другой стороны, чтобы уравновесить силы, действующие на крылышки. В результате давление света на крылышки было измерено. Результаты опыта подтвердили теоретические предположения Максвелла о существовании светового давления. А его величина была почти такой же, как и предсказал Максвелл.

В 1907–1910 годах с помощью более точных экспериментов Лебедев измерил давление света на газы. Свет, как любое электромагнитное излучение, обладает энергией Е. Его импульс р = Ev/c2, где v – скорость электромагнитного излучения, c – скорость света. Так как v = с, то р = E/с.

Энергия фотона εф = hv = hc/λ (1) лежит в широком диапазоне от нескольких электрон-вольт для видимого света (λ ≈ 500 нм) до миллионов электрон-вольт для жёсткого гамма-излучения (λ ≈ 10−3нм).

Как и любая материальная частица, фотон имеет массу mф, которая связана с его энергией релятивистской формулой:

mфc2 = εф. С учётом (1) находим mф = (2).

Движущийся со скоростью c фотон обладает импульсом, величина которого связана с его энергией релятивистским соотношением pфc = εф, учитывающим, что масса покоя фотона равна нулю. Отсюда, с учётом (2), следует, что pф = (3).

Для излучения фотона, направление распространения которого задаётся волновым вектором, модуль которого k =, формулу (3) можно записать в векторном виде:



С появлением квантовой теории свет стали рассматривать как поток фотонов – элементарных частиц, квантов света. Ударяясь о тело, фотоны передают ему свой импульс, то есть оказывают давление. Несмотря на то, что величина светового давления очень мала, тем не менее оно в космическом масштабе может принести пользу человеку.

Ещё в 1920 году советский учёный и изобретатель Фридрих Артурович Цандер, один из создателей первой ракеты на жидком топливе, выдвинул идею полётов в космос с помощью солнечного паруса. Она была очень проста. Солнечный свет состоит из фотонов, а они создают давление, передавая свой импульс любой освещённой поверхности. Следовательно, для того, чтобы привести в движение космический аппарат, можно использовать давление, создаваемое солнечным светом или лазером на зеркальной поверхности. Такой парус не нуждается в ракетном топливе, и время его действия не ограничено. Но пока что это только проекты по созданию звездолётов с солнечным парусом в качестве основного двигателя.