Из чего рождается Вселенная?

Теория Большого взрыва в настоящее время является доминирующей теорией в космологии. Она признает рождение Вселенной как физический факт материального мира. Главной проблемой космологии является поиск ответа на поставленный в заголовке вопрос. Постараемся наметить общий подход, который вырисовывается в современном естествознании, для выработки ответа.

Прежде всего отметим, что классическая физика различает две формы существования материи: вещество и поле. Неклассическая, квантовая, физика показывает дуализм их свойств на уровне микромира, где существует некоторое минимальное разнообразие фундаментальных частиц полей (как правило, безмассовых) и частиц вещества (обладающих массой покоя). Частицы полей и вещества могут превращаться друг в друга, поскольку существует эквивалентность массы и энергии.

Современное естествознание подошло к выделению ещё одной формы существования материи - физического вакуума. Твердые, жидкие, газообразные вещества окружают человека, они ему привычны, их свойства исследованы в первую очередь. Некоторые поля (тяготения Земли, света и теплового излучения) человек также ощущает, хотя отсутствие четко выраженной геометрической формы полей требует большего интеллекта в исследовании их свойств. Свойства физического вакуума ещё мало изучены, и здесь требуются значительные интеллектуальные усилия для их понимания.

Они выглядят столь же непривычными и странными, как свойства частиц-волн в период становления квантовой физики. Физический вакуум не является абсолютной и стационарной пустотой, в нем непрерывно происходит виртуальное рождение и аннигиляция пар «частица- античастица». По аналогии с более известными явлениями макромира, такими, как поляризация диэлектриков, фазовые переходы между агрегатными состояниями или спонтанные изменения симметрии кристаллов, пытаются описать свойства вакуума. Вводится ассоциативная терминология: поляризация вакуума, спонтанное нарушение симметрии его вещественно-полевого состояния и ряд других.

Экспериментальные наблюдения эффекта Казимира показали, что даже в сравнительно простых условиях можно зарегистрировать влияние физического вакуума на процессы в макромире.

Эффект Казимира состоит в проявлении силы притяжения двух металлических пластин, изменяющейся с расстоянием между пластинами по зависимости

Пространство между пластинами образует своеобразный резонатор (рис. 80), в котором могут реализоваться только стоячие волны с длиной волны кратной расстоянию между пластинами (см. п. 2.3, стоячие волны

Схема к объяснению эффекта Казимира

Рис. 80. Схема к объяснению эффекта Казимира

на струнах). Для пространства вне пластин такого ограничения не накладывается и количество виртуальных волн будет неограниченным. Плотность энергии вакуума между пластинами будет меньше, чем снаружи, и появляется соответствующее давление на пластины.

Для исследования свойств вакуума на ускорителях требуются частицы-волны большой энергии, чтобы можно было «возмутить» непривычно энергоёмкую форму материи. Очевидно, что при анализе акта рождения Вселенной необходимо учитывать наличие и необычность свойств вакуума.

В самой общей формулировке ответ на проблемный вопрос сейчас дается в таком виде:

Вселенная рождается из физического вакуума, как следствие спонтанного (самопроизвольного) изменения его энергомассового состояния.

При этом акт рождения Вселенной в принципе не противоречит закону сохранения полной энергии Вселенной. На первый взгляд это утверждение парадоксально. Но давайте рассмотрим аргументацию академика Я.Б. Зельдовича. По его мнению, формулировка самого общего закона природы в виде «Из ничего не может образоваться ничего» является ненаучной и наивной. Во-первых, что для физика означает «ничего»? Содержательным ответом будет:

«Ничего»: 1. Масса равна нулю: М = 0.

2. Полная энергия равна нулю: W = 0.

Во-вторых, по условию «задачи», кроме Вселенной ничего больше нс рождается и она является изолированной системой. Для нес можно применять закон сохранения энергии, в данном случае значение начальной энергии равно нулю и должно оставаться нулевым. Это единственное ограничение, все остальное разрешено.

С появлением массы Вселенной М появляется гравитационная энергия взаимодействия всех её частей, и эта энергия отрицательная. По формуле Эйнштейна эквивалентная образованной массе энергия Мс2 должна быть положительной. Если эквивалентная величина энергии и энергия гравитационного поля равны по абсолютной величине, то их сумма (то есть полная энергия системы) будет равна нулю, что и необходимо для удовлетворения требований закона сохранения.

В книге Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшица «Теория поля» строго математически доказано, что точная компенсация происходит тогда и только тогда, когда становится замкнутым искривленное пространство, в котором находится вещество.

Как пишет Я.Б. Зельдович, энергия «ничего» равна нулю. Но и энергия замкнутой Вселенной равна пулю. Значит, закон сохранения энергии не противоречит образованию «из ничего» замкнутой Вселенной (но именно геометрически замкнутой, а не открытой бесконечной Вселенной).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >