Альтернативные космологические модели. Вообще говоря, в самом начале своего существования Вселенная могла быть весьма хаотична и неоднородна; следы этого мы, возможно, наблюдаем сегодня в крупномасштабном распределении вещества. Однако период хаоса не мог длиться долго. Высокая однородность космического фонового излучения свидетельствует, что Вселенная была очень однородна в возрасте 1 млн. лет. А расчеты космологического ядерного синтеза указывают, что если бы по истечении 1 с после начала расширения существовали большие отклонения от стандартной модели, то состав Вселенной был бы совсем иным, чем в действительности. Однако о том, что было в течение первой секунды, еще можно спорить. Кроме стандартной модели Большого взрыва, в принципе существуют и альтернативные космологические модели:
1. Модель, симметричная относительно материи и антиматерии, предполагает равное присутствие этих двух видов вещества во Вселенной. Хотя очевидно, что наша Галактика практически не содержит антивещества, соседние звездные системы вполне могли бы целиком состоять из него; при этом их излучение было бы точно таким же, как у нормальных галактик. Однако в более ранние эпохи расширения, когда вещество и антивещество были в более тесном контакте, их аннигиляция должна была рождать мощное гамма-излучение. Наблюдения его не обнаруживают, что делает симметричную модель маловероятной.
|
|
2. В модели Холодного Большого взрыва предполагается, что расширение началось при температуре абсолютного нуля. Правда, и в этом случае ядерный синтез должен происходить и разогревать вещество, но микроволновое фоновое излучение уже нельзя прямо связывать с Большим взрывом, а нужно объяснять как-то иначе. Эта теория привлекательна тем, что вещество в ней подвержено фрагментации, а это необходимо для объяснения крупномасштабной неоднородности Вселенной.
3. Стационарная космологическая модель предполагает непрерывное рождение вещества. Основное положение этой теории, известное как Идеальный космологический принцип, утверждает, что Вселенная всегда была и останется такой, как сейчас. Наблюдения опровергают это.
4. Рассматриваются измененные варианты эйнштейновской теории гравитации. Например, теория К. Бранса и Р. Дикке из Принстона в общем согласуется с наблюдениями в пределах Солнечной системы. Модель Бранса – Дикке, а также более радикальная модель Ф. Хойла, в которой некоторые фундаментальные постоянные изменяются со временем, имеют почти такие же космологические параметры в нашу эпоху, как и модель Большого взрыва.
5. На основе модифицированной эйнштейновской теории Ж. Леметр в 1925 построил космологическую модель, объединяющую Большой взрыв с длительной фазой спокойного состояния, в течение которой могли формироваться галактики. Эйнштейн заинтересовался этой возможностью, чтобы обосновать свою любимую космологическую модель статической Вселенной, но когда было открыто расширение Вселенной, он публично отказался от нее.
|
|
Темная энергия
Несмотря на впечатляющие успехи космологии, явление разбегания галактик, происходящее со скоростью, растущей по мере удаления от некоего центра и вместе с тем от наблюдателя, не получило пока разумного объяснения. Астрофизики наших дней пытаются объяснить этот феномен существованием в природе новой, ранее не известной субстанции – тёмной энергии-материи.
Всемирное антитяготение – новый физический феномен, открытый в астрономических наблюдениях на расстояниях в 5-8 млрд. световых лет. Антитяготение проявляет себя как космическое отталкивание, испытываемое далёкими галактиками, причём отталкивание сильнее гравитационного притяжения галактик друг к другу. По этой причине общее космологическое расширение происходит с ускорением.
Общая картина распространения света позволяет выяснить, при каких условиях в расширяющемся мире можно измерять не только скорости, но и ускорения галактик. Таким путем было найдено[44], что до расстояний примерно в 7 млрд. световых лет эти ускорения положительны: скорость удаления галактик возрастает со временем. Но на еще более далеких расстояниях ускорение, как оказалось меняет знак – там оно отрицательно и, значит, на этих сверхбольших расстояниях скорость разбегания галактик уменьшается.
Антитяготение создаётся не галактиками или какими либо другими телами природы, а не известной ранее формой энергии-массы наблюдаемой вселенной. На макроскопическом уровне тёмная энергия описывается как особого рода непрерывная среда, которая заполняет всё пространство мира; эта среда обладает положительной плотностью и отрицательным давлением.
Физическая природа тёмной энергии и её микроскопическая природа неизвестны – это одна из самых острых проблем фундаментальной науки наших дней (см. Приложение 2).
РАЗДЕЛ 6. ФИЗИКА И СОЗНАНИЕ
11. Некоторые вопросы познания в современной
физике
В этом разделе речь пойдет о познавательных возможностях современной физики, направленных главным образом на объяснение явлений микромира, и проблеме объяснения феномена сознания с помощью физики.
Кошка Шредингера или как может существовать стабильный мир на нестабильном основании