Природа. Человек. Закон - Городинская Виолетта Семеновна
Есть еще, правда, сверхоптимистичное мнение, что Вселенная в том виде, который мы наблюдаем сейчас, существовала бесконечно изначально, точнее, и начала ее никогда не было, как не будет никогда конца, но это предположение противоречит наблюдаемой учеными эволюции вещества Вселенной. А сейчас мы расскажем о том, что же произошло, по мнению ученых, после Большого взрыва.
Сотворение мира, по мнению всех астро- и просто физиков произошло, в сущности, одномоментно. А вот каким образом это происходило, тут мнения расходятся.
Одна из гипотез, разработанная в свое время советским физиком Р. М. Мурадяном, предполагает, что в начале начал была частица, которую он назвал суперадроном, с массой, равной массе вещества нынешней Вселенной — 1056 г. Большой взрыв разнес этот сверхмассивный суперадрон на части, образовавшие протогалактические скопления. В свою очередь эти части распались на галактики. Представление об этом может дать праздничный фейерверк типа фонтан. В небо взлетает патрон и на определенной высоте выбрасывает заложенные в нем меньшие заряды, которые и рассыпают в ночном небе звезды содержащихся в них десятков ракет.
Гипотеза эта, довольно хорошо объясняя появление галактик и их скоплений, которые наблюдают астрономы, противоречит, однако, фундаментальным физическим законам поведения вещества. Огромная масса суперадрона исключает его распадение на отдельные куски — даже при вспышке сверхновой звезды ее вещество не отваливается кусками, а истекает сплошным облаком. А ведь любая сверхновая в сравнении с гипотетическим суперадроном все равно, что атом в сравнении с Солнцем (в данном случае мы берем массу, а не размеры и физическое состояние). И поэтому частицы, составляющие вещество звезды, гораздо крупнее, нежели частицы суперадрона. Представить же, что при столь чудовищном сжатии, его вещество было неоднородно и по границам этих неоднородностей распалось, попросту невозможно.
Другая гипотеза, изложенная в книге известного американского физика С. Вайнберга, полагает, что Большой взрыв был не таким, к которому мы привыкли — из определенного центра разлетается во все стороны вещество, — а сразу по всему полю, занимаемому в ту пору материей пространства. Вроде того, как на всей площади фотобумаги появляется сразу все изображение в быстродействующем проявителе. И разбегалось не вещество, а пространство, увлекая за собою, удаляя друг от друга его частицы.
Похоже на то, как если бы детский воздушный шарик внесли в вакуумную камеру. Разница давлений внутри его и снаружи мгновенно раздула бы шарик до гигантских размеров и между молекулами содержащегося в нем воздуха появились бы большие расстояния — они разбежались вместе с внутренним пространством шарика. Так что технически подобный процесс вполне возможен. Но вот физически…
Даже если допустить, что пространство может растягивать материю, как школьник резинку рогатки, то и в этом случае возникает множество сомнений в справедливости гипотезы. Подобное растяжение происходило бы одинаково в любой точке и пространства, и материи. Однородные частицы всегда находились бы на равном расстоянии одна от другой, и поэтому тех сгустков вещества Вселенной, которые мы видим в галактиках и звездах, образоваться попросту бы не смогло. И до сих пор пространство разносило бы эти мельчайшие частицы размером в атом, а то и еще меньше, по необъятным своим просторам, однообразно заполненным (а точнее, не заполненным) этими частицами, разбежавшимися бы к нашему времени на расстояния в миллиарды километров одна от другой. Потребовалось бы вмешательство сторонней, третьей силы, которая могла бы согнать эти частицы в сферы звезд и их скоплений — галактики. Да и на том этапе, когда расстояния между частицами были незначительны, для разделения их на отдельные, скажем, облака необходима бы была сторонняя, третья сила.
Но такой силы, как мы знаем сегодня, в физическом мире нет.
Противоречит эта гипотеза и общепринятому нынче представлению, что начало Вселенной было «горячим». Тепло возникает при столкновении частиц вещества, а не при их удалении друг от друга в пространстве.
Третья гипотеза, которую поддерживают многие ученые, и в частности выдающийся итальянский физик Т. Редже, похожа на кинофильм, снятый по сценарию, данному в начале раздела — о сжатии вещества Вселенной в одной точке, — только прокрученному в обратную сторону. Правда, о том, в каком состоянии находилась материя до Большого взрыва и даже во время него, осторожно умалчивается. «Никто не может гарантировать, что законы физики остаются справедливыми для такого состояния вещества, при котором весь Космос оказывается сжатым до размеров спичечной головки, — пишет Т. Редже. — Нам придется удовлетвориться тем, что отправной точкой мы будем считать десятитысячную долю секунды после самого начала» (Редже Т. Этюды о Вселенной. М., 1985, с. 55.).
Большой взрыв, полагает эта гипотеза, свершился обычным образом: из одной точки во все стороны начала мгновенно с огромной скоростью истекать материя. Специальные вычисления показали, что к моменту, о котором говорит Т. Редже, ее радиус составлял 1/30 светового года — 300 млрд. километров. Впечатляющая для нас эта цифра по космическим масштабам ничтожна — в 500 миллиардов раз меньше радиуса наблюдаемой ныне Вселенной. И разместить стадо в миллион слонов в спичечной коробке покажется детской задачей в сравнении с тем, сколько было втиснуто в этом объеме вещества.
Да, вещества, ибо к этому моменту образовались и первые частицы, которые, как и полагается каждой уважающей себя частице, стали расталкивать друг друга в эдакой чудовищной тесноте и толчее и потому нагрели все и вся, и прежде всего себя, до 1000 млрд. градусов. Считается, впрочем, что образовалось не только вещество, но и антивещество, и потому частицы — мюоны и электрон-позитроны — появлялись парами. А вот почему эти пары не аннигилировали, не уничтожили тут же взаимно друг друга, не ясно.
Огромная скорость расширения разносит частицы все дальше одну от другой, становится все менее тесно, частицы все меньше сталкиваются и температура падает. Всего через секунду после Большого взрыва пропадают мюоны, начинается образование протонов и нейтронов, а из них атомных ядер в основном гелия. Этот нуклеосинтез заканчивается в течение первых трех минут.
Расчеты показали, что в этом случае во временном интервале, скажем, от одной до четырех секунд, радиус расширения увеличивается вдвое и во столько же раз уменьшается температура. 15 минут спустя радиус расширившегося вещества достигает 100 световых лет, а его температура становится сравнимой с наблюдаемой при термоядерных взрывах — 300 млн. градусов. С этого времени процесс расширения и снижения температуры начинает идти менее интенсивно: только миллион лет спустя вещество охладится настолько (до 4000°), что свободные электроны могут рекомбинировать с ядрами и образовывать устойчивые атомы водорода и гелия, из которых, в сущности, и синтезируются все элементы, содержащиеся в таблице периодической системы Менделеева. Словом, все происходит настолько стройно, что можно вполне построить линейный график:
Но и при всей стройности и здесь, мягко говоря, концы с концами не сходятся. Прежде всего изумляет скорость разбегания вещества. Мы даже не период берем до образования мюонов и электрон-позитронных пар — неизвестны исходные размеры и состояние материи. Но после этого уже вещество за каких-нибудь 15 минут — 1000 секунд — разбегается до радиуса 100 световых лет. Следовательно, со скоростью в 3 млн. раз превышающей скорость света!
Если бы это была чистая энергия, тогда еще как-то можно бы было согласиться — это неизвестно, что может распространяться с неизвестно какой, в сущности, любой, вплоть до бесконечной, скоростью. Но здесь же уже образовались не только мюоны, электроны и позитроны, но и протоны, нейтроны и ядра — те самые частицы, которым Эйнштейн положил запрет двигаться даже чуточку быстрее скорости света, не то что там в миллионы раз скорее!
