Учебная работа. Дипломная работа: Большой взрыв

Учебная работа. Дипломная работа: Большой взрыв

Короткие сведения

По современным представлениям, состояние расширяющейся Вселенной в прошедшем (около 13 миллиардов. лет вспять), когда ее средняя плотность в большущее число раз превосходила сегодняшнюю. Периодом Огромного взрыва условно именуют интервал времени от 0 до нескольких сот секунд. В самом начале этого периода вещество во Вселенной получило колоссальные относительные скорости (отсюда заглавие). Наблюдаемыми свидетельствами периода Огромного взрыва в истинное время являются реликтовое излучение, значения концентраций водорода, гелия и неких остальных легких частей, распределение неоднородностей во Вселенной (к примеру, галактик)

Сценарий Огромного взрыва

Как и неважно какая схема, претендующая на разъяснение данных о диапазоне микроволнового галлактического излучения, хим состава догалактического вещества и иерархии масштабов галлактических структур, обычная модель эволюции Вселенной базируется на ряде начальных догадок (о свойствах материи, места и времени), играющих, роль типичных «исходных критерий расширения мира. В качестве одной из рабочих гипотез данной нам модели выступает предположение о однородности и изотропии параметров Вселенной в протяжении всех шагов ее эволюции.

Не считая того, основываясь на данных о диапазоне микроволнового излучения, естественно представить, что во Вселенной в прошедшем было состояние термодинамического равновесия меж плазмой и излучением, температура которого была высока. В конце концов, экстраполируя в прошедшее законы возрастания плотностей вещества и энергии излучения, нам придется представить, что уже при температуре плазмы, близкой к 1010 К, в ней, существовали протоны и нейтроны, которые были несут ответственность за формирование хим состава галлактического вещества.

Разумеется, что схожий комплекс исходных критерий» недозволено формально экстраполировать на самые ранешние этапы расширения Вселенной, когда температура плазмы превосходит 1012 К так как в этих критериях произошли бы высококачественные конфигурации состава материи, связанные, а именно, с кварковой структуры нуклонов. Этот период, предыдущий шагу с температурой около 1012 К, естественно отнести к сверх ранешным стадиям расширения Вселенной, о которых, к огорчению, в истинное время понятно еще весьма не достаточно.

Дело в том, что по мере углубления в прошедшее Вселенной мы безизбежно сталкиваемся с необходимостью обрисовывать процессы взаимопревращений простых частиц со все большей и большей энергией, в 10-ки и даже тыщи раз превосходящей порог энергий, доступных исследованию на самых мощнейший современных ускорителях. В схожей ситуации, разумеется, возникает целый комплекс заморочек, связанных, во-1-х, с нашим неведением новейших типов частиц, рождающихся в критериях больших плотностей плазмы, а во-2-х, с отсутствием «надежной» теории, позволившей бы предсказать главные свойства космологического субстрата в этот период.

Но даже не зная в деталях определенных параметров сверхплотной плазмы при больших температурах, можно представить, что, начиная с температуры чуток меньше, 1012 К ее свойства удовлетворяли условиям, Перечисленным сначала этого раздела. По другому говоря, при температуре около 1012 К состояние термодинамического равновесия, которое, но, поменялось по мере расширения Вселенной для разных типов частиц. При температурах меньше 1012 К первыми это «ощутили» мюон-антимюонные пары, энергия покоя которых составляет приблизительно 106 МэВ8. Потом уже при температуре порядка 5•109 К аннигиляция электрон-позитронных пар стала преобладать над действиями их рождения при содействии фотонов, что в итоге привело к высококачественному изменению состава плазмы.

Начиная с температур Т<109 К, главную роль в динамике расширения Вселенной стали играться электрические, мюонные и тау-нейтрино, также электромагнитное излучение. Как перераспределилась энергия, которая была «запасена» на лептонной стадии в мощных частичках?

Оказывается, она пошла на «нагрев» излучения, а вкупе с тем и частиц, находящихся при температурах больше 5•109 К в равновесии с излучением. Вправду, маленькое повышение плотности фотонов, вызванное аннигиляцией мюонов и антимюонов, автоматом приводит к повышению концентрации электрон-позитронных пар, которые ведут взаимодействие с фотонами в реакции Y+Y -> е- + е+. В свою очередь, электроны и позитроны могут рождать пары нейтрино и антинейтрино.

Таковым образом, весь излишек энергии мюонов опосля их аннигиляции перераспределится меж разными компонентами плазмы. Схожая «перекачка» энергии мощных частиц ко все наиболее легким обязана была осуществляться только до того времени, пока не стали аннигилировать самые легкие заряженные лептоны — электроны и позитроны, которые в крайний раз «подогрели» излучение при температуре около 5•109 К. Опосля этот момента доминирующую роль в расширении Вселенной игралось электромагнитное излучение, и лептонная эпоха «температурной» истории галлактической плазмы сменилась эпохой доминирования радиации.

Практически конкретно в этот период при температурах плазмы около 5•109 К вышло формирование сбалансированного диапазона электромагнитного излучения, дошедшего до нас в форме микроволнового реликтового фона. Конкретно в процессе аннигиляции электрон-позитронных пар фактически вся энергия, запасенная в этом компоненте, была передана электромагнитному излучению, плотность энергии которого возросла. Оставшиеся от эры аннигиляции электроны, сталкиваясь с квантами излучения, участвовали в обмене энергией меж подсистемами плазмы. Не считая того, столкновения электронов с протонами сопровождались высвечиванием квантов, в итоге чего же диапазон электромагнитного излучения должен был стать соответствующим для сбалансированного распределения.

Уже в конце эры преобладания радиации при температурах, близких к 104 К, взаимодействие вольных электронов с протонами сопровождалось образованием атомов водорода и уменьшением толики вольных носителей электронного заряда. При всем этом рассеяние квантов на электронах становилось все наименее действенным и, в конце концов, начиная с периода, соответствующего падением температуры ниже 3000 К, распространение фотонов производилось фактически свободно. температура электромагнитного излучения опосля его отделения от плазмы уменьшалась только вследствие расширения Вселенной, которое сдвигало диапазон квантов в миллиметровый и сантиметровый спектры.

Этот микроволновый фон является, таковым образом, типичным отпечатком ранешних высокотемпературных стадий эволюции Вселенной — реликтом, доказывающим, что в прошедшем эта подсистема определяла главные свойства космологической плазмы. Но кроме фона микроволнового излучения, до нас должен был дойти очередной «отзвук» радиационно доминированной эпохи расширения Вселенной. Речь идет о ядрах и изотопах легких хим частей, образование которых в рамках модели Огромного взрыва обязано было произойти приблизительно за миллион лет до эры отделения вещества от излучения.

История вопросца о происхождении хим частей всходит к пионерским работам основателя теории «жаркой Вселенной» Г. А. Гамова. задачка, которую ставили впереди себя Г. А. Гамов и его сотрудники в конце 40-х годов нашего столетия, с позиций нынешнего денька представляется неразрешимой. Создатели возлагали надежды при помощи действий слияния протонов и нейтронов в ядра хим частей разъяснить происхождение фактически всех частей таблицы Менделеева еще на ранешних шагах расширения Вселенной. В те годы, когда ядерная физика делала практически 1-ые шаги, еще не было понятно, что в природе не существует размеренных ядер с атомными весами А=5 и А=8, и цепочка поочередных присоединений протонов и нейтронов с образованием дейтерия, гелия-3, трития и гелия-4 имеет обрыв уже практически на последующем шаге.

Г. А. Гамова побуждала еще одна, как сейчас ясно, неправильная предпосылка. В те годы постоянную Хаббла считали в 5 — 10 раз большей, чем находят на данный момент. 0тсюда следовало, что возраст Метагалактики должен был составлять только несколько млрд лет, т.е. столько же, сколько, согласно геологическим данным, «живет» Земля. Потому чудилось, что все хим элементы «от мала до велика» должны были сформироваться в едином процессе космологического нуклеосинтеза, если, естественно, полагать, что Вселенная в прошедшем была жаркой. Г. А. Гамов предсказал и современную температуру реликтового излучения — порядка 5 К, как лицезреем,

На самом же деле, из-за того что возраст Метагалактики на порядок больше, чем предлагал Г. А. Гамов, термоядерном котле жаркой Вселенной успели бы «сварится» лишь самые легкие элементы (до гелия, а может быть, до лития включительно). Потом температура свалилась вследствие расширения так, что предстоящий синтез частей был должен тормознуть. Наиболее томные элементы, как сейчас подразумевают, образовались в термоядерных реакциях в недрах звезд, и при вспышках Сверхновых.

Как нередко бывало в истории науки, невзирая, на неправильные предпосылки, Г. А. Гамов «угадал» горячее прошедшее Вселенной, триумфально подтвержденное открытием реликтового радиофона. Каким же, образом в высокотемпературной плазме формировался изотопный состав догалактического вещества?

Оказывается, одну из основных ролей в этом процессе игрались реакции слабенького взаимодействия электрических нейтрино и антинейтрино с протонами и нейтронами. Еще на лептонной эпохе расширения Вселенной при температуре выше 1010 К столкновения нейтрино vе, vе с протонами р и нейтронами n отлично размешивали эти частички в реакциях.

Начиная с температуры 1010 К, свойственное время этих реакций близко к возрасту Метагалактики, и они приостанавливаются. Расчеты демонстрируют, что к этому моменту концентрация нейтронов стала меньше концентрации протонов из-за маленькой разности их энергий покоя.

Этот контраст «замораживался» фактически до того времени, пока температура не уменьшилась до 109 К. Опосля этого вся последовательность взаимопревращения нуклонов в ядра 4Не, 3Не, 2Н, 3Н осуществлялась в два шага. На первом при температурах плазмы порядка 109 К происходило слияние протонов и нейтронов в ядра дейтерия n+p -> 2Н+Y. Расчеты демонстрируют, что до того времени, пока фактически все протоны и нейтроны не связались в ядра дейтерии, гелия-3 ( 2Н+р 3Не+Y ) и трития (2Н+n 3Н+Y ), синтез 4Не происходил очень неэффективно. Опосля этого в действие вступили столкновения ядер дейтерия меж собой и с ядрами 3Н и 3Не, приведшие к возникновению ядер гелия-4, при этом продолжительность шага синтеза 4Не очень мала.

Как видно, уже при температуре 5•107 К сформировался фактически весь первичный хим состав вещества: около 23 — 26% нуклонов связалось в ядра 4Не; 74 — 77% по массе составляет водород и только 0,01 — 0,0001% -дейтерий, гелий-3 и тритий. Заслуживает внимания то событие, что распространенность дейтерия во Вселенной очень чувствительна к современной плотности вещества. При изменении рm(0) от 1,4•10-31 до 7•1030 г/см3 его относительная концентрация (2Н/Н) миниатюризируется фактически на семь порядков. В наименьшей мере от величины современной плотности барионов зависит общее содержание 4Не, но, и оно увеличивается приблизительно в 2 раза.

Данной для нас индивидуальностью можно пользоваться для пророчества нынешней плотности вещества во Вселенной, если известна наблюдаемая распространенность галлактических гелия-4 и дейтерия. Но значимым препятствием на пути реализации данной нам программки является искажение первичного хим состава вещества на стадии существования галактик и звезд. к примеру, в Солнечной системе измерения дают приблизительно 20 — 26%-ную вариацию массовой концентрации 4Не относительно водорода. В солнечном ветре эта величина колеблется еще значительнее — от 15 до 30%.

Спектроскопические измерения линий поглощения и эмиссии гелия в атмосферах, ближайших к Солнцу звезд, свидетельствуют также о наличии вариантов в его массовой концентрации от 10 до 40 %. Присутствие 4Не обнаруживают и в более старенькых объектах нашей Галактики — шаровых скоплениях, где его распространенность колеблется от 26 до 28%. Все это, естественно, понижает достоинства использования данных о галактическом содержании 4Не для определения величины современной плотности вещества, совместимой с моделью Огромного взрыва.

В этом нюансе наиболее информативными оказываются данные, получаемые из сравнения космологической продукции дейтерия и его современной распространенности в Галактике. В отличие от 4Не этот изотоп только выгорает в процессе образования звезд, и, как следует, сейчас речь может идти только о определении нижней границы его плотности массы. Наблюдения линий поглощения атомарного дейтерия в межзвездной среде, также регистрация излучения молекул HD, DCN демонстрируют, что содержание этого изотопа в Галактике составляет приблизительно в границах от 0,001 до 0,00001% от массы водорода. Это соответствует современной плотности вещества рm(0)=1,4•10-31 г/см3.

Интересно, что, кроме разъяснения хим состава ранешней Метагалактики, теория космологического нуклеосинтеза дозволяет получить неповторимую информацию о пространственной плотности тяжело наблюдаемых частиц, дошедших до эры преобладания лептонов от прошлых шагов космологического расширения. А именно, основываясь на данной нам теории, можно ограничить число вероятных типов нейтрино, которые в крайнее время стали объектом пристального внимания космологов.

Еще каких-нибудь 6 — 7 лет вспять этот вопросец стоял вроде бы на втором плане в модели «жаркой Вселенной». Числилось, что решающую роль в формировании хим состава догалактического вещества игрались электрические нейтрино и антинейтрино и в наименьшей степени — мюонные нейтрино Vm, Vm. должен был соответствовать новейший тип нейтрино — vt. на данный момент уже не вызывает колебаний, что семейство нейтрино пополнилось новеньким членом, энергия покоя которого не превосходит 250 МэВ. Появилась любознательная ситуация — современные ускорители простых частиц приблизились только к энергиям порядка 105 МэВ и уже возник новейший тип нейтрино. Что кроется за сиим порогом энергий? Не ждет ли нас в дальнейшем катастрофическое повышение числа членов семейства лептонов по мере проникания в глубь микромира?

Оказывается, на этот вопросец модель «жаркой Вселенной» дает полностью определенный ответ. Если б в природе, кроме vе, vm, vt существовали новейшие типы нейтрино, энергии покоя которых не превосходили бы 30 — 50 эВ, их роль в период космологического нуклеосинтеза свелась бы к повышению скорости остывания плазмы и, как следует, поменялись бы условия образования хим частей. В первый раз схожая роль слабовзаимодействующих частиц в динамике космологического синтеза легких хим частей была отмечена в 1969 г. русским астрофизиком В. Ф. Шварцманом, и за крайнее десятилетие уточнялась только численная сторона вопросца.

Расчеты демонстрируют, что если за верхнюю границу распространенности догалактического гелия-4 принять его массовую концентрацию 25%, то безизбежно следует вывод, что все вероятные типы нейтрино в природе уже открыты. С некой осторожностью, связанной с недостаточной точностью наблюдательных данных о распространенности галлактических 4Не и 2Н, можно считать, что, кроме vе, vm, vt существует не наиболее еще 2-ух типов новейших нейтрино. Это событие играет существенную роль при анализе задачи сокрытой массы Вселенной.

Итак, в общих чертах мы познакомились с 2-мя важными эрами «температурной» истории космологической плазмы, в протяжении которых вышло формирование первичного хим состава вещества и диапазона микроволнового реликтового излучения. Но изложенная выше схема нуждается в существенном дополнении, так как в ней не отыскал еще отражения факт существования крупномасштабной структуры Вселенной — скоплений и сверхскоплений галактик.

Вправду, опосля аннигиляции электрон-позитронных пар во Вселенной (T=5•109 К) более всераспространенным компонентом высокотемпературной космологической плазмы сделалось электромагнитное излучение, которое опосля рекомбинации водорода закончило вести взаимодействие с веществом. Сбалансированный нрав диапазона этого излучения обоснован существованием длительной фазы расширения, когда меж фотонами и электронами происходило интенсивное взаимодействие. Опосля рекомбинации водорода и гелия Вселенная обязана была оказаться заполненной однородно распределенными веществом и излучением. И на данный момент не обязано было быть никакой структуры — ни звезд, ни галактик, ни нас. Полностью удручающая картина.

Эти пророчества, разумеется, очень далеки от наблюдаемого обилия структурных форм материи во Вселенной. Навязывается вывод, что для разъяснения наблюдаемой структуры, еще на ранешних шагах расширения Вселенной должны существовать флуктуации — хотя и малые, но конечные отличия плотности материи от однородного и изотропного распределения в пространстве.

Огромные задачи Огромного взрыва

При внимательном рассмотрении космологическая теория происхождения и структуры вселенной начинает трещать по швам.

Посмотрите на усыпанное звездами ночное небо. Как появились все эти бессчетные звезды и планетки? Большая часть современных ученых, быстрее всего, ответит на этот вопросец, сославшись на одну из версий теории «огромного взрыва». В согласовании с данной нам теорией, сначала вся одной точке и разогрета до весьма высочайшей температуры. В некоторый момент времени произошел ужасающей силы взрыв. В расширяющемся облаке перегретых субатомных частиц равномерно стали формироваться атомы, звезды, галактики, планетки, и, в конце концов, зародилась жизнь. В истинное время этот сценарий обрел статус непререкаемой правды.

Спору нет, теория огромного взрыва захватывает воображение и не достаточно кого оставляет флегмантичным. И так как она как как будто базирована на фактическом материале и подкреплена математическими выкладками, большинству людей она представляется наиболее применимой, чем религиозные разъяснения появления Вселенной. Но космологическая теория огромного взрыва является только крайней из целого ряда попыток разъяснить зарождение Вселенной с позиций механистического миропонимания, согласно которому мир (и человек в том числе) представляет собой порождение материи, функционирующей в серьезном согласовании с законами физики.

Пробы ученых сделать чисто физическую модель происхождения Вселенной основываются на 3-х постулатах:

1) все явления природы могут быть исчерпывающе объяснены физическими законами, выраженными в математической форме;

2) эти физические законы всепригодны и не зависят от времени и места;

3) все главные законы природы ординарны.

Почти все люди принимают эти постулаты как нечто само собой разумеющееся, но по сути никто и никогда не мог обосновать их истинности, наиболее того, обосновать их справедливость далековато не попросту. На самом деле дела, они являются всего-навсего составной частью 1-го из подходов к описанию действительности. Рассматривая сложнейшие явления, с которыми сталкивается всякий изучающий Вселенную, ученые выбрали редукционистский подход. «Давайте, — молвят они, — замерим характеристики физических явлений и попробуем обрисовать их при помощи обычных и всепригодных физических законов». Но, строго говоря, у нас нет никаких логических оснований заблаговременно отторгать другие подходы к осознанию Вселенной. недозволено исключить, что в базе Вселенной лежат принципно другие законы, не поддающиеся обычному математическому выражению. И тем не наименее почти все ученые, путая свое осознание Вселенной с ее настоящей природой, заблаговременно отторгают другие подходы. Они настаивают на том, что все явления во Вселенной можно обрисовать при помощи обычных математических законов. «Мы возлагаем надежды уложить все мироздание в ординарную и маленькую формулу, которую можно будет печатать на майках», — утверждает Л. Ледерман, директор Государственной лаборатории ядерной физики им. Ферми в Батавии, штат Иллинойс.

Существует несколько психических обстоятельств, заставляющих ученых держаться за редукционистский подход. Если структура Вселенной быть может описана ординарными количественными законами, то у ученых, невзирая на ограниченность людского разума, возникает надежда рано либо поздно осознать эту структуру (и таковым образом получить ключ к управлению Вселенной). Потому они исходят из того, что такое описание может быть, и делают тыщи разных теорий. Но если наша Вселенная нескончаемо сложна, то нам, с нашим ограниченным разумом и эмоциями, будет весьма тяжело узнать ее.

Продемонстрируем это на примере. Допустим, у нас имеется огромное количество, содержащее миллион цифр, и перед нами стоит задачка обрисовать структуру этого огромного количества одним уравнением. Фактически это может быть в том случае, если структура огромного количества довольно ординарна. Но если его структура очень сложна, то нам навряд ли получится даже найти вид формулы, описывающий ее. Подобно этому, пробы ученых будут настолько же безрезультативны, когда они столкнутся со качествами Вселенной, которые в принципе не поддаются математическому описанию. Потому логично, что большая часть ученых так упрямо держится за свою нынешнюю стратегию, не хотя признавать никаких остальных подходов. В этом они похожи на человека, который растерял на дороге ключи от машинки, а отыскивает их под уличным фонарем, просто поэтому, что там светлее.

Но по сути представления ученых о том, что физические законы, открытые ими в лабораторных опытах тут, на Земле, действуют во всей Вселенной и на всех шагах ее эволюции, мягко говоря, безосновательны. к примеру, у нас нет никаких оснований утверждать, что раз электронные поля ведут себя определенным образом в лабораторных критериях, то они проявляли те же характеристики миллионы лет вспять на расстоянии почти всех 10-ов световых лет от Земли. Но без таковых допущений не может обойтись ни одна попытка разъяснения происхождения Вселенной. Ведь не можем же мы возвратиться на млрд лет вспять, ко времени образования Вселенной, либо получить прямую информацию о том, что происходит за пределами Солнечной системы.

Некие ученые признают рискованность переноса наших очень ограниченных познаний на мироздание в целом. В 1980 году К. Болдинг в собственном воззвании к Американской ассоциации развития науки произнес: «Космология… представляется нам наукой, не имеющей под собой крепкого основания, хотя бы поэтому, что она изучает гигантскую Вселенную на примере маленькой ее части, исследования которой не могут отдать беспристрастной картины действительности. Мы следили ее в протяжении весьма недлинного отрезка времени и имеем относительно полное представление только о ничтожно малой части ее размера». Но не только лишь выводы космологов не имеют под собой крепкого основания, похоже, что сама попытка сделать ординарную математическую модель Вселенной не полностью корректна, и связана с трудностями принципного нрава.

Проблематическая сингулярность

Как говорит теория огромного взрыва, Вселенная появилась из точки с нулевым объемом и нескончаемо высочайшими плотностью и температурой. Это состояние, называемое сингулярностью, не поддается математическому описанию.

Пытаясь разъяснить происхождение Вселенной, сторонники теории огромного взрыва сталкиваются с суровой неувязкой, так как начальное состояние Вселенной в разработанной ими модели не поддается математическому описанию. Согласно всем имеющимся теориям огромного взрыва, сначала Вселенная представляла собой точку места нескончаемо малого размера, имевшую нескончаемо огромную плотность и температуру. Такое изначальное состояние в принципе не быть может описано математически. О этом состоянии ровненьким счетом ничего недозволено сказать. Все расчеты заходят в тупик. Это все равно что заниматься делением какого-то числа на ноль — что получится? 1? 5? 5 триллионов?.. Ответа на этот вопросец не существует. На языке науки это явление именуют «сингулярностью».

доктор радиоастрономии Манчестерского института Б. Лоувел писал о сингулярностях последующее: «В попытке на физическом уровне обрисовать начальное состояние Вселенной мы натыкаемся на препятствие. вопросец в том, является ли это препятствие преодолимым. Быть может, все наши пробы научно обрисовать начальное состояние Вселенной заблаговременно обречены на беду? Этот вопросец, также концептуальные трудности, связанные с описанием сингулярной точки в начальный момент времени, являются одной из главных заморочек современной научной мысли». Пока что это препятствие не смогли преодолеть даже самые выдающиеся ученые, разрабатывающие теории огромного взрыва.

Нобелевский лауреат С. Вайнберг отмечал: «К огорчению, я не могу начать собственный кинофильм [цветной документальный фильм о большом взрыве] с нулевой точки отсчета, когда времени еще не было, а температура была нескончаемо велика». Таковым образом, теория огромного взрыва совершенно не обрисовывает происхождение Вселенной, потому что начальная сингулярность, по определению, не поддается описанию.

Итак, теория огромного взрыва сталкивается с неодолимыми неуввязками практически с самого начала. В научно-популярных изложениях теории огромного взрыва трудности, связанные с начальной сингулярностью, или замалчиваются, или упоминаются вскользь, но в особых статьях ученые, делающие пробы подвести математическую базу под эту теорию, признают их основным препятствием. Доктора арифметики С. Хоукинг из Кембриджа и Г. Эллис из Кейптауна отмечают в собственной монографии «Крупномасштабная структура пространства-времени»: «На наш взор, полностью оправданно считать физическую теорию, которая предвещает сингулярность, несостоявшейся». И дальше: «результаты наших наблюдений подтверждают предположение о том, что Вселенная появилась в определенный момент времени. Но сам момент начала творения, сингулярность, не подчиняется ни одному из узнаваемых законов физики».

Понятно, что неважно какая догадка о происхождении Вселенной, которая постулирует, что начальное состояние Вселенной не поддается физическому описанию, смотрится достаточно подозрительно. Но это еще половина беды. Последующий вопросец: откуда взялась сама сингулярность? И ученые обязаны объявить математически непередаваемую точку нескончаемой плотности и нескончаемо малых размеров, существующую вне места и времени, безначальной предпосылкой всех обстоятельств.

Пробы решения задачи сингулярности

Не хотя мириться с схожей перспективой, теоретики разработали несколько вариантов теории огромного взрыва, в каких пробуют обойти делему сингулярности. один из вероятных подходов — постулировать, что сингулярность при зарождении Вселенной была не совершенной. Б. Лоувел утверждает, что сингулярность в теории огромного взрыва «нередко представлялась как математическая неувязка, появившаяся из постулата о однородности Вселенной». Все традиционные модели Вселенной, показавшейся в итоге огромного взрыва, владеют безупречной математической симметрией, и некие физики сочли это предпосылкой возникновения сингулярных корней уравнений, описывающих начальное состояние Вселенной. Чтоб скорректировать это, теоретики стали вводить в свои модели асимметрию, аналогичную той, которую можно созидать в наблюдаемой Вселенной. Таковым образом, они возлагали надежды внести в начальное состояние Вселенной достаточную неупорядоченность, нужную для того, чтоб оно не сводилось к точке. Но все их надежды были разрушены Хоукингом и Эллисом, которые говорят, что, согласно их расчетам, модель огромного взрыва с асимметричным распределением материи в любом случае обязана иметь сингулярность в начальной точке.»

Откуда возникла Вселенная?

неувязка сингулярности является только частью наиболее общей задачи, задачи появления Вселенной (независимо от того, каким было ее изначальное состояние). Если какая-либо модель Вселенной постулирует сингулярность, это, непременно, делает весьма огромные теоретические трудности. Но даже если сингулярности реально избежать, то главный вопросец как и раньше остается без ответа: откуда, фактически, возникла Вселенная? Надеясь уклониться от ответа на этот вопросец, некие ученые предложили теорию так именуемой «нескончаемо пульсирующей Вселенной». В согласовании с данной нам теорией, Вселенная расширяется, а потом сжимается до сингулярности, потом вновь расширяется и опять сжимается. У нее нет ни начала, ни конца. Это снимает вопросец о происхождении Вселенной — она ниоткуда не возникает, а существует вечно.

Да и эта модель не лишена суровых недочетов. До этого всего, до сего времени никто не сумел удовлетворительно разъяснить механизм пульсирования. Дальше, в собственной работе «1-ые три минутки» С. Вайнберг утверждает, что любой цикл расширения и сжатия должен приводить к определенным прогрессирующим изменениям во Вселенной, а это означает, что у Вселенной обязано быть начало, по другому вся история Вселенной будет регрессом, растянувшимся на вечностью. Таковым образом, перед нами вновь встает вопросец о происхождении Вселенной.

Иной попыткой уйти от вопросца о происхождении Вселенной была предложенная английским астрофизиком П. Дэвисом модель «пульсирующей Вселенной с воззванием хода времени«. Согласно данной нам теории, Вселенная поначалу расширяется, а потом сжимается до сингулярности, при этом сначала всякого последующего цикла расширения-сжатия время поворачивает назад, приводя, в конце концов, к сингулярности, с которой начинался предшествующий цикл. Согласно данной нам модели, прошедшее становится будущим, а будущее — прошедшим, так что понятие «начало Вселенной» лишается смысла. Этот сценарий дает некое Инфляционная Вселенная

Кроме вопросца о происхождении Вселенной, современные космологи сталкиваются с остальных заморочек. Чтоб обычная теория огромного взрыва могла предсказать то распределение материи, которое мы смотрим, ее начальное состояние обязано характеризоваться весьма высочайшей степенью организованности. сходу же возникает вопросец: каким образом таковая структура могла образоваться? Физик А. Гут из Массачусетского технологического института предложил свою версию теории огромного взрыва, которая разъясняет спонтанное появление данной нам организации, устраняя необходимость искусственно вводить четкие характеристики в уравнения, описывающие начальное состояние Вселенной. Его модель была названа «инфляционной Вселенной». Сущность ее в том, что снутри стремительно расширяющейся, пере гретой Вселенной маленькой участок места охлаждается и начинает расширяться посильнее, подобно тому, как переохлажденная вода быстро леденеет, расширяясь при всем этом. Эта фаза резвого расширения дозволяет убрать некие задачи, присущие обычным теориям огромного взрыва.

Но модель Гута тоже не лишена недочетов. Чтоб уравнения Гута верно обрисовывали инфляционную Вселенную, ему пришлось весьма буквально задавать начальные характеристики для собственных уравнений. Таковым образом, он столкнулся с той же неувязкой, что и создатели остальных теорий. Он возлагал надежды избавиться от необходимости задавать четкие характеристики критерий огромного взрыва, но для этого ему пришлось вводить свою параметризацию, оставшуюся необъясненной. Гут и его соавтор П. Штайнгарт признают, что в их модели «расчеты приводят к применимым пророчествам лишь в том случае, если данные начальные характеристики уравнений варьируют в весьма узеньком спектре. Большая часть теоретиков (включая и нас самих) считают подобные начальные условия маловероятными». Дальше создатели молвят о собственных надеждах на то, что когда-нибудь будут разработаны новейшие математические теории, которые дозволят им создать свою модель наиболее правдоподобной.

Эта зависимость от еще не открытых теорий — иной недочет модели Гута. Теория одного поля, на которой основывается модель инфляционной Вселенной, на сто процентов гипотетична и «плохо поддается экспериментальной проверке, потому что огромную часть ее пророчеств нереально количественно проверить в лабораторных критериях». (Теория одного поля — это довольно непонятная попытка ученых связать воедино некие главные силы Вселенной.)

иной недочет теории Гута — это то, что в ней ничего не говорится о происхождении перегретой и расширяющейся материи. Гут проверил сопоставимость собственной инфляционной теории с 3-мя догадками происхождения Вселенной. Поначалу он разглядел обычную теорию огромного взрыва. В этом случае, по воззрению Гута, инфляционный эпизод должен был произойти на одной из ранешних стадий эволюции Вселенной. Но эта модель ставит перед нами неразрешимую делему сингулярности. 2-ая догадка постулирует, что Вселенная появилась из хаоса. Некие ее участки были жаркими, остальные — прохладными, одни расширялись, а остальные сжимались. В этом случае инфляция обязана была начаться в перегретой и расширяющейся области Вселенной. Правда, Гут признает, что эта модель не может разъяснить происхождение первичного хаоса.

3-я возможность, которой Гут дает предпочтение, состоит в том, что перегретый расширяющийся сгусток материи возникает квантово-механическим методом из пустоты. В статье, показавшейся в журнальчике «Сайентифик Америкэн» в 1984 году, Гут и Штайнгарт говорят: «Инфляционная модель Вселенной дает нам один шаг и придти к выводу, что Вселенная появилась практически из ничего«.

Но какой бы симпатичной ни была эта мысль для ученых, готовых ополчиться на хоть какое упоминание о способности существования высшего сознания, создавшего Вселенную, при внимательном рассмотрении она не выдерживает критики. «Ничто», о котором гласит Гут, — это гипотетичный квантово-механический вакуум, описываемый еще не разработанной теорией одного поля, которая обязана соединить уравнения квантовой механики и общей теории относительности. Иными словами, в данный момент этот вакуум нереально обрисовать даже на теоретическом уровне.

нужно отметить, что физики обрисовали наиболее обычный тип квантово-механического вакуума, который представляет собой море так именуемых «виртуальных частиц», фрагментов атомов, которые «практически есть». время от времени некие из этих субатомных частиц перебегают из вакуума в мир вещественной действительности. Это явление получило заглавие вакуумных флуктуаций. Вакуумные флуктуации нереально следить конкретно, но теории, постулирующие их существование, были доказаны экспериментально. Согласно сиим теориям, частички и античастицы без всякой предпосылки появляются из вакуума и фактически сходу исчезают, аннигилируя друг дружку. Гут и его коллеги допустили, что в некий момент заместо крохотной частички из вакуума возникла целая Вселенная, и заместо того, чтоб сходу пропасть, эта Вселенная каким-то образом просуществовала млрд лет. Создатели данной нам модели решили делему сингулярности, постулировав, что состояние, в каком Вселенная возникает из вакуума, несколько различается от состояния сингулярности.

Но у этого сценария есть два главных недочета. Во-1-х, можно лишь удивляться смелости фантазии ученых, распространивших довольно ограниченный опыт с субатомными частичками на целую Вселенную. С. Хоукинг и Г. Эллис мудро остерегают собственных лишне увлекающихся коллег: «Предположение о том, что законы физики, открытые и изученные в лаборатории, будут справедливы в остальных точках пространственно-временного континуума, непременно, весьма смелая экстраполяция». Во-2-х, строго говоря, квантово-механический вакуум недозволено именовать «ничто». Описание квантово-механического вакуума даже в самой обычный из имеющихся теорий занимает огромное количество страничек в высшей степени абстрактных математических выкладок. Таковая система, непременно, представляет собой «нечто», и сходу же встает все этот же упорный вопросец: «Как появился настолько трудно организованный «вакуум»?»

Вернемся к изначальной дилемме, для решения которой Гут сделал инфляционную модель: дилемме четкой параметризации начального состояния Вселенной. Без таковой параметризации нереально получить наблюдаемое распределение материи во Вселенной. Как мы удостоверились, решить эту делему Гуту не удалось. Наиболее того, непонятной представляется сама возможность того, что какая-нибудь версия теории огромного взрыва, включая версию Гута, может предсказать наблюдаемое распределение материи во Вселенной. Высокоорганизованное начальное состояние в модели Гута, по его же словам, в конце концов, преобразуется во «Вселенную» поперечником 10 см, заполненную однородным сверхплотным, перегретым газом. Она будет расширяться и остывать, но нет никаких оснований полагать, что она когда-нибудь перевоплотится в нечто большее, чем однородное скопление газа. На самом деле дела, к этому результату приводят все теории огромного взрыва. Если Гуту пришлось пускаться на почти все ухищрения и созодать непонятные допущения, чтоб в конце концов получить Вселенную в виде облака однородного газа, то можно представить для себя, каким должен быть математический аппарат теории, приводящей ко Вселенной в том виде, в котором мы ее знаем! Отменная научная теория дает возможность предвещать почти все сложные природные явления, исходя из обычный теоретической схемы. Но в теории Гута (и хоть какой иной версии теории огромного взрыва) все напротив: в итоге сложных математических выкладок мы получаем расширяющийся пузырь однородного газа. Невзирая на это, научные журнальчики печатают экзальтированные статьи о инфляционной теории, сопровождающиеся бессчетными яркими иллюстрациями, которые должны сделать у читателя воспоминание, что Гут в конце концов достигнул священной цели — отыскал разъяснение происхождения Вселенной. Мы бы не стали спешить с таковыми заявлениями. Честнее было бы просто открыть постоянную рубрику в научных журнальчиках, чтоб публиковать в ней теорию происхождения Вселенной, модную в этом месяце.

Тяжело даже представить для себя всю сложность начального состояния и критерий, нужных для появления нашей Вселенной со всем разнообразием ее структур и организмов. В случае нашей Вселенной степень данной нам трудности такая, что ее чуть ли можно разъяснить при помощи одних физических законов.

Теоретики прибегают к помощи так именуемого «антропического принципа».

По их догадке, квантово-механический вакуум производит вселенные миллионами. Но в большинстве из их нет критерий, нужных для появления жизни, потому никто не может изучить эти миры. В то же время в остальных вселенных, включая нашу свою, сложились пригодные условия для возникновения исследователей, потому нет ничего необычного в том, что в этих вселенных царствует таковой неправдоподобный порядок. По другому говоря, сторонники антропического принципа принимают сам факт существования человека за разъяснение упорядоченной структуры Вселенной, которая сделала условия для появления человека. Но подобные логические увертки ничего не разъясняют.

иной формой псевдонаучной казуистики является утверждение о том, что Вселенная возникла по воле слепого варианта. Эти слова тоже ровненьким счетом ничего не разъясняют. сказать, что нечто, показавшееся один раз, возникло случаем — означает просто сказать, что оно возникло. Такового рода утверждения недозволено считать научным разъяснением, потому что они не содержат внутри себя никакой новейшей инфы. Иными словами, эти «разъяснения» ни на шаг не приблизили ученых к решению задачи происхождения Вселенной.

Общая теория относительности обрисовывает искривленное место время и является неотъемлемой частью хоть какой современной теории происхождения Вселенной. Потому если общая теория относительности нуждается в пересмотре, то неважно какая космологическая теория, основанная на ней, тоже нуждается в поправках.

Применение общей теории относительности, так же как и наиболее ранешней теории Эйнштейна, личной теории относительности, связано с одной трудностью: в обеих понятие времени переосмыслено. В ньютоновой физике время рассматривается как переменная, независящая от места. Благодаря этому мы можем обрисовать линию движения движения объекта в пространстве и времени: на этот момент времени объект находится в определенной точке места, а со временем его положение изменяется. Но теория относительности Эйнштейна соединяет воединыжды место и время в четырехмерный континуум, так что про объект уже недозволено сказать, что в определенный момент времени он занимает определенное положение в пространстве. Релятивистское описание объекта указывает его положение в пространстве и времени как единое целое, от начала и до конца существования объекта. к примеру, человек, исходя из убеждений теории относительности, представляет собой пространственно-временное единство, от эмбриона во чреве мамы до трупа (так именуемый «пространственно-временной червяк»). Этот «червяк» не может сказать: «На данный момент я взрослый, а ранее был ребенком». Течения времени не существует. Вся жизнь человека представляет собой единое целое. Таковой взор на человека обесценивает наше личное восприятие прошедшего, реального и грядущего, вынуждая нас поставить под колебание саму действительность этого восприятия.

В собственном письме к М. Бессо Эйнштейн писал: «Ты должен согласиться с тем, что личное время с его упором на реальном не имеет беспристрастного смысла».» Опосля погибели Бессо, Эйнштейн выразил свое соболезнование его вдове последующим образом: «Майкл незначительно обогнал меня, покинув этот странноватый мир. Но это не имеет значения. Для нас, убежденных физиков, различие меж прошедшим, реальными будущим — хоть и назойливая, но всего только иллюзия». » На самом деле дела, эти представления опровергают сознание, которое подчеркивает действительность переживаемого момента. Наше сегодняшнее тело мы чувствуем как реальное, тогда как наше детское тело сохранилось лишь в памяти. Для нас нет никаких колебаний в том, что мы занимаем определенное пространство в пространстве на этот момент времени. Теория относительности превращает серии событий в единые пространственно-временные структуры, но мы чувствуем их как последовательность определенных шагов во времени. Как следует, неважно какая модель происхождения Вселенной, построенная на базе теории относительности, не способна разъяснить наше восприятие времени, и поэтому все эти модели в их современном виде неидеальны и неприемлемы

Квантовая физика и действительность

Все современные космологические теории также опираются на квантовую механику, которая обрисовывает время как квантовая физика сосредоточена лишь на математическом описании действий наблюдения и измерения. Вещественная вещественная действительность исчезает из поля ее зрения. Нобелевский лауреат В. Гейзенберг гласит: «Оказалось, что мы больше не способны отделить законы природы, которые квантовая механика определяет в математическом виде, имеют отношение не к поведению простых частиц как таких, а лишь к нашему познанию о этих частичках». В квантовой механике вместе с объектом исследования и инструментами исследования элементом анализируемой картины становится наблюдающий.

Но применение квантовой механики для описания Вселенной связано с суровыми трудностями. По определению, все наблюдатели являются частью Вселенной. В случае Вселенной мы лишены способности представить для себя стороннего наблюдающего. В попытке сконструировать версию квантовой механики, которая не нуждается в стороннем наблюдателе, узнаваемый физик Дж. Уилер предложил модель, в согласовании с которой Вселенная повсевременно расщепляется на нескончаемое количество копий. Любая параллельная Вселенная имеет собственных наблюдателей, которые лицезреют данный определенный набор квантовых альтернатив, и все эти Вселенные настоящи.

В. Вит пишет о собственной реакции на эту теорию в журнальчике «Физикс тудэй»: «Я до сего времени помню потрясение, которое испытал, в первый раз ознакомившись с теорией множественности миров. Мысль о том, что каждое мгновение из меня возникает 10 в 100-ой степени слегка различающихся друг от друга двойников, и любой из их продолжает беспрестанно делиться, пока не поменяется до неузнаваемости, не укладывается в рамки здравого смысла. Уж вот воистину картина нескончаемо прогрессирующей шизофрении». Это всего только один пример умопомрачительных гипотез, которые приходится выдвигать ученым, чтоб согласовать теорию огромного взрыва с квантовой механикой.

Но на этом неудачи ученых, избравших путь материалистического редукционизма, не кончаются. Не достаточно того, что теория относительности и квантовая механика сами по для себя в применении к космологии приводят к несуразным и умопомрачительным моделям. Чтоб по-настоящему оценить всю шаткость надежд ученых когда-либо отыскать разгадку происхождения Вселенной, необходимо знать, что они ложут их основным образом на еще не сделанную теорию одного поля (ТЕП), которая обязана будет соединить внутри себя теорию относительности и квантовую механику. Они уповают, что эта теория обрисует все силы, действующие во Вселенной, при помощи 1-го малогабаритного математического выражения. При всем этом теория относительности нужна для описания общей структуры пространства-времени, а квантовая механика — для разъяснения поведения субатомных частиц. К огорчению, обе теории очевидно противоречат друг другу.

Первым шагом на пути к математической интеграции обеих теорий является теория квантового поля. Эта теория пробует обрисовать время британский физик, лауреат Нобелевской премии П. Дирак, создатель теории квантового поля, признался: «Похоже, что поставить эту теорию на внушительную математическую базу фактически нереально». Вторым и еще наиболее сложным шагом обязана быть Интеграция общей теории относительности и квантовой механики, но пока никто не имеет ни мельчайшего представления о том, как это создать. Даже такие общепризнанные авторитеты, как Нобелевский лауреат С. Вайнберг, признают, что лишь для сотворения математического аппарата новейшей теории пригодится столетие либо два.

Со времен Ньютона и Галилея физики ставят впереди себя задачку отдать математическое описание исследуемого явления. Это математическое описание обязано быть доказано наблюдениями и потом испытано экспериментально. Мы уже удостоверились, что теории огромного взрыва не отвечают сиим требованиям. Одним из главных требований, предъявляемых к физическим теориям, являлась простота, но, как мы лицезреем, теории огромного взрыва не отвечают и этому аспекту. С каждой новейшей формулировкой они принимают все наиболее и наиболее необычные формы. Эти теории представляют собой как раз то, что так претило Ньютону и Галилею — досужие вымыслы, призванные заполнить зияющий пробел в наших познаниях.

Таковым образом, теории огромного взрыва не могут претендовать на роль научного разъяснения происхождения Вселенной. Но в научно-популярных журнальчиках, телевизионных передачах и в учебниках ученые сознательно пробуют сделать воспоминание, что им удалось разъяснить происхождение Вселенной. Как говорится, не обманешь — не продашь. Тяжело представить для себя что-либо наиболее дальнее от правды.

Как быть с Галактиками?

Мы уже удостоверились, что все пробы космологов втиснуть Вселенную в узенькие рамки собственных материалистических представлений ни к чему не привели. Наиболее того, их теории не соответствуют даже их своим представлениям о строении Вселенной. к примеру, теория огромного взрыва не может разъяснить существование галактик. Представьте для себя превосходного ученого, который конкретно понимает все современные космологические теории, но не имеет понятия о астрономии. Сумеет ли он предсказать существование галактик? Нет. Современные версии космологических теорий предвещают лишь возникновение однородного облака газа. Плотность этого облака к истинному времени обязана быть не больше 1-го атома на кубометр — немногим лучше, чем вакуум. Чтоб получить нечто большее, требуется корректировка начального состояния Вселенной, которую весьма тяжело научно доказать. По традиции физическая теория считается применимой, лишь если она владеет предсказательной силой. Ценность теории, которую необходимо длительно подгонять, чтоб выдавить из нее какие-то пророчества, весьма непонятна.

С. Вайнберг в собственной книжке «1-ые три минутки» пишет: «Теория появления галактик представляет собой одну из самых тяжелых заморочек астрофизики, заморочек, еще весьма дальних от разрешения». » Но потом он сходу оговаривается: «Но это совершенно иная история». Почему же иная? Это как раз та история! Если теория огромного взрыва не может разъяснить происхождение не только лишь самой Вселенной, да и 1-го из главных компонент Вселенной — галактик, то что все-таки она совершенно разъясняет? Судя по всему, не очень много.

Недостающая масса

Одна из неразгаданных загадок Вселенной: ученые подразумевают, что галактики могут быть окружены нимбом невидимой материи, масса которой в девять раз превосходит их свою.

Теория «огромного взрыва» обязана, по идее, разъяснять строение Вселенной, но неудача в том, что почти все свойства Вселенной еще недостаточно исследованы, чтоб их можно было разъяснять. одной из интригующих загадок является неувязка «недостающей массы». «Измеряя световую энергию, излучаемую Млечным Методом, можно примерно найти массу нашей галактики. Она приравнивается массе 100 млрд Солнц. Но, изучая закономерности взаимодействия такого же Млечного Пути с близкорасположенной галактикой Андромеды, мы найдем, что наша галактика притягивается к ней так, как как будто весит в 10 раз больше«, разъясняет Давид Шрамм, доктор Чикагского института. Таковым образом, разница в массе, определенной 2-мя способами, составляет 90%. Чтоб разъяснить это, ученые решили списать недочет массы на призрачные субатомные частички, именуемые «нейтрино». Сначало нейтрино числились невесомыми, но, когда потребовалось, им приписали массу, чтоб «найти» недостающую массу галактики. Весьма комфортно.

Даже если отложить вопросец о происхождении Вселенной и обратиться к ее строению, мы увидим, что и здесь далековато не все обстоит благополучно. Ученые уверенно утверждают, что Вселенная простирается на Х световых лет и что ее возраст — У млрд лет. Они говорят, что знают природу всех главных галлактических объектов: звезд, галактик, туманностей, квазаров и т.д. В то же время мы не имеем четкого понятия даже о галактике Млечного Пути, к которой мы принадлежим.

к примеру, в журнальчике «Сайентифик Америкэн» узнаваемый астролог Б. Дж. Бок пишет: «Я вспоминаю середину 70-х годов, когда я и мои коллеги, исследователи Млечного Пути, были полностью убеждены внутри себя… В то время никому не могло придти в голову, что весьма скоро нам придется пересмотреть свои представления о размерах Млечного Пути, увеличив его поперечник в три раза, а массу вдесятеро». Если даже такие характеристики были настолько абсолютно изменены опосля 10-ов лет наблюдений и исследовательских работ, то что можно ждать от грядущего?! Не придется ли нам еще наиболее абсолютно поменять свои взоры?

Даже наша собственная Галлактика пока остается для нас загадкой. Обычное разъяснение происхождения планет, согласно которому планетки образовались в процессе конденсации туч галлактической пыли и газа, имеет под собой достаточно шаткий фундамент, потому что уравнения, описывающие взаимодействие газа в этих облаках, до сего времени не решены. В. Мак-Рей, доктор института в Суссексе, прошлый президент Царского Астрономического общества, пишет: «неувязка происхождения Галлактики продолжает оставаться, пожалуй, самой значимой из всех нерешенных заморочек астрономии».

Возлагаем надежды, что всего произнесенного выше довольно для того, чтоб уверить хоть какого непредвзятого читателя в необоснованности претензий космологов на то, что стратегия материалистического редукционизма посодействовала им удачно разъяснить происхождение и природу Вселенной. У нас нет никаких оснований утверждать, что все ответы на вопросцы космологии непременно должны быть описаны обычным математическим выражением. Количественный способ часто не быть может использован даже к явлениям, куда наиболее обычным и легкодоступным, чем огромная Вселенная. Потому заблаговременно отторгать другие подходы — подходы, которые могут быть основаны на других законах и принципах, чем известные нам законы физики.

Другая картина действительности

Логически недозволено исключить возможность роли нефизических причин в деятель Вселенной, как недозволено исключить возможность существования областей вселенной, где совершенно не действуют известные нам физические законы. Физик Д. Бем признается: «Постоянно имеется возможность того, что будут обнаружены принципно другие характеристики, свойства, структуры, системы, уровни, которые подчиняются совершенно остальным законам природы».

Как мы удостоверились, некие модели и концепции, такие, как модели нескончаемо пульсирующей и нескончаемо делящейся Вселенной, предлагаемые космологами, очевидно противоречат здравому смыслу. Не следует считать эти концепции смешными курьезами — они принадлежат к числу самых респектабельных гипотез современной космологии. Разглядим несколько еще наиболее эксцентричных мыслях, которые дискуссируются учеными-космологами. одна из таковых теорий — теория «белоснежной дыры» — квазара, фонтаном извергающего галактики Дж. Гриббин, создатель книжки «Белоснежные дыры», спрашивает: «Может быть ли, чтоб белоснежные дыры делились, так чтоб галактики воспроизводили себя, подобно амебам, методом партеногенеза? Исходя из убеждений обычных представлений о поведении материи, это предположение кажется таковым неправдоподобным, что по-настоящему оценить его можно, лишь взглянув на обычные теории появления галактик и, убедившись, как безвыходны их пробы разъяснить развитие настоящей Вселенной. Теория делящихся белоснежных дыр смотрится как соломинка, за какую хватается утопающий, но в отсутствие иной применимой кандидатуры нам не остается ничего другого, как ухватиться за нее».

Иная теория, которая серьезно дискуссируется космологами, — это пространственно-временные туннели либо, как их еще именуют, «галлактические норы». В первый раз серьезно рассмотренная физиком Дж. Уилером в работе «реометродинамика» (1962 г.), эта теория к получила широкую известность благодаря научно-фантастическому телесериалу «Звездные войны«. В этих фильмах галлактические корабли путешествуют через гиперпространство, осуществляя межгалактические перелеты, которые в обычных критериях востребовали бы миллионы лет при движении со скоростью света. В неких версиях данной нам теории галлактические туннели рассматриваются как переходы, связывающие прошедшее и будущее либо даже разные вселенные.

Сначала двадцатого века Эйнштейн ввел понятие 4-ого измерения. В истинное время по мере того, как обнаруживаются новейшие следствия уравнений гравитационного поля, выведенных Эйнштейном, физикам приходится вводить новейшие измерения. Физик-теоретик П. Дэвис пишет: «В природы? дополнение к трем пространственным измерениям и одному временному, которые мы воспринимаем в ежедневной жизни, есть еще семь измерений, которые по сю пору никем увидены не были»

Мы говорим обо всем этом для того, чтоб показать, что даже ученые-материалисты обязаны выдвигать разъяснения природы Вселенной, которые выходят далековато за границы обычных представлений и не умещаются в обыденном сознании. Чтоб осознать их либо даже просто примириться с ними, требуется определенное «растяжение» разума.

В безднах «Огромного взрыва»

Особенного внимания и осмысления просит более всераспространенная в истинное время модель «жаркой» Вселенной, сопряженная с концепцией «Огромного взрыва». Не нужно мыслить, что представление о расширяющейся Вселенной — открытие ХХ века. Мысли о расширяющемся Мироздании высказывались еще в Ригведе и в орфико-пифагорейских космологических учениях. В конце концов электромагнитные волны, включая свет, от хоть какого ненаправленного и несфокусированного источника не могут быть ничем другим, не считая как расширяющейся сферой электромагнитного фронта.

Космологи-релятивисты просто абсолютизировали взрывной нрав данного полностью естественного процесса. К тому же релятивистские космологические модели получены только умозрительным методом и усилием мысли же произвольно перенесены потом на весь Космос. Согласно концепции «Огромного взрыва», Вселенная появилась из одной точки, радиусом равной нулю, но с плотностью равной бесконечности. Что же это все-таки за точка, называемая сингулярностью, каким образом из ничего возникает вся неистощимая Вселенная и что находится за пределами сингулярности — о этом сторонники и пропагандисты данной догадки умалчивают. «большенный взрыв» произошел 10-20 млрд лет вспять (четкий возраст зависит от величины неизменной Хаббла, вводимой в подобающую формулу).

Эта величина, в свою очередь, может иметь разные значения зависимо от способов, используемых для измерения расстояния от Земли до галактик. В целом же трезвый подход к квазикосмистским умозрениям типа «Огромного взрыва» отлично выразил узнаваемый шведский физик и астрофизик, лауреат Нобелевской премии Х. Альвен. Отнеся данную догадку к уровню математических легенд и отмечая возрастание фанатичной веры в него, он пишет: «…Эта космологическая теория представляет собой верх бреда — она утверждает, что вся Вселенная появилась в некоторый определенный момент подобно взорвавшейся атомной бомбе, имеющей размеры (наиболее либо наименее) с булавочную головку. Похоже на то, что в теперешней умственной атмосфере не малым преимуществом космологии «Огромного взрыва» служит то, что она является оскорблением здравого смысла: credo, quia absurdum («верую, ибо это абсурдно»)!

Когда ученые бьются против астрологических бессмыслиц вне стенок «храмов науки», хорошо было бы припомнить, что в самих этих стенках тотчас культивируется еще худшая абракадабра». В рамках теории «Огромного взрыва» отрицается вечность и бесконечность Вселенной, потому что Вселенная имела начало во времени и по прошествии даже наибольшего срока в 20 млрд лет успела расшириться (раздуться) на ограниченное расстояние. Что находится за пределами радиуса расширяющейся Вселенной — тоже запрещенная тема для обсуждения. Обычно отделываются ничего не объясняющими утверждениями, смысл которых приблизительно последующий: Вселенная такая, поэтому что это вытекает из математических формул. А именно, сингулярность выходит методом чисто математических преобразований и потом проецируется на галлактическую действительность.

Совершенно объектом релятивистской космологии являются максимально абстрактные модели, опирающиеся на сложнейший математический аппарат. При всем этом поначалу решаются уравнения либо доказывается аксиома, а потом уже решается вопросец о том, каким образом следует скорректировать прежнее, не наименее абстрактное математическое описание Вселенной либо, может быть, поменять старенькую космологическую модель на новейшую. С полной очевидностью он находится и в истории с космологической сингулярностью. В первый раз релятивистская мысль расширяющейся Вселенной была сформулирована и математически обусловлена русским ученым А.А. Фридманом в двадцатые годы. Его ученик Дж. Гамов высчитал в конце 40-х годов модель жаркой взрывающейся Вселенной, положив начало концепции «Огромного взрыва». Но обширное распространение и внедрение эта теория получила только с середины 1960-х годов. Ах так излагает историю вопросца С. Хокинг — один из более знатных современных ученых, внесший большенный личный вклад в развитие и распространение релятивист-ской космологии (сейчас Хокинг управляет той кафедрой в Кембриджском институте, которую когда-то возглавлял Ньютон, — свидетельство наивысшего признания в научном мире). Отправной точкой раздумий Хокинга послужила теория другого британского математика и физика — Р. Пенроуза. Обосновывая начало Вселенной во времени и исходя из поведения световых конусов в общей теории относительности, Пенроуз математически показал, что когда звезда сжимается под действием собственных сил гравитации, она ограничивается областью, поверхность которой в конце концов сжимается до нуля. А раз поверхность данной нам области сжимется до нуля — как следует, то же самое обязано происходить и с ее объемом. Все вещество звезды будет сжато в нулевом объеме, так что ее плотность и кривизна пространства-времени станут нескончаемыми. В данной ситуации и возникает сингулярность, выведенная только математическим методом в рамках сейчас уже традиционной аксиомы Пенроуза. В 1965 году Хокинг познакомился с теорией Пенроуза и решил распространить ее на всю Вселенную, изменив при всем этом направление времени на оборотное так, чтоб сжатие перебежало в расширение. Иными словами, в математических уравнениях был заменен символ, что позволило ввести новейшую модель Огромного Вселенной, совмещенного с «Огромным взрывом», точкой отсчета которого стала сингулярность. Спустя 5 лет Хокинг опубликовал на данную тему работу уже вместе с Пенроузом. Вот, фактически, и вся подоплека господствующей в истинное время модели Вселенной, которая в предстоящем уточнялась в деталях, но не в принципе. См.: Пенроуз Р. Гравитационный кризис и пространственно-временные сингулярности // Альберт Эйнштейн и теория гравитации. М., 1979. С. 390-395. См.: Хокинг С. От Огромного взрыва до темных дыр: Короткая история времени. М., 1990. С. 45-50. Показательно, что теория полностью и на сто процентов родилась «на кончике пера» и соткана из тонкой математической сети. Ее вероятное соответствие галлактической действительности полностью и на сто процентов зиждется на энтузиазме и активности создателей, поддерживающих друг друга и поддерживаемых не наименее дружно всеми вероятными информационными средствами. В реальности ничего, не считая качественной композиции математических отношений, имеющихся в 2-ух вариантах — или в голове теоретика, или в письменном либо написанном виде, создатели «взрывотворящих» космологических гипотез предложить не могут.

Тем не наименее разработка концепции «Огромного взрыва» происходила в ускоренном режиме. Не связанные какими бы то ни было ограничениями, теоретики дали полную волю собственному воображению. В особенности их завлекали краевые значения: что было в самом начале и что ожидает их детище в самом конце. неувязка «начала» породила неоглядный поток публикаций, включая стремительно завоевавшие популярность монографии, такие, например, как переведенная на почти все языки книжка южноамериканского физика, лауреата Нобелевской премии Стивена Вайнберга «1-ые три минутки: Современный взор на происхождение Вселенной».

Тут, так сказать, посекундно расписано, как вела себя В безднах «Огромного взрыва» (часть 2)

Ее популярность и резвое признание были обоснованы тем, что при помощи новейших математических допущений удалось преодолеть возникшие противоречия меж 2-мя теоретическими «китами» — космологией и физической теорией простых частиц. Спецы по теории простых частиц издавна направляли внимание на неясные моменты космологии и задавали вопросцы, которые казались практически метафизическими. Что было до начала расширения Вселенной? Почему Вселенная однородна и изотропна? Почему различные ее части, далековато удаленные друг от друга, так похожи, хотя формировались независимо? Сначала чудилось, что ответы на эти вопросцы выходят за рамки целей и способностей науки. Конкретно потому таковой большенный энтузиазм вызвала предложенная Линде теория инфляционной, раздувающейся, Вселенной, в какой удалось ответить на огромную часть приведенных вопросцев. Общая черта разных вариантов инфляционной теории — существование стадии весьма резвого (экспоненциального) расширения Вселенной в вакуумоподобном состоянии с большой плотностью энергии. Эта стадия и именуется стадией друг с другом, устанавливается термодинамическое равновесие, и только вослед за сиим Вселенная начинает эволюционировать согласно обычной модели «жаркой Вселенной». В обычных моделях время раздувающиеся области Вселенной успевают прирастить собственный размер в 10000000000 ¦ 1010 раз. Воодушевленный «инфляционным подходом», Стивен Хокинг решил довести ультрарелятивистскую модель «Огромного взрыва» до логического конца и ответить на очень щекотливый вопросец: что все-таки станет со Вселенной, когда она окончит эволюцию, предписанную математическими уравнениями. Ответ обескураживает собственной бесхитростной простотой: она снова перевоплотится в сингулярность, другими словами в точку с нулевым радиусом. Хокинг даже припугивает: «Сингулярности не будет только в том случае, если представлять для себя развитие Вселенной в надуманном времени«. Вот так: или соглашайся с сингулярностью, или будешь жить в надуманном времени! Страшная просто перспектива! Отлично еще, что она существует лишь в разыгравшемся теоретическом воображении, а надуманное время — таковая же математическая абстракция, как и сингулярность. Итак, модель «Огромного взрыва» — всего только одна из вероятных воображаемых конструкций, плод игры теоретической мысли. Расчетный возраст Земли, превосходящий по современным геофизическим данным 10 млрд лет, и измерения изотропного возраста метеоров не вписываются в релятивистские временные характеристики Вселенной, предусматривающие ее начало в итоге Огромного взрыва, а по существу опровергают их. Так, возраст горных пород, приобретенных в Кольской сверхглубокой скважине, оценивается в 13 млрд лет. Либо иной факт. Еще в 1980-е годы был открыт квазар, свет от которого по расчетам астрологов идет до земного наблюдающего наиболее 60 млрд лет. Означает, столько же существует и сам квазар, который никак не вписывается в прокрустово ложе догадки «Огромного взрыва».

означает, не наименее обозначенного срока существует и данный участок Вселенной. И сама Вселенная! Сам же Хокинг, когда он попробовал внести коррективы в начальные представления о сингулярности, не повстречал никакой поддержки в кругу единомышленников: джин, как говорится, был выпущен из бутылки. Это наглядно показывает обычный факт: с одной стороны, самые строгие математические выводы в хоть какое время можно поменять на диаметрально обратные (как это и было проделано Хокингом: в аксиоме Пенроуза направление времени было изменено на оборотное, а в предстоящем было введено понятие надуманного времени); с иной стороны, ученый мир свободен принимать либо не принимать даже самые безупречные математические выкладки. (Вот оно избыточное доказательство применительно к современной ситуации в науке известного тезиса Н.Ф. Федорова о «небратском» отношении меж учеными, для преодоления которого нужно овладение принципами «галлактической этики».) Схожая «методология», естественно, чревата полным беспределом. Так, попытка обрисовать место вокруг вращающейся «темной дыры» при помощи эллипсоидальной системы координат (так называемое решение Керра, допускающее нескончаемо огромное число вселенных прошедшего и грядущего) — расчеты проделаны все этим же Пенроузом и оформлены им в виде приятных диаграмм — и экстраполяция приобретенных выводов на окружающий мир приводит к последующей картине Вселенной. «Представим для себя, к примеру, астронавта, вылетевшего с Земли и нырнувшего в крутящуюся либо заряженную черную дыру. Незначительно пространствовав там, он увидит Вселенную, являющуюся его же своей, лишь на 10 минут наиболее ранешней во времени. Войдя в эту наиболее раннюю Вселенную, он увидит, что все обстоит так, как было за несколько минут до его отправления. Он может даже повстречать самого себя, на сто процентов готового к высадке в галлактический корабль. Встретив самого себя, он может поведать для себя же, как он славно попутешествовал. Потом, вдвоем с самим собой, он может… опять повторить этот же полет!». Пробы критически осмыслить подобные допущения либо выдвинуть контраргументы наталкиваются часто на далековато не научное противодействие. О этом молвят почти все западные создатели. Южноамериканский астролог Дж. Бербидж попробовал проанализировать предпосылки необычной популярности догадки «Огромного взрыва», в базе которой лежат непроверенные догадки. До этого всего ошеломил темп ее распространения: на Западе конференции, посвященные данной космологической модели, проводятся в среднем раз за месяц. В учебниках релятивистская модель излагается как доказанная раз и навечно и единственно вероятная. Опубликовать в научном издании альтернативную статью фактически нереально из-за наличия жесточайшей цензуры. Приверженцем других подходов очень тяжело получить финансовую поддержку (в то время как для релятивистов она идет широким потоком) и даже время для наблюдений на телескопе. Так, известному астрологу Х. Арпу было отказано в наблюдениях наикрупнейшими южноамериканскими обсерваториями, так как целью его исследовательских работ были поиски фактов против релятивистской космологической модели. А ведь Х. Арпу принадлежит награда в открытии двойных галактик, связанных друг с другом туманными струями. При всем этом красноватое смещение у 2-ух взаимосвязанных объектов оказалось совсем разным, что, естественно, не вписывалось ни в догадку «Огромного взрыва», ни даже в толкование факта красноватого смещения. Свободное оперирование теоретическими конструкциями, без их сопряжения с научной (а в данном случае — космистской) методологией приводит к отрыву от вещественной реальности результатов математических операций и как следствие — к самым феноминальным и неописуемым выводам. Доказательством тому может служить догадка «фридмонов» М.А. Маркова. Согласно данной нам догадке, «Вселенная в целом может оказаться микроскопичной частичкой. Микроскопичная частичка может содержать внутри себя целую Вселенную».

Подобные микроскопичные объекты, «снутри» которых могут находиться звездные системы, галактики, цивилизации, получили заглавие «фридмонов» (в честь А.А. Фридмана). Выдвигаемые положения наглядно иллюстрируются при помощи известного «беса Максвелла» — гипотетичного существа, способного оказаться в хоть какой неописуемой ситуации и обрисовать ее. Вот что узрел бы таковой «бес» при полете через Вселенную, представляющую собой «фридмон». Двигаясь от центра нашей Вселенной, «максвелловский бес», пройдя ультрамакроскопические расстояния меж галактиками, в конце концов оказался бы в некой области, где наш мир при помощи микроскопичной горловиной сферы связан с остальным, «наружным» по отношению к нашему, местом. Но если б пытливый «бес» протиснулся через горловину за границы «фридмона» и посмотрел со стороны на нашу Вселенную, то с удивлением нашел бы, что снаружи она представляется микроскопичным объектом. Вывод о макро-микроскопической Вселенной базируется на серьезном и уникальном математическом расчете. Но означает ли это, что предлагаемое решение и является абсолютной «формулой мира», раскрывающей самые что ни на есть фундаментальные закономерности передвигающейся материи? Никак. Упомянутая формула является одной из бессчетного огромного количества вероятных и настолько же равноправных моделей и формул, любая из которых будет обрисовывать полностью определенную (новейшую в каждом отдельно взятом случае) совокупа беспристрастных природных отношений. В модели «фридмона» учитывается соотношение полузамкнутой неевклидовой сферы с разными величинами ее радиуса, также с гравитационной и световой константами, полными электронным зарядом системы и массой вещества, содержащегося в границах описываемой Вселенной. При определенных значениях данных величин, и а именно — радиуса сферы, ее поверхность может возрастать от нуля до некого максимума, а потом уменьшаться, стягиваясь в одну точку. Логично, что получаются конкретно такие результаты. дела математических величин часто обращаются в нуль. Буквально так же отношение 2-ух нескончаемо огромных (в математическом смысле) Евклидовых сфер может реализоваться в одной нескончаемо малой (опять-таки в математическом смысле) точке: к примеру, при соприкосновении таковых сфер.

Налицо беспристрастное отношение, при котором нескончаемо огромное перебегает в нескончаемо маленькое (либо напротив) и онтологию которого просто можно осознать, используя философские космистские принципы. Такую геометрическую модель можно наполнить и определенным физическим содержанием. Но даст ли это Право обращать ее в узду для нескончаемой Вселенной? Нет, поэтому что в определенные дела, с какой бы степенью полноты они ни могли быть познаны, недозволено втиснуть неистощимые вещественные дела. Нет, поэтому что нескончаемая и вечно передвигающаяся Вселенная не сводится к одним только отношениям. вкупе с тем осознание сущности отношений, присущих им беспристрастных закономерностей, включая и закономерности их отображения в научных понятиях и теориях, помогают составить правильное температура близка к абсолютному нулю — около 3К. Зато энергия, сосредоточенная в нем, — превосходит световую энергию всех звезд и галактик, вкупе взятых, за всегда их существования. Новооткрытое явление немедля было истолковано как температурно ослабленное излучение, образовавшееся вкупе со всей Вселенной в итоге Огромного взрыва 10-20 млрд лет тому вспять. За истекшее время эти, по-другому именуемые еще «реликтовыми», фотоны типо успели остыть до температуры около 3-х градусов по шкале Кельвина. «Нормальными» и «ослабленными» световыми квантами наполнено все галлактическое место: на любой протон приходится несколько 10-ов миллионов фотонов. Так что все-таки представляет собой это таинственное «реликтовое» излучение? И можно ли гласить о «реликтовых» фотонах? Представляется, что особенного внимания на сей счет заслуживает Мировоззрение известного спеца в области галлактической проблематики доктора Василия Петровича Селезнева, реального члена Академии астронавтики им. К.Э. Циолков-ского, управляющего секции общей физики Столичного общества испытателей природы. Существование фонового излучения, умеренно заполняющего все галлактическое место, — считает академик, — является экспериментально установленным фактом. Разъяснить физическую природу такового излучения оказалось очень тяжело. интуиция неких исследователей не без основания направила на поиски обстоятельств в практически неизученную область познания — космологию, связанную с происхождением всей нашей Вселенной. Но в этом поиске почему-либо возобладал однобокий подход: во внимание берется лишь одна предполагаемая причина появления «реликтового» излучения (так именуемый «большенный взрыв») и не рассматриваются остальные другие решения. Полностью естественно, сам по для себя «Большенный взрыв», воспроизводящий типо механизм зарождения Вселенной из точки нулевого размера (другими словами из «ничего«), не выдерживает никакой критики. Потому его недозволено считать реальной предпосылкой фонового излучения. Наиболее обоснованно зарождение и распространение фонового излучения можно объяс- нить, рассматривая модель вращающейся Вселенной. Скопленный населением земли научный и практический опыт в области земной и небесной механики указывает, что движения планет относительно Солнца, самого Солнца относительно Галактики, также огромного количества звездных систем и галактик относительно друг друга осуществляются под действием 2-ух видов сил — сил гравитационного притяжения тел (сил глобального тяготения) и сил инерции масс этих тел.

Если б силы инерции отсутствовали, то все небесные тела под действием глобального тяготения соединились бы в единое «тело«. Но, как понятно из ежедневного опыта, Луна не падает на землю, Земля не падает на Солнце и т. д., а они все движутся относительно друг друга по разным орбитам, сохраняя в хоть какой момент времени условие динамического равновесия сил гравитационного притяжения и сил инерции. Этот всеобщий для всей Вселенной законмеханики приводит к тому, что галактики вращаются не только лишь вокруг собственных центров масс, да и относительно друг друга, а как следует, вращается и вся Метагалактика. Схожее вращение звездного неба с угловой скоростью порядка 10-5 угловой секунды в год наблюдается экспериментально. Где бы ни находился наблюдающий в границах Метагалактики, он мог бы найти такое вращение звездного неба экспериментальным методом. Таковым образом, и земной обитатель тоже является участником вращения Метагалактики. Что все-таки он увидит, рассматривая излучение дальних звезд и галактик? Представим место за пределами Метагалактики, содержащее большущее огромное количество звезд и галактик, связанных меж собой силами глобального тяготения. Это место вращается как единое целое, наподобие большущего дискообразного тела, по этому силы глобального тяготения уравновешиваются силами инерции небесных тел (центробежные силы), не давая способности сиим телам слиться в одно общее тело. В которой-то случайной части этого места находится наблюдающий (точка А), а на расстоянии R от него — небесное тело В, излучающее во все стороны потоки света. Вследствие вращения Метагалактики с угловой скоростью w линия АВ также вращается с той же угловой скоростью. Окружная скорость V точки В относительно точки А будет равна V=wR, а направление вектора будет перпендикулярно полосы АВ. Если небесное тело испускает свет во все стороны со скоростью света С, то в направлении наблюдающего скорость потока фотонов обязана складываться. Как следует, скорость светового потока С1 будет меньше скорости излучения С, что вызовет доплеровский эффект, сопровождаемый красноватым смещением в диапазоне света, воспринимаемого наблюдателем. В рассматриваемом примере расстояние АВ не изменяется, а предпосылкой наблюдаемого красноватого смещения выступает вращение Метагалактики. Чем больше R, тем значительнее увеличивается поперечная составляющая скорости V (при неизменной величине угловой скорости w). Можно представить для себя и предельное случае С1=0, и свет, излучаемый небесным телом, не будет достигать наблюдающего. По существу, из этого условия быть может найдена граница видимой части Метагалактики, дальше которой наблюдающий не сумеет узреть небесные тела, так как свет от их не доходит до него. Беря во внимание части Метагалактики порядка 1,8Ч1028 см (около 19 млрд световых лет). В данной связи разрешается и так именуемый фотометрический феномен, согласно которому ночное небо в случае нескончаемого числа звезд обязано смотреться как раскаленное солнце. В реальности согласно рассмотренной модели в границах видимой части Метагалактики наблюдается ограниченное число звезд и галактик, вследствие чего же ночное небо слабо освещено. В рассмотренной модели вращающейся Вселенной есть периферийные области, близкие к границам видимой части Метагалактики, в каких свет от небесных тел доходит до наблюдающего с очень малой скоростью. свойства схожих световых потоков, идущих со всех сторон от периферийных областей Метагалактики, на сто процентов соответствуют «реликтовым» излучениям, найденным в галлактическом пространстве.

Таковым образом, для выяснения природы излучения довольно разглядеть индивидуальности распространения света в Метагалактике, основываясь на узнаваемых законах небесной механики. См.: Демин В.Н., Селезнев В.П. Мироздание постигая: несколько диалогов меж философом и естествоиспытателем о современной научной картине мира. доктор Селезнев, непременно, прав. Остается создать общий вывод. При решении животрепещущих заморочек современной науки лишь целостное философско-космистское осмысление обеспечивает глубоко интегрированное проникновение в саму суть беспристрастных закономерностей, выражающихся сначала в неразрывном единстве макро- и микрокосмических качеств природной и социальной реальности. В общем и целом это совпадает с главными направлениями развития современного естествознания, связанными с естественно-математическим обоснованием таковых концептуальных феноменов, как единая теория поля, «величавое объединение» базовых взаимодействий, разные модели физического вакуума и др. При всем этом философские принципы космизма вооружают исследователей апробированной методологией, помогающей в определении корректности выбора теоретических ценностей.

Протопланетное скопление

движение планет в Солнечной системе упорядочение: они вращаются вокруг Солнца в одном направлении и практически в одной плоскости. Расстояния от одной планетки до иной растут закономерно. Орбиты планет близки к окружностям, что и дозволяет им вращаться вокруг Солнца млрд лет, не сталкиваясь вместе.

Если движение планет подчиняется одному и тому же порядку, то и процесс их образования должен быть единым. Это проявили в XVIII в. Иммануил Кант и Пьер Лаплас. Они сделали вывод, что на месте планет вокруг Солнца сначало вращалась туманность из газа и пыли.

Но откуда взялась эта туманность? И каким образом газ и пыль перевоплотился в большие планетные тела? Эти вопросцы оставались нерешёнными в космогонии XIX и начала XX в. Камнем преткновения была и неувязка момента количества движения планет. Масса всех планет системы в 750 раз меньше массы Солнца. При всем этом на долю Солнца приходится только 2% общего момента количества движения, а другие 98% заключены в орбитальном вращении планет.

Впритирку этими неуввязками наука занялась только во 2-ой половине XX в. Практически до конца 80-х гг. раннюю историю нашей планетной системы приходилось «воссоздавать» только на базе данных о ней самой. И лишь к 90-м гг. стали доступны для наблюдений невидимые ранее объекты — газопылевые диски, крутящиеся вокруг неких юных звёзд, схожих с Солнцем.

Газопылевую туманность, в какой появились планетки, их спутники, маленькие твёрдые тела — метеоро-иды, астероиды и кометы, именуют протопланетным (либо допланет-ным) облаком. Планетки вращаются вокруг Солнца практически в одной плоскости, а означает, и само газопылевое скопление имело уплощённую, чечевицеоб-разную форму, потому его именуют ещё диском. Учёные считают, что и солнце, и диск образовались из одной и той же вращающейся массы межзвёздного газа — протосолнечной туманности.

Исходная фаза протосолнечной туманности — предмет исследования астрофизики и звёздной космогонии. исследование же её эволюции, приведшей к возникновению планет, — центральная задачка космогонии планетной.

возраст Солнца насчитывает чуток меньше 5 миллиардов лет. Возраст древних метеоров практически таковой же: 4,5-4,6 миллиардов лет. Настолько же стары и рано затвердевшие части лунной коры. Потому принято считать, что Земля и остальные планетки сформировались 4,6 миллиардов лет вспять. Солнце относится к звёздам так именуемого второго поколения Галактики. Самые старенькые её звёзды существенно (на 8-10 миллиардов лет) старше Галлактики. В Галактике есть и юные звёзды, которым всего 100 тыс. — 100 млн лет (для звезды это совершенно молодой возраст). Почти все из их похожи на солнце, и по ним можно судить о исходном состоянии нашей системы. Следя несколько 10-ов схожих объектов, учёные пришли к последующим выводам.

Размер допланетного облака Солнечной системы был должен превосходить радиус орбиты крайней планетки — Плутона. Хим состав юного Солнца и окружавшего его газопылевого облака-диска, по-видимому, был схож. Общее содержание водорода и гелия достигало в нём 98%. На долю всех других, наиболее тяжёлых частей приходилось только 2%; посреди их преобладали летучие соединения, включающие углерод, азот и кислород: метан, аммиак, вода, углекислота. иными способами и в остальных отраслях познания.

Расчёты демонстрируют, что в границах орбиты Плутона, т. е. диска радиусом 40 а. е., общая масса всех планет вкупе с утерянными к истинному времени летучими субстанциями обязана была составлять 3-5% от массы Солнца. Такую модель облака именуют облаком равномерно малой массы, она подтверждается и наблюдениями околозвёздных дисков.

Если б масса облака была сравнима с массой центрального тела, то обязана была бы образоваться звезда — приятель Солнца (либо же нужно отыскать разъяснение выбросу большущих излишков вещества из Солнечной системы).

Менее исследована самая ранешняя стадия — выделение протосолнечной туманности из огромного родительского молекулярного облака, принадлежащего Галактике.

Образование допланетных тел

В 40-х гг. академик Отто Юльевич Шмидт выдвинул ставшую принятой догадку о образовании Земли и остальных планет из прохладных твёрдых допланетных тел — плане-тезымалей. Распространённая ранее точка зрения, что планетки»- это маленькие остатки некогда раскалённых циклопических газовых сгустков солнечного состава, потерявших летучие вещества, пришла в противоречие с науками о Земле.

Земля, как демонстрируют исследования, никогда не проходила через огненно-жидкое, т. е. на сто процентов расплавленное состояние. Исследуя шаг за шагом эволюцию допланетного диска, учёные получили последовательность главных шагов развития газопылевого диска, окружавшего Солнце, в систему планет.

Начальный размер облака превосходил современный размер планетной системы, а его состав соответствовал тому, который наблюдается в межзвёздных туманностях: 99% газа и 1% пылевых частиц размерами от толикой микрометра до сотен микрометров. Во время коллапса, т. е. падения газа с пылью на центральное ядро (будущее солнце), вещество очень разогревалось, и межзвёздная пыль могла отчасти либо на сто процентов улетучиться. Таковым образом, на первой стадии скопление состояло практически полностью из газа, притом отлично перемешанного благодаря высочайшей турбулентности — разнонаправленному, беспорядочному движению частиц.

По мере формирования диска турбулентность затихает. Это занимает незначительно времени — около 1000 лет. При всем этом газ охлаждается и в нём вновь образуются твёрдые пылевые частички. Такой 1-ый шаг эволюции диска.

Для остывающего допланетного облака типично весьма низкое давление — наименее десятитысячной толики атмосферы. При таком давлении вещество из газа конденсируется конкретно в твёрдые частицы, минуя водянистую фазу. Первыми конденсируются самые тугоплавкие соединения кальция, магния, алюминия и титана, потом магниевые силикаты, железо и никель. Опосля этого в газовой среде остаются только сера, вольный кислород, азот, водород, все инертные газы и некие летучие элементы.

В процессе конденсации стают активными пары воды, окисляющие железо и образующие гидрати-рованные соединения. Главные же галлактические элементы — водород и гелий — остаются в газообразной форме. Для их конденсации потребовались бы температуры, близкие к абсолютному нулю, ни при каких критериях недосягаемые в облаке.

Хим состав пылинок в допланетном диске определялся температурой, которая падала по мере удаления от Солнца. К огорчению, высчитать изменение температуры в допланетном облаке весьма тяжело. Хим состав планет земной группы указывает, что они состоят в главном из веществ, конденсировавшихся при больших температурах. В составе ближней части пояса астероидов преобладают каменистые тела. По мере удаления от Солнца в поясе астероидов возрастает число тел, которые содержат обогащённые водой минералы и некие летучие вещества. Их удалось найти в метеорах, являющихся осколками астероидов. Посреди малых планет, по-видимому, нет либо весьма незначительно ледяных тел. Как следует, граница конденсации водяного льда обязана была проходить за ними, не поближе наружного края пояса астероидов — в три с излишним раза далее от Солнца, чем Земля.

В то же время наикрупнейшие спутники Юпитера — Ганимед и Калли-сто — наполовину состоят из воды. Они находятся на еще большем расстоянии от Солнца, чем пояс астероидов. означает, водяной лёд конденсировался во всей зоне образования Юпитера. Начиная с орбиты Юпитера и далее в допланетном облаке должны были преобладать ледяные пылинки с вкраплениями наиболее тугоплавких веществ. В области наружных планет, при ещё наиболее низкой температуре, в составе пылинок оказались льды метана, аммиака, твёрдая углекислота и остальные замёрзшие летучие соединения. Схожий состав в истинное время имеют ко-метные ядра, залетающие в округи Земли с далёкой периферии Солнечной системы.

1-ые конденсаты — пылинки, льдинки — сходу опосля собственного возникновения начинали двигаться через газ к центральной плоскости облака. Чем крупнее были частички, тем резвее они оседали, потому что при своём движении наиболее большие частички (в отличие от маленьких) встречают наименьшее сопротивление газа на единицу их массы.

На втором шаге завершалось образование узкого пылевого слоя — пылевого субдиска — в центральной плоскости облака. Расслоение облака сопровождалось повышением размеров частиц до нескольких см. Сталкиваясь друг с другом, частички слипались, при всем этом скорость их движения к центральной плоскости увеличивалась и рост тоже ускорялся.

В некий момент плотность пыли в субдиске приблизилась к критичному значению, превысив плотность газа уже в 10-ки раз. При достижении критичной плотности пылевой слой делается гравитационно неуравновешенным. Даже весьма слабенькие уплотнения, случаем возникающие в нём, не рассеиваются, а, напротив, со временем сгущаются. Поначалу в нём могла образоваться система колец, которые, уплотняясь, также теряли свою устойчивость и на 3-ем шаге эволюции диска распадались на огромное количество отдельных маленьких сгустков. Из-за вращения, унаследованного от вращающегося диска, эти сгустки не могут сходу сжаться до плотности твёрдых тел. Но, сталкиваясь друг с другом, они соединяются воединыжды и всё наиболее уплотняются. На четвёртом шаге появляется рой допланетных тел размером около километра; первоначальное число их добивается почти всех миллионов.

Описанный путь образования тел вероятен, если пылевой субдиск весьма тонкий: его толщина обязана быть во много раз меньше поперечника. Такие объекты есть и сейчас, к примеру кольца Сатурна.

Иной путь формирования допланетных тел кроме гравитационной конденсации — это их прямой рост при столкновениях маленьких частиц. Они могут слипаться только при маленьких скоростях соударений, при довольно разрыхлённой поверхности контакта либо в случае завышенной силы сцепления.

Такие тела, каким бы из 2-ух путей они ни появились, послужили строительным материалом для формирования планет, спутников и метеорных тел.

Учёные подразумевают, что допла-нетные тела, образовавшиеся на периферии облака при весьма низкой температуре, сохранились до сего времени в кометном облаке, куда они были заброшены гравитационными возмущениями планет-гигантов.

Аккумуляция планет

Образование допланетных тел в газопылевом облаке длилось 10-ки тыщ лет — очень незначимый срок в космогонической шкале времени. Предстоящее объединение тел в планетки — аккумуляция планет — еще наиболее долгий процесс, занявший сотки миллионов лет. Детально вернуть его весьма тяжело: следующая геологическая стадия, длящаяся уже наиболее 4 миллиардов лет, к истинному времени стёрла индивидуальности исходного состояния планет.

Допланетный рой представлял собой сложную систему огромного числа тел-планетезималей. Они владели неодинаковыми массами и двигались с различными скоростями. Кроме общей для всех тел на данном расстоянии от Солнца скорости воззвания по орбите эти тела имели доп личные скорости со случаем распределёнными направлениями. В допланетном облаке самыми бессчетными постоянно были маленькие частички и тела. Наименьшую долю составляли тела промежных размеров. Больших тел, сравнимых с Луной либо Марсом, было совершенно не достаточно.

Эволюция облака вела к тому, что конкретно в немногих больших телах сосредоточивалась основная масса всего планетного вещества. Эта иерархия сохранилась и до наших дней: совокупная масса планет намного выше общей массы всех малых тел — спутников, астероидов, комет и пылевых частиц.

Большие тела своим гравитационным воздействием равномерно наращивают хаотические скорости планете-зималей. Каждое сближение 2-ух тел меняет нрав их движения по околосолнечным орбитам. Как правило, орбиты стают наиболее вытянутыми и наиболее наклонёнными к центральной плоскости. Таковым образом, в течение этого шага идет «раскачка» системы от весьма плоского диска к наиболее утолщённому. При всем этом тела получают тем огромные хаотические скорости, чем меньше их масса, и напротив.

Вырастают тела весьма неравномерно. Самое большое из их в хоть какой круговой зоне, где орбиты других тел пересекаются с его орбитой, получает привилегированное положение и в перспективе может стать зародышем планетки.

Роль соударений можно объяснить на примере современного пояса астероидов, где последствия ударов неодинаковы для различных тел. В сегодняшнее время хаотические скорости астероидов составляют приблизительно 5 км/с; с таковыми же скоростями они сталкиваются с маленькими телами. Энергия удара при падении тела на поверхность астероида обычно так велика, что разрушается не только лишь само упавшее тело, да и часть астероида. Появляется ударный кратер, выбросы из которого разлетаются со скоростями сотки метров за секунду. Разлетающееся вещество вновь падает на поверхность астероида лишь в этом случае, если он владеет достаточным тяготением.

Все астероиды современного пояса теряют массу при столкновениях. Только несколько самых огромных (с радиусами наиболее 200 км) в наилучшем случае способны сохранить свою массу. Буквально так же и столкновения планетезималей приводили к росту только более больших из их.

Окончательное формирование планет

Внутреннюю часть Галлактики образуют планетки земной группы — Меркурий, Венера, Земля и Марс. Состав этих планет свидетельствует, что их рост происходил в отсутствие лёгких газов за счёт каменистых частиц и тел, содержавших различное количество железа и остальных металлов.

Основное условие роста тел при столкновениях — их низкие относительные скорости на исходном шаге. Чтоб тела достигнули километровых размеров, хаотические скорости не должны превосходить 1 м/с. Это может быть, лишь если нет мощного действия снаружи. В зоне роста планет земной группы наружные действия были слабы, только в зоне Марса сказалось воздействие Юпитера, замедлявшее его рост и уменьшавшее массу. В поясе астероидов, напротив, очевидно выслеживается возмущающее воздействие примыкающей планеты-гиганта Юпитера. Стадия объединения планетезималей в планетки и их роста продолжалась наиболее 100 млн лет.

Период диссипации (рассеяния) газа из зоны земных планет длился не наиболее 10 млн лет. В главном газ выдувался солнечным ветром, т. е. потоками заряженных частиц (протонов и электронов), выкидываемых с поверхности Солнца со скоростями сотки км в секунду.

Солнечный ветер очистил от газа не только лишь область планет земной группы, да и наиболее отдалённые места планетной системы. Но планеты-гиганты Юпитер и Сатурн уже успели вобрать в себя большущее количество вещества, подавляющую часть массы всей планетной системы.

Как формировались планеты-гиганты? Их эмбрионы могли возникать 2-мя способами: через гравитационную неустойчивость газовых масс допла-нетного диска либо путём нарастающего захвата газовой атмосферы на мощном ядре из планетезималей.

В первом случае масса допланет-ного облака обязана была составлять значительную долю массы Солнца, а состав планет-гигантов должен совпадать с солнечным. Ни то ни другое не соответствует фактам. Исследования крайних лет проявили, что в ядрах Юпитера и Сатурна, по-видимому, находятся элементы тяжелее водорода и гелия, составляющие по наименьшей мере 5-6% массы планетки. Это значительно больше, чем можно было бы ждать при солнечном содержании хим частей. означает, наиболее возможен 2-ой путь: поначалу, как и у планет земной группы, появляется мощное ядро-зародыш из каменистых и ледяных планетезималей, а потом оно увеличивает водородно-гелиевую оболочку.

процесс присоединения вещества именуют аккрецией. Начиная с одной-двух масс Земли, тело может не только лишь задерживать газовую атмосферу на поверхности, да и в ускоряющемся темпе захватывать новейшие порции газа, если на пути его движения имеется газовая среда. Аккреция прекращается только тогда, когда газ на сто процентов исчерпан. Длительность этого процесса намного короче, чем стадия образования ядра-зародыша. По расчётам учёных, рост ядра Юпитера продолжался 10-ки, а ядра Сатурна — сотки миллионов лет.

Пока ядро, погружённое в газ, невелико, оно присоединяет только маленькую атмосферу, находящуюся в равновесии. Но при некой критичной массе (2-3 массы Земли) газ начинает в вырастающем темпе выпадать на тело, очень увеличивая его массу. На стадии резвой аккре-ции всего за несколько сот лет Юпитер вырос до массы, превосходящей 50 масс Земли, поглотив газ из сферы собственного гравитационного воздействия. Потом скорость аккреции свалилась, потому что газ мог поступать к планетке только путём неспешной диффузии из наиболее широкой зоны диска.

сразу Юпитер продолжал расти за счёт твёрдых планетезималей, а те, что не были им поглощены, могли быть отброшены его тяготением или вовнутрь, в зону астероидов и зону Марса, или прочь из Солнечной системы. Юпитер докладывал твёрдым телам скорости больше скорости освобождения: для того чтоб покинуть Галлактику с орбиты Юпитера, довольно скорости всего 18 км/с, а тело, пролетающее от Юпитера на расстоянии нескольких его радиусов, разгоняется до 10-ов км в секунду.

Сатурн формировался аналогичным образом. Но его ядро росло не так стремительно и достигнуло критичной массы позже. К этому времени из-за деяния солнечного ветра газа осталось меньше, чем в зоне Юпитера к началу его аккреции. Вот почему по сопоставлению с Юпитером Сатурн содержит в несколько раз больше конденсируемого вещества и ещё посильнее различается по составу от Солнца.

Уран и Нептун росли ещё медлительнее, а газ из наружной зоны диссипи-ровал резвее. Когда эти планетки достигнули критичной массы, газа в их зонах практически не осталось. Потому на долю водорода и гелия приходится только около 10% массы Урана, Нептун же содержит их ещё меньше. Главными составляющими этих тел являются вода, метан и аммиак, также окислы тяжёлых частей; газы входят в планетные атмосферы.

Двухступенчатая схема образования планет-гигантов (формирование ядер из конденсированных веществ и газовая аккреция на эти ядра) подтверждается фактами. Во-1-х, выяснилось, что современные массы ядер Юпитера и Сатурна, также массы Урана и Нептуна без их атмосфер имеют близкие значения: 14-20 масс Земли, тогда как толика газов — водорода и гелия — в их закономерно миниатюризируется по мере удаления от Солнца. Во-2-х, есть такие «вещественные подтверждения» ранешней истории планет-гигантов, как их спутники и кольца. Аккреция газа на планетки сопровождается образованием вокруг их газопылевых дисков, в каких формируются спутники.

На стадии резвой аккреции освобождалось большущее количество энергии, и верхние слои планет очень нагревались. Наибольшая температура поверхности Юпитера и Сатурна, по-видимому, составляла несколько тыщ градусов — практически как у звёзд. В диске Юпитера, где формировались его спутники, на близких расстояниях от планетки температура была выше точки конденсации водяного пара, а на наиболее далёких — ниже. И вправду, ближние спутники Юпитера, включая Ио и Европу, состоят из каменистых веществ, а наиболее отдалённые — Ганимед и Калли-сто — наполовину из водяного льда. У Сатурна в диске температура была ниже, потому лёд там конденсировался на всех расстояниях (частички колец Сатурна и все его близкие спутники — ледяные).

Образование астероидов и комет

Общая масса всех астероидов, заполняющих зону на расстоянии 2 — 4 а. е. от Солнца, не превосходит массы Луны. Если вещество в допланетном диске распределялось довольно умеренно, то сначало в зоне астероидов могло содержаться в 100- 1000 раз больше вещества, чем в истинное время.

Пояс астероидов — это несостоявшаяся планетка. Такое определение в первый раз отдал О. Ю. Шмидт, предположивший, что процессу аккумуляции планетки воспрепядствовало соседство громоздкого Юпитера. сейчас ясно, что дело обстояло труднее.

Высочайшие хаотические скорости астероидов (5 км/с) не могли быть порождены современными возмущениями Юпитера даже за очень долгие промежутки времени. Сами астероиды совсем неспособны совершить схожую «раскачку» (гравитационные возмущения для этого очень малы). Как следует, находить причину огромных хаотических скоростей, а заодно и «опустошения» астероидного пояса необходимо в прошедшем, в процессе аккумуляции планет. В нём укрыт ответ на вопросец, почему конкретно рост Юпитера мог опередить образование планетки, наиболее близкой к Солнцу.

При схожей плотности конденсированного вещества в зоне «питания» планетка формируется тем резвее, чем короче её период воззвания вокруг Солнца. У астероидов период воззвания составляет 3- 6 лет, а у Юпитера — около 12 лет. Во всех моделях допланетного диска плотность с повышением расстояния от Солнца убывает. Как разъяснить преимущество Юпитера?

Учёные обосновали, что в границах зоны астероидов летучие вещества присутствовали в газообразном состоянии, тогда как на расстоянии Юпитера проходила граница конденсации паров воды. Это привело к тому, что рост допланетных тел в зоне Юпитера ускорился: гравитационная неустойчивость проявилась ранее; сгущения (в главном ледяные) были больше, чем в зоне астероидов; твёрдые тела, в которые они преобразовывались, росли намного стремительнее.

Гравитационные возмущения Юпитера в особенности очень действуют на астероиды, периоды воззвания которых вокруг Солнца соизмеримы с периодом Юпитера. Их орбиты стают вытянутыми, они могут пересекать орбиту Марса и даже Земли. Их осколками являются метеоры, выпадающие на землю. Вещественный состав метеоров свидетельствует о том, что астероиды сформировались как отдельные тела 4,6 миллиардов годов назад, т. е. в ту же эру, что и планетки.

Кометы представляют собой маленькие тела поперечником 5-10 км. Состоят они в главном из водяного льда с вкраплениями льдов летучих соединений, способных конденсироваться только при весьма низких температурах.

Рассматривались два варианта происхождения комет: в межзвёздном пространстве и на периферии Солнечной системы. Кометные орбиты — не параболы, а быстрее весьма вытянутые эллипсы с большенными полуосями порядка 100 тыс. астрономических единиц (не считая короткопериодиче-ских комет с маленькими размерами орбит). Потому кометы должны принадлежать Солнечной системе.

По современным представлениям, кометы — побочный продукт образования планет-гигантов. Это ледяные планетезимали, заброшенные формировавшимися планетками — Юпитером, Сатурном, Ураном и Нептуном — на весьма далёкую периферию нашей системы. Там кометы образуют циклопическое разреженное скопление, так называемое скопление Оорта.

Изначальное состояние Земли

Начало геологической эволюции Земли тесновато соединено с действием её образования. Если б наша планетка образовалась «огненно-жидким» методом, как представлялось ещё сначала XX в., она бы сходу расслоилась на оболочки по хим составу и стала «тектонически мёртвой». Против такового взора выступали Владимир Иванович Вернадский и остальные известные учёные. Теория О. Ю. Шмидта о сначало прохладной Земле родилась конкретно из-за противоречий меж сегодняшней тектонической жизнью Земли и той моделью, которая следовала из жаркого, расплавленного исходного состояния.

Современные расчёты проявили, что рождающаяся Земля не была ни расплавленной, ни прохладной. Гравитационная энергия могла подогреть землю до 40 тыс. Кельвинов, если б она одномоментно собралась из кусков в одно тело. Но рост Земли длился 100 млн лет, так что температура поверхности даже на стадии активного роста не превосходила 350-400 К Маленькая часть гравитационной энергии перебежала в термическую энергию земных глубин. Её недра прогрелись до 1000-2000 К благодаря тому, что в аккумуляции участвовали весьма большие тела (радиусами до сотен км). Падение таковых тел вызывало образование большущих ударных кратеров, под которыми до глубин 1-2 тыс. км создавались области завышенной температуры. Время от времени температура достигала точки плавления горных пород. Тогда они делились по составу: тяжёлые элементы (железо и остальные сплавы) опускались к центру, а лёгкие всплывали. Доп нагревание вышло в недрах Земли от сжатия её пород вышележащими слоями.

Но главный источник нагревания недр Земли — тепло, выделяемое при распаде радиоактивных частей: урана, тория и калия с атомным весом 40, которые в малых количествах находятся в каменистом веществе планетки. В истинное время в центре Земли температура добивается по наименьшей мере 5000 К, т. е. она намного выше, чем в конце аккумуляции.

Вследствие больших давлений в недрах Земли большая часть её массы находится в твёрдом состоянии, только наружная область стального ядра расплавлена. В земной коре также обнаружены вкрапления расплавленной магмы — вулканические очаги. Из-за убывания температуры от центра планетки к поверхности в мантии Земли возникает термическая конвекция. Так как вещество мантии в главном жесткое и неоднородно по составу, конвективные движения происходят весьма медлительно, создавая огромные напряжения на границе с корой. Горообразование, землетрясения, перемещения материков и отдельных блоков земной коры — результаты внутренних действий в мантии.

Атмосфера и гидросфера равномерно выделились из недр нашей планетки, так как газы и вода входили в состав земных пород. Сначала, в процессе соударений, из твёрдых планетезималей высвобождались летучие соединения. На следующем шаге летучие соединения связывались в породах. Расслоение Земли на стальное ядро, силикатную мантию и кору из изверженных пород началось ещё при аккумуляции и длится в течение всей геологической истории планетки.

Сейчас благодаря данным, приобретенным галлактическими аппаратами, можно выяснить геологическую историю не только лишь Земли, да и остальных планет и их спутников.

]]>