4. Физическая картина мира

В зависимости от масштабов физических объектов, различают: мегамир R > 10¹⁸м; макромир 10^-8 < R <10¹⁸м; микромир R < 10^-8м. С законами микромира и его строением мы познакомились на последних лекциях. С макромиром мы стал­киваемся ежедневно, это мир обычных предметов и классических законов.

Интерес представляет мегамир, вопросы рождения Вселенной, ее эволюция, ее будущее. Рассмотрим современные взгляды на физику мегамира.

Известно, что гравитационная энергия отрицательна, в то время как масса имеет положительную энергию W = m c². По этой причине возможен гравитаци­онный коллапс звезд - сжатие звезд под действием гравитационных сил и обра­зование либо нейронной звезды, либо черной дыры. При этом звезда сжимается до очень малого размера, а общая масса уменьшается. Присходит, как бы, час­тичное уничтожение гравитационной энергии и энергии mc². Ландау Л. Д. по­казал, что у замкнутой Вселенной полная энергия равна нулю, т. е. гравитацион­ная энергия равна по величине энергии mc², связанной с массой. Следовательно, в принципе, допустима возможность за счет серии гравитационных коллапсов схлопнуть Вселенную в ничего.

Возможность образования Вселенной из ничего всерьез обсуждается веду­щими физиками (см., например, Статью Я. Б. Зельдовича в Природе № 4, 1988г.). Оказывается, что такая модель не противоречит основным законам: за­кону сохранения энергии W_{вселен.} = 0, закону сохранения электрического заряда Q_{вселен.} = 0, другим законам сохранения. Единственным нарушением здесь явля­ется тот факт, что барионный заряд Вселенной отличен от нуля. Однако акаде­мик А. Д. Сахаров и другие физики полагают, что само существование Вселен­ной указывает на то, что барионый заряд не сохраняется, т. е. возможен, напри­мер, распад протона, только постоянная этого распада очень велика J > 10³² лет.

Косвенным подтверждением рождения Вселенной из ничего является тео­рия большого взрыва Вселенной. Он доказан тем, что Вселенная сейчас расширя­ется, галактики разлетаются от центра Вселенной тем быстрее, чем дальше они от него находятся (красное смещение). Существует два варианта эволюции Все­ленной. Первый вариант: разлет галактик со временем затормозится и перейдет в сжатие (пульсирующая Вселенная). Второй: расширение Вселенной будет неог­раниченным. Вид эволюции зависит от полной массы Вселенной: если она меньше критической, то расширение не затормозится. Видимая масса звезд и га­лактик меньше критической, однако, астрофизики предполагают, что на ряду с видимой массой существует еще также невидимая, скрытая масса Вселенной, свя­занная с нейтрино, струнами, монополями и т. д.

Полагают, что в начальный момент взрыва Вселенная представляла собой шарик размером с элементарную частицу, хотя и очень большой массы. Заметим, что при столь огромных плотностях материи понятие пространство - времени искажены. Полагают, что до взрыва ни пространства, ни времени не су­ществовало, а на начальных стадиях взрыва пространство свернуто, замкнуто. Серия инфляций (раздувания) материи приводила к быстрому расширению, взрыву Вселенной. При этом происходит формирование пространства, фазовые переходы вакуума из одних состояний в другие. На определенных этапах начи­нает происходить разделение видов фундаментальных взаимодействий. (На на­чальных этапах взрыва фундаментальные взаимодействия неразличимы). Одна из теорий предполагает, что при фазовых переходах вакуума должны рождаться дефекты на границах фазовых переходов: монополи, струны, стенки доменов. Эти дефекты должны нести скрытую энергию. Однако эта теория до сих пор практического подтверждения не получила. Существуют другие теории образо­вания Вселенной, связанные с переходом в другое многомерное пространство, (пространство Минковского), теория спонтанного рождения Вселенной.

Следует отметить, что свойства пространства-времени, материи при началь­ных стадиях взрыва Вселенной весьма далеки от привычных, в настоящее время практически не изучены, поэтому в этой области физики человечество делает лишь первые шаги.