4.4. Мегамир – современные концепции

Наиболее общепринятой в настоящее время в космологии является модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной, построенная на основе общей теории относительности А. Эйнштейна. В основе этой модели лежат два предположения: 1) свойства вселенной одинаковы во всех ее точках (однородность) и направлениях (изотропность); 2) наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна.

В 1922 г. молодой советский физик-теоретик А. А. Фридман, анализируя космологические уравнения А. Эйнштейна, пришел к выводу, что они допускают нестационарность. Существует два типа моделей Фридмана: расширяющаяся и сжимающаяся Вселенная. Выбор их определяется величиной средней плотности материи во Вселенной относительно ее критического значения. По современным представлениям _кр10^-26кг/м³. Если средняя плотность материи во Вселенной_ср_кр, то это соответствует расширяющейся (открытой) Вселенной. При_ср_кргалактики будут сбегаться, что соответствует сжимающейся (закрытой) Вселенной. В настоящее время для средней плотности получено значение_ср10^-28кг/м³, что соответствует открытой модели. Красное смещение, открытое Э. Хабблом, – одно их важных доказательств правильности этих представлений.

К оглавлению

Красное смещение– это понижение частот электромагнитного излучения: в видимой области спектра линии смещаются к его красному концу. Красное смещение оказалось пропорционально расстоянию до источника, что и подтвердило гипотезу об удалении их, т. е. о расширении Метагалактики – видимой части Вселенной.

Но если галактики разбегаются, то возникает очень простой и в тоже время сложный вопрос: «А что было в начале?». Ответ на этот вопрос наука получила только во второй половине ХХ века, и сводится он к модели Большого взрыва. Суть этой теории в следующем: 15–18 млрд лет назад все вещество Вселенной находилось в сверхплотном состоянии, при сверхвысокой температуре, занимая очень малый объем: r10^-33см,10⁹³г/см³, Т10³¹К (так называемаясингулярная точка). По словам С. Вайнберга, в начале был взрыв, который произошел одновременно везде, заполнив с самого начала все пространство.

Горячесть начального состояния подтверждена в 1965 г. американскими астрономами А. Пензиасом и Р. Вильсоном, открывшими во Вселенной новое радиоизлучение, названное И. Шкловским реликтовым. Теоретически оно было предсказано Дж. Гамовым в 1948 г. при разработке им теории происхождения химических элементов.

Возникает интересный вопрос: из чего же образовалась Вселенная? Современная наука допускает (именно допускает, но не утверждает), что все могло создаться из ничего. «Ничего» в научной терминологии называется вакуумом.

Современная квантовая механика допускает, что вакуум может приходить в «возбужденное состояние», вследствие чего в нем может образоваться поле, а из него (что подтверждается современными физическими экспериментами) – вещество. Итак, Вселенная могла образоваться из «ничего», т. е. из «возбужденного вакуума».

На этом удивительное в современной физике не кончается. Отвечая на просьбу журналиста изложить суть теории относительности в одной фразе, Эйнштейн сказал: «Раньше полагали, что если бы из Вселенной исчезла вся материя, то пространство и время сохранились бы; теория относительности утверждает, что вместе с материей исчезли бы также пространство и время». Перенеся этот вывод на модель расширяющейся Вселенной, можно заключить, что до образования Вселенной не было ни пространства, ни времени.

К оглавлению

Что же было после большого взрыва? Физика элементарных частиц расписала этот процесс буквально по микродолям секунды. Были найдены приближенные простые формулы, связывающие время, плотность и температуру. При = 10^-23с наступила эпоха тяжелых частиц и кварков. Спустя100 с протоны и нейтроны начали объединяться в ядра легких элементов, и закончился этот процесс через несколько часов после большого взрыва. Когда температура Вселенной упала до 3000–3500 К, началось образование атомов водорода и гелия (в пределах млн лет). Далее образовались молекулы, химические элементы, планеты и т. д., а оставшееся излучение продолжало остывать. По расчетам температура реликтового излучения к настоящему времени должна быть 3–3,5 К. Открытое в какой-то мере случайно при изучении радиопомех и имеющее температуру 2,7 К, оно явилось основополагающим доказательством справедливости гипотезы «Горячей Вселенной» и ее открытой модели.

Модель «раздувающейся» Вселенной позволяет непротиворечиво объяснить непростые для уразумения космологические факты.

Вселенная представляет собой сложное эволюционное целое, ее объекты нарождаются и погибают. Эволюция Вселенной имеет глобальный характер, она захватывает и мельчайшие частицы, и огромные скопления галактик.