Основные теории возникновения Вселенной

Согласно теоретическим расчетам Ж. Леметра. радиус Вселенной в первоначальном состоянии был 10 ^-12 см, что близко по размерам к радиусу электрона, а ее плотность составляла 10 ⁹⁶ г/см³. В сингулярном состоянии Вселенная представляла собой микрообъект ничтожно малых размеров.

От первоначального сингулярного состояния Вселенная перешла к расширению в результате Большого взрыва. ГА. Гамов разработал модель горячей Вселенной, рассматривая ядерные реакции, протекавшие в самом начале расширения Вселенной, и назвал ее "космологией Большого взрыва".

Ретроспективные расчеты определяют возраст Вселенной в 13— 20 млрд лет. Г.А. Гамов предположил, что температура вещества была велика и падала с расширением Вселенной и что она в своей эволюции проходит определенные этапы, в ходе которых происходит образование химических элементов и структур.

"В современной космологии начальную стадию эволюции Вселенной делят на следующие "эры":

• эру адронов — тяжелых частиц, вступающих в сильные взаимодействия. Продолжительность — 0,0001 с, температура 10^-12 К, плотность 10¹⁴ г/см³. В конце эры происходит аннигиляция частиц и античастиц, но остается некоторое количество протонов, гиперонов, мезонов;

• эру пептонов — легких частиц, вступающих в электромагнитное взаимодействие. Продолжительность — 10 с, температура 10¹⁰ К, плотность 10⁴г/см3. Основную роль играют легкие частицы, принимающие участие в реакциях между протонами и нейтронами;

• фотонную эру — продолжительность 1 млн лет. Основная доля массы — энергии Вселенной — приходится на фотоны. К концу эры температура надает с 10¹⁰ до 3000 °К, плотность - с 10⁴ до 10²¹г/см3. Главную роль играет излучение, которое в конце эры отделяется от вещества;

• звездную эру — наступает через 1 млн. лет после зарождения Вселенной. В звездную эру начинается процесс образования протозвезд и протогалактик.

Затем разворачивается грандиозная картина образования структуры Метагалактики.

В соответствий с инфляционной гипотезой космическая эволюция в ранней Вселенной проходит ряд этапов:

• начало Вселенной определяется как состояние квантовой супергравитации с радиусом Вселенной в 10^-50см. Основные события в ранней Вселенной разыгрывались за ничтожно малый промежуток времени от 10^-45 до 10^-30 с;

• стадия инфляции — в результате квантового скачка Вселеннаяперешла в состояние возбужденного вакуума и в отсутствие в ней вещества и излучения интенсивно расширялась но экспоненциальному закону. В этот период создавалось само пространство и время Вселенной. За период инфляционной стадии продолжительностью 10^-34 с Вселенная раздулась от невообразимо малых квантовых размеров 10^-33 см до невообразимо больших 10⁶ см, что на много порядков превосходит размер наблюдаемой Вселенной — 10²⁸ см. Весь этот первоначальный период во Вселенной не было ни вещества, ни излучения;

• переход от инфляционной стадии к: фотонной — состояние ложного вакуума распалось, высвободившаяся энергия пошла на рождение тяжелых частиц и античастиц, которые, проаннигилировав, дали мощную вспышку излучения (света), осветившего космос;

• этап отделения вещества от излучения: оставшееся после аннигиляции вещество стало прозрачным для излучения, контакт между веществом и излучением пропал. Отделившееся от вещества излучение и составляет современный реликтовый фон, теоретически предсказанный Г.А. Гамовым и экспериментально обнаруженный в 1965 г.

В дальнейшем развитие Вселенной шло в направлении от максимально простого однородного состояния к созданию все более сложных структур — атомов, галактик, звезд, планет, синтезу тяжелых элементов в недрах звезд.

Различие между этапами эволюции Вселенной и инфляционной модели и модели Большого взрыва касается только первоначального этапа порядка
10^-34 с, далее между этими моделями принципиальных расхождений в понимании этапов космической эволюции нет. Различия в объяснении механизмов космической эволюции связаны с расхождением мировоззренческих установок. Уже с самого начала появления идеи расширяющейся и эволюционирующей Вселенной вокруг нее началась борьба.

Первой стала проблема начала и конца времени существования Вселенной, признание которой противоречило материалистическим утверждениям о вечности, несотворимости и неуничтожимости и т.п. времени и пространства.

Естественно-научным обоснованием начала и конца времени существования Вселенной является доказанная в 1965 г. американскими физиками-теоретиками Пенроузом и С. Хокингом теорема, согласно которой в любой модели Вселенной с расширением обязательно должна быть сингулярность — обрыв линий времени в прошлом, что можно понимать как начало времени. Это же верно и для ситуации, когда расширение сменится на сжатие — тогда возникнет обрыв линий времени в будущем — конец времени. Причем точка начала сжатия интерпретируется физиком Ф. Тигшером как конец времени — Великий сток, куда стекаются не только галактики, но и сами "события" всего прошлого Вселенной.

Вторая проблема связана с творением мира из ничего. Материалисты отвергали возможность творения, поскольку вакуум - это не ничего, а вид материи. У А.А. Фридмана математически момент начала расширения пространства выводится не со сверхмалым, а с нулевым объемом, и он говорит о возможности "со-творения мира из ничего".

В 80-е гг. американский физик А. Гут и советский физик А. Линде энергию Вселенной, которая сохраняется, разделили на гравитационную и негравитационную части, имеющие разные знаки. И тогда полная энергия Вселенной будет равна нулю. Физики считают, что если предсказываемое несохранение барионного числа подтвердится, то тогда ни один из законов сохранения не будет препятствовать рождению Вселенной из ничего.

Можно выделить 2 основные концепции, объясняющие эволюцию Вселенной:

· концепцию самоорганизации;

· концепцию креационизма.

Для концепции самоорганизации материальная Вселенная является единственной реальностью, и никакой другой реальности помимо нее не существует. Эволюция Вселенной описывается в терминах самоорганизации: идет самопроизвольное упорядочивание систем н направлении становления все более сложных структур. Динамичный хаос порождает порядок. Вопрос о цели космической эволюции в рамках концепции самоорганизации ставиться не может.

В рамках концепции креационизма, т. е. творения, эволюция Вселенной связывается с реализацией программы, определяемой реальностью более высокого порядка, чем материальный мир. Сторонники креационизма обращают внимание на существование во Вселенной направленного развития — от простых систем ко все более сложным и информационно емким, в ходе которого создавались условия для возникновения жизни и человека.

В качестве дополнительного аргумента привлекается автропный принцип, суть которого заключается в том, что существование той Вселенной, в которой мы живем, зависит от численных значений фундаментальных физических констант — постоянной Планка, постоянной гравитации, констант взаимодействия и т. д.

Численные значения этих постоянных определяют основные особенности Вселенной, размеры атомов, атомных ядер, планет, звезд, плотность вещества и время жизни Вселенной. Если бы эти значения отличались от существующих хотя бы на ничтожно малую величину, то не только бы жизнь была невозможной, но и сама Вселенная как сложная упорядоченная структура была бы невозможна.

Среди современных физиков-теоретиков имеются сторонники как концепции самоорганизации, так и концепции креационизма. Последние признают, что развитие фундаментальной теоретической физики делает насущной необходимостью разработку единой научно-теистической картины мира, синтезирующей все достижения в области знания и веры.

Теория тепловой смерти Вселенной базируется на втором начале термодинамики. Согласно этому закону физики, тепло всегда переходит от более нагретого тела к менее нагретому. Поэтому если 2 соприкасающихся тела находятся в замкнутом пространстве, то тепло начнет перераспределяться между этими телами и окружающим Пространством таким образом, что в конечном счете станет одинаковым в любой точке замкнутого объема.

Если считать Вселенную таким замкнутым пространством, не имеющим внешнего притока или оттока тепла, то действие энтропии должно с течением времени привести к выравниванию температуры во всех уголках Вселенной и прекращению всякого движения и излучения. Такое состояние Вселенной и называется тепловой смертью.

Опровержение данной теории состоит в предположении, что Вселенная не является замкнутым объектом, а также в том, что под действием сил притяжения и отталкивания во Вселенной всегда будут возникать очаги концентрации вещества, в которых под действием гравитации начнутся изменения температуры, что, в свою очередь, будет постоянно нарушать процесс выравнивания температуры.