Страница 56 из 60
Согласно гипотезе Большого взрыва, очень давно (приблизительно 20 миллиардов лет назад) Вселенная была очень малых размеров. Ее радиус равнялся примерно 10-12 см, что близко к радиусу электрона. Все бескрайнее невообразимое пространство нынешнего космоса, расстояния в котором измеряются миллионами световых лет, было спрессовано в предельно сжатом чрезвычайно малом объеме. Понятно, что плотность вещества в этом ничтожном объеме была колоссальной – приблизительно 1091 г/см3. Также ясно, что все бесконечное многообразие Вселенной было заложено в этот первоначальный микрообъект, содержалось в нем потенциально, то есть неявно, незримо, представляло собой возможность, которая должна была превратиться в действительность. Точно так же, как и большое дерево с многообразием своих форм потенциально содержится в маленьком зернышке, 20 миллиардов лет назад эта спрессованная точка размером с электрон, обладавшая неописуемой плотностью и энергией, взорвалась со страшной силой, результатом чего были образование и дальнейшая эволюция всех объектов Вселенной.
Есть и другое предположение о Большом взрыве. 20 миллиардов лет назад Вселенная была не ничтожно малым объектом, а вакуумом. Однако вакуум – это не абсолютное ничто, не Небытие. Чтобы подчеркнуть это, часто употребляют понятие физического вакуума, который представляет собой особое состояние материи. Говоря просто, физический вакуум – это такое ничто, в котором потенциально, скрыто, неявно содержится все. Он способен внезапно и резко перестраивать свою структуру, то есть меняться, переходить из одного состояния в другое. Такие переходы в физике называют фазовыми (например, переход воды в пар и лед). В результате одного из фазовых переходов физического вакуума, который и был Большим взрывом, он из пустоты (ничего) превратился во Вселенную (все).
Какой бы ни была Вселенная по различным представлениям до взрыва – сверхплотной точкой или физическим вакуумом, непроизвольно возникает вопрос: а что существовало до этой точки или вакуума, а также что находилось вокруг того или другого или, иначе, где была эта точка или этот вакуум? Такого рода вопросы отпадут, если мы вспомним теорию относительности. Ее основной идеей является утверждение, что материя, пространство и время – это не разные объекты, а по большому счету одно и то же и не существуют друг без друга. Когда мы спрашиваем, что было до сверхплотной точки или вакуума, то автоматически предполагаем, что время существовало само по себе, еще до появления материи. Понятно, что материя родилась из точки или из вакуума в момент Большого взрыва. Когда мы спрашиваем, где существовала сверхплотная точка или вакуум, то автоматически предполагаем, что пространство существовало само по себе, еще до появления материи. Вспомним, Эйнштейн убедительно доказал, что не может быть никакого пространства и времени без, помимо или вне материи. А это значит, что спрашивать о том, где находилась точка или вакуум, равно как и о том, что существовало до того или другого, нельзя, потому что если до взрыва не было материи, то не было и пространства со временем. А вернее, они являлись или этой сверхплотной точкой, или физическим вакуумом, и появились, как и материя, в результате Большого взрыва. Это утверждение кажется странным и необычным. Можно представить себе отсутствие материи, но как вообразить несуществование пространства и времени? То, что было до взрыва, можно условно назвать «ничто». Может ли в «ничто» что-то присутствовать? Конечно же, нет. В «ничто» не может быть ничего, в том числе пространства и времени.
Гипотеза Большого взрыва не является только умозрительным предположением. В ее пользу говорят различные наблюдения. Так, в 1929 г. американский астроном Эдвин Хаббл заметил, что свет далеких галактик несколько краснее ожидаемого. Из этого наблюдения путем сложных физических расчетов он сделал вывод, что Вселенная расширяется, причем одинаково во всех направлениях, то есть взаимное расположение космических объектов не меняется, а изменяются только расстояния между ними. Точно так же, как не меняется расположение точек на поверхности воздушного шара, но меняются расстояния между ними, когда его надувают. В настоящее время галактики «разбегаются» с огромной скоростью. Но если Вселенная расширяется, то обязательно возникает вопрос: а какие же силы сообщают разбегающимся галактикам начальную скорость и дают необходимую энергию? Современная наука предполагает, что исходным моментом и причиной нынешнего расширения Вселенной был Большой взрыв. Однако это предположение остается гипотезой и ждет своего подтверждения или опровержения в результате будущих научных исследований.
1. Как отвечает современная наука на вопрос о происхождении Вселенной?
2. Какие научные предположения существуют о том, что представляла собой Вселенная на момент Большого взрыва?
3. Существовали ли пространство и время до Большого взрыва по современным представлениям?
4. Какие научные данные говорят в пользу гипотезы Большого взрыва?
12.6. Мир сегодня не такой, как вчера (этапы космической эволюции)
Вторая, или классическая, научная картина мира утверждала, что Вселенная неизменна. Одной из главных идей третьей, или современной, научной картины мира является утверждение, что все ныне существующее есть результат длительной и глобальной эволюции, грандиозного мирового развития. Раньше Вселенная была совсем не такой, как сейчас, считает современная наука. Первую научную картину мира мы сравнивали с живописным полотном (все очень красиво, но сходство с реальностью минимальное), вторую – с черно-белой фотографией (сходство с действительностью достаточно большое, но неудобство причиняет статичность и безжизненность). Третью научную картину мира можно уподобить цветной киноленте, каждый кадр которой соответствует определенному этапу в эволюции Вселенной. Кроме того, если вторая научная картина мира считалась завершенной (и поэтому классической), ответившей на все вопросы, описавшей и объяснившей все существующее, то современное естествознание вынуждено признать, что вслед за вечным изменением мира будут меняться и наши представления о нем. А это значит, что нынешняя научная картина мира относительна и в недалеком или отдаленном будущем уступит место иным научным представлениям. Единственно верную, абсолютно точную, полностью завершенную картину мира не удастся нарисовать никогда, говорит нам наука.
Третья научная картина мира рассматривает Вселенную как результат глобальной мировой эволюции, поэтому важной задачей нынешней науки является установление механизма, или движущих сил, этой эволюции. Почему в мире все развивалось по восходящей линии, шло путем прогресса, постепенно поднимаясь от более простого и менее совершенного к более сложному и более совершенному? К тому же существуют убедительные научные аргументы в пользу того, что развитие должно идти по нисходящей, Вселенная должна не совершенствоваться, а деградировать, то есть переходить ко все более простому, а в итоге к простейшему состоянию. Эти аргументы вытекают из термодинамики – науки о различных тепловых явлениях, о переходах и превращениях тепла. Первое начало или закон термодинамики звучит так: теплота может как угодно переходить от любого тела к любому другому телу, лишь бы общее ее количество оставалось неизменным. Проще говоря, если где-то теплоты добавилось (одно тело, например, нагрелось на сколько-то градусов), то где-то ее должно в таком же количестве убавиться (другое тело остыло ровно на столько градусов, на сколько первое нагрелось). Это первое начало термодинамики называют также законом сохранения и превращения энергии. Итак, в силу первого начала теплота может переходить от тела к телу в любом направлении. Однако второе начало термодинамики является ограничением первого и говорит, что переход тепла возможен не в любом, но только в одном направлении. Приведем простой пример. Допустим, перед нами находятся два тела, между которыми происходит теплообмен. Одно из них имеет температуру 100 °C, а другое 50 °C. Возможно ли, чтобы второе тело отдало первому 25° и остыло бы на эти 25°, чтобы второе на эту же величину нагрелось, то есть чтобы температура первого стала 125 °C, а второго 25 °C? Возможно ли, чтобы теплота самопроизвольно переходила от менее нагретого тела к более нагретому? Первый закон термодинамики такой переход не запрещает, лишь бы количество теплоты (энергии) сохранялось в прежнем объеме. Второе начало термодинамики говорит о невозможности этого перехода и звучит так: «Теплота не переходит самопроизвольно от холодного тела к более горячему». Все происходит наоборот: теплота всегда переходит только в одном направлении – от более горячего тела к менее горячему. В нашем примере первое тело непременно должно остыть на 25 °C, а второе нагреться на эту же величину, после чего и у первого тела, и у второго будет одинаковая температура (по 75 °C). Как видим, теплота стремится к равномерному распределению между телами, к равновесию.