Народження Всесвіту

План

1. Варіанти майбутнього Всесвіту

2. Деякі труднощі гіпотези розширного Всесвіту

3. Проблема позаземних цивілізацій

За теорією Великого Вибуху, від появи проторечовини до утворення ядер водню й гелію пройшло не набагато більше трьох секунд. На цьому часовому проміжку стрімко перетворювалися вакуум і речовина, а етапи перетворення визначалися процесами розширення й остигання згустка.

За температури  К, якщо тільки ця теорія справедлива, лептони й кварки в згустку вільно перетворювалися один на один, тобто їх неможливо було розрізнити.

У середовищі існував єдиний вид взаємодії і роль її частинки — посередника — виконував скалярний бозон, що дістав назву Х-бозона. Це була надзвичайно масивна частинка близько  кг, що в  разів більше від маси протона. Ці частинки зникли після зниження температури в ранньому Всесвіті, їх залишків поки не знайдено, й очікувати, що вони будуть виявлені, не доводиться, тому що подібних температур у сучасному Всесвіті не існує.

Через  секунди після "початку" кварки й лептони розділилися, а сильна взаємодія відокремилася від електрослабкої. Єдиний АГ-бозои розпався на глюони й безмасовий бозон — переносник електрослабкої взаємодії. На момент припинення переходів кварків у лептони кількість кварків дещо перевищила кількість антикпарків.

Наступна критична точка —  с, коли температура знизилася до  К. Після цього безмасовий електрослабкий бозон розділився на безмасовий фотон і три важких векторних бозони. Електрослабка взаємодія розділилася на слабку й електромагнітну. У сучасному Всесвіті існують всі чотири відомі на сьогодні фундаментальні взаємодії.

При зниженні температури до  К припиняється вільне існування кварків, вони поєднуться в адрони.

Ранній період розвитку Всесвіту завершується лептонно-фотонною ерою. Утворюються баріони і антибаріони, які анігілюють, залишаючи по собі фотони й вивільнену енергію.

Протягом першої секунди температура знизилася до 10 млрд. градусів. Цього виявилося досить для відділення від газової суміші нейтрино й антинейтрино. До 14-ої секунди температура знизилася до 3 млрд. градусів і при цьому виникли умови для сполучення й анігіляції електронів і позитронів. При цьому електронів було дещо більше, ніж позитронів. їх надлишок і сумарний негативний заряд компенсував сумарний позитивний заряд протонів, які з'явилися раніше. У протони перетворювалися й вільні нейтрони.

Через 3 хвилини після "початку" температура знизилася до мільярда градусів. На цьому завершилося формування раннього Всесвіту.

Відповідно до дуалізму хвильових і корпускулярних властивостей коливання полів повинні породжувати частинки. Тут ми зіштовхуємося ще з одним парадоксом мікросвіту. Квантові ефекти можуть на короткий час призупиняти чинність закону збереження енергії. Протягом цього проміжку часу енергія може бути "взятою в борг" на різні цілі, у тому числі і на народження частинок. Зрозуміло, усі виниклі при цьому частинки мають дуже короткий період існування, тому що витрачена на них енергія повинна бути повернута через незначну частку секунди. Проте частинки можуть фактично виникнути з нічого, проіснувавши мізерний проміжок часу, перш ніж знову зникнути.

Таким чином, "несправжній" вакуум заповнений віртуальними частинками. Він мертвий і безликий, але наповнений енергією.

Сучасні теорії припускають, що енергія вакууму виявляється аж ніяк не однозначно. Вакуум може бути збудженим і перебувати в одному з багатьох станів, які надзвичайно сильно відрізняються рівнями енергії, причому відмінності між найнижчою і найвищою енергіями неймовірно великі.

Очевидно, вакуум відіграє роль базової форми матерії. На найбільш ранній фазі еволюції Всесвіту саме він відіграє визначальну роль. Екстремальні умови "початку", коли навіть простір-час були деформованими, припускають, що і вакуум перебував в особливому стані, який називають "несправжнім" вакуумом. Він мав енергію гранично високої щільності, якій відповідала гранично висока густина речовини. У цьому стані в речовині можуть виникати найсильніші напруги й негативний тиск, рівносильний гравітаційному відштовхуванню такої величини, що й могло спричинити невтримне й стрімке розширення Всесвіту — Великий Вибух.

З початком стрімкого розширення Всесвіту виникають час і простір. Період "роздування" займає проміжок часу всього до с після "початку". Називається він інфляційним періодом.

До кінця фази інфляції Всесвіт був холодним і порожнім Але по закінченні цієї фази він став надзвичайно гарячим. Цей сплеск теплоти зумовлений величезними запасами енергії, що містилася в "несправжньому" вакуумі. Коли цей стан вичерпав себе, його енергія вивільнилася у вигляді випромінювання, яке миттєво нагріло Всесвіт до 1027 К. Припускають, що із цього моменту Всесвіт розвивався відповідно до теорії гарячого Великого Вибуху.

Варіанти майбутнього Всесвіту

У залежності від того, яка модель Всесвіту реалізується, варіанти нашого дуже віддаленого майбутнього можуть бути різними.

Якщо Всесвіт закритий, то теоретична можливість нової сингулярності в майбутньому послужила підставою для припущення про те, що початкова сингулярність, з якої почалося космічне розширення, була в той же час і заключною подією в колишньому "циклі життя" Всесвіту. І все його існування — це чергування циклів розширення й стиснення. Таку гіпотезу розвиває академік М. О. Марков. На його думку, Всесвіт здатний пройти через сингулярність при стисненні й народитися знову. Народившись, він починає розширюватися, а пройшовши максимум розширення, починає стискатися, досягає нової сингулярності, проходить через неї і т.д. Майбутнє такого осцилюючого, або пульсуючого, Всесвіту вимірюється необмеженою, нескінченною кількістю космічних життєвих циклів. Необмежене й нескінченне також і минуле такого Всесвіту. Період циклу різними вченими оцінюється по-різному: від 60 млрд. до 1000 млрд. років. При переході через сингулярність можуть змінюватися деякі фундаментальні фізичні константи.

Теоретично можливим є Й інший варіант пульсуючого Всесвіту: він допускає послідовне збільшення амплітуди осциляцій від циклу до циклу.

Зовсім інакше постає майбутнє Всесвіту у "відкритих" космічних моделях, що фактично являють собою сценарії "теплової смерті" Всесвіту. Згідно із цими моделями, уже через  років багато зірок остигнуть, планети почнуть відриватися від своїх зірок, зірки від галактик, перетворюючись на "чорних карликів", центральні частини галактик почнуть колапсувати, утворюючи "чорні дірки".

Далі все залежитиме від того, наскільки стабільним або нестабільним є протон. Якщо він нестабільний і через  років розпадеться на -квант і нейтрино, то Всесвіт буде складатися з нейтрино і чорних дірок, що випаровуються, і через  років у Всесвіті залишиться тільки електрон по-позитрон на плазма незначної густини.

Деякі труднощі гіпотези розширного Всесвіту

Усе, що було розглянуто вище, — тільки гіпотези, що ґрунтуються на деяких реальних фактах. Однак ці ж факти можна трактувати й інакше.

Так, неодноразово робилися спроби витлумачити червоне зміщення не як наслідок ефекту Допплера й розширення Всесвіту, а як наслідок зменшення енергії і власної частоти фотонів у результаті їх тривалого руху протягом багатьох мільйонів років у міжгалактичному просторі і внаслідок їх взаємодії з гравітаційними полями, фоном нейтрино, матерією, яка поки що недоступна для спостережень. Такі спроби відкидалися, тому що вони ґрунтувалися на припущенні існування деякого невідомого закону природи, який пояснював би взаємодію випромінювання з іншими видами матерії.

Але трактування червоного зміщення як результату ефекту Допплера приводить до наслідків не менш незрозумілих. Так, спектральні лінії квазарів мають аномально високе червоне зміщення. Якби це червоне зміщення було зумовлене ефектом Допплера, то швидкість віддалення квазарів у 2,5-2,8 рази перевищувала 6 швидкість світла, що неможливо. Отже, червоне зміщення зумовлене не ефектом Допплера, а надзвичайно могутнім полем тяжіння, тобто є гравітаційним.

Також необґрунтованим є твердження про можливість переходу всієї матерії в точкову сингулярність. Адже в релятивістській астрофізиці допускається існування не однієї, а багатьох сингулярностей у центрах чорних дірок, які, однак, мають скінченну протяжність і масу.

Виникають протиріччя й щодо пояснення феномена розширення. Якщо розширення є справжнім фізичним процесом, то воно відбувається за рахунок "вторгнення" розширного Всесвіту або у вакуум на зразок псевдо евклідового простору, або в простір інших всесвітів. Важко припустити існування абсолютного вакууму, тому що простір є атрибутом матерії і поза нею не існує. Залишається визнати розширення у внутрішній простір інших матеріальних систем, які самі можуть як стискатися, так і розширюватися. Але тоді сучасна космологічна теорія може стосуватися лише Метагалактики.

Можна, щоправда, стати на іншу точку зору, припустивши, що розширення Всесвіту відбувається насправді, але ніякого зовнішнього простору не існує. Сам простір нібито створюється в процесі розширення Всесвіту таким чином, що з часом збільшується відстань між будь-якими точками й таким чином змінюється геометрія простору.

Але і ця точка зору містить у собі внутрішні суперечності. Якби простір розширювався сам по собі, то відбувалося б збільшення розмірів усіх матеріальних систем: елементарних частинок, атомів, молекул, планет, галактик, причому в тій же пропорції, що й збільшення відстаней між галактиками. Однак нічого подібного не спостерігається.

Висуваються гіпотези і про те, що в основі різних космологічних моделей Всесвіту лежать рівняння загальної теорії відносності. Ці моделі можуть характеризувати не лише наш Всесвіт, а різні стани Всесвіту в різні періоди його існування в минулому і в майбутньому. Усе, що не заборонено законами природи, де-небудь і коли-небудь може бути реалізовано.

Проблема позаземних цивілізацій

Однією з основних проблем науки про зародження й розвиток життя за межами Землі є суто астрономічна задача: яка ймовірність