Космология. Философия. Богословие.

Космология. Глава 2.

Во-вторых, против стационарной модели свидетельствует и реликтовое тепловое излучение. "А вот другой надёжно установленный факт - в начале расширения газ этот был чрезвычайно горячим, то есть в начале расширения существовала так называемая "горячая вселенная". Это стало ясно после открытия в 60-х годах реликтового электромагнитного излучения - слабых радиоволн, пронизывающих всю вселенную и имеющих сегодня температуру всего около трёх градусов Кельвина (около -270 град. по Цельсию). Реликтовое излучение осталось от периода начала расширения, когда горячий расширяющийся газ был непрозрачен для излучения, из-за этого вещество и излучение расширялись вместе, имея одинаково высокую температуру".

"Согласно нынешним представлениям о свойствах материи, в первоначально очень горячей вселенной вещество состояло из частиц, движущихся со световыми скоростями, масса покоя которых была равна нулю".

Теорию расширяющейся вселенной часто называют теорией "Большого Взрыва" (по-английски "Big Bang" -- "Биг Бэнг"). Вселенная имеет иерархическую структуру. Планеты обращаются вокруг звёзд, звёзды же собраны в галактики, имеющие собственную структуру - ядра, рукава, перемычки. Галактики, хотя и удалены друг от друга на огромные расстояния, образуют скопления галактик, расстояния между которыми ещё больше, а те, в свою очередь, собираются в блинообразные сверхскопления, разделённые пустотами гигантского масштаба (в десятки миллионов световых лет). Пересечения таких сверхскоплений астрономы наблюдают сегодня в виде ярких цепочек, образующих в пространстве прихотливую ячеистую структуру, напоминающую губку или соты. Не так давно появились данные о том, что в сотах встречаются пустоты ещё большего размера - до миллиардов световых лет. Иными словами, ячейки сот образуют стенки, из которых построены сверхсоты. В таком случае не исключено, что вселенная имеет так называемую фрактальную структуру - чем больше область, которую мы исследуем, тем большего масштаба структуры в ней можно обнаружить. Впрочем, максимальный размер сот должен быть во много раз меньше, чем радиус вселенной.

Но почему крупнейшие структурные единицы вселенной - крупные скопления галактик и сверхскопления - имеют именно такие масштабы и форму?

Движение галактик в их скоплениях происходит таким образом, что приходится предполагать наличие в пространстве между галактиками какой-то невидимой массы. Она своим тяготением влияет на движущиеся объекты, но больше себя никак не проявляет. Такая же невидимая масса окружает, вероятно, и большие галактики, о чём можно судить по движению карликовых галактик и других объектов вокруг них. Эта невидимая масса получила название труднонаблюдаемой, или скрытой, массы.

Было установлено, что нейтрино в просторах вселенной очень много, почти столько же много, как и реликтовых электромагнитных квантов - фотонов. Нейтрино, как и фотоны, должны остаться во вселенной с того начального периода расширения, когда горячее плотное вещество имело очень высокую температуру и было непрозрачно не только для света, но и для нейтрино. Результаты расчётов показывают, что после первых десятков секунд с начала расширения вселенной фотонов в единице объёма было примерно втрое больше, чем нейтрино (вместе с антинейтрино) каждого сорта. Это отношение для реликтовых нейтрино и фотонов остаётся практически неизменным и во время последующей эволюции вселенной вплоть до наших дней. Мы не можем сегодня каким-либо прямым способом регистрировать реликтовые нейтрино, так как уж очень мала их энергия. Однако астрофизики определяют плотность реликтовых нейтрино, исследуя реликтовое электромагнитное излучение.

Весной 1980 года группа исследователей Института экспериментальной и теоретической физики АН СССР, возглавляемая В. А. Любимовым, опубликовала результаты многолетних экспериментов, которые указывают на отличие массы покоя электронных нейтрино от нуля. см. Наука и жизнь №8 1980.

Согласно данным, полученным в ИТЭФе нейтрино в 20 000 раз легче электрона и в 40 миллионов раз легче протона. Почему же теоретики считают, что эта легчайшая, ни с чем не взаимодействующая частица должна играть определяющую роль во вселенной? Ответ прост: во вселенной очень много реликтовых нейтрино. В кубическом сантиметре их больше в миллиард раз, чем протонов, и, несмотря на ничтожную массу, в сумме нейтрино оказываются главной составной частью массы материи во вселенной. И, значит, именно тяготение нейтрино должно быть главной действующей силой, определяющей кинематику расширения вселенной сегодня.

В самые первые мгновения после начала расширения вселенной были "случайные", очень маленькие неоднородности в распределении плотности материи в пространстве. Спустя всего 1 секунду после начала расширения плотность вещества уже недостаточно велика, чтобы препятствовать свободному полёту сквозь него нейтрино всех сортов. При этом идёт выравнивание неоднородностей. И чем больше проходит времени, тем большие по размеру неоднородности нейтрино успевает рассосаться. Так будет продолжаться до тех пор, пока нейтрино, теряющие энергию вследствие расширения вселенной, не станут двигаться со скоростью заметно меньшей, чем скорость света. Расчёты показывают, что примерно через 300 лет после начала расширения скорость нейтрино упадёт настолько, что они уже не будут успевать вылетать из комков большого размера. И такие комки, имеющие сначала сравнительно малую плотность, могут усиливаться тяготением, сгущаться и расти, пока среда не распадётся на отдельные сжимающиеся облака из нейтрино. На сравнительно поздней стадии расширения обычное вещество ( всё вещество, кроме нейтрино) распределено почти равномерно и настолько охлаждается, что из состояния плазмы превращается в нейтральный газ, давление которого резко падает. Газ начинает сгущаться в поле тяготения возникающих нейтринных облаков, стягиваясь к их центральной части. И именно из этого сгущающегося нейтрального газа постепенно возникают скопления галактик, галактики и звёзды, между которыми остаются блинообразные облака нейтрино.

Ещё 33 года назад Я. Б. Зельдович показал, что в такого рода процессах возникающие облака должны быть очень сильно сплюснуты, что по форме они должны быть похожи на блины. Соединение множества таких блинов, хаотично расположившихся в пространстве, даст в совокупности картину ггигантских невидимых нейтринных сот. Всё это вместе (нейтринные облака и скопления галактик) и образует сотообразную структуру, наблюдаемую астрономами.

"На самом деле существует не одна и не две (как в гипотезе поворота стрелы времени [эта гипотеза также предложенная Сахаровым как один из вариантов - предполагает, что до начала расширения вселенной, она сжималась и в точке времени равной нулю произошло изменение направления стрелы времени, но для обитателей такой вселенной, так как все процессы стали происходить в обратном порядке, субъективно ощущается, что время изменяется только из прошлого в будущее]), а множество вселенных, кардинально отличающихся друг от друга и возникших из некоторого "первичного" пространства. Другие вселенные и первичное пространство, если есть смысл говорить о нём, могут, в частности, иметь по сравнению с "нашей" вселенной иное число "макроскопических пространственных и временных измерений - координат". "Предполагается, что между разными вселенными нет причинной связи. Именно это оправдывает их трактовку как отдельных вселенных. Я называю эту грандиозную структуру "Мега-Вселенная"".