Загадки реликтового излучения B 1928 году Александр Фридман построил модель «расширяющейся Вселенной». Теория предполагает, что Вселенная зародилась примерно 13,7 млрд. лет назад после взрыва некоего сверхплотного яйца (иначе — точки сингулярности; условной точки пространства, содержащей бесконечное или очень большое количество энергии и материи). Взрыв сопровождался мощным выбросом элементарных частиц. Из этой «каши» протонов и электронов в дальнейшем образовались звезды и галактики. Считается, ЧТО в младенческом возрасте температура Вселенной составляла около 3000°C, затем она постепенно падала, а сегодня лишь ненамного превышает абсолютный ноль. Модель Фридмана предполагает, что эволюция Вселенной может идти двумя путями: либо бесконечное разбегание вещества от точки взрыва, либо смена в какой-то момент фазы расширения фазой сжатия вплоть до коллапса, когда Вселенная снова обратится в точку. Выбор пути зависит от критической плотности вещества мира. Если плотность выше некоторой величины, то происходит коллапс. Если меньше — то наши далекие потомки все так же будут наблюдать на небосклоне удаляющиеся друг от друга звездные скопления. Всего через год, в 1929-м, Эдвин Ха6бл обнаружил «красное смещение» в спектрах далеких галактик — понижение частоты их излучения в зависимости от расстояния от Земли. Строго говоря, смещение спектра светимости далеких галактик в красную область было замечено пятнадцатью годами ранее американским астрономом B. Слайфером, однако, именно Ха6бл предположил, что смещение является следствием разбегания галактик, и сформулировал закон, получивший его имя. Согласно закону Ха6бла, степень красного смещения удаленных объектов пропорциональна их расстоянию от наблюдателя. То есть, чем дальше от нас галактика, тем быстрее она удаляется. Эти величины связаны между собой коэффициентом — постоянной Хаб6ла. B каждый данный момент времени постоянная Хаб6ла одинакова для любой точки Вселенной. Однако ясно, что когда скорость разбегания замедлится — такое должно происходить по мере того, как Вселенная остывает, — коэффициент должен уменьшаться. Гигантский начальный взрыв в модели «горячей Вселенной», очевидно, сопровождался мощным первичным излучением. Его следы непременно должны были сохраниться и обнаруживаться и теперь. Впервые предположение о существовании первичного излучения высказал американский физик, эмигрант из России Георгий Гамов. Сразу же точности ради следует отметить, что само название — «реликтовое излучение» — придумал член-корреспондент АН СССР И. Шкловский. B 80-х годах, возникла дискуссия о тонкой структуре реликтового излучения. Оказалось, что только в первом приближении оно изотропно и однородно. Академик A. Д. Сахаров предсказывал его квантовые осцилляции. Это предположение подтвердилось, когда американцы получили данные со своего спутника СОВЕ, за что в 2006 году и получили Нобелевскую премию «за открытие спектра черного тела реликтовом излучении и анизотропии этого излучения». Однако реальность Большого взрыва все равно вызывает сомнения. Теория рождает много парадоксов, но не объясняет их. B 70-e годы по инициативе академика Б. Зельдовича ученые СССР и США построили компьютерную модель распределения материи во Вселенной. Оказалось, что галактики о6ъединяются в метагалактики и располагаются в пространстве как 6ы в узлах некой ячеистой структуры с шагом порядка 100 млн. световых лет. Внутри ячеек царит относительная пустота. Пространственно-временной континуум Вселенной оказался структурированным. Наблюдения показывают, что уже на масштабах 109 световых лет материя распределена в пространстве вполне однородно (ячейка однородности). Куда не посмотри, Вселенная везде одинакова. Результат «взрывного раз6роса» вещества должен бы выглядеть несколько иначе. Это несколько ослабило авторитет сторонников фридмановской «расширяющейся Вселенной и теории Большого взрыва. Подытожим базовые факты, которыми располагает сегодня наука. Красное смещение. Оно действительно существует. Объясняя его эффектом Доплера (длина волны света, который испускает объект, удаляющийся от наблюдателя, возрастает), Хаб6л сделал вполне логичное заключение, что галактики разбегаются. Но, как оказывается, отнюдь не все. Некоторые при-тягиваются друг к другу и даже сталкиваются. И, самое главное, постоянная Хаб6ла не уменьшается, как предсказывал он сам, а растет, что подтверждают последние измерения. B космологии обнаружились и другие очевидные парадоксы. C одной стороны, наблюдения за динамикой звезд в галактиках и галактик в скоплениях показали, что их собственной, вычисленной с Земли массы недостаточно для поддержания гравитационной стабильности, что предполагает наличие во Вселенной некоей дополнительной материи (ее называют темной материей), участвующей в гравитационном притяжении. C другой, более тщательные исследования красного смещения в ближней области на расстояниях 105-107 световых лет и наблюдение вспышек далеких сверхновых показывают, что скорость расширения Вселенной со временем увеличивается. Это обстоятельство потребовало введения Дополнительного фактора — темной энергии, обладающей уже антигравитационными свойствами, которая и заставляет Вселенную расширяться дальше. Тут, кстати, возникает парадокс логический: если Вселенная бесконечна, как возможно, чтобы бесконечность расширялась? Впрочем, парадокс этот относится не к физике, а к категории философских софизмов, потому продолжим. Реликтовое излучение — потенциальный свидетель и соучастник Большого взрыва. Любой объект во Вселенной является источником излучения. Физики достаточно достоверно научились определять по его характеру свойства объекта. Например, по радиоизлучению некогда выяснили состав грунтов на Луне и на Марсе, сравнив соответствующие характеристики с излучением грунтов земных. B процессе таких исследований ученые обнаружили некую постоянную составляющую в спектре космического излучения, которая никак не связана с изучаемым объектом. Это и было реликтовое излучение, которое по теории Большого взрыва должно нести информацию о состоянии Вселенной в начале ее рождения. И вот что крайне любопытно: реликтовое излучение соответствует состоянию материи при температуре 2,7°K. A каково «поведение» Вселенной в диапазоне температур от 0 до 2,7°K? Ответов на эти вопросы нет. Но пока из данного факта можно сделать не, то чтобы окончательный вывод, но достаточно логичное предположение: не означает ли это, что именно такой была температура Вселенной 14 млрд. лет назад? Не 3000°C, а 2,7°K. Тогда картина мира выглядит совсем иначе. Начальным состоянием нынешнего цикла была не фридмановская точка сингулярности, не Космическое яйцо в преддверии Большого взрыва, а однородное и холодное пространство — материя. B некий момент оно начало разогреваться, образуя галактики, звезды и планеты. Достигнув максимума, разогрев должен смениться охлаждением, в конце которого наступит «смерть» Вселенной, а затем начнется новый цикл... Электрон набирает вес Любая среда, температура которой выше абсолютного нуля, имеет неоднородности, способные послужить толчком для начала спонтанных изменений в состоянии этой среды — флуктуаций. Температура 2,7°K, конечно, не морской курорт, однако этому условию вполне удовле¬творяет. B отсутствие очевидцев этого состояния Вселенной мы имеем лишь одну возможность проверить наши предположения — построить его математическую модель. Такую модель — модель физического вакуума создал физик Евгений Ченский. Он уподобил пространство бесконечно протяженному кристаллическому объекту с периодом решетки внутренней структуры 10- 3Э см. Почему именно такая величина? Внутренняя структура любого кристаллического твердого тела представляет собой решетку, в узлах которой располагаются атомы. Они находятся на строго определенном расстоянии друг от друга, и, пока это расстояние сохраняется, химические и физические свойства данного вещества остаются неизменными. Именно на этом расстоянии атомы вещества эффективно взаимодействуют друг с другом, сохраняя созданную их объединением сущность. Как и в кристалле, условием стабильного состояния вакуума является взаимодействие между частицами, их притяжение и отталкивание на основе сохранения неизменной дистанции друг от друга. Такое взаимодействие возможно, если период решетки вакуумного «кристалла» не ниже см. Дальнейшее уменьшение параметров решетки вызывает гравитационную неустойчивость системы: если частицы сблизятся, сила гравитационного притяжения между ними превысит силу кулоновского отталкивания и частицы слипнутся. Именно такую конструкцию — решетку физического вакуума — изучал Планк. Он, собственно, и ввел планковскую длину, начиная с которой происходит гравитационная деформация решетки. Лоренц выводил свои знаменитые релятивистские формулы – преобразования Лоренца, — которые затем использовал Эйнштейн, основываясь на модели все той же фундаментальной, «незыблемой» решетки. Что находится в узлах решетки вакуума, мы пока не знаем. Но Ченский показал, что для описания поведения наблюдаемых частиц достаточно всего двенадцати уравнений. Решения этой системы уравнений позволяют сделать несколько весьма необычных выводов, главный из которых – отказ от гипотезы Большого взрыва. Итак, рассмотрим новую модель нашего мира. Точка отсчета — Вселенная при температуре 2,7°K. Ее энергия «законсервирована» в протонах, масса и потенциальная энергия этик частиц максимальны для данного цикла, масса электрона — неизменной и обязательной пары протона — минимальна. Непроизвольный, но статистически ожидаемый в бесконечном пространстве и времени толчок к некоему изменению состояния (флуктуация) побуждает протон излучать энергию (массу) и одновременно приобретать ускорение. Этот процесс и означает начало процесса разогрева материи вплоть до температур реакции ядерного синтеза. Энергию (массу) протона «впитывает» его антипод — электрон. Собственно говоря, науке неизвестно, что собой представляют эти частицы. Мы сумели измерить некоторые характеристики электрона — массу, заряд, спин, но это еще не дает нам никаких оснований считать его материальной точкой. Скорее всего, и электрон и протон следует рассматривать как некие облачка материи, масса и плотность которых может меняться. Облачка перетекают один к другому, протон массу теряет, а электрон становится тяжелее. Темная энергия и темная материя При взгляде с этой позиции исчезает парадокс роста постоянной Хаббла, а также иначе объясняется феномен красного смещения, которое обычно интерпретируют как доказательство расширения Вселенной. Красное смещение – это оптический эффект состояния энергий (масс) электрона и протона в то время, которое доносят до нас космические лучи. Имеется в виду, что, наблюдая некий галактический объект, находящийся от нас на расстоянии, допустим, полумиллиарда световых лет, мы видим то, что происходило с ним именно полмиллиарда лет назад, а не сейчас. Наблюдаем энергетический паритет пары «протон — электрон» полумиллиарда летней давности. A у постоянной Хаббла появляется новый физический смысл: она характеризует не скорость расширения Вселенной, а скорость изменения массы электрона. И тогда, если нет разбегания Вселенной, нет нужды и конструировании механизма разбегания — гипотезы существования темной энергии. Вселенная не расширяется, она нестационарная (ее свойства периодически меняются) бесконечна в пространстве и во времени. Как сказано выше, темной материей астрономы называют не доступную для обнаружения современными средствами земной науки массу, которая обеспечивает гравитационное равновесие галактики метагалактик. Известно, что все элементарные частицы — фотоны, нейтрино, электроны, протоны (космические лучи) — создают гравитационное поле в меру своей энергии, а не нулевой массы. Фотон, например, массы покоя не имеет, но закону всемирного тяготения прекрасно подчиняется. Нейтрино трудно регистрировать количественно даже в земной лаборатории, а в космическом пространстве — тем более. Важнейшее свойство этой частицы заключается в том, что нейтрино тем труднее регистрировать, чем его энергия меньше. Отчего же не предположить, что именно огромное количество нейтрино с малой энергией, которые мы не в состоянии обнаружить современными средствами наблюдения, заполняет космическое пространство. Возможно, они — нейтрино — и составляют основу (или, по крайней мере, значительную ее часть) непонятной материи, получившей наименование темной. Может быть, поэтому нет необходимости специально искать темную материю: релятивистская масса космических лучей и есть та самая темная материя. От разогрева к охлаждению Электрон и протон — парные частицы, число тех и других в природе одинаково, они вместе рождаются из вакуума и вместе исчезают. Наблюдаемый сейчас разогрев Вселенной будет продолжаться до тех пор, пока массы электрона и протона не сравняются. B этой точке — точке вырождения — никакого коллапса Вселенной не произойдет, просто температура Вселенной после начала процесса ее разогрева достигнет максимума. Возможно, люди (если к этому вре-мени человечество сохранится) обратят внимание на некие явления, отмечающие смену знака в жизни Вселенной, — например, выбросы звездной плазмы, изменение характеристик светимости галактик или что-то еще — сейчас это можно только предполагать. Затем начнется процесс охлаждения Вселенной. Массы электрона и протона будут меняться в обратном направлении следующие 15 (а может, и более) млрд. лет. И этот периодический процесс бесконечен во времени и в пространстве, так же как и бесконечна сама Вселенная. K сожалению, сакраментальный вопрос «А как же все-таки началась Вселенная?» при таком сюжете течения событий просто не имеет смысла. Процесс эволюции означает лишь одно — жизнь вечна в бесконечном времени и в бесконечном пространстве. И последнее. Сейчас высказываются предположения, что и наша Вселенная — лишь одна из бесконечного множества, образующего так называемую пространственно-временную пену. Наблюдаемое пространство — это наш родной «пузырь», внутри которого мы и существуем. И таких пузырей много, как, впрочем, много в астрофизике и всякого рода прочей экзотики. Как-то в б0-x годах прошедшего века Лев Ландау сказал: «Мощь современной науки такова, что сейчас мы можем понять даже то, чего не можем себе представить». Во всяком случае, и сторонникам теории Большого взрыва, и ее критикам окончательные выводы делать преждевременно. Нужны дальнейшие исследования.
