Вопросы-ответы. 2010 г.

Вопрос: Здравствуйте, скажите пожалуйста, до Большого взрыва не было ничего, тогда что способствовало этому? Ведь для того, чтобы что-то взорвалось, необходимо какое-то вещество, какой-то материал! Дарина

Ответ: В данном вопросе содержатся 4 вопроса:
1) Что такое Большой Взрыв?
2) Почему мы считаем, что он был?
3) Что могло быть его причиной?
4) Что могло быть до момента Большого Взрыва?
Подробный ответ на каждый вопрос отнимет много времени и места. И требует для понимания больших знаний физики и математики на уровне университета. Попробуем разобраться коротко.
    1) Начнем с того, что Большой Взрыв - это совсем не взрыв. Взрыв происходит в чем-то, в каком-либо пространстве. То, что мы называем Большим Взрывом, на самом деле есть быстрое расширение самого пространства, причем не в каком-либо другом пространстве, а самого по себе. Для наглядности вообразим, что мир не трехмерный, а двухмерный, и пусть он представляет из себя плоскую пластиковую пленку. Мы начинаем пленку подогревать, и она начинает пузыриться. Каждый пузырек выделяется из двумерной пленки и с продолжающимся разогревом раздувается. Но это происходит не внутри пленки - он выдувается из плоскости наружу в другое (в данном примере в третье) измерение. Аналогично могло произойти с нашим трехмерным миром - он раздулся в новые измерения. Замечу, что выражение "Большой Взрыв" - это не совсем корректный перевод английского выражения "Big Bang". По смыслу более точно сказать - Большой Грохот.
    2) Почему же он должен был быть?
Наблюдательные данные говорят, что Вселенная (а именно, само пространство) в очень больших масштабах по всем наблюдаемым направлениям расширяется (причем с ускорением). Несложно мысленно обратить время вспять и понять, что все нас окружающее должно было быть когда-то сконцентрировано в очень маленьком объеме. Любопытно, что сначала расширение Вселенной было предсказано теоретически Александром Фридманом в 1922г. на основе уравнений Эйнштейна. Тогда еще не было известно, что Вселенная расширяется, так как этот факт был открыт Эдвином Хабблом в 1929г. Позднее на основе анализа решения уравнения Фридмана и большого значения энтропии ранней Вселенной Георгий Гамов с учениками (1948) получили два важных проверяемых следствия: 1) распространенность элементов во Вселенной, таких как водород (75%) и гелий (25%), что было потом подтверждено наблюдениями, и 2) существование фонового микроволнового излучения, названного И.С.Шкловским впоследствии реликтовым. Отмечу также, что диапазон наблюдения этого излучения и его температура были очень точно предсказаны Андреем Дорошкевичем и Игорем Новиковым в 1964г. за год до его открытия Пензиасом и Вильсоном.
Физики всегда стремятся использовать простейшие гипотезы, которые дают лучшие объяснения окружающему миру и могут быть проверены на основе предсказаний. И таким же образом на основе фактов: теоретического предсказания и наблюдательного подтверждения, была предложена теория Большого Взрыва как простейшая физическая модель.
    3) Мы сейчас живем в тот период времени, когда физика вплотную подошла к пониманию, как Большой Взрыв мог произойти. В первом пункте я уже сказал несколько слов о раздувании. Одно из любопытных свойств Вселенной - одинаковость законов природы (например, соотношение положения линий в спектрах далеких галактик или закон притяжения) в причинно-несвязанных областях пространства при наблюдаемой скорости расширения Вселенной. Это говорит о том, что когда-то эти области пространства должны были быть рядом, чтобы суметь обменяться между собой информацией. Но если мы повернем время вспять, то увидим, что при известной скорости расширения Вселенной она сожмется не в точку, а в какой-то ненулевой объем. Т.е. какие-то ее части будут несвязаны. Но этого очень не хочется, так как все же надо сохранить одинаковость законов природы в разных местах. Как я уже сказал, физики любят простоту. Еще они любят красоту. А красота состоит в том, что на больших масштабах Вселенная однородна, и самые крупные ее образования - скопления галактик - распределены случайно, т.е. их положение и количество материи в них описываются определенным случайным математическим распределением. Скопления галактик - это флуктуации плотности материи во Вселенной. Они когда-то появились и росли. Их появление должно было отразиться в форме флуктаций реликтового излучения. И это тоже наблюдается. Но вокруг нас есть еще одна уникальная среда - вакуум, в котором постоянно рождаются и аннигилируют частицы, как флуктуации вакуума, распределение которых также случайно. Идею о возможной связи флуктуаций вакуума и флуктуаций плотности материи на гигантских масштабах Вселенной, и вообще рождения самой Вселенной из флуктуаций вакуума высказал Э.Глинер (1965) и развили В.Муханов и Г.Чибисов (1981). Для объяснения причинной связи разных областей пространства, следующей из одинаковости законов природы, передачи свойств распределения вакуумных флуктуаций на масштабы Вселенной, и, кроме того, практически нулевой кривизны Вселенной, полученной по данным реликтового излучения, была создана теория инфляционной Вселенной (Старобинский 1979; Guth 1981; Линде 1982; Альбрехт, Стейнхарт 1982). Инфляция значит раздувание и показывает, как Вселенная из очень маленького размера 10^-35м увеличилась в 10¹²² раз за 10^-35 секунды. Это быстрое расширение фактически и есть Большой Взрыв. За него ответственна особая сила - так называемое скалярное поле (т.е. действующее по всем направлениям одинаково), которое назвали инфлантоном. Т.е. гипотетически можно к вакуумным флуктуациям приложить инфлантон и создать Вселенную в любое время в любой точке. На вопрос, бывают ли такие поля в природе, ответим: да, бывают, например, открытая в прошлом веке темная энергия, которая вот уже 6 млрд.лет заставляет Вселенную расширяться ускоренно.
    4) А теперь можно перейти к последнему вопросу. Однозначно сказать, что именно привело к действию инфлантона нельзя. Но можно сказать, что раз случившись, такое может (и возможно должно) происходить постоянно. Одна из идей Андрея Линде о Мультивселенных, заключается в том, что инфляция происходит всегда и везде. Например, когда вы читаете этот текст, от вас во множестве отпочковываются и раздуваются новые Вселенные в другие измерения, а вы этого даже не замечаете. Вселенные могут быть стабильны (как например та, в которой мы живем), а могут сразу схлопываться. Все зависит от начальных условий. Поэтому ответ на вопрос, что было до Большого Взрыва, может быть таким: "Было нечто, похожее на нас или не похожее. Оно было и будет всегда." Кроме того, необходимо сказать, что в настоящее время существует так называемая теория суперструн (для объяснения физических свойств элементарных частиц геометрическими параметрами), теория бран (многомерных поверхностей) для описания мира, которые объединяются в так называемую M-теорию. В этой теории самого момента Большого Взрыва как и сингулярности (когда плотность материи в точке бесконечна) нет. Но зато расширение Вселенной является одновременно ее сжатием в других измерениях и этот цикл бесконечен. В этом случае ответ на вопрос, что было до большого Взрыва, можно сказать: "Была наша же Вселенная."
    5) Литература. Дам ссылки только на популярные книги, читаемые легко.
а) И.Д.Новиков. Как взорвалась Вселенная. М. Наука. Гл.ред.физ.-мат.лит.1988.
б) Стивен Хокинг. Кратчайшая история времени. Издательство: Амфора, 2006.
в) Брайан Грин. Элегантная Вселенная. Изд-во URSS. 2008.

Верходанов О.В.

Вопрос: Как ориентироваться по звездам?

Ответ: Потребность ориентироваться на местности и во времени пока сохраняется, но нужда в звездах вроде бы пропала: у всех часы, календари, у многих - спутниковые навигаторы. Все это в конечном счете все равно привязано к звездам, но кем и где - не наше дело... Если же хочется самому (самой) - непосредственно по звездам,- придется сначала приучить себя к виду звездного неба в разное время и в разные сезоны. Это в том месте, где Вы живете, а при переезде намного севернее или южнее, Вам придется подстроить свой навык по широте: одни созвездия уйдут под горизонт или к зениту, появятся другие... Хорошее учебное пособие Вы найдете на сайте astronet.ru -> Карта неба. Успехов Вам и приятных прогулок по звездному небу!

Е.Л.Ченцов