Возможно ли образование Вселенной "из ничего"?
<< Сохранение энергии | Оглавление | О спонтанном рождении >>
АСТРОФИЗИЧЕСКИЕ ВЫВОДЫ. НУЖНА ЛИ ПУЛЬСИРУЮЩАЯ ВСЕЛЕННАЯ?
Астрофизические следствия замкнутости Вселенной подробно рассмотрены в моей предыдущей статье в "Природе"*).
Первое следствие состоит в том, что общая плотность всех видов материи должна быть достаточно велика; таким образом, появляется дополнительный аргумент в пользу каких-то форм "скрытой массы", поскольку плотность обычных хорошо известных форм массы (протонов, ядер, электронов, фотонов) недостаточна.
Второй вывод заключается в том, что наблюдаемое в настоящее время расширение Вселенной должно в будущем смениться сжатием - рано или поздно, притом, вероятно, скорее очень поздно, даже по сравнению с сегодняшним возрастом Вселенной**).
Зависимость радиуса замкнутой Вселенной a от времени в
теории циклической эволюции.
В точке A (радиус минимален) происходит переход от
сжатия к расширению,
в точке B (радиус максимален) расширение сменяется
сжатием.
|
Идея замкнутого мира, сперва расширяющегося, а потом сжимающегося, наталкивала многих ученых на гипотезу пульсирующей вечной Вселенной. Дело оставалось за малым - в переносном и буквальном смысле слова: понятно, как происходит остановка и смена расширения сжатием при большом (максимальном) радиусе Вселенной, осталось понять, как происходит переход от сжатия к расширению при малом (минимальном) радиусе. Популярность идеи вечной (в прошлом!) Вселенной возросла, когда было осознано, что при учете поляризации вакуума кривизной пространства (сильным гравитационным полем) или за счет гравитационного поля, источником которого является скалярное поле с неравной нулю массой, действительно существуют формально правильные строгие решения ***) типа
|
с минимальным радиусом 1/Н0 порядка 10-28 см. Эти решения формально существуют и в классической теории. Какие аргументы можно выдвинуть против этих решений?
Зависимость радиуса Вселенной a от времени
t
в теории циклической эволюции при учете роста энтропии. Современное состояние
Вселенной описывается точкой В, t0
- необходимое "начало".
|
Лично мне наиболее существенным возражением представляется сама возможность рождения Вселенной "из ничего". Идея вечной Вселенной казалась неизбежной (можно было спорить только о способе, в частности классическом или квантовом, перехода от сжатия к расширению), до тех пор пока казалось, что энергия и барионный заряд - вечные, сохраняющиеся и притом не равные нулю величины. От гипноза этих идей мы освободились. Если гипотеза вечной Вселенной не обязательна, то можно обратиться к деталям, касающимся теории циклической эволюции.
Еще в 30-е годы был выдвинут серьезный термодинамический аргумент против вечной циклически повторяющейся Вселенной. В ходе каждого цикла энтропия растет ****). Это приводит к тому, что амплитуда каждого следующего цикла больше амплитуды предыдущего. Обращая этот аргумент в прошлое, можно сделать вывод, что конечно общее число циклов, начиная с первого цикла с нулевой энтропией. Но в таком случае цель не достигнута - циклически эволюционирующая Вселенная все равно оказывается существующей конечное время, т. е. нуждается в "начале".
В самое последнее время вместе с В. А. Белинским, Л. П. Грищуком и И. М. Халатниковым мы анализировали расширение и сжатие Вселенной, заполненной массивным когерентным скалярным полем *****).
Аналогичные расчеты проводились и ранее, но, может быть, с менее четкими
выводами. Не вдаваясь в подробности, привожу результаты. В зависимости
от того, является ли скалярное поле 
почти статичным
или быстроменяющимся и почти безмассовым
,
меняется соотношение между давлением и плотностью энергии
(здесь h = 10-14
Дж.с - постоянная Планка,
штрих - производная по времени).
В первом случае 
,
имеет место гравитационное отталкивание, во втором случае, когда давление
максимально велико,
- гравитационное притяжение.
В принципе, и при сжатии, и при расширении могут иметь место оба случая.
Однако при сжатии устойчивым является второй режим,
- давление поля сопротивляется сжатию. В таком случае классическое решение
приводит в сингулярность, радиус Вселенной обращается в нуль, кривая сжатия
утыкается в ось абсцисс. Решения с плавным переходом от сжатия к расширению
оказываются исключительными, маловероятными. Но дело даже не в детальном
исследовании кривых. Более важен анализ тех предположений, которые приходится
делать в ходе решения задачи.
Сингулярное сжатие Вселенной при положительном давлении
.
Закон сжатия одинаков для замкнутого, плоского и открытого
мира: a ~ (t0-t )1/3
(следует иметь в виду, что t  t0).
|
Мы рассматриваем строго однородное скалярное поле и строго однородную и изотропную Вселенную. Однородность означает одинаковость, эквивалентность всех пространственных точек в один и тот же фиксированный момент времени. Изотропия означает эквивалентность всех пространственных направлений.
В задаче о расширении эти предположения разумны: в ходе расширения быстрее всего расширяется область, в которой скалярное поле максимально. При этом классическое скалярное поле становится практически постоянным, а все другие поля (в частности, нарушающее изотропию электромагнитное поле) быстро убывают.
Не останавливаясь на деталях, автор такого сценария А.Д.Линде считает расширение "естественным" и приводящим к наблюдаемой картине Вселенной ******).
Однако в ходе сжатия можно ожидать огромной неустойчивости, нарушения однородности и изотропии. Поэтому вариант прохождения Вселенной некоего минимального радиуса становится еще менее вероятным при учете возмущений. По существу аргумент этот близок к соображениям о возрастании энтропии. Итак, если это и не теорема, то все же мы имеем достаточно побудительных причин для размышлений о спонтанном рождении Вселенной, устраняющем идею циклической Вселенной.
<< Сохранение энергии | Оглавление | О спонтанном рождении >>
|
Публикации с ключевыми словами:
Космология - спонтанное рождение Вселенной - законы сохранения - физика элементарных частиц
Публикации со словами: Космология - спонтанное рождение Вселенной - законы сохранения - физика элементарных частиц | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
