Знание-сила, 2002 № 12 (906)

Ситуация усугубляется тем, что, по некоторым теориям, наша Вселенная при наличии в ней достаточной массы должна пройти в будущем период наибольшего расширения и начать сжиматься под действием взаимного притяжения собственных масс. Этот процесс должен закончиться так называемым Большим Хрустом («Биг Кранч»), то есть коллапсом сжимающейся Вселенной в такую же сингулярность, из которой она когда-то родилась. Правда, некоторые физики считают, что такое сжатие, если оно наступит, не будет вполне симметрично расширению, но это уже частности – главное, что конечная сингулярность тоже будет границей, за которой пространство и время исчезнут. Как- то нехорошо это выглядит: материя с ее пространством и временем, рождающаяся «из ничего» и обращающаяся «в ничто». Нельзя ли все-таки обойтись без сингулярностей, но сохранить Биг Бэнг и все такое прочее? Иначе ведь придется и теорию тяготения отбросить…

Тан ученые представляли атомарную природу материи.

1. Левкипп, Демокрит (300г. до н. э.);

2. Томсон (1900 г.);

3. Резерфорд (1910 г.);

4. Бор, Зоммерфельд (1920 г.);

5. Гейзенберг, Шредингер (1926 г.);

6. В 1982 году с помощью растрового туннельного микроскопа удалось впервые увидеть атомы

Растровый туннельный микроскоп позволил заглянуть в микромир. Слева: атомы натрия и йода на медной подложке. Справа: «стена» из атомов железа на медной подложке

В поисках выхода из этого затруднительного положения некоторые физики обратили внимание на противоречие, таящееся в изложенных выше рассуждениях. Речь идет об очень малых пространственных масштабах, а выводы делаются на основании «обычной» физики Ньютона – Эйнштейна. Между тем еще в начале XX века было открыто, что на малых расстояниях обычная физика уже не действует – здесь царят законы квантовой механики.

Не может ли быть, что пространство и время, как заряды, магнитные моменты и так далее, тоже квантованы, что существует какая-то наименьшая, уже неделимая дальше клеточка пространства (минимальное расстояние в природе) и какой-то наименьший, далее неделимый отрезок времени? Если бы дело обстояло так, то никакой коллапсар – ни самая тяжелая звезда, ни сама Вселенная – не мог бы схлопнуться в точку. Самое большее, они бы коллапсировали до размеров этого «кванта пространства». И тогда в центре черной дыры (или же в начале Биг Бэнга и в конце Биг Кранча) фигурировала бы не сингулярность с ее неприятными бесконечностями, а хотя и крохотный, но все же конечных размеров комочек вещества.

Исходя из некоторых предположений и расчетов, физики оценили, что наименьшая (далее неделимая) длина, если такая существует, должна составлять КГ» сантиметра. Этот «квант расстояния» получил название «планковской длины». В поперечнике атома умещается почти миллиард миллиардов миллиардов таких длин. Этим, в частности, объясняется, почему квантованность пространства, даже если она существует, не может быть замечена в масштабах макромира.

На диаграмме представлены различные модели Вселенной:

1. Классическая модель Большого Взрыва;

2. Модель «Вселенной- феникса» (согласно ей. Вселенная периодически гибнет и вновь возрождается);

3. Модель Большего Скачка (Биг Баунс);

4. Модель предпространства-времени;

5. Модель Хокинга

Еще несколько планов сотворения Вселенной:

6. Модель вечно расширяющейся («открытой») Вселенной Хокинга-Турока;

7. Модель рождения Вселенной на основе квантово- туннельного эффекта;

8. Модель «почкующейся» Вселенной;

9. Модель создания Вселенной Творцом – Богом или… компьютерщиками, живущими за пределами нашего мироздания

Далее, поскольку неделимое расстояние можно пройти только за неделимый отрезок времени – ведь если бы этот отрезок делился, скажем, надвое, то был бы момент, когда мы находились бы «посреди неделимого», что невозможно по определению, – то гипотеза о существовании «кванта расстояния» автоматически влечет за собой существование «кванта времени». Его величину легко подсчитать – это 10" 43 секунды. Смысл его таков. Нельзя спрашивать, что было «раньше». то есть, скажем, что было через 10 44 секунды после Биг Бэнга, через 10 45 секунды и так далее, все ближе и ближе к самому Биг Бэнгу, такие вопросы бессмысленны, таких моментов времени в природе попросту не было.

Иными словами, свойства квантового мира таковы, что ограничивают возможность предельно точного знания о нем: точнее, чем до планковской длины и планковского отрезка времени, измерять расстояния и время в квантовом мире невозможно. Время и пространство в микромире не имеют четкости и определенности, они как бы «размазаны». В этой «квантовой пене» никакого определенного, единого для всех ее «пузырьков» направления времени нет, ибо там нет никакой последовательности событий, никакого «развития». И лишь в том случае, если в какой-то «квантовой клеточке» этой «пены» случайно произойдет Биг Бэнг, из которого родится Вселенная, то в ней начнутся изменения как в целом, – это и будет «рождение времени».

Так родился мир ?

По теории Большого Скачко (Биг Боуне) Ханса-Иоахима Ьломе и Вольфгонга Пристера, пространство и время существовали вечно, а материя возникла в момент Большого Скочка (см. слева). По теории Стивена Хокинга и Александра 8иленкина (см. справа), время «незаметно выплывает» из пространства

Кстати говоря, примерно так же, как случайное следствие хаотического «кипения» бесконечно существующей бесконечной «пены», описывает становление Вселенной одна из новейших космологических теорий, созданная Андреем Линде, – «теория хаотической инфляции». По Линде, процесс рождения вселенных в такой «пене» не только случаен и хаотичен – он бесконечен: одни вселенные, рождаясь, туг же коллапсируют, другие растут, оставаясь мертвыми, ибо законы в них таковы, что не допускают не только возникновения разумной жизни, но даже и образования более или менее крупных структур, третьи напоминают космических «зомби», потому что остаются лишенными времени и развития, а четвертые заполняются галактиками, звездами и планетами и становятся подобны нашей – но очень редко… Процесс-то ведь случаен.

Другой вариант обхода сингулярности предложил Стивен Хокинг. В его сценарии история времени (история вселенной) описывается следующим наглядным образом. Вообразим себе нижний край округлой чаши или сферы. Пусть ее самая нижняя точка, ее «южный полюс», будет точкой рождения вселенной. Пусть, начиная с этого момента, расширение вселенной будет изображаться как постепенное расширение окружности, расходящейся из этой точки по поверхности чаши (как постепенное расширение волны от упавшего камня по поверхности воды). Будем считать, что расстояние (по меридиану) от южного полюса до каждой следующей окружности будет представлять собой время. прошедшее от Биг Бэнга. Тогда длина самой окружности, проведенной на этом расстоянии от полюса, будет изображать размеры вселенной в этот момент времени.

По мере удаления от полюса эти окружности все более расширяются, пока не достигнут экватора. После этого они начнут уменьшаться в размерах и на северном полюсе окончательно сойдут на нет. Такая вселенная будет иметь нулевые размеры на обоих полюсах, но эти полюса не будут сингулярностями, потому что полюса сферы ничем особым не отличаются от любой другой ее точки. У этой вселенной (в отличие от вселенной, родившейся из сингулярности) нет «края», нет особой пространственно- временной точки, в которой нарушались бы все законы «обычной» физики. Но, как объясняет далее Хокинг, такое «гладкое» описание истории времени и вселенной требует (если мы хотим описать его математически) перехода от реального времени к времени «мнимому».