Основные проблемы современной космологии

5 Янв 2015 | Автор: | Комментариев нет »

А. Физические постоянные и антропный принцип. В космологии ещё со времён античности стоял вопрос: почему наша Вселенная выглядит именно так, а не иначе? Возможны ли в принципе иные миры, устроенные по другим законам? В современной науке более строго этот вопрос звучит так: почему универсальные физические постоянные (Планка, скорость света, гравитацион­ная постоянная, заряд электрона и протона) имеют такие, а не иные значения, и что случилось бы со Вселенной, если бы эти значения оказались другими?

Естественно, что у учёных возникло желание проверить, какими окажутся для Вселенной последствия изменения значений физических постоянных. Про­веденный ими анализ привел к очень интересным выводам. Оказалось, что дос­таточно небольших, в пределах 10-30 процентов отклонений значений постоян­ных в ту или другую сторону - и наша Вселенная окажется настолько прими­тивной материальной системой, что ни о какой её эволюции не сможет идти и речь. Не смогут существовать основные уровни организации материи - атомы, звезды и галактики. Например, при увеличении постоянной Планка более чем на 15 процентов протон не сможет объединиться с нейтроном, то есть стано­вится невозможным образование ядер атомов химических элементов. Тот же результат получается, если увеличить массу протона на 30 процентов. Получа­ется, что существует очень узкая граница подходящих значений физических постоянных, в рамках которых возможно существование именно нашей Все­ленной.

Существует ещё довольно много так называемых «случайных» совпаде­ний. Перечислим лишь некоторые из них.

  • асимметрия между веществом и антивеществом на ранней стадии эволюции Вселенной имела своим следствием возникновение протонов и нейтронов;
  • благодаря остановке первичного термоядерного сингеза на стадии образова­ния ядер гелия смогло возникнуть водородно-гелиевое нротогалактическое об­лако;
  • наличие у ядра углерода возбужденного электронного уровня с энергией, почти точно равной суммарной энергии трех ядер гелия, открыло возможность для протекания термоядерных реакций в недрах звёзд, в ходе которых образо­вались все элементы таблицы Менделеева;
  • расположение энергетических уровней у ядра кислорода оказалось таким, что не позволяет в процессах звездного термоядерного синтеза превратиться всем ядрам углерода в кислород, а ведь углерод - это основа жизни.

Можно констатировать, что наука столкнулась с большой группой фак­тов, раздельное рассмотрение которых создает впечатление необъяснимых слу­чайных совпадений, граничащих с чудом. Вероятность каждого подобного сов­падения ничтожно мала, а их совместное существование представляется вооб­ще невероятным. Возникает вполне обоснованный вопрос о существовании по­ка не познанных закономерностей, которые способны настолько целесообразно организовать Вселенную.

Анализ данной проблемы приводит к парадоксальным выводам. Итак, на­личие соответствия между физическими законами, порожденные этими закона­ми свойства материальных систем и характер взаимодействий между ними оп­ределяют устройство нашей Вселенной. В ходе ее развития появляются систе­мы нарастающей сложности, а на одном из этапов развития появляется человек-наблюдатель, способный обнаружить существование «случайных» совпадений и задуматься о породивших их причинах. Всплывает старая проблема, волно­вавшая человечество на протяжении всей его сознательной истории: занимаем ли мы особое место в этом мире или же это положение является результатом случайного развития. Признание тонкой подстройки параметров нашего мира закономерным природным явлением приводит к заключению, что с самого на­чала во Вселенной потенциально заложено появление человека-наблюдателя на определенном этапе ее развития. А это равносильно признанию существования у природы определенных целей.

В качестве реакции на эту ситуацию в 70-е годы XX века английским ученым Картером был выдвинут антропный принцип, который в настоящее время широко обсуждается. Существует два варианта антропного принципа. Первый из них - слабый антропный принцип. Он гласит: «То, что мы предпо­лагаем наблюдать, должно удовлетворять условиям, необходимым для присут­ствия человека в качестве наблюдателя». Второй вариант назван сильным антропным принципом. Он утверждает: «Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некоторой стадии эволюции мог существовать наблюдатель».

Согласно слабому антропному принципу существует множество возмож­ных миров. В момент зарождения и в ходе эволюции Вселенной могли сущест­вовать самые разные условия, но человек видит мир только на том этапе, на ко­тором возникли условия, необходимые для его существования. Для появления человека понадобилось, чтобы в ходе расширения вещества Вселенная прошла все стадии. Человек не мог наблюдать их, так как физические условия тогда не могли привести к его появлению. Но все эти стадии могли осуществиться толь­ко в таком мире, где существует тонкое соответствие законов и параметров друг другу. Поэтому можно утверждать, что факт появления человека предо­пределяет то, что он увидит: и наш мир и все его удивительным образом подог­нанные друг другу законы. Ничего другого ему не дано увидеть, поскольку в иных мирах он никогда бы не возник.

К более серьезным выводам ведёт сильный антропный принцип. Речь идет о случайном или закономерном происхождении нашей Вселенной с её уникальными параметрами. Признание закономерности устройства Вселенной влечет за собой признание существования некоего универсального организую­щего принципа. Если же мы признаем данную реализацию Вселенной случай­ной, то можно предположить множественное рождение вселенных, в каждой из которых случайным образом реализуются всевозможные значения физических постоянных и физические законы. В одной из них случайно возникнет такое взаимное соответствие параметров, которое обеспечит появление на опреде­ленном этапе развития Вселенной наблюдателя, и он увидит именно наш мир, о случайном возникновении которого первоначально не будет подозревать. Правда, вероятность возникновения такой «хорошей» Вселенной ничтожно ма­ла.

В том случае, если мы признаем «тонкую подстройку» закономерной, то это равносильно утверждению, что линия её дальнейшего развития была пре­допределена заранее с тем замыслом, чтобы на соответствующем этапе появле­ние наблюдателя было бы неизбежным. Во Вселенной таким образом, потенци­ально было заложено ее будущее развитие, которое приобретает целенаправ­ленный характер. По-видимому, появление разума не только было заранее пре­допределено, но и имело определенное предназначение, которое нам пока неиз­вестно, но в последующем процессе развития должно проявить себя.

Б. Проблема «скрытой массы». Согласно современным данным наблю­дательной космологии наша Вселенная расширяется. Существует, как уже было сказано, три возможных варианта дальнейшей судьбы Вселенной.

Согласно первому сценарию Вселенная будет расширяться до бесконеч­ности. Постепенно топливо в звёздах выгорит, они погаснут или превратятся в чёрные дыры. Остатки звёзд, планеты, космическая пыль будут" медленно рас­падаться. Согласно последним теоретическим разработкам в физике, считается доказанным, что вещество нестабильно. Даже такие частицы как протоны, счи­тавшиеся прежде «вечными», через 1032 лет распадутся и полностью превратят­ся в излучение. Вселенную, таким образом, ждёт печальное будущее, она должна будет превратиться в безжизненную пустыню.

Второй вариант развития событий напоминает первый с той лишь разни­цей, что расширение не будет бесконечным, оно постепенно замедлится и оста­новится. Дальнейший распад вещества будет происходить во Вселенной, огра­ниченной определёнными размерами.

Третий сценарий более интересен, поскольку предполагает, что расшире­ние Вселенной со временем прекратится, и сменится сжатием. Всё вещество Вселенной (планеты, звёзды, галактики) устремится к центру тяжести, и, уско­ряясь в своём движении, схлопнется в новую сингулярность. То есть, произой­дёт взрыв наоборот. Не исключено, что после этого произойдёт новый Большой взрыв, и возникнет новая Вселенная. Возможно, что подобные циклы расшире­ния и сжатия будут повторяться до бесконечности, порождая всё новые и новые Вселенные. С субъективной точки зрения данная перспектива выглядит более оптимистически.

Каково же на самом деле будущее нашей Вселенной? По какому пути пойдёт её развитие. Согласно физической модели Фридмана это зависит от суммарной массы вещества во Вселенной, от отношения энергии тяготения этой массы к кинетической энергии разлетающегося вещества. Если вещества сравнительно немного, тогда силы притяжения не смогут остановить разбегания галактик. Расширение Вселенной будет носить необратимый характер. В том случае, если средняя плотность вещества равна критической плотности, то есть, когда кинетическая энергия равна гравитационной, тогда скорость расши­рения будет стремиться к нулю. Если же плотность вещества больше критиче­ской, развитие Вселенной пойдёт по третьему сценарию.

Астрономические наблюдения красного смещения спектров галактик не могут дать нам данные в пользу той или иной перспективы, так как за такой ко­роткий промежуток времени невозможно в принципе обнаружить заметного замедления скорости разбегания. Для этого требуются, по крайней мере, десят­ки миллионов лет непрерывных наблюдений. Астрономы идут по другому пу­ти. Используя различные методы, они математически оценивают количество космической материи в различных её формах: в виде звёздного вещества, пла­нет, космического газа и пыли, и т.д. На сегодняшний день согласно оценкам учёных суммарной массы всех видов материи немного не хватает, чтобы замед­лить и остановить разбегание галактик. Учёные сегодня склоняются к первой модели развития Вселенной. Однако упорно продолжаются поиски так назы­ваемой «скрытой массы» - той массы, которой не хватает для третьей модели. Астрономы считают, что эта «скрытая масса» может прятаться в чёрных дырах, которых во Вселенной может быть довольно много. Однако сколько их - неиз­вестно, ибо они себя никак не выдают. Скрытую массу могут содержать в себе нейтрино - самые многочисленные элементарные частицы во Вселенной. Если нейтрино имеют массу покоя, отличную от нуля, тогда их суммарной массы хватит для преодоления барьера критической плотности. Недостающая масса, по мнению некоторых астрономов, может находиться и вокруг галактик в виде слабых, ненаблюдаемых с Земли звёзд, а также в виде космической пыли и газа.

Поиски скрытой массы в данный момент активно продолжаются. Учёные выдвигают и пытаются проверить всё новые и новые гипотезы.

В. Проблема существования внеземных цивилизаций. Вопрос о том, одиноки мы во Вселенной или нет, издавна волновал человечество. Долгое время попытки ответа на этот вопрос целиком лежали в области догадок, не подкреплёнными серьёзными научными данными. И хотя у нас нет однознач­ного ответа на данный вопрос и сегодня - в эпоху расцвета науки, тем не менее, мы располагаем определёнными знаниями, позволяющими конкретизировать этот вопрос, перевести поиски ответа на него в русло научных дискуссий, опи­рающихся на данные, полученные в ходе наблюдений.

Согласно современным космологическим представлениям, солнце - это рядовая, ничем не примечательная в нашей галактике звезда. Существуют мил­лионы других звёзд, очень похожих на Солнце по массе, светимости и другим параметрам. Наверняка многие из этих звёзд имеют планетные системы. Науч­но это ещё не доказано (наши средства и методы наблюдения пока ещё не позволяют обнаружить планеты у звёзд), но принципиальных ограничений на су­ществование планетных систем нет, и, более того, по оценкам учёных их долж­но быть довольно много. То есть, физические условия, напоминающие земные, могут в принципе многократно повторяться. Поэтому, можно предположить, что жизнь - это довольно распространённое явление во Вселенной. Причем речь идёт не просто о биологической, но и о разумной жизни, поднявшейся в своём развитии до уровня цивилизации.

Для оценки возможного количества внеземных цивилизаций в нашей га­лактике американский астроном Ф.Дрейк предложил следующую формулу:

N=n P1 P2 P3 P4 (t/T), где

N - количество внеземных цивилизаций;

N - полное число звёзд в галактике;

P1 - вероятность наличия у звезды планетной системы;

P2 - вероятность того, что на одной из планет звезды есть жизнь;

P3- вероятность того, что данная форма жизни приведёт к появлению разума;

P4- вероятность того, что разумная жизнь разовьётся до уровня техноло­гической цивилизации;

t, - средняя продолжительность технологической эры;

T- возраст галактики.

К сожалению, в данной формуле определёнными являются только два па­раметра п - 2 10" и Т = 15 10 лет. Оценки значений остальных параметров весьма противоречивы, так как на сегодняшний день ещё не решены многие фундаментальные проблемы космологии и естествознания в целом. Например, неизвестно, возможны ли иные небелковые формы жизни, отличные от земной, основу которой составляет углерод. Неизвестно, как долго может продолжаться технологическое развитие цивилизации, ибо нам известна только человеческая цивилизация, которая перепета на технологический этап совсем недавно.

Некоторые учёные настроены весьма пессимистично относительно воз­можности существования внеземных цивилизаций. Они утверждают, что жизнь, и в особенности, разумная - это необыкновенно редкое явление во Все­ленной. Не исключено, что земная форма жизни единственная. Они приводят следующие аргументы. Во-первых, не обнаружены даже самые примитивные формы жизни на планетах нашей солнечной системы - Марсе, Луне и др. Во-вторых, нет неопровержимых доказательств посещения Земли инопланетянами в прошлом и в настоящее время. Весьма неопределенна также ситуация с НЛО (неопознанные летающие объекты), которые некоторые ученые пытаются выдать за космические корабли пришельцев. Большинство атмосферных аномаль­ных явлений, как признаётся на сегодняшний день, связано либо с запусками спутников, либо с различными военными экспериментами, либо с естествен­ными атмосферными явлениями. В-третьих, если внеземных цивилизаций мно­го, то среда них должны быть и такие, которые в своем технологическом разви­тии продвинулись очень далеко, гораздо дальше, чем человечество. Но до сих пор в космосе не обнаружено никаких видимых признаков технологической деятельности. Не увенчались успехом и попытки обнаружить радиосигналы иных цивилизаций.

Здесь вы можете написать комментарий

* Обязательные для заполнения поля
Все отзывы проходят модерацию.
Навигация
Связаться с нами
Наши контакты

vadimmax1976@mail.ru

8-908-07-32-118

8-902-89-18-220

О сайте

Magref.ru - один из немногих образовательных сайтов рунета, поставивший перед собой цель не только продавать, но делиться информацией. Мы готовы к активному сотрудничеству!