Феномен человека на фоне универсальной эволюции
Глава VI Космическая эволюция
Большой взрыв нашей Метагалактики
6.5.4 Инфляционная модель и «ложный вакуум»
Задавая начальное чрезвычайно сжатое и разогретое состояние нашей Метагалактики, модель горячей Вселенной не объясняет, однако, откуда оно взялось, занимаясь лишь описанием последующих событий. На объяснение причин Большого взрыва претендует инфляционная теория: «...в 1981 г. ...была предложена инфляционная модель, в которой Вселенная вблизи „сингулярности"... очень быстро „раздувается". После такой инфляции (inflation) обычно считается, что Вселенная развивается по фридмановской модели» [Шнзбург, 2002. С. 217]. Инфляционная модель отличается от фридмановской гораздо большей скоростью расширения: в первом случае расширение описывается экспоненциальной зависимостью, во втором — только степенной. Аналогии с инфляционным ростом цен данная теория и обязана своим названием.
«Первая догадка о том, что могло послужить причиной начала расширения Вселенной (нашей Метагалактики. — С. X), была высказана в середине 60-х годов Э. Шинером. Он... высказал предположение, что в начале расширения материя находилась в так называемом вакуумоподобном состоянии. Для него характерно огромное, но весьма своеобразное давление. По абсолютной величине оно равно плотности энергии, то есть плотности материи, умноженной на квадрат скорости света, но со знаком минус. Иными словами, в вакуумном состоянии материя имеет огромное отрицательное давление... Тогда Глинеру никто не поверил... Сейчас общепризнано, что гравитационное отталкивание послужило причиной чрезвычайно мощного первотолчка. Вселенная (наша Метагалактика. — С. X.) начала расширяться с постоянным ускорением, все быстрее и быстрее, так как эта сила продолжала действовать... Инфляционная стадия и предшествовала возникновению горячей Вселенной (нашей Метагалактики. — С.Х.)... размер Вселенной (нашей Метагалактики. — С.Х)... был ничтожно малый, всего 10-33 см... расширение было чрезвычайно быстрым... Объем Вселенной (нашей Метагалактики. — С.Х.) становился все больше, а плотность фактически не менялась, она падала чрезвычайно медленной. Из-за этого масса материи во Вселенной (в нашей Метагалактике. — С. X.) все возрастала... С новой массой рождалось и новое тяготение этой массы. Положительная энергия материи компенсировалась отрицательной энергией гравитации, и в сумме закон сохранения энергии соблюдался» [Новиков, 2001. С. 888].
«Вакуумная материя неустойчива. Инфлантон, как называют вакуумную материю, через ничтожную долю секунды (10-36 с) распался квантовым образом и превратился в горячую плазму — обычную материю. Это и был квантовый процесс рождения нашей горячей Вселенной (нашей Метагалактики. — С.Х.)... И вся Вселенная (наша Метагалактика. — С. X.) стала гораздо больше, чем та ее часть, которую мы можем сейчас видеть и исследовать» [Гам же. С. 888-889]. «При расширении... начинает действовать антигравитационное отталкивание „ложного вакуума", которое за короткое время (10-34-10-32 с) увеличивает размеры Метагалактики39) в 1050 раз» [Трофименко, 1991. С. 128].
Вакуумоподобное состояние физической среды, которое фигурирует в инфляционной теории и которое иногда называют «ложным вакуумом», отличается от космического вакуума, посредством которого обеспечивают гравитационную устойчивость Вселенной (см. разд. 6.2.1), существенно большей плотностью. Если плотность космического вакуума стационарной Вселенной, равная половине плотности вещества, для нашей Метагалактики составляет в нашу эпоху величину порядка 1030 г/см Стыковка «ложного вакуума» с космическим производится просто — постулируется, что «вакуум может быть возбужденным и находиться в одном из многих состояний с сильно различающимися энергиями подобно тому, как атом может возбуждаться, переходя на уровни с более высокой энергией. Эти собственные состояния вакуума — если бы мы могли их наблюдать — выглядели бы совершенно одинаково, хотя обладают совершенно разными свойствами» [Цевис, 1989. С. 210]. Утверждается также, что как «и во всех возбужденных квантовых системах, „ложный вакуум" неустойчив и стремится к распаду. Когда распад происходит, отталкивание исчезает. Это в свою очередь ведет к прекращению инфляции и переходу Вселенной (нашей Метагалактики. — С. X.) во власть обычного гравитационного притяжения» [Там же. С. 211].
Примерно через 10-32 с от начала Большого взрыва к концу фазы инфляции наша Метагалактика «была пустой и холодной. Однако, когда инфляция иссякла, Вселенная (наша Метагалактика. — С.Х.) вдруг стала чрезвычайно „горячей". Этот всплеск тепла, осветивший космос, обусловлен огромными запасами энергии, заключенными в „ложном вакууме". Когда состояние вакуума распалось, его энергия высвободилась в виде излучения, которое мгновенно нагрело Вселенную (нашу Метагалактику. — С.Х.) примерно до 1027 К... С этого момента Вселенная (наша Метагалактика. — С. X.) развивалась согласно стандартной теории „горячего Большого взрыва". Благодаря тепловой энергии возникло вещество и антивещество, затем Вселенная (наша Метагалактика. — С.Х.) стала остывать, и постепенно стали „вымораживаться" все ее элементы, наблюдаемые сегодня» [Там же. С. 212].
При столь высоких температурах, какие закладываются в инфляционную теорию, должно происходить объединение форм взаимодействий. «Известны четыре вида физических взаимодействий: сильные (или ядерные), электромагнитные, слабые (обусловливающие, например, радиоактивный распад) и гравитационные. Согласно современным представлениям, эти виды взаимодействий проявляются как разные только при сравнительно малых энергиях, а при больших — объединяются в единое взаимодействие. Так, при энергиях порядка 102 гигаэлектронвольт (ГэВ), что соответствует температуре 1015 К, объединяются электромагнитные и слабые взаимодействия (электрослабое взаимодействие. — С.Х.). При энергиях около 1014 ГэB или температуре 1027 К происходит так называемое „великое объединение", когда сливаются сильные, слабые и электромагнитные взаимодействия. Наконец, при энергиях около 1019 ГэВ или температуре 1032 К, вероятно, к ним присоединяется и гравитационное взаимодействие („суперобъединение") [Новиков, 1985. С. 172].
Считают, что инфляционная теория предлагает ответы на ряд вопросов, возникших в теории горячей Вселенной [Новиков, 1985. С. 170-171]:
1. Почему так много реликтовых фотонов (миллиард на одну тяжелую частицу)?
2. Почему сегодняшняя плотность нашей Метагалактики близка к критической, отграничивающей замкнутую геометрию от незамкнутой?
3. Почему наша Метагалактика макрооднородна, хотя на ранних стадиях Большого взрыва ее размеры превосходили тогдашний горизонт видимости (откуда все фрагменты тогдашней Метагалактики «знали», что им следует образовывать однородное целое?)?
4. Как возникла микронеоднородность нашей Метагалактики, благодаря которой появились нынешние галактики и их системы?
Однако автор этих строк не испытывает большого оптимизма в отношении инфляционной теории. Дело в том, что вся теория Большого взрыва носит во многом феноменологический характер, потому что теории необратимых процессов (а Большой взрыв существенно необратим, в нем происходили необратимые превращения разных форм энергии друг в друга) не существует (см. прил. 4). И если, несмотря на это, теория горячей Вселенной (нашей Метагалактики) ухитрилась сделать предсказание относительно реликтового излучения, то инфляционной теории похвалиться в этом плане пока что нечем: все проблемы она снимает задним числом, что относительно нетрудно. Когда «руками» строится (полу)феноменологическая теория со множеством параметров, то их значения, помимо воли ее создателей, «сами собой» подстраиваются под наблюдаемые явления, которые эта теория призвана объяснить.
Мы разделяем, далее, негативное отношение Э. Б. Глинера к сингулярностям, т.е. состояниям материи с бесконечной плотностью, из которых исходит инфляционная теория. На наш взгляд, сингулярности возникают только на бумаге, имея к реальности весьма косвенное отношение.
Если мы сомневаемся в гипотезе о космическом вакууме (см. разд. 6.3), то гипотеза о «ложном вакууме» вызывает у нас еще большие возражения. Прежде всего это относится к связанному с ней предположению о рождении во Вселенной (в нашей Метагалактике) массы, компенсируемом связанной с этой рождающейся массой отрицательной гравитационной энергией. Отрицательность гравитационной энергии является артефактом, порожденным неудачным выбором нулевой точки на шкале значений этой энергии .
Мягко говоря, не сочувствует автор этих строк и используемому в концепции «ложного вакуума» тезису о расширении границ Вселенной в ходе ее «раздувания» со скоростью, превышающей скорость света.
Вообще, «ложный вакуум» наделяется космологами чересчур фантастическими свойствами, почему гипотеза о нём и представляется нам слишком сильной. Тем более что она была выдвинута из-за ошибочного отождествления нашей Метагалактики со всей Вселенной:
«Изначально теория раздувающейся Вселенной была призвана сохранить существовавшую космологическую схему (или, как сейчас говорят, сценарий), согласно которой Метагалактика является единственной и отождествляется со всей Вселенной. Считалось, что этот единственный объект (Метагалактика) имеет единое начало в своем расширении и развитии, а теория раздувающейся Вселенной должна была бы описать эволюцию Метагалактики вблизи начала. Другими словами, теория раздувающейся Вселенной была призвана спасти идею космологического единоначалия» [Трофименко, 1991. С. 127].
Если мы отождествляем наблюдаемый мир со всей Вселенной, то тогда его расширение действительно является загадкой, для объяснения которой так и хочется привлечь что-нибудь этакое. Если же мы рассматриваем наблюдаемый мир всего лишь как одну из бесчисленного множества метагалактик, то его (ее) расширение становится обыденным. В наблюдаемом нами мире многие объекты расширяются и многие сжимаются, но мы не видим в том ничего особенного. Легко представить себе, к примеру, что наша Метагалактика ранее сжималась и, дойдя до некоторой стадии сжатия (не до сингулярности), стала расширяться. Взорвалась. Подобно тому, как взрывается сверхновая в результате коллапса ядра звезды, но в гораздо больших масштабах. Гипотеза о «ложном вакууме» не нужна, все может быть объяснено, я уверен, в гораздо менее сильных предположениях.
Назад Содержание Далее