Реферат: Теорія інфляційного Всесвіту

Цілком логічні пояснення дістають у межах теорії «інфляційного Всесвіту» і деякі інші властивості світо­будови.

На сьогодні існує кілька варіантів сценарію «Всесві­ту, що роздувається», які дуже відрізняються один від одного. Однак усі ці варіанти збігаються в головному: в кожному з них існує стадія експоненціального або майже експоненціального розширення.

Поява і дальша розробка теорії Всесвіту, що розду­вається, мають виключно важливе значення для космо­логії. Ця теорія показала, що цілком можливо з єдиної точки зору пояснити цілий ряд реальних властивостей нашого Всесвіту, які раніше задовільного пояснення не знаходили.

Більше того, уявлення про однорідний і ізотропний Всесвіт, яким вичерпується весь матеріальний світ, змі­нилося картиною світобудови острівного типу, світобу­дови, в якій існує безліч локальних однорідних і ізо­тропних міні-всесвітів. Ці міні-всесвіти можуть різнити­ся властивостями елементарних частинок, розмірністю простору й іншими фізичними характеристиками.

Теорія «інфляційного Всесвіту», що зв'язала його виникнення з квантовою флуктуацією вакууму, значно розширила еволюційні межі наукової картини світу. Завдяки цій гіпотезі, ідея еволюції, яка в другій поло­вині XX сторіччя пронизала всі наші уявлення про Всесвіт, поширилася нині на значно більші просторово-часові масштаби. Уперше в космології ми дістали прин­ципову можливість поширювати поняття часу в минуле не тільки до моменту початку розширення, а й до «мінус нескінченності».

У новій картині світу змінюються і наші уявлення про місце людини й людства у світобудові. Не виключе­но, що життя і розум існують тільки в нашому міні-всесвіті, а властивості інших міні-всесвітів для життя непридатні.

Методичні міркування. Необхідно звернути увагу учнів на те, що однією з характерних особливостей не-класичної науки XX сторіччя є парадоксальний харак­тер багатьох її положень, який суперечить звичайному здоровому глузду і класичним уявленням природознав-

ства недавнього минулого. Найяскравішим виразом цієї обставини може бути відоме висловлювання Нільса Бора з приводу однієї запропонованої кимось з фізинів нової теорії: «Ця теорія недостатньо божевільна, щоб бути істинною».

Ще і в наш час, в останню чверть XX сторіччя, деякі вчені, зокрема і досить відомі, що тяжіють до класично­го напряму, не можуть примиритися з принципами некласичної фізики й астрофізики. От що, наприклад, пише відомий астрофізик Альвен з приводу загально­прийнятої в сучасному природознавстві космологічної теорії «Всесвіту, що розширюється» і «великого вибу­ху»: «Чим менше існує наукових доказів, тим більш фанатичною стає віра в цей міф. Як вам відомо, ця космологічна теорія вкрай абсурдна — вона твердить, нібито весь Всесвіт виник у якийсь певний момент, по­дібно до вибуху атомної бомби, що має розміри (більші чи менші) головки від шпильки. Схоже на те, що в су­часній інтелектуальній атмосфері величезна перевага космології «великого вибуху» полягає в тому, що вона зневажає здоровий глузд: credo, quia absurdum («вірю, бо це абсурдно»)! Коли вчені воюють з астрологічним безглуздям поза «храмами науки», годилося б пригада­ти, що саме в цих стінах подеколи культивується ще гірше безглуздя».

Подібні висловлювання, зв'язані з недостатнім розу­мінням діалектики розвитку природознавства, дають зайвий привід сучасним релігійним теоретикам проводи­ти паралелі між релігійною системою поглядів і некла-сичною наукою XX сторіччя, полегшуючи тим самим богословам розв'язання завдання, яке вони перед собою поставили,— виправдати релігію, прикриваючись авто­ритетом науки.

Проблема сингулярность Знайомлячись з теоретич­ними моделями Всесвіту, не можна не ввернути увагу на те, що багато які з них приводять до так званої сингулярности Іншими словами, згідно з цими моделями у початковий момент розширення, тобто при t = 0, гу­стина речовини була нескінченно великою! Проблема сингулярності є однією з центральних проблем сучасної космології. З одного боку, ейшптейнівська загальна тео­рія відносності неминуче зумовлює сингулярність. Про­те, з другого боку, стани з нескінченною густиною фізич­но   нездійсненні.   Складається   враження,   що   поява сингулярності в загальній теорії відносності є наслідком того, що ця теорія незастосовна до станів з дуже вели­кою  густиною, що вона  тут  виходить  за  межі своєї застосовності.

Яким чином може бути усунена суперечність, що ви­никає? Над розв'язанням цього завдання наполегливо працюють  сучасні  теоретики — фізики  і  астрофізики. Можливо, вдасться показати, що виникаюча з точки зору загальної "теорії відносності в процесі еволюції Всесвіту сингулярність не є все ж у межах цієї теорії абсолютно неминучою, що за певних умов її можна позбутися. Дру­гий напрямок пов'язаний з можливістю існування так званої «фундаментальної довжини», тобто якоїсь міні­мальної протяжності, яка визначає межі застосовності відомої нам фізики. Можливий, проте, і третій варіант: не виключено, що межі  застосовності загальної теорії відносності визначаються виникненням квантових явищ. За існуючими уявленнями такими межами є часовий ін­тервал близько 10~43 с, протяжність близько 1,6 • Ю"33 см і густина близько 5 • 1093 г/см3. У зв'язку з цим робля­ться  спроби створення  квантової гравітаційної  теорії і квантової космології. Саме цей напрям теоретичного пошуку зараз є основним.

Нестаціонарні явища. Одним з найважливіших від­криттів другої половини XX ст., яке значно розширило

наші уявлення про Всесвіт, було відкриття радіогалак­тик. З'ясувалося, що багато зоряних систем — джерела досить інтенсивного радіовипромінення.

Дослідження космічних радіостанцій за допомогою радіотелескопів показало, що джерелом радіовипромі­нювання у цих об'єктів, як правило, є не сама галакти­ка, а два плазмових утворення — «плазмони», симетрич­но розташовані по обидва її боки. Саме в таких плазмо­нах, або, як їх прийнято називати, радіокомпонентах, і відбуваються ті фізичні процеси, які породжують потужне радіовипромінювання.

Яка ж природа цих фізичних процесів, які протягом багатьох мільйонів років підтримують радіовипроміню­вання радіогалактик?

Багато даних свідчать про те, що джерелом енергії радіовипромінювання, очевидно, є активні фізичні про­цеси, що відбуваються в центральних частинах деяких галактик — так званих ядрах. Нерідко ці процеси су­проводжуються викидом значних мас речовини, виді­ленням величезних енергій, а також вибуховими явища­ми. Так, ядро нашої власної Галактики протягом року викидає значні маси водню. Ядра деяких інших галак­тик проявляють набагато більшу активність.

Але навіть потужні енергетичні сплески, які відбу­ваються в ядрах галактик, блякнуть порівняно з проце­сами, що мають місце в об'єктах, які були вперше вияв­лені у 1963 р. і дістали назву квазарів. Ці об'єкти роз­ташовані на колосальних відстанях від нашої галакти­ки біля меж спостережуваного району Всесвіту, і за даними астрофізичних спостережень є компактними утвореннями. Якщо поперечник нашої Галактики дорів­нює 100 тис. св. років, то поперечники квазарів станов­лять усього лише кілька світлових тижнів або місяців. Порівняно з галактиками це «порошинки». Але кожна така «порошинка» випромінює в сотні разів більше енер­гії, ніж найбільші відомі нам галактики!

Так, наприклад, світність! усієї нашої Галактики становить близько 1037 Вт. У квазарів вона приблизно в 10 тисяч разів більша! А загальна кількість енергії, що її виділяють квазари, оцінюється в 10м Дж. Це в 10 трильйонів разів більше, ніж виділило Сонце протя­гом усього свого існування. Такої кількості енергії ціл­ком достатньо, щоб підтримувати спостережуване енерговиділення квазарів — 1041 Вт упродовж сотень тисяч років.

Деякі квазари випромінюють не тільки в оптичному, радіо та інфрачервоному діапазонах електромагнітних хвиль, а й мають потужне рентгенівське і навіть гамма-випромінювання. Так, у квазарів ЗС-273 рентгенівська світність досягає 2 • 1039 Вт.

Систематичні дослідження в рентгенівському і гамма-діапазонах електромагнітних хвиль, що проводяться останніми роками, привели до виявлення кількох косміч­них об'єктів, випромінювання яких на цих довжинах хвиль зазнає різких короткочасних коливань. Мова йде, зокрема, про потужні спалахи гамма-випромінювання. І хоч фізичну природу цих явищ до кінця ще не розкри­то, вони, безперечно, є відбиттям якихось нестаціонар­них процесів, що відбуваються у Всесвіті.

На початку нашого століття будь-які прояви нестаціонарності у Всесвіті, скажімо, пульсації змінних зір цефеїд або спалахи нових і наднових зір, розгляда­лися вченими як своєрідні відхилення від нормальних станів.

«Пульсація цефеїд,— писав, наприклад, фізик-теоретик Артур Еддінгтон,— різновид хвороби, що ура­жує зорі в певний період дитинства; пройшовши через нього безболісно, вони далі існують без пульсацій. На­пади цієї хвороби можуть траплятися й у пізніші періоди життя; зорі зазнають іноді катастрофічних вибухів, які викликають появу нових зір».

Однак астрономічні відкриття XX сторіччя, особливо другої його половини, з усією очевидністю виявили не­спроможність уявлень, що панували свого часу, про стаціонарність Всесвіту і об'єктів, які його населяють. Стало ясно, що не тільки Всесвіт як ціле змінюється з часом, але буквально на всіх рівнях існування матерії відбуваються нестаціонарні процеси, якісні перетворен­ня матерії, глибокі якісні стрибки.

Цей висновок цілком відповідає точці зору діалектич­ного матеріалізму на процес розвитку.

«...Розвиток стрибкоподібний, катастрофічний, рево­люційний; — «перериви поступовості»; перетворення кількості в якість... взаємозалежність і найтісніший, не­розривний зв'язок всіх сторін кожного явища (причому історія відкриває все нові й нові сторони), зв'язок, що дає єдиний, закономірний світовий процес руху,— такі є деякі риси діалектики».