З ЧОГО НАРОДЖУЄТЬСЯ ВСЕСВІТ?

Теорія Великого вибуху в даний час є домінуючою теорією в космології. Вона визнає народження Всесвіту як фізичний факт матеріального світу. Головною проблемою космології є пошук відповіді на поставлене в заголовку питання. Постараємося намітити загальний підхід, який вимальовується в сучасному природознавстві, для вироблення відповіді.

Перш за все зазначимо, що класична фізика розрізняє дві форми існування матерії: речовина і поле. Некласична, квантова, фізика показує дуалізм їх властивостей на рівні мікросвіту, де існує деякий мінімальний різноманітність фундаментальних частинок полів (як правило, безмассових) і частинок речовини (що володіють масою спокою). Частинки полів і речовини можуть перетворюватися один в одного, оскільки існує еквівалентність маси і енергії.

Сучасне природознавство підійшло до виділення ще однієї форми існування матерії - фізичного вакууму. Тверді, рідкі, газоподібні речовини оточують людину, вони йому звичні, їх властивості досліджені в першу чергу. Деякі поля (тяжіння Землі, світла і теплового випромінювання) людина також відчуває, хоча відсутність чітко вираженої геометричної форми полів вимагає більшого інтелекту в дослідженні їх властивостей. Властивості фізичного вакууму ще мало вивчені, і тут потрібні значні інтелектуальні зусилля для їх розуміння.

Вони виглядають настільки ж незвичними і дивними, як властивості частинок-хвиль в період становлення квантової фізики. Фізичний вакуум не є абсолютною і стаціонарної порожнечею, в ньому безперервно відбувається віртуальне народження і анігіляція пар «частіца- античастинка». За аналогією з більш відомими явищами макросвіту, такими, як поляризація діелектриків, фазові переходи між агрегатними станами або спонтанні зміни симетрії кристалів, намагаються описати властивості вакууму. Вводиться асоціативна термінологія: поляризація вакууму, спонтанне порушення симетрії його матеріально-польового стану і ряд інших.

Експериментальні спостереження ефекту Казимира показали, що навіть в порівняно простих умовах можна зареєструвати вплив фізичного вакууму на процеси в макросвіті.

Ефект Казимира полягає в прояві сили тяжіння двох металевих пластин, що змінюється з відстанню між пластинами по залежності

Простір між пластинами утворює своєрідний резонатор (рис. 80), в якому можуть реалізуватися тільки стоячі хвилі з довжиною хвилі кратної відстані між пластинами (див. П. 2.3, стоячі хвилі

Схема до пояснення ефекту Казимира

Мал. 80. Схема до пояснення ефекту Казимира

на струнах). Для простору поза пластин такого обмеження не накладається і кількість віртуальних хвиль буде необмеженим. Щільність енергії вакууму між пластинами буде менше, ніж зовні, і з'являється відповідний тиск на пластини.

Для дослідження властивостей вакууму на прискорювачах потрібні частинки-хвилі великої енергії, щоб можна було «обурити» незвично енергоємну форму матерії. Очевидно, що при аналізі акту народження Всесвіту необхідно враховувати наявність і незвичність властивостей вакууму.

У самій загальній формулюванні відповідь на проблемне питання зараз дається в такому вигляді:

Всесвіт народжується з фізичного вакууму, як наслідок спонтанного (самовільного) зміни його енергомассового стану.

При цьому акт народження Всесвіту в принципі не суперечить закону збереження повної енергії Всесвіту. На перший погляд це твердження парадоксально. Але давайте розглянемо аргументацію академіка Я.Б. Зельдовича. На його думку, формулювання самого загального закону природи у вигляді «З нічого не може утворитися нічого» є ненауковою і наївною. По-перше, що для фізика означає «нічого»? Змістовним відповіддю буде:

«Нічого»: 1. Маса дорівнює нулю: М = 0.

2. Повна енергія дорівнює нулю: W = 0.

По-друге, за умовою «завдання», крім Всесвіту нічого більше нс народжується і вона є ізольованою системою. Для ніс можна застосовувати закон збереження енергії, в даному випадку значення початкової енергії дорівнює нулю і має залишатися нульовим. Це єдине обмеження, все інше дозволено.

З появою маси Всесвіту М з'являється гравітаційна енергія взаємодії всіх її частин, і ця енергія негативна. За формулою Ейнштейна еквівалентна утвореної масі енергія Мс 2 повинна бути позитивною. Якщо еквівалентна величина енергії і енергія гравітаційного поля рівні за абсолютною величиною, то їх сума (тобто повна енергія системи) буде дорівнює нулю, що і необхідно для задоволення вимог закону збереження.

У книзі Л.Д. Ландау і Є.М. Ліфшиця «Теорія поля» строго математично доведено, що точна компенсація відбувається тоді і тільки тоді, коли стає замкнутим викривлений простір, в якому знаходиться речовина.

Як пише Я.Б. Зельдович, енергія «нічого» дорівнює нулю. Але і енергія замкнутої Всесвіту дорівнює кулю. Значить, закон збереження енергії не суперечить утворенню «з нічого» замкнутої Всесвіту (але саме геометрично замкнутої, а не відкритої нескінченної Всесвіту).

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >