Структура, эволюция и возникновение вселенной

Звезды, сияющие на небосклоне, с древних времен много говорили человеку. Беседы со звездами были встречами с загадочным миром, придавали возвышенность духовному миру человека, открывали путь в «мир света», в вечность.

Возможно, в сравнении с вечностью существования Вселенной и ее необъятными просторами жизнь человека кажется короткой, а само его бытие представляется ничтожным. Однако человеческая душа открывается, обращаясь ко Вселенной, и во время такого общения мы в состоянии ощутить бесконечность мира и его вечность. Я полагаю, что в этом состоит доказательство того, что человек является Человеком.

Между тем уже сам по себе факт существования маленького мира человека, который общается со Вселенной, является не чем иным, как загадкой и тайной. Один из советских ученых-физиков, профессор Ландау, сказал: «Вселенная создала мир, имеющий свой собственный порядок». Более того, космос является организованным миром, имеющим порядок, но самым гармоничным результатом является наше с вами существование.

Буддизм учит, что закономерности, охватывающие Вселенную и человека, являются высшим законом Будды. Все живое во Вселенной является проявлением высшего закона Будды или одной из фаз его скрытого состояния. То есть все живое рассматривается как смена и повторение фаз рождения и уничтожения. В учении Будды есть иносказательное выражение, в котором «Сутра Лотоса» объясняет конечность. В нем содержится намек на то, что течение времени в бесконечности указывает на грандиозность масштабов космоса.

С этой точки зрения мне кажется, что представление современной науки о Вселенной в основном совпадает с буддийским представлением о мире. Безусловно, наука приходит к своим заключениям на основе методологии с помощью метода индукции. В свою очередь религия пользуется дедуктивным непосредственным восприятием и верит в то, что конечная точка, к которой устремлена сила сознания человека, у всех людей одинакова.

Наша Вселенная закрыта или открыта с точки зрения теории относительности? Каким образом можно представить начало и конец Вселенной? Какой была наша Вселенная до ее рождения? Существуют ли, помимо нашей Вселенной, другие Вселенные? Меня очень интересует, как можно ответить на эти вопросы и каково представление современной науки об устройстве мира?

Информация, содержащаяся в световом и электромагнитном излучениях, которые достигают поверхности Земли из космоса, то есть из прошлого, предоставляет нам прекрасную возможность получить ответ на все эти вопросы. Существуют различные модели Вселенной: расширяющейся Вселенной или колеблющейся Вселенной, однако хотелось бы услышать ваше мнение относительно того, способна ли наука распознать закономерности Вселенной?

Попытаюсь коротко ответить на эти весьма сложные вопросы, основываясь на последних открытиях советских ученых.

Современные представления о строении Вселенной сводятся в общих чертах к следующему. Мы живем в Солнечной системе, входящей в состав одного из скоплений звезд в нашей Галактике. Число звезд в Галактике составляет примерно 10¹¹. Наряду с нашей Галактикой есть множество других. В сравнительно хорошо изученном объеме пространства с характерным размером в «миллиарды световых лет содержится, по оценкам, несколько миллиардов галактик. Галактики распределены неоднородно, они объединяются в группы и скопления, образуя весьма сложную пространственную структуру. Однако степень неоднородности массы, сосредоточенной в галактиках, уменьшается по мере перехода к объемам все большего масштаба и включающих все больше галактик. Современная средняя плотность вещества составляет примерно 10³¹ г/см³. Кроме вещества, входящего в звезды галактик, в наблюдаемой области мира присутствует нейтральный и ионизованный газ, различные виды излучения (важнейшим из которых является микроволновое реликтовое излучение), космические лучи, слабые магнитные поля. Их вклад в среднюю плотность незначителен. Могут присутствовать также другие — пока не обнаруженные или даже пока неизвестные виды материи. Самыми распространенными химическими элементами являются водород и гелий. На долю водорода приходится около 75% всей массы, а на долю гелия — около 25%. Распространенность других элементов значительно ниже. Тяжелые элементы образуются в ходе термоядерной реакции в звездах. Наблюдаемые объекты состоят из вещества, и нет никаких указаний на существование сколько-нибудь заметных количеств антивещества. Важнейшим свойством системы галактик является ее нестационарность. Свидетельством нестационарности является систематическое красное смещение в спектрах далеких галактик. Скопления галактик, а также отдельные галактики, не входящие в скопления, удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними. Естественно возникает вопрос о прошлом и будущем Вселенной. Наблюдаемое взаимное удаление галактик приводит к выводу, что в прошлом расстояние между ними было меньше, а еще раньше галактики не существовали в их современном виде, ибо все вещество галактик и звезд было очень плотным и горячим. Эта эпоха отстоит от современной на 10—20 миллиардов лет.

Убедительным свидетельством существования догалактической фазы в развитии Вселенной является так называемое реликтовое радиоизлучение. Это излучение равномерно заполняет пространство и регистрируется как на Земле, так и в космосе. По своим физическим характеристикам (форме спектра, температуре и т. д.) реликтовое излучение сильно отличается от излучения отдельных звезд и других объектов. Современная наблюдаемая температура этого излучения (около 3 градусов по абсолютной шкале) находится вблизи теоретически предсказанных значений. В прошлом температура излучения была значительно выше и затем постепенно уменьшалась. Когда температура стала менее примерно 4000 градусов, излучение распространялось свободно, не рассеиваясь и не поглощаясь атомами вещества. Попадая сейчас в наши измерительные приборы, реликтовое излучение приносит информацию о той далекой догалактической эпохе, когда размер видимой в настоящее время области мира был в 1000 раз меньше.

Реликтовое излучение, приходящее к нам с разных направлений небесной сферы, имеет одинаковую температуру с точностью до сотых долей процента. Это означает, что физические условия в догалактическом веществе были гораздо более одинаковыми в разных местах, т. е. догалактическое вещество было распределено однородно. По этой причине современную неоднородность вещества в виде галактик и их скоплений рассматривают как результат развития очень малых первичных возмущений плотности, существовавших в прошлом. Различные гипотезы о характере первичных возмущений подвергаются сейчас самому тщательному анализу и детальному сопоставлению с наблюдениями.

Представления о более ранних этапах эволюции Вселенной являются еще менее точными. Однако установлено, что в эпоху, когда температура достигала миллиарда градусов, а средняя плотность вещества и излучения составляла 10² г/см³, происходили реакции ядерного синтеза, результатом которых было образование ядер легких элементов, таких, как водород, гелий, дейтерий. Их фактическая распространенность в космическом пространстве хорошо согласуется с предсказаниями теоретических моделей.

Вероятно, при еще более высоких плотностях и температурах следует искать разгадку того, почему наблюдаемая Вселенная содержит вещество и не содержит антивещества. Здесь начинается тесное переплетение науки о Вселенной с новейшими идеями теоретической физики.

Ответ на вопрос о том, сменится ли наблюдаемое расширение сжатием или будет продолжаться неограниченное время, зависит от полной плотности всех видов материи в космическом пространстве. Не исключено, что средняя плотность невидимой пока материи достаточно велика, чтобы силы тяготения привели в конце концов к смене расширения сжатием.

Мы с большей степенью определенности представляем себе происхождение многих астрономических объектов, таких, как звезды, галактики, но на границе современного познания находится вопрос о происхождении самой Вселенной. На пути выяснения этого вопроса делаются только первые шаги.

Неограниченная экстраполяция в прошлое тех выводов, которые вытекают из существующих теоретических моделей, приводит к формально бесконечным значениям плотности, температуры и других характеристик. Высказывается идея, что в будущей, еще не созданной фундаментальной теории эта характерная особенность будет заменена физическим процессом, реализация которого привела к формированию всех основных характеристик физической реальности (энергетических, пространственных, временных и т. п.). В этом смысле можно сказать, что эта теория дает нам представление о возникновении наблюдаемой Вселенной, а также, возможно, ограниченного количества других «вселенных», сходных с нашей или значительно отличающихся от нее.

В нашем варианте космологической теории «наша» Вселенная, естественно, оказывается открытой, а следовательно, должна существовать «скрытая масса» во всей Вселенной, которая почти в сорок раз превышает массу вещества, наблюдаемую сегодня.

Та форма материи, в которой возникает «флуктуация», возмущение, начинающее процесс «раздувания», по традиции именуется «вакуумом», то есть «пустотой». Однако современный «физический вакуум» — это не пустота, а, по существу, еще недостаточно изученная нами форма существования материи, наиболее фундаментальная из вошедших в сферу нашей науки, пока, во всяком случае...