Тема 11. Мегамир, его состав, строение и эволюция 

 

1. Конечен или бесконечен мир, ограниченно или безгранично разно­образны материальные системы и т.д. – эти вопросы интересуют современных ученых, пытающихся создать более конкретную и убеди­тельную картину развивающегося бытия. Попытайтесь и Вы отве­тить на подобные вопросы. 

Мир полон энергии, которая подчи­няется важнейшему закону природы – закону сохранения энергии. Энергия не возникает из ничего и при превращении из од­ного вида в другой не исчезает. Общее количество энергии оста­ется постоянным. Это первое начало термодинамики. 

Казалось бы, из этого закона неизбежно вытекает вечный кру­говорот материи во Вселенной. В самом деле, если в природе при всех изменениях материи она не исчезает и не возникает из ниче­го, а лишь переходит из одной формы существования в другую, то Вселенная вечна, а материя, ее составляющая, пребывает в вечном круговороте. Таким образом, погасшие звезды снова превращаются в источник света и тепла. Никто, конечно, не знал, как это проис­ходит, но убеждение в том, что Вселенная в целом всегда одна и та же, было в то время почти всеобщим. 

Тем неожиданнее прозвучал вывод из второго начала термоди­намики, открытого в середине XIX в. Кельвином и Клаузиусом. При всех превращениях различные виды энергии в конечном счете переходят в тепло, которое, будучи предоставлено себе, стремится к состоянию термодинамического равновесия, т.е. рассеивается в пространстве. Так как процесс рассеяния тепла необратим, то рано или поздно все звезды погаснут, все активные процессы в природе прекратятся и Вселенная превратится в мрачное замерз­шее кладбище. Наступит тепловая смерть Вселенной.

Ошеломляющее впечатление, произведенное на естествоис­пытателей прошлого вторым началом термодинамики, известным также как принцип возрастания энтропии, было особенно силь­ным еще и потому, что вокруг себя, в окружающей нас природе они не видели фактов, его опровергающих. Наоборот, все, каза­лось, подтверждало мрачные прогнозы Клаузиуса.

Конечно, есть в природе и антиэнтропийные процессы, при которых беспорядок, а значит, и энтропия уменьшаются. Таковы процессы, происходящие в органическом мире, в человеческой деятельности. Но при более глубоком рассмотрении ситуации всегда оказывается, что уменьшение беспорядка (энтропии) в од­ном месте неизбежно сопровождается его увеличением в другом. Более того, возникший по вине человека беспорядок значитель­но превышает тот порядок, который он внес в природу, так что в конечном счете энтропия и тут продолжает расти.

Встать на позицию Клаузиуса – значит признать, что Все­ленная имела когда-то начало и неизбежно будет иметь конец. Действительно, если бы в прошлом Вселенная существовала вечно, то в ней давно наступило бы состояние тепловой смерти, а так как этого нет, то, по убеждению Клаузиуса и многих других его совре­менников, Вселенная была сотворена сравнительно недавно. А в будущем, если не случится какого-нибудь чуда, Вселенную ждет тепловая смерть. Таким образом, концепция тепловой смерти Все­ленной, термодинамический парадокс заставили усомниться в веч­ности Вселенной во времени.

Опровергнуть второе начало термодинамики стало задачей для всех материалистически мыслящих ученых. Так, в 1895 г. немец­кий физик Л. Больцман предложил вероятностную трактовку вто­рого начала термодинамики. По его гипотезе, возрастание энтро­пии происходит потому, что состояние беспорядка всегда более вероятно, чем состояние порядка. Но это не означает, что про­цессы противоположного характера, самопроизвольно идущие с уменьшением энтропии, абсолютно невозможны. Они в принци­пе возможны, хотя и крайне маловероятны.

Всюду мы можем наблюдать, как тепло от более горячего тела переходит к более холодному. Однако в принципе возможно и другое: кусок льда, брошенный в печь, увеличит ее жар. Не ис­ключено и такое событие, что все молекулы воздуха в нашей комнате соберутся вдруг в одном ее углу, а вы погибните от уду­шья в другом. Наконец, возможно, что обезьяна, посаженная за пишущую машинку, случайно выстучит пальцем сонет Шекспи­ра. Все эти события возможны, хотя вероятность их осуществле­ния близка к нулю. Такова же, по Больцману, вероятность суще­ствования того уголка Вселенной, в котором живут люди.

Больцман не сомневался, что Вселенная бесконечна в простран­стве и времени. В основном и почти всегда она пребывает в со­стоянии тепловой смерти. Однако иногда в некоторых ее районах возникают крайне маловероятные отклонения (флуктуации) от обычного состояния Вселенной. К одной из них принадлежит Земля и весь видимый нами космос. В целом же Вселенная – безжизненный мертвый океан с некоторым количеством остров­ков жизни.

Гипотеза Больцмана, хотя и подвергла сомнению всеобщность и строгую обязательность второго начала термодинамики, не смогла удовлетворить оптимистически мыслящих ученых. К тому же расчеты показали, что вероятность возникновения такой ги­гантской флуктуации в пространстве практически равна нулю.

Таким образом, три космологических парадокса заставили уче­ных усомниться в истинности классической космологической модели Вселенной. Фотометрический и гравитационный парадоксы зародили сомнения в пространственной бесконечности Вселенной, термодинамический парадокс – в вечности Вселен­ной во времени. Именно они заставили А. Эйнштейна в 1917 г. предложить модель конечной, но безграничной Вселенной.

Предположим, что вещество, составляющее планеты, звезды и звездные системы, равномерно рассеяно по всему мировому про­странству. Тем самым мы допускаем, что Вселенная всюду оди­накова и к тому же изотропна, т.е. во всех направлениях имеет одинаковые свойства. Будем считать, что средняя плотность ве­щества во Вселенной выше так называемой критической плотно­сти, равной 10^–29 г/см³. Если все эти требования соблюдены, ми­ровое пространство, как это доказал Эйнштейн, замкнуто и пред­ставляет собой четырехмерную сферу, для которой верна не при­вычная школьная геометрия Евклида, а геометрия Римана.

Не следует представлять себе данную модель Вселенной в виде обычной сферы. Сферическое пространство есть сфера, но сфера четырехмерная, не поддающаяся наглядному представлению. По аналогии можно сделать вывод, что объем такого пространства ко­нечен, как конечна поверхность любого шара, ее можно выразить конечным числом квадратных сантиметров. Поверхность всякой четырехмерной сферы также выражается в конечном числе кубо­метров. Такое сферическое пространство не имеет границ и в этом смысле оно – безгранично. Летя в таком пространстве по одному направлению, мы в конце концов вернемся в исходную точку. Но в то же время муха, ползущая по поверхности шара, нигде не най­дет границ и преград, запрещающих ей двигаться в любом избран­ном направлении. В этом смысле поверхность любого шара без­гранична, хотя и конечна, т.е. безграничность и бесконечность – разные понятия.

Итак, из расчетов Эйнштейна следовало, что наш мир являет­ся четырехмерной сферой. Объем такой Вселенной может быть выражен, хотя и очень большим, но все же конечным числом ку­бометров. В принципе можно облететь всю замкнутую Вселен­ную, двигаясь все время в одном направлении – такое вообра­жаемое путешествие, подобное земным кругосветным путешест­виям. Но конечная по объему Вселенная в то же время безгра­нична, как не имеет границ поверхность любой сферы. Вселенная Эйнштейна содержит хотя и большое, но все же конечное число звезд и звездных систем, а поэтому к ней неприменимы фотомет­рический и гравитационный парадоксы. В то же время призрак тепловой смерти тяготеет и над Вселенной Эйнштейна. Такая Вселенная, конечная в пространстве, неизбежно идет к своему концу во времени. Вечность ей не присуща.

Какие экспериментальные наблюдения и теоретические расчеты подтверждают теорию расширяющейся Вселенной? В чем ее суть?

Модель Вселенной Эйнштейна стала первой релятивистской космологической моделью, базирующейся на выводах общей теории относительности. Это связано с тем, что именно тяготе­ние определяет взаимодействие масс на больших расстояниях. Поэтому теоретическим ядром современной космологии высту­пает теория тяготения – общая теория относительности.

Пять лет спустя, в 1922 г. советский физик и математик Алек­сандр Фридман на основании строгих расчетов показал, что Все­ленная Эйнштейна никак не может быть стационарной, неизмен­ной. Фридман сделал это, опираясь на сформулированный им кос­мологический принцип. Он строится на двух предположениях: об изотропности и однородности Вселенной. Изотропность Вселен­ной понимается как отсутствие выделенных направлений, одина­ковость Вселенной по всем направлениям. Однородность Вселен­ной понимается как одинаковость всех точек Вселенной, проводя наблюдения из которых, мы везде увидим изотропную Вселенную.

Сегодня с этим принципом согласно большинство ученых. Результаты современных наблюдений показывают, что структур­ные элементы далеких звезд и галактик, физические законы, ко­торым они подчиняются, физические константы одинаковы во всей наблюдаемой части Вселенной, включая Землю. Кроме того, известно, что вещество во Вселенной собрано в «сгустки» – звез­ды, звездные системы и галактики. Но распределение вещества в более крупных масштабах однородно.

Фридман на основе космологического принципа доказал, что уравнения Эйнштейна имеют и другие, нестационарные реше­ния, согласно которым Вселенная может либо расширяться, либо сжиматься. При этом речь шла о расширении самого пространст­ва, т.е. об увеличении всех расстояний мира. Вселенная Фридма­на напоминала раздувающийся мыльный пузырь, у которого и радиус, и площадь поверхности непрерывно увеличиваются.

Доказательства в пользу модели расширяющейся Вселенной были получены в 1929 г., когда американский астроном Эдвин Хаббл открыл при исследовании спектров далеких галактик крас­ное смещение спектральных линий (смещение линий к красному концу спектра). Это было истолковано как следствие эффекта Допплера – изменение частоты колебаний или длины волн из-за движения источника волн и наблюдателя по отношению друг к другу. Красное смещение было объяснено как следствие удаления галактик друг от друга со скоростью, возрастающей с расстоянием. По последним измерениям, это увеличение скорости расширения составляет примерно 55 км/с на каждый миллион парсек. После этого открытия вывод Фридмана о нестационарности Вселенной получил подтверждение и в космологии утвердилась модель расширяющейся Вселенной.

 

 

2. В современной космологии конкурируют две противоположные концепции звездообразования: классическая и неклассическая (бюроканская, разработанная советским академиком В.А. Амбарцумяном). В чем их принципиальное отличие?

Существуют две основные концепции происхождения небесных тел. Первая основывается на небулярной модели образования Солнечной системы, выдвинутой  еще французским физиком и математиком Пьером Лапласом и развитой немецким философом Иммануилом Кантом. В соответствии с нею звезды и планеты образовались из рассеянного диффузного вещества (космической пыли) путем постепенного сжатия первоначальной туманности. Принятие модели Большого Взрыва и расширяющейся Вселенной существенным образом повлияло и на модели образования небесных тел и привело к гипотезе Виктора Амбарцумяна о возникновении галактик, звезд и планетных систем из сверхплотного (состоящего из самых тяжелых элементарных частиц – гиперонов) дозвездного вещества, находящегося в ядрах галактик, путем его фрагментации. Интерпретация небесных тел определяется тем, какую из двух гипотез считают истинной. Открытие В. Амбарцумяном звездных ассоциаций, состоящих из очень молодых звезд, стремящихся убежать друг от друга, было понято им как подтверждение гипотезы образования звезд из первоначального сверхплотного вещества. Какая из двух концепций ближе к истине, решит последующее развитие естествознания.

Дайте краткую характеристику основ­ных моделей Вселенной: сжимающейся, расширяющейся, сингулярной и осциллирующей.

Какое же будущее ждет нашу Вселенную? Расчеты Фридмана допускали три варианта развития событий. В первой модели Вселенная  расширялась медленно для того, чтобы в силу гравитационного притяжения между различными галактиками расширение Вселенной замед­лялось и в конце концов прекращалось. После этого Вселенная начинала сжиматься. В данной модели пространство Вселенной искривлялось, замыкаясь на себя, образуя сферу. Это осцилли­рующая, закрытая Вселенная. Именно к такой модели склонял­ся Эйнштейн. По расчетам, процесс сжатия Вселенной должен начаться через 10 млрд. лет. За 20 млрд. лет до полного гравитаци­онного коллапса замкнутая Вселенная сожмется до современных размеров. За 1 млрд. лет до Большого хлопка межзвездный водород превратится в ионизированную плазму, и Вселенная начнет разо­греваться. За год до конца температура Вселенной станет выше, чем в недрах звезд, после чего звезды начнут взрываться, а вещест­во будет втягиваться в сверхмассивные черные дыры. За три мину­ты до конца черные дыры начнут сливаться. А в конце все вернет­ся в ту точку, из которой все когда-то начиналось.

Во второй модели Вселенная расширялась бесконечно, и про­странство в ней было искривлено наподобие поверхности седла. В третьей модели Вселенная также расширялась бесконечно, но пространство ее было плоским. Если развитие Вселенной пой­дет по одной из этих моделей, то расширение Вселенной будет идти вечно. Через 10¹⁴ лет после Большого взрыва звезды ис­черпают свое топливо, так как весь водород, служащий основным топливом для звезд, выгорит, превратившись в гелий. Через 10¹⁷ лет после начала звезды могут потерять свои планеты из-за того, что пролетевшая мимо звезда своим гравитационным по­лем может увлечь их за собой. Более того, при встрече некото­рые звезды могут покинут свои галактики. В результате такого испарения галактики способны потерять до 90% своей массы, а оставшиеся 10% могут сколлапсировать и образовать сверхмассивную черную дыру (примерно через 10¹⁸ лет после Большого взрыва). Еще позже может начаться предсказанный теорией Великого объединения распад протонов. Поэтому, когда возраст Вселенной составит 10³² – 10³⁵ лет, в ней останется только силь­но разреженный электрон-позитронный газ, нейтрино, фотоны и сверхмассивные черные дыры. В таком состоянии она будет находиться до 10¹⁰⁰ лет, после чего может начаться испарение черных дыр.

Таким образом, Вселенная будет представлять собой очень разреженный газ, она потеряет всякую структуру и будет постепенно угасать при температуре лишь чуть большей темпе­ратуры абсолютного нуля. По какому из рассмотренных вариантов идет эволюция Вселенной, зависит от отношения гравитационной энергии к кинетической энергии разлетающегося вещества. Это отношение можно свести к отношению плотности вещества во Вселенной к критической плотности вещества. Если кинетическая энергия разлета вещества превосходит гравитационную энергию, препятствующую разлету, то силы тяготения не остановят разбегания галактик, и расширение Вселенной будет носить необратимый характер, что выражается условием р/р_к< 1, где р – плотность вещества во Вселенной, р_к – крити­ческая плотность вещества. Этот вариант динамической модели называют «открытой Вселенной». Если же преобладает гравитационное взаимодействие, чему соответствует условие р/р_к > 1, то темп расширения со временем замедлится до полной остановки, после чего начнется сжатие ве­щества плоть до возврата Вселенной в исходное состояние сингу­лярности (точечный объем с бесконечно большой плотностью). Для наблюдателя сигналом перехода от расширения к сжатию станет смена красного смещения линий химических элементов в спектрах удаленных галактик на фиолетовое. Такой вариант мо­дели назван осциллирующей, или «закрытой Вселенной». В граничном случае, когда силы гравитации точно равны ки­нетическим силам, расширение не прекратит­ся, но его скорость со временем будет стремиться к нулю. Через несколько десятков миллиардов лет после начала расширения Вселенной наступит состояние, которое можно назвать квазиста­ционарным. Теоретически возможна и пульсация Вселенной.

Возникает естественный вопрос: какой из трех вариантов реа­лизуется в нашей Вселенной? Ответ на него остается за наблюда­тельной астрономией, которая должна оценить современную среднюю плотность вещества во Вселенной и уточнить значение постоянной Хаббла (скорость расширения галактик). Пока на­дежные оценки этих величин отсутствуют. Дело в том, что не все вещество Вселенной содержится в галактиках, часть его сущест­вует в виде космических лучей, часть – в виде массы межгалак­тического газа, часть – в виде галактических магнитных полей. Кроме того, есть ненаблюдаемая, скрытая материя, природа ко­торой до настоящего времени не выяснена. Таким образом, сред­няя плотность вещества точно не известна, поэтому нельзя отве­тить, насколько эта величина отличается от критической плотно­сти вещества. На основе современных данных создается впечат­ление, что средняя плотность вещества во Вселенной близка к критическому значению, она либо немного больше, либо немно­го меньше. Но от этого «немного» зависит будущее нашей Все­ленной, правда, весьма отдаленное.

 

Тема 12. Проблема «начала» и «конца» Вселенной

 

1. Опишите подробнее современные концепции того ила иного тупикового состояния Вселенной (всего мира в целом) и научные подходы к их опровержению.

Одна из удивительнейших и интереснейших загадок современного есте­ствознания – это происхождение и эволюция Вселенной. Она важна для нас не только как чисто познавательная, но и как практическая, поскольку процессы, происходящие и ближайшем и отдаленном Космосе, оказывают прямое воздействие на эволюцию всего живого на Земле. Термоядерный синтез элементов, происходящий на далеких звездах, дает в руки человече­ству надежду овладеть им в целях не только выживания, но и познания Вселенной. Однако для того, чтобы оценить степень воздействия Вселен­ной на все живое на Земле, надо иметь представление о процессах, кото­рые происходят в глубинах самой Вселенной.

С происхождением и эволюцией Вселенной связаны проблемы проис­хождения и эволюции нашей Солнечной системы, наконец, Земли, жизни на ней. И нам совсем небезынтересно значь, что с нами было и что нас ждет в ближайшем будущем.

Вся сложность изучения Вселенной заключена в громадных расстояни­ях, разделяющих звезды, звездные скопления, туманности, галактики. Однако человечество научилось оценивать эти расстояния различными ме­тодами.

Результатом исследований обозримой части Вселенной явились гранди­озные открытия XIX и XX вв., которые стимулировали колоссальные тем­пы изучения происходящих в ней процессов. К этому времени появляются различные космологические модели, наиболее теоретически обо­снованной из которых является модель Большого взрыва.

Основное положение теории Большого взрыва заключается в том. что около 15-20 млрд. лет назад любые точки в наблюдаемой Вселенной были сколь угодно близки друг к другу. Плотность вещества в этот момент была бесконечна. Оно находилось в состоянии сингулярности.

Мы можем представить себе начальные стадии Большого взрыва как действительно гигантский взрыв. Его механизм будет характеризоваться ростом объема, снижением плотности вещества. Кинетическая (положи­тельная) энергия возрастает за счет падения потенциальной (отрицатель­ной) энергии. Первая стадия была универсальной, единым процессом охватив всю материю Вселенной. Вторая стадия – галактическая. Она знаменовалась возникновением и эволюцией звезд различных масс, в которых путем различного вида ядер­ных реакций создавались в разных пропорциях легкие, средние и тяжелые элементы, включая трансурановые. Возник весь известный набор элемен­тов периодической системы Менделеева, включая трансурановые. Эта ста­дия характеризовалась многочисленными путями собственного развития га­лактик и звезд, построения элементов и, таким образом, определила ши­рокие возможности для дальнейшей химической эволюции.

Современные космологические представления дают основание утверж­дать, что Вселенная нестационарна. Это динамически развиваю­щаяся система, которая может быть описана с помощью модели Большого взрыва из состояния сингулярности (сверхплотного состояния вещества). Признаки, не противоречащие этой модели, связаны с установленными фактами разбегающихся галактик (красное смешение), наличием остаточ­ного (фонового) радиоизлучения с температурой около 3К, что указывает на начальную «горячую» стадию развития сценария расширяющейся Все­ленной. В зависимости от оценки скорости разбегания галактик во Все­ленной (постоянной Хаббла) и значения кривизны пространства Вселен­ная может быть закрытой, открытой или частично закрытой. Однако она лучше всего удовлетворяет модели Фридмана-Леметра, из чего можно за­ключить, что после расширения неизбежно должно произойти сжатие, и все может повториться снова.

 

2. Усматриваете ли Вы связь подобных представлений с теорией расширяющейся Вселенной? Помимо данной теории есть и другие подходы к объяснению эффекта «красного смещения». Какие именно?

Сам факт красного смещения го­ворит о том, что спектры далеких звезд будут сдвинуты, а самые далекие звезды не будут просматриваться в оптическом диапазоне. Таким образом, фотометрический парадокс, основанный на идеа­лизации процесса излучения, можно толковать иначе. Да и сам оптический метод наблюдений неизбежно накладывает ограниче­ния на область наблюдений, которую может в данный момент видеть наблюдатель, – так называемый космологический горизонт. За ним – область пространства, от которой свет до нас пока не до­шел, поэтому она принципиально ненаблюдаема, хотя с каждым днем доступная земным телескопам область Вселенной возрастает на 10¹⁸ кубических световых лет. Чем ближе объект нашего наблю­дения находится к космологическому горизонту, тем он древнее, таким образом, мы видим вещество в далеком прошлом, когда плотность его была намного больше сегодняшней.

Кроме того, неоднократно предпринимались попытки истол­ковать само красное смещение не как следствие эффекта Допплера и расширения Вселенной, а как следствие уменьшения энергии и собственной частоты фотонов при движении их в те­чение многих миллионов лет в межгалактическом пространстве, в результате взаимодействия с гравитационными полями, фоном нейтрино и ненаблюдаемой пока материей. Хотя подобные по­пытки до сих пор отвергались на том основании, что они основывались на допущении некоторого неизвестного еще закона природы и феномена взаимодействия излучения с другими вида­ми материи, вопрос о возможности «старения» фотонов остается открытым.

Даже если признать красное смещение следствием эффекта Допплера, возникает ряд следствий, которые основываются на совокупности еще более неясных и неизвестных законов приро­ды. Так, сегодня есть данные наблюдений квазаров – космиче­ских объектов сравнительно небольшого размера (не более 1 све­тового месяца), излучающих вдвое больше энергии, чем наша Га­лактика. Спектральные линии квазаров имеют аномально высо­кое красное смещение – 2,5–2,8. Это значит, что если бы такое красное смещение было обусловлено эффектом Допплера, то скорость удаления квазаров в 2,5–2,8 раз превышала скорость света, что невозможно. Отсюда следует, что большая часть крас­ного смещения квазаров обусловлена чрезвычайно мощным по­лем тяготения, т.е. является гравитационным. Если в других га­лактиках имеются подобные объекты, то их гравитационное крас­ное смещение будет существенно влиять на общее красное сме­щение. Вследствие этого картина динамики галактик и расстоя­ний до них окажется иной по сравнению с чисто кинематической трактовкой красного смещения. Ведь сейчас обнаружены чрезвы­чайно отдаленные галактики, красному смещению которых соот­ветствует, по эффекту Допплера, скорость взаимного удаления в 150 тыс. км/с, и, видимо, эта скорость далее возрастает еще больше, приближаясь к скорости света, пока галактики не исчезают за космологическим горизонтом. Такая чудовищная кинетическая энергия, сопоставимая с энергией массы покоя галактик не может быть выведена ни из каких физических законов.

Также необоснованно утверждение о возможности переходе всей материи в точечную сингулярность. Ведь в релятивистской астрофизике допускается существование не одной, а очень мно­гих относительных сингулярностей в центрах черных дыр, кото­рые, однако, имеют конечную протяженность и массу, взаимо­действуют с окружением и даже постепенно «испаряются» в ре­зультате просачивания частиц во внешнее пространство через потенциальный барьер.

Возникают противоречия и в объяснении самого феномена расширения. Если расширение является действительным физическим процессом, то оно происходит за счет «вторжения» расширяющейся Вселенной либо в вакуум типа псевдоевклидова пространства, либо в пространство других космических систем Вселенной. Существование абсолютного вакуума нельзя допустить, ибо пространство является атрибутом материи и вне нее не существует. Остается признать расширение во внутреннее пространств во других материальных систем, которые сами могут как сжиматься, так и расширяться, развиваясь по собственным законам. Но тогда современная космологическая теория будет охватывать лишь Метагалактику – доступную нашему наблюдению часть Вселенной.

Можно, правда, встать на другую точку зрения и допустить, что расширение Вселенной действительно происходит, но ника­кого внешнего объемлющего пространства и других космических систем не существует. Просто само пространство как бы создает­ся в процессе расширения Вселенной в том смысле, что с течени­ем времени увеличивается расстояние между любыми точками и изменяется геометрия пространства.

Но такая точка зрения заключает в себе внутренние противо­речия. Если бы было пространство расширялось само по себе, то происходило бы увеличение размеров всех материальных систем: элементарных частиц, атомов, молекул, планет, звезд, галактик, причем в той же пропорции, что и увеличение расстояний между галактиками. Между тем ничего подобного в мире не происходит, имеется расширение только в масштабе Метагалактики.

Пытаясь найти удовлетворительное решение перечисленных выше трудностей, были предложены некоторые модели, альтер­нативные  фридмановской  космологии.  Академик А.А. Логунов предложил свою космологическую модель, основанную на отказе от общей теории относительности. Он предлагает считать Все­ленную однородной, изотропной и бесконечно-плоской. Также он отрицает существование черных дыр, в которых происходит катастрофически сильное сжатие вещества до бесконечной плот­ности и из которых не может вырваться наружу никакой матери­альный сигнал.

Тем не менее, большая часть альтернативных космологиче­ских моделей строится на базе общей теории относительности. Так, еще в 40-е годы была выдвинута теория устойчивого состоя­ния расширяющейся Вселенной. Согласно этой теории, Вселенная всегда находится в устойчивом состоянии, а разбегание галактик сопряжено с созданием вещества между галактиками.

Современный астрофизик Д. Нарликар предложил концепцию «неистовой Вселенной». Он исходит из того, что реальная Вселен­ная крайне неспокойна, в ней открываются новые объекты – квазары, пульсары, нейтронные звезды, в ней должны быть не только черные, но и белые (с обратным ходом времени) дыры. Все эти объекты очень активны энергетически. В его теории гео­метрия мира считается евклидовой, а красное смещение, наличие реликтового излучения объясняется изменением массы элемен­тарных частиц со временем. Допускается существование эпохи, когда эти массы были равны нулю. На этом основании он дока­зывает, что Вселенная не расширяется и в ней не было состоя­ния сингулярности.

 

3. Дайте достаточно развернутое изложение философского принципа несотворимости и неуничтожимости материи и подкре­пите его конкретными законами современной физики.

Одним из атрибутов материи является ее несотворимость и неуничтожимость, что проявляется в совокупности многих естественнонаучных законов сохранения материи в процессе ее изменения. Процесс изменения форм и состоянии материаль­ной субстанции практически не ограничен. Так, физика откры­ла всеобщую превращаемость элементарных частиц, а также видов движения материи. Например, механическое движение вследствие трения приводит к накоплению внутренней энер­гии тела, к усилению теплового движения его молекул. Это движение, в свою очередь, может превратиться в электромаг­нитное и химическое. В микромире частицы вещества прев­ращаются в излучение и, наоборот, полевые процессы могут привести к возникновению вещества. Однако в процессе всех этих взаимных превращений материя сохраняется как суб­станция – основа всех изменений.

          Закон сохранения и превращения материи гласит: какие бы процессы превращения ни происходили в мире, общий субстанциальный баланс материи остается неизменным. Ве­щество может превратиться в другое вещество, поле – в другое поле, вещество – в поле, поле – в вещество, но никогда эта цепочка взаимных превращений не может оборваться в ничто. Материя не может произойти из ничего и не может в это ни­что превратиться.

         Тезис о том, что в связи с новыми открытиями физики материя исчезла, был правомерно оспорен В.И. Ле­ниным, защищавшим философский материализм. Харак­теризуя подлинный смысл выражения «материя исчезла», В.И. Ленин показывает, что исчезает не материя, а тот предел, до которого мы знали материю, что то исчез­новение материи, о котором говорят некоторые ученые и философы, не имеет отношения к философско­му представлению о материи, ибо нельзя смешивать фи­лософское понятие (термин) материя с естественнонаучными представлениями о материальном мире. С раз­витием естествознания происходит смена одного научно­го представления о мире (материи) другим, более глу­боким и основательным. Однако такая смена конкрет­ных научных представлений не может опровергнуть смысл и значение философского понятия (категории) «материя», которая служит для обозначения объектив­ной реальности, данной человеку в его ощущениях и су­ществующей независимо от них.

          Рассматривая материю, как философскую кате­горию, обозначавшую объективную реальность, В.И. Ленин тем самым продолжает материалистическую линию в философии. В его определении нет подведения категории «материя» под более широкое понятие, ибо такого понятия просто не существует. В этом смысле по­нятия «материя» и «объективная реальность» – синонимы. Материя противопоставляется сознанию, при этом подчеркивается объективность, как независимость ее су­ществования от сознания. Именно это свойство: суще­ствовать до, вне и независимо от сознания определяет смысл и значение философско-материалистического пред­ставления о материи. Философская трактовка материи обладает признаком всеобщности и обозначает всю объ­ективную реальность. При таком понимании материи нет и не может быть ссылок на физические свойства мате­рии, знание о которых относительно.

         Принцип сохранения материи, так же как и принцип мате­риального единства мира, при своем логическом развертыва­нии приводит к утверждению двух других основных прин­ципов диалектики – всеобщей связи и развития. Любой объект возникает, развивается, функционирует и гибнет лишь в связи с другими объектами. Рождение вещи означает не абсолютное рождение ее из ничего, а возникновение из другой вещи. Также и разрушение означает лишь ее превращение в другую вещь. Гибель частного, по словам А.И. Герцена, – исполнение той же необходимости, той же игры жизни, как возникновение его; она не жалеет об нем потому, что из ее широких объятий ничего не может утратиться, как ни изменяйся. Материальная суб­станция во всех этих превращениях, рождениях и разрушениях остается незыблемой, то есть не возникающей и не исчезающей. Изменение материи осуществляется лишь в связи с ее сохране­нием, сохранение же выявляется лишь в процессе изменения ее форм.

         Принцип несотворимости и неуничтожимости материи имеет большое мировоззренческое и методологическое значение. Он позволяет глубже и полнее понять процессы, происходящие в различных сферах реальности, и продолжает оставаться ведущим при формировании новейших гипотез о происхождении Вселенной.

          Споры вокруг принципа сохранения, несотворимости и не­уничтожимости материи вспыхнули с новой силой после того, как на смену идеи стационарности Вселенной, идеи, которая господствовала в науке, пришла идея изменяющейся Вселенной, рассматриваемой теперь не как статичная система, а как дина­мичный процесс изменения с постоянными переходами одного вида материи в другой. Поскольку идея развития как нельзя лучше сочетается с принципами материального единства мира и сохранения материи, постольку сама по себе идея постоян­ного изменения Вселенной не могла вызвать возражений. Споры вызвала не идея развития. а момент начала этого раз­вития (происхождение Вселенной) и момент его конца (гибель Вселенной). Причем сначала возникли с поры вокруг теорий гибели Вселенной, например, в результате рассеивания вещества в безграничном пространстве и лишь затем – споры вокруг теории возникновения Вселенной в результате так называемого большого Взрыва. Если в первом случае некоторые ученые увидели теоретическую возможность уничтожения материи, то во втором – стал рассматриваться вопрос о сотворимости возникновении материи «практически из ничего». Рассмотрим обе эти версии подробней.

          Сначала о теории исчезновения вещества Вселенной. Все­ленная, говорит английский астроном Дж. Джинс, живет своей жизнью и идет по дороге от рождения к смерти так же, как и все мы; наука не знает другого изменения, кроме перехода к старости, и никакого другого процесса, кроме движения к могиле. Мы видим, что звезды беспрестанно растворяются в радиации так же вечно и непрерывно, как ледяная гора тает в теплом море. Солнце сейчас весит на много биллионов тонн меньше, чем это было месяц назад. Так как другие звезды тают таким же образом, то и Вселенная в целом является теперь менее вещественной. Не только количество вещества уменьшается во Вселенной, но и то, что осталось, непрерывно разбегается в ледяной холод пространства с колоссально и зловеще увеличивающейся скоростью. Материальная Вселен­ная кажется уходящей подобно уже рассказанной сказке, растворяясь в небытии, как видение.

          Несостоятельность этой гипотезы заключается не столько в том, что в ней не нашел должного выражения принцип взаимо­превращаемости различных видов энергии и вещества, сколько в том, что здесь мыслится абсолютно независимо от материи существующее пространство, в дали которого в виде мельчайших элементов будто бы рассеется материя Вселенной. Согласно современным представлениям, пространство не есть акциден­тальное по отношению к материальной субстанции свойство, но есть отражение ее сущностного строения. Известное нам по опыту пространство трех измерений есть выражение этой сущ­ности лишь в видимом мире, на уровне же микро- и мегамиров оно обладает большим количеством измерении. Свертывание нескольких измерений пространства может привести к появле­нию того, что мы воспринимаем как вещество. Такая тесная связь между пространством и материей, их, по существу, тож­дество, открытое современной наукой, означает несостоятель­ность теории рассеивания вещества Вселенной вплоть до пол­ного исчезновения, теории, в которой пространство мыслится внешним по отношению к будто бы рассеивающейся материи атрибутом.

         Аналогичные проблемы возникают и по поводу гипотезы происхождения Вселенной из Большого Взрыва. Сейчас эта гипотеза практически общепризнанна и не вызывает сколько-нибудь серьезных возражений. Смысл ее заключается в том, что около 15 млрд. лет назад произошел взрыв сверхплотной материальной субстанции и то, что мы наблюдаем сейчас, есть результат этого взрыва. А наблюдаем мы разбегающуюся Вселенную. Расширение Вселенной было теоретически предсказано советским ученым А.Д. Фридманом, а экспериментально обнаружено Э. Хабблом (1929 г.), когда он установил наличие так называемого «красного смещения» в спектрах уда­ленных галактик. Чем большее расстояние от Земли имеет определенный косми­ческий объект, тем большее смещение спектра от этого объекта в сторону крас­ного цвета. Так Хаббл подтвердил идею расширения Вселенной.

          Состояние материи, подвергшейся этому Боль­шому Взрыву, и сама причина взрыва до сих пор наукой точно не установлены, и отсюда неизбежно возникают гипотезы, оспаривающие принцип несотворимости материи, вплоть до утверждения исконного христианского догмата о сотворении материи из ничего.

           Сам факт непознанности состояния материи до взрыва и причин, его вызвавших, никак не противоречит принципам материального единства мира и несотворимости материи – развитие науки, как известно, уже не раз приводило к револю­ционным изменениям во взглядах на конкретное строение ма­терии и еще не раз приведет к таким изменениям, ни на йоту не затрагивая при этом материи как философской категории. Однако в связи с теорией Большого Взрыва, как и век назад, в среде ученых стали высказываться суждения, очень близкие по своему смыслу к физическому идеализму конца ХIХ в.: в результате конкретизации различных процессов, происходя­щих в разбегающейся вследствие взрыва Вселенной, заговорили о порождении вещества из так называемого физического ва­куума, в котором происходит сложный процесс простран­ственно-временной флуктуации, ведущий к появлению вещества и различных полей. Но уже из научного значения самого термина «физический вакуум» следует, что это не есть ничто, а есть конкретный физический объект, имеющий материальную природу, неизвестную пока науке. Возможно, что так же, как это случилось в свое время с полем, в дальнейшем ученые придут к выводу, что здесь скрывается еще один, наряду с веществом и полем, вид материи: материя бесконечна в своих проявлениях, и единственным ее постоянным свойством явля­ется независимость от человеческого сознания. Так называемый «физический вакуум» порождает иллюзию происхождения материи из ничего во многом благодаря лишь своему не совсем удачному названию. Как раньше механистически мыслящие умы увидели в поле угрозу материи, понимаемой сугубо как вещество, так и теперь многие повторяют ту же ошибку: уже привыкнув, по выражению А. Эйнштейна, к полю, как к стулу, на котором сидят, забыв, что его открытие вызвало в свое время столь же бурные дискуссии, современные физики-идеалисты готовы видеть исчезновение материи, а вернее, ее возникнове­ние из ничего в разработанном ими самими понятии физи­ческого вакуума. На самом же деле это реальный физический объект, природа которого материальна, а не только результат математических исчислений.

          Итак, материя нигде и никогда не утрачивает своей способ­ности ко все новым и новым превращениям. При этом мыслимы любые ее превращения, кроме двух – возникновения из ничего и перехода в ничто. Материи неоткуда взяться и некуда деться: она и источник, и причина, и следствие самой себя. Она бытийствует «в себе» и «для себя». Она едина в своем самобы­тии. Ничему и никому не обязана она своим существованием. Принцип сохранения материи нашел подтверждение и в таком положении современной науки: общая энергия Вселенной. В случае если она (Вселенная) мыслится замкнутой – а к этому склоняется большинство ученых, – равна нулю (то есть коли­чества отрицательных и положительных зарядов взаимоурав­новешиваются). Из этого следует, что неуничтожимость и не­сотворимость, иными словами, всегда одно и то же количество материи, есть непременное условие самого существования мира: ведь энергия суть мера движения материи.