Нестандартні роздуми про Стандартну космологічну модель

Перші приблизно 7 млрд. років Всесвіт розширювався з уповільненням, спричиненим гальмуванням силою тяжіння (гравітацією). До речі, до останнього часу саме гравітація вважалася основним чинником, що визначає великомасштабну структуру Всесвіту, рух і взаємодію галактик, їхніх груп, скупчень і надскупчень. Тепер з'ясувалося, що основну роль у цьому найграндіознішому космологічному процесі в нашу епоху відіграє не гравітація, а так звана темна енергія — енергія космічного вакууму, що діє як сила відштовхування (антигравітація). Зупинимось на цьому детальніше.

"Споживчий кошик" Всесвіту за Стандартною моделлю

Згідно зі Стандартною моделлю, кількість баріонної матерії (тобто звичної нам маси/енергії, що складається з протонів, нейтронів, електронів, інших відомих елементарних часток і випромінювання) становить лише 3,6% загальної маси/енергії Всесвіту. 0,4% її належить реліктовому (залишковому) космічному випромінюванню, що після Великого Вибуху просякає простір у всіх напрямках. Кількість так званої темної маси, тобто такої, що не взаємодіє з відомою нам речовиною, тому не можемо її спостерігати, — 22%. Та найбільшою складовою маси/енергії сущого, як стало відомо в 1998—1999 рр., є так звана темна енергія, що силою відштовхування (антигравітацією) невпинно прискорює розширення Всесвіту. Цій загадковій субстанції належить аж 74% (!) всієї маси/енергії.

Мікроскопічна структура носія темної енергії наукою ще не розкрита. Але сьогодні вже ясно: антигравітація відіграє вирішальну роль в еволюції Всесвіту, позаяк всі великомасштабні небесні структури (галактики, групи, скупчення і надскупчення галактик) рухаються і взаємодіють у нашу епоху під впливом саме темної енергії — енергії космічного вакууму, що, як виявилося, має певну щільність і, отже, тиск.

Нагадаємо, прискорення або уповільнення руху далеких космічних об'єктів і структур астрономи в наш час вимірюють за величиною зміщення ліній у спектрах випромінювання небесних об'єктів. Якщо тіло до нас наближається, лінії зміщуються у бік ультрафіолетового діапазону електромагнітних хвиль. Відповідно, коли об'єкт віддаляється, лінії зміщуються в протилежний бік — до інфрачервоного (теплового) діапазону. Такий ефект названо червоним зміщенням (ефект Доплера). Чим швидше віддаляється об'єкт, тим більше червоне зміщення в його спектрі (закон Габбла). Виміряти величину зміщення сьогодні науковці можуть лише тоді, коли космічне тіло (або складна структура) віддаляється (чи наближається) зі швидкістю, близькою до швидкості світла (з релятивістською швидкістю). Саме тоді зміщення спектральних ліній є значним, і його можна більш-менш точно виміряти.

Варто зазначити, що не всі астрофізики визнають саме такий механізм червоного зміщення. Дехто вважає, що воно пояснюється іншими причинами, наприклад, "старінням" фотонів, що "мандрують" космічними просторами упродовж мільярдів років.

Треба мати на увазі, що такі об'єкти, як галактики, групи і скупчення галактик, що віддаляються від нас з релятивістськими швидкостями, перебувають на відстані мільярдів світлових років від Сонячної системи. Спостерігати їх й вимірювати величину зміщення ліній у спектрах таких далеких об'єктів наука спромоглася лише останнім часом. Тому, власне, і стало можливим виявити енергію відштовхування космічного вакууму.

Заради справедливості варто нагадати, що можливість існування у Всесвіті такого феномену, як антитяжіння, А.Ейнштейн передбачав ще в 1917 р. Тому в свої рівняння загальної теорії відносності включив окрему фізичну величину — космологічну постійну, що позначається грецькою літерою лямбда. Ця величина природно увійшла і в Стандартну космологічну модель.

Антигравітація тепер зростає щомиті

Отже, за Стандартною моделлю, перші сім мільярдів років після Великого Вибуху маса/енергія розліталася "нормально", як і при звичайному вибуху. Імпульс руху, одержаний при ВВ, поступово слабшав, бо сили тяжіння гальмували швидкість розбігання небесних тіл і структур, що утворювалися в процесі розширення. Гравітація, як нам відомо зі шкільного курсу фізики, збільшується при зростанні маси тіл, що взаємодіють, і зменшується по мірі збільшення віддалі між ними. Між тим, темна енергія діє навпаки. Сила відштовхування, як дослідили астрономи, є постійною і зростає пропорційно простору між об'єктами. Тобто чим більшим стає простір між матеріальними тілами чи структурами, тим більша енергія відштовхування. Тому через сім мільярдів років після ВВ, коли новонароджені галактики, їхні групи і скупчення розлетілися на достатньо велику відстань одна від одної і сила тяжіння між ними значно послабшала, антигравітація, що весь час при цьому зростала, нарешті зрівнялася зі силою тяжіння, а потім почала її переважати. Тому в останні сім мільярдів земних років Всесвіт розширюється з прискоренням. І темпи прискорення щомиті зростають. Виходить, у сучасну епоху рухом галактик керує не сила тяжіння, як вважалось раніше, а протилежна сила — антигравітація.

Стандартна космологічна модель передбачає, що так буде і надалі. Тобто ця модель еволюції сущого є відкритою: Всесвіт один раз народився в процесі Великого Вибуху і розширюватиметься вічно все швидше і швидше. І швидкість розбігання галактичних структур також начебто має зростати... до нескінченності. Але...

...Але Стандартна модель не дає чіткої відповіді на такі основоположні питання, як, наприклад, чому учинився Великий Вибух; як сталося, що вся маса/енергія Всесвіту сконцентрувалася в стані сингулярності "в точці", що дорівнює, можливо, об'єму протона (ядра атома водню), й потім з невідомих причин вибухнула?! Відсутність відповідей на такі світоглядні запитання породжує спокусу пояснити події містичними причинами.

Однак, якщо глибоко проаналізувати ситуацію, домислити її до кінця, проглядається вихід з цього глухого кута...

Тут починається найцікавіше...

Згідно зі спеціальною теорією відносності А.Ейнштейна, правильність якої підтверджено практикою, жоден об'єкт у природі не може рухатись швидше за світловий промінь. Отже, швидкість руху галактичних структур у просторі обмежена і не може бути нескінченною! Чому? Бо по мірі наближення до швидкості світла маса тіла зростатиме... до нескінченності.

Що ж виходить? Коли антигравітація розгонить галактичні структури до субрелятивістської швидкості, їхня маса почне стрімко зростати. А зростання маси, в свою чергу, спричинить зростання гравітації. Чи не так?! І невпинно зростаюча сила тяжіння робитиме все більший опір силам відштовхування. Врешті-решт у цьому змаганні перемогу має здобути тяжіння. Адже маса при подальшому прискоренні розширення Всесвіту зростатиме далі. Разом з масою зростатиме і сила гравітації. А це означає, що матеріальні тіла і структури припинять відштовхуватися одне від одного під дією енергії космічного вакууму, а почнуть зближуватися, підкоряючись зростаючій силі тяжіння. І цей зворотний процес протікатиме швидше і швидше, оскільки зі зменшенням простору між галактичними структурами пропорційно зменшуватиметься сила відштовхування. Знову провідну роль в еволюції Всесвіту має здобути гравітація, як це було в перші сім мільярдів років після ВВ.
Що далі? Теоретичні розрахунки вчених показують, що маса/енергія стягуватиметься гравітацією "в точку", тобто до так званої сингулярності, яка характеризується нескінченно великою щільністю матерії і нескінченно великою температурою. Такі наслідки випливають з відомих нам фізичних законів. Але законів, що діють у сингулярності, ми не знаємо і знати не можемо, позаяк експериментально перевірити їх у земних умовах неможливо. Та є всі підстави твердити, що в сингулярності, коли температура маси/енергії та її щільність досягнуть певної критичної межі, в дію вступлять нові фізичні закони, притаманні сингулярності. Вони "зупинять" подальше стиснення матерії гравітацією і подальше зростання температури. І маса/енергія вибухне спонтанно, тобто довільно. Саме такий механізм ВВ може реалізуватися. Тут доречна аналогія з дизельним двигуном. В його циліндрі паливна суміш вибухає довільно, "самотужки", коли тиск і температура зростають під дією поршня (в нашому випадку під дією гравітації) до певної критичної межі. І не потрібна в двигуні система запалювання, і немає потреби в умовах сингулярності у містичному чиннику, який би "натиснув на червону кнопку" і спричинив Великий Вибух...

Таким чином, вимальовується струнка модель Всесвіту, що пульсує. Така модель у минулому столітті була досить популярною, розглядалася нарівні з іншими космологічними моделями. Та в останнє десятиліття, коли астрофізики відкрили й дослідили темну енергію з її силою відштовхування, пульсуюча (циклічна) модель своєю пріоритетністю поступилася відкритій моделі, яка й утвердилася як Стандартна космологічна модель.

Завважимо: ми розмірковуємо тут про найпопулярнішу нині модель світобудови. Але в науці і тепер розглядаються й альтернативні моделі. Навіть такі, що взагалі заперечують реальність Великого Вибуху і прискорене розширення Всесвіту. Але то вже "інша історія". Тож категоричності в судженнях на цю тему бажано уникати.

На нашу думку, саме модель Всесвіту, що пульсує, найкраще відповідає на найскладніші космологічні питання. За нею, як показано вище, сучасне прискорене розширення Всесвіту в далекому майбутньому все ж таки має припинитися, коли швидкість руху галактичних структур у просторі впритул наблизиться до швидкості світла. В нових умовах почне стрімко зростати їхня маса і, отже, сила тяжіння між ними. І тоді почнеться новий цикл еволюції — етап стиснення маси/енергії до сингулярності. Насмілимось припустити, що сингулярність не обов'язково настає, коли вся маса/енергія стиснеться "в точку", тобто до розміру протона. Великий Вибух може статися й раніше. Скажімо, коли вся матерія Космосу стиснеться до розмірів Землі, а то й Сонця. І в цьому випадку щільність і температура маси/енергії сягне величезних, не уявних у знаних нами умовах, величин. І знову спалахне Великий Вибух!  І знову все повториться спочатку...

Таким чином, у моделі Всесвіту, що пульсує, реалізується одна з основоположних нескінченностей (безкінечностей) у Природі — часова нескінченність, тобто Вічність Всесвіту.

Борис Гвардіонов, м. Ужгород

Теги: Всесвіт, модель, космологічну

0 Коментувати

Ділитись

На головну

Додати в закладки

Версія для друку

Переслати