Парадоксы Вселенной
Валерий Петров
Введение
В космологии вопрос о конечности или бесконечности Вселенной имеет большое значение:
если Вселенная конечна, то, как показал Фридман, она не может находиться в стационарном состоянии и должна либо расширяться, либо сжиматься;
если же Вселенная бесконечна, то всякие предположения о ее сжатии или расширении теряют какой бы то ни было смысл.
Известно, что так называемые космологические парадоксы были выдвинуты как возражения против возможности существования бесконечной Вселенной, бесконечной в том смысле, что ни ее размеры, ни время существования, ни масса заключенного в ней вещества не могут быть выражены никакими, сколь угодно большими числами. Посмотрим же, насколько обоснованными оказываются эти возражения.
Космологические парадоксы суть и исследование
Известно, что основные возражения против возможности существования бесконечной во времени и пространстве Вселенной заключаются в следующем.
1. В 1744г. швейцарский астроном Ж.Ф.Шезо первым усомнился в правильности представления о бесконечной Вселенной: если количество звезд во Вселенной бесконечно, то почему все небо не сверкает, как поверхность единой звезды? Почему небо темное? Почему звезды разделены темными промежутками? . Как полагают, такое же возражение против модели бесконечной Вселенной выдвинул немецкий философ Г.Олберс в 1823г. Контраргумент Олберса состоял в том, что свет, идущий к нам от далеких звезд, должен ослабляться из-за поглощения в находящемся на его пути веществе. Но в таком случае само это вещество должно нагреться и ярко светиться, как звезды. . Однако так оно и есть в действительности! Согласно современным представлениям, вакуум не есть ничто, но представляет собой нечто, обладающее вполне реальными физическими свойствами. Тогда почему не предположить, что свет взаимодействует с этим нечто таким образом, что каждый фотон света при движении в этом нечто теряет энергию пропорционально пройденному им расстоянию, вследствие чего излучение фотона смещается в красную часть спектра. Естественно, что поглощение вакуумом энергии фотонов сопровождается повышением температуры вакуума, вследствие чего вакуум становится источником вторичного излучения, которое можно назвать фоновым. Когда расстояние от Земли до излучающего объекта звезды, галактики достигает некоторого предельного значения, излучение от этого объекта получает настолько большое красное смещение, что сливается с фоновым излучением вакуума. Поэтому, хотя количество звезд в бесконечной Вселенной бесконечно, количество звезд, наблюдаемых с Земли, и вообще из любой точки Вселенной, конечно в любой точке пространства наблюдатель видит себя как бы в центре Вселенной, из которого наблюдается некоторое ограниченное количество звезд (галактик). Вместе с тем, на частоте фонового излучения все небо сверкает как поверхность единой звезды, что и наблюдается в действительности.
2. В 1850г. немецкий физик Р.Клаузиус... пришел к выводу, что в природе теплота переходит от теплого тела к холодному... состояние Вселенной должно все больше изменяться в определенном направлении... Эти представления развил английский физик Уильям Томсон, согласно которому все физические процессы во Вселенной сопровождаются превращением световой энергии в теплоту . Следовательно, Вселенную ожидает тепловая смерть, поэтому бесконечное существование Вселенной во времени невозможно. В действительности, это не так. Согласно современным представлениям, в световую энергию и теплоту вещество превращается в результате термоядерных процессов, идущих в звездах. Тепловая смерть наступит, как только все вещество Вселенной сгорит в термоядерных реакциях. Очевидно, что в бесконечной Вселенной и запасы вещества также являются бесконечными, следовательно, все вещество Вселенной сгорит за бесконечно большое время. Тепловая смерть угрожает скорее конечной Вселенной, поскольку запасы вещества в ней ограничены. Впрочем, и в случае конечной Вселенной ее тепловая смерть не является обязательной. Еще Ньютон сказал примерно следующее: Природа любит превращения. Почему бы в ряду различных превращений не может быть таких, в которых вещество превращается в свет, а свет в вещество. В настоящее время такие превращения хорошо известны: с одной стороны, вещество превращается в свет в результате термоядерных реакций, с другой фотоны, т.е. свет, при определенных условиях превращаются в две вполне материальных частицы электрон и позитрон. Таким образом, в природе осуществляется кругооборот вещества и энергии, что исключает тепловую смерть Вселенной.
Учитывая неполноту человеческого знания о мире , нужно быть готовым к тому, что периодически мы сталкиваемся с вполне реальными ситуациями, которым мы не можем найти какого-либо логического объяснения.
В подобных ситуациях человечество сталкивается с теоретическими противоречиями (когда перестает работать причинно-следственная связь), а также с противоречиями между теорией и опытом (когда логические умозаключения не соответствуют тому, что человек наблюдает во время эксперимента).
Такие научные парадоксы загоняют в тупик, ставят под сомнение многие общепринятые научные теории, порой приводят к рождению новой научной парадигмы. Некоторые из парадоксов все-таки удается разрешить благодаря использованию новых научных методов, более точных инструментов измерения, а также благодаря поиску логических ошибок в самой формулировке парадокса. Другие же так и остаются для нас неразрешенной загадкой, которая, тем не менее, стимулирует ученых к более глубокому осмыслению существующих теорий.
В данном разделе будут рассматриваться физические парадоксы в целом, а также космологические парадоксы частности. Особый интерес представляют именно космологические парадоксы, которые возникают при попытке человечества распространить общепринятые законы физики на Вселенную в целом.
В чем же трудность изучения Вселенной естественно-научными методами? Вселенная - это объект, который бесконечен и включает в себя весь окружающий мир. Традиционная физика не привыкла работать с объектами подобных масштабов. Тем не менее, многие физики "старой ньютоновской закалки" все-таки пытались адаптировать физические законы, работающие в земных условиях, к Вселенной в максимально больших ее масштабах. И, конечно же, они первые столкнулись с многочисленными парадоксами, которые поставили истинность теории Ньютона под сомнение.
Многие парадоксы удалось безболезненно разрешить благодаря возникновению современной космологии и развитию общей теории относительности Эйнштейна. Так появилась релятивистская физика, которая дала возможность воспринимать Вселенную в целом в качестве объекта научного изучения. Например, новая теория Эйнштейна позволила описать законы механики и пространственно-временные отношения в ситуациях, когда мы имеем дело со скоростями движения, близкими к скорости света.
Однако до сих в современной физике много белых пятен и соответственно много неразрешенных на данный момент научных парадоксов. Скорее всего, это связано с идеей бесконечности Вселенной, которую невозможно осознать до конца и подавно использовать эксперименты в качестве метода ее изучения. На данный момент во многих вопросах (особенно вопросах относительно зарождения и эволюции Вселенной) ученые располагают лишь теориями, которые зачастую противоречат друг другу и рождают новые неразрешимые парадоксы.
Хотя все это звучит как сюжет эпизода «Зоны сумерек», вполне возможно, что мы застряли в некоторой небесной клетке. Внеземные цивилизации могли наткнуться на наш голубой шарик давным-давно, но по какой-то причине наблюдают за нами издалека. Может быть, мы для них просто развлечение (как обезьяны в зоопарке) или мы нужны им для научных целей. Как бы то ни было, они нас не трогают и стараются не вступать в контакт.
Эту идею впервые предложил Джон Болл в 1973 году, который утверждал, что внеземная разумная жизнь может быть повсеместной, но «неудачные попытки связаться с нами можно понимать в контексте того, что они оставили нас в стороне, словно заповедник или зоопарк». Мы можем быть частью огромного заповедника, пределов которого почти нет, или эти пределы достаточны для невозмутимого развития разумной жизни. Эта идея напрямую соответствует «Первой директиве» из «Звездного пути» - цивилизации предоставлены сами себе, пока не достигнут определенного уровня технологического развития. Этой же идеи придерживаются уфологи, утверждая, что инопланетяне повсюду, но наблюдают за нами издалека.
Добровольный карантин
Это своего рода противоположность гипотезе зоопарка. Инопланетяне вполне могут быть опасными. Крайне опасными. Таким образом, вместо того чтобы разъезжать по галактике на космических кораблях и надеяться, что каждый встречный будет супердружелюбным, внеземные цивилизации коллективно и независимо пришли к выводу сидеть тихо и не привлекать внимания.
Почему бы и нет? Было бы вполне разумно заключить, особенно в свете парадокса Ферми, что космос кишит опасностями - будь то империалистическая цивилизация на марше или война зондов-берсеркеров, стерилизующая все на своем пути. Чтобы быть уверенными, что никто не побеспокоит их, продвинутые внеземные цивилизации могут выстраивать периметр из зондов Сэндберга (самореплицирующихся полицейских зондов), чтобы убедиться, что никто не пройдет.
Гипотеза мушки на мушке
Представьте, действует некая «Первая директива», но внеземные цивилизации нависают над нами с гигантскими молотками, готовые прихлопнуть нас сразу, как только что-то пойдет не так, как им хочется. Такие инопланетяне будут чем-то вроде Горта из «Дня, когда Земля остановилась», будут стараться сохранить мир галактики любой ценой. «Нет пределов тому, что может сделать Горт, - говорил Клаату. - Он мог бы уничтожить Землю». Чего же ждет Горт или другие продвинутые внеземные цивилизации? Возможно, технологической сингулярности. может привести к появлению (ИСИ), который может стать угрозой для всей галактики. Таким образом, чтобы предотвратить развитие таких плохих интеллектов - и давая шансы хорошим интеллектам на развитие - галактический молот занесен и ждет сигнала.
Мы сделаны из мяса
Просто прочтите небольшую часть короткого рассказа Терри Бисона, номинированного на несколько премий.
– Они мясные.
– Мясные?
– Да. Они сделаны из мяса.
– Из мяса?!
– Ошибка исключена. Мы подобрали несколько экземпляров с разных частей планеты, доставили на борт нашего корабля-разведчика и как следует протестировали. Они полностью из мяса.
– Но это невероятно! А как же радиосигналы? А послания к звездам?
– Для общения они используют радиоволны, но сигналы посылают не сами. Сигналы исходят от машин.
– Но кто строит эти машины? Вот с кем нужен контакт!
– Они и строят. О чем я тебе и толкую. Мясо делает машины.
– Что за чушь! Как может мясо изготовить машину? Ты хочешь, чтобы я поверил в мясо с памятью и чувствами?
– Да ничего я не хочу. Просто рассказываю, что есть. Это – единственные разумные существа в целом секторе, и при этом состоят из мяса.
– Может, они похожи на орфолеев? Ну знаешь, этот карбоновый интеллект, который в процессе развития проходит мясную фазу?
– Да нет. Они рождаются мясом и умирают мясом. Мы изучали их в ходе нескольких жизненных циклов – которые у них, кстати, совсем коротенькие. Ты, вообще, представляешь, сколько живет мясо?
– Ох, пощади меня… Ладно. Может, они все-таки не полностью мясные? Ну, помнишь, как эти… веддилеи. Мясная голова с электронно-плазменным мозгом внутри.
– Да нет же! Сперва мы тоже так подумали. Раз у них голова из мяса. Но потом, как я и сказал, каждого протестировали. Сверху донизу. Везде сплошное мясо. Что снаружи, что внутри.
– А как же мозг?
– А, мозг есть, все в порядке. Но тоже из мяса.
– Откуда же берутся мысли?!
– Не понимаешь, да? Мысли производит мозг. Мясо.
– Мысли у мяса? Ты хочешь, чтобы я поверил в разумное мясо?
– Да, черт возьми! Разумное мясо. Мясо с чувствами. С совестью. Мясо, которое видит сны. Всё – сплошное мясо. Соображаешь?
– О господи… Ты что, серьезно?
– Абсолютно. Они на полном серьезе сделаны из мяса, и последние сто своих лет пытаются выйти на связь.
– Чего же они хотят?
– Для начала – поговорить… Потом, видимо, пошарить по Вселенной, выйти на ученых других миров и воровать у них идеи с данными. Все как всегда.
– Значит, нам придется разговаривать с мясом?
– В том-то и дело. Так они и твердят в посланиях: «Алло! Есть кто живой? Кто-нибудь дома?» – и прочую дребедень.
– То есть действительно разговаривают? При помощи слов, идей и концепций?
– Еще как. Особенно с окружающим мясом…
– Но ты же сказал, что они используют радио!
– Да, но… Чем, по-твоему, они забивают эфир? Мясными звуками. Знаешь это плямканье, когда шлепают мясом по мясу? Вот так они перешлепываются друг с дружкой. И даже поют, пропуская сквозь мясо струйки сжатого воздуха.
– С ума сойти. Поющее мясо! Это уж слишком… И что ты посоветуешь?
– Официально или между нами?
– И так и эдак.
– Официально нам полагается выйти на контакт, приветствовать их и открыть доступ к Полному реестру мыслящих существ и многосущностных разумов в этом секторе – без предубеждений, опасений и поблажек с нашей стороны. Но если между нами – я стёр бы к чертовой матери все их данные и забыл о них навсегда.
– Я надеялся, что ты это скажешь.
– Мера, конечно, вынужденная. Но всему есть предел! Разве нам так уж хочется знакомиться с мясом?
– Согласен на все сто! Ну, скажем мы им: «Привет, мясо! Как дела?» А дальше что? И сколько планет они уже заселили?
– Только одну. Они могут путешествовать в специальных металлических контейнерах, но постоянно жить в пути не способны. Кроме того, будучи мясом, они могут передвигаться только в пространстве С. Это не дает им развить скорость света – а значит, вероятность выхода на контакт у них просто ничтожна. Точнее, бесконечна мала.
– Выходит, нам лучше сделать вид, что во Вселенной никого нет?
– Вот именно.
– Жестоко… С другой стороны, ты прав: кому охота встречаться с мясом? А те, кого брали на борт для тестирования, – ты уверен, что они ничего не помнят?
– Если кто и помнит – все равно его примут за психа. Мы проникли к ним в головы и разгладили мясо таким образом, чтобы они воспринимали нас как сновидения.
– Сны у мяса… Подумать только – мы снимся мясу!
– И тогда весь этот сектор на карте можно отметить как необитаемый.
– Отлично! Полностью согласен. Как официально, так и между нами. Дело закрыто. Других нет? Что там еще забавного, на той стороне Галактики?
Гипотеза симуляции
Нас никто не посетил, потому что - и эта модель не содержит никаких внеземных компаньонов для нас.
Если это правда, то из нее вытекает несколько важных вещей. Во-первых, эти бандиты - или боги, как посмотреть - устроили все так, что мы единственная цивилизация в целой галактике (или даже Вселенной). Или настоящей Вселенной там просто нет, нам отсюда кажется, что мир огромен, но это смоделированный пузырь. Если дерево падает в лесу, но никто не слышит звук его падения, издает ли оно звук?
Еще одна странная возможность заключается в том, что эта симуляция запущена постчеловеческой цивилизацией в поиске ответа на парадокс Ферми, или еще какой-нибудь странный вопрос. Возможно, пытаясь проверить различные гипотезы (даже превентивно рассматривающие возможность определенного действия), они запускают миллиард разных симуляторов, пытаясь определить нужные им варианты.
Тишина в эфире
Эта теория похожа на гипотезу карантина, но не настолько параноидальна. Не настолько, но параноидальна. Вполне возможно, что все нас слушают, но связаться никто не пытается. И по весьма хорошим причинам.
Дэвид Брин предполагает, что практика Active SETI похожа на крик в джунглях (Active SETI - преднамеренная передача радиосигналов высокой мощности в сторону возможных звездных систем с жизнью). Майкл Мишо считает точно так же: «Давайте будем честны, Active SETI - это не научное исследование. Это сознательная попытка спровоцировать реакцию со стороны чуждой цивилизации, чьи возможности, намерения и удаленность от нас нам неизвестны. Это политическая проблема». Озабоченность выражается главным образом в том, что мы можем привлечь к себе преждевременное внимание. Возможно, в один прекрасный день мы прекратим все попытки связаться с инопланетянами. Но что, если каждая цивилизация в космосе прошла через точно такую же лестницу? Это значит, что в эфире будет тишина».
Возможно, даже прослушивание эфира может быть опасным: где гарантии, что SETI не загрузит вредоносный вирус из далекого космоса?
Все пришельцы - домоседы
Этот вариант не столько странный, сколько возможный. Развитые внеземные существа по достижении цивилизации II типа по шкале Кардашева могут потерять все галактические амбиции. Как только будет построена сфера Дайсона или что-то вроде того, у неизвестных нам инопланетян начнутся неизвестные нам веселья. Массивные суперкомпьютеры смогут имитировать вселенные внутри вселенных, жизненные циклы внутри жизненных циклов. Остальная часть вселенной покажется скучной и пустой. Космос превратится в зеркало заднего вида.
Мы не можем прочитать знаки
Вполне возможно, что сигналы и знаки от внеземных цивилизаций вокруг нас, но мы их просто не видим. Или мы глуповаты, чтобы заметить их, или нам нужны дополнительные технологии. В соответствии с текущим подходом SETI, нам нужно слушать в ожидании радиосигнатур. Но цивилизации, которые намного развитее нас, могут использовать совершенно другую технику. Они могут сигнализировать лазерами, к примеру. Лазеры хороши, потому что представляют собой плотно сфокусированные лучи с прекрасными возможностями передачи информации. Они также могут проникать через пыльную межзвездную среду.
Или же внеземные цивилизации могут использовать «визитные карточки», используя прямые методы обнаружения (то есть строить массивные идеальные геометрические структуры вроде треугольника или квадрата на орбите вокруг своей звезды).
Стивен Уэбб указывал, что определенным потенциалом обладают электромагнитные сигналы, гравитационные сигналы, сигналы элементарных частиц, тахионов, чего-то еще, что мы пока не открыли. Вполне может быть и радио, но мы не знаем, на какую частоту настроиться (электромагнитный спектр чрезвычайно широк). В конечном итоге мы можем найти сообщения там, где меньше всего ожидали - пусть даже в коде своей ДНК.
Они все на краю галактики
Это интересное решение парадокса Ферми предлагалось Миланом Цирковичем и Робертом Брэдбери.
«Мы полагаем, что внешние области галактического диска являются наиболее вероятными местами для продвинутого поиска SETI», - писали они. Дело в том, что сложные интеллектуальные сообщества будут склонны мигрировать наружу через галактику по мере увеличения их возможностей обработки информации. Почему? Потому что цивилизации с машинами в основе, с их мощными суперкомпьютерами, будут иметь серьезные проблемы с отводом тепла. Им придется разбивать лагерь там, где будет прохладно. И внешний обод галактики вполне подойдет.
Кроме того, постсингулярные внеземные цивилизации вполне могут жить в местах, отличных от тех, где живет жизнь на основе мяса. Отсюда у продвинутых цивилизацией не будет никакого интереса исследовать обитаемые зоны, населенные биологическими существами. Возможно, мы ищем в неправильном месте. Стивен Вольфрам как-то сказал, что однажды станут возможны вычисления без выделения тепла, поэтому этот вариант объяснения парадокса Ферми ему не подойдет.
Направленная панспермия
Возможно, мы не можем связаться с внеземными цивилизациями, потому что сами являемся ими. Или наши предки являлись ими. Согласно этой теории, впервые предложенной Фрэнсисом Криком, инопланетяне сеют искры жизни на других планетах (отправляя, например, споры на потенциально плодородные планеты), а затем уходят. Навсегда. Или могут вернуться когда-нибудь.
Эта идея весьма популярна в научно-фантастических кругах.
Бонус. Гипотеза о фазовом переходе
Эта гипотеза похожа на гипотезу «редкой Земли», но предполагает, что Вселенная все еще развивается и меняется. Условия для поддержания развитого интеллекта появились только недавно. Космолог Джеймс Аннис называет это моделью фазового перехода Вселенной - своего рода астрофизическое объяснение парадоксу великой космической тишины.
По мнению Анниса, возможный регулирующий механизм, который может объяснить все это, это частота гамма-всплесков - сверхкатастрофических событий, которые буквально стерилизуют крупные участки галактики.
«Если предположить, что они смертельны для наземной жизни по всей галактике, понадобится всего один механизм, который будет предотвращать рост интеллекта в определенный момент, время от времени». Другими словами, гамма-вспышки случаются слишком часто, и разумная жизнь погибает прежде, чем получает возможность перемещаться между галактиками. Но поскольку частота гамма-вспышек падает с течением времени, все может измениться.
«Галактика в настоящее время переживает фазовый переход из равновесного состояния, в котором интеллект отсутствует, в другое состояние, полное разумной жизни», - считает Аннис.
И тогда все будет хорошо.
По материалам Gizmodo
В космологии вопрос о конечности или бесконечности Вселенной имеет большое значение:
если Вселенная конечна, то, как показал Фридман, она не может находиться в стационарном состоянии и должна либо расширяться, либо сжиматься;
если же Вселенная бесконечна, то всякие предположения о ее сжатии или расширении теряют какой бы то ни было смысл.
Известно, что так называемые космологические парадоксы были выдвинуты как возражения против возможности существования бесконечной Вселенной, бесконечной в том смысле, что ни ее размеры, ни время существования, ни масса заключенного в ней вещества не могут быть выражены никакими, сколь угодно большими числами. Посмотрим же, насколько обоснованными оказываются эти возражения.
Космологические парадоксы тАУ суть и исследование
Известно, что основные возражения против возможности существования бесконечной во времени и пространстве Вселенной заключаются в следующем.
1. ВлВ 1744г. швейцарский астроном Ж.Ф.Шезо первым усомнился в правильности представления о бесконечной Вселенной: если количество звезд во Вселенной бесконечно, то почему все небо не сверкает, как поверхность единой звезды? Почему небо темное? Почему звезды разделены темными промежутками?В» . Как полагают, такое же возражение против модели бесконечной Вселенной выдвинул немецкий философ Г.Олберс в 1823г. ВлКонтраргумент Олберса состоял в том, что свет, идущий к нам от далеких звезд, должен ослабляться из-за поглощения в находящемся на его пути веществе. Но в таком случае само это вещество должно нагреться и ярко светиться, как звездыВ». . Однако так оно и есть в действительности! Согласно современным представлениям, вакуум не есть ВлничтоВ», но представляет собой ВлнечтоВ», обладающее вполне реальными физическими свойствами. Тогда почему не предположить, что свет взаимодействует с этим ВлнечтоВ» таким образом, что каждый фотон света при движении в этом ВлнечтоВ» теряет энергию пропорционально пройденному им расстоянию, вследствие чего излучение фотона смещается в красную часть спектра. Естественно, что поглощение вакуумом энергии фотонов сопровождается повышением температуры вакуума, вследствие чего вакуум становится источником вторичного излучения, которое можно назвать фоновым. Когда расстояние от Земли до излучающего объекта тАУ звезды, галактики тАУ достигает некоторого предельного значения, излучение от этого объекта получает настолько большое красное смещение, что сливается с фоновым излучением вакуума. Поэтому, хотя количество звезд в бесконечной Вселенной бесконечно, количество звезд, наблюдаемых с Земли, и вообще из любой точки Вселенной, конечно тАУ в любой точке пространства наблюдатель видит себя как бы в центре Вселенной, из которого наблюдается некоторое ограниченное количество звезд (галактик). Вместе с тем, на частоте фонового излучения все небо сверкает как поверхность единой звезды, что и наблюдается в действительности.
2. В 1850г. немецкий физик Р.Клаузиус Вл.. пришел к выводу, что в природе теплота переходит от теплого тела к холодному.. состояние Вселенной должно все больше изменяться в определенном направлении.. Эти представления развил английский физик Уильям Томсон, согласно которому все физические процессы во Вселенной сопровождаются превращением световой энергии в теплотуВ» . Следовательно, Вселенную ожидает Влтепловая смертьВ», поэтому бесконечное существование Вселенной во времени невозможно. В действительности, это не так. Согласно современным представлениям, в Влсветовую энергиюВ» и ВлтеплотуВ» вещество превращается в результате термоядерных процессов, идущих в звездах. ВлТепловая смертьВ» наступит, как только все вещество Вселенной ВлсгоритВ» в термоядерных реакциях. Очевидно, что в бесконечной Вселенной и запасы вещества также являются бесконечными, следовательно, все вещество Вселенной ВлсгоритВ» за бесконечно большое время. ВлТепловая смертьВ» угрожает скорее конечной Вселенной, поскольку запасы вещества в ней ограничены. Впрочем, и в случае конечной Вселенной ее Влтепловая смертьВ» не является обязательной. Еще Ньютон сказал примерно следующее: ВлПрирода любит превращения. Почему бы в ряду различных превращений не может быть таких, в которых вещество превращается в свет, а свет тАУ в веществоВ». В настоящее время такие превращения хорошо известны: с одной стороны, вещество превращается в свет в результате термоядерных реакций, с другой тАУ фотоны, т.е. свет, при определенных условиях превращаются в две вполне материальных частицы тАУ электрон и позитрон. Таким образом, в природе осуществляется кругооборот вещества и энергии, что исключает Влтепловую смертьВ» Вселенной.
3. В 1895г. немецкий астроном Х.Зелигер Вл.. пришел к выводу, что представление о бесконечном пространстве, заполненном веществом при конечной его плотности, несовместимо с законом тяготения Ньютона.. Если в бесконечном пространстве плотность вещества не бесконечно мала, а каждые две частицы по закону Ньютона взаимно притягиваются, то сила тяготения, действующая на любое тело, была бы бесконечно большой, и под ее воздействием тела получили бы бесконечно большое ускорениеВ» .
Как объясняет, например, И.Д.Новиков в , суть гравитационного парадокса заключается в следующем. ВлПусть Вселенная в среднем равномерно заполнена небесными телами, так что средняя плотность вещества в очень больших объемах пространства одинакова. Попытаемся рассчитать в соответствии с законом Ньютона, какая гравитационная сила, вызванная всем бесконечным веществом Вселенной, действует на тело (например, галактику), помещенную в произвольную точку пространства. Предположим сначала, что Вселенная пуста. Поместим в произвольную точку пространства пробное тело A. Окружим это тело веществом плотности, заполняющим шар радиуса R, чтобы тело A было в центре шара. Ясно без всяких расчетов, что в силу симметрии тяготение всех частичек вещества шара в его центре уравновешивает друг друга, и результирующая сила равна нулю, т.е. на тело A не действует никакая сила. Будем теперь добавлять к шару новые и новые сферические слои вещества той же плотности.. сферические слои вещества не создают сил тяготения во внутренней полости и добавление этих слоев ничего не меняет, т.е. по-прежнему равнодействующая сила тяготения для A равна нулю. Продолжая процесс дополнения слоев, мы приходим в пределе к бесконечной Вселенной, равномерно заполненной материей, в которой результирующая гравитационная сила, действующая на A, равна нулю.
Однако рассуждения можно проводить и иначе. Возьмем снова однородный шар радиуса R в пустой Вселенной. Поместим наше тело не в центр этого шара с той же плотностью вещества, что и раньше, а на краю его. Теперь сила тяготения, которая действует на тело A, будет равна согласно закону Ньютона
где M тАУ масса шара; m тАУ масса пробного тела A.
Будем теперь добавлять сферические слои вещества к шару. После того, как к этому шару добавлена сферическая оболочка, она не добавит гравитационных сил внутри себя. Следовательно, сила тяготения, действующая на тело A, не изменится и по-прежнему равна F.
Продолжим процесс добавления сферических оболочек вещества одинаковой плотности. Сила F остается неизменной. В пределе мы снова получаем Вселенную, заполненную однородным веществом с той же плотностью. Однако теперь на тело A действует сила F. Очевидно, в зависимости от выбора первоначального шара, можно получить силу F после перехода к однородно заполненной веществом Вселенной. Вот эта неоднозначность и получила название гравитационного парадокса.. теория Ньютона не дает возможности без добавочных предположений однозначно рассчитать гравитационные силы в бесконечной Вселенной. Только теория Эйнштейна позволяет рассчитать эти силы без всяких противоречийВ».
Противоречия, однако, сразу же исчезают, если мы вспомним, что бесконечная Вселенная тАУ это не то же самое, что очень большая:
в бесконечной Вселенной сколько слоев вещества мы бы не прибавляли к шару, за его пределами остается еще бесконечно большое количество вещества;
в бесконечной Вселенной шар любого, сколь угодно большого радиуса с пробным телом на его поверхности, всегда можно окружить сферой еще большего радиуса таким образом, что и шар, и пробное тело на его поверхности, окажутся внутри этой новой сферы, заполненной веществом той же плотности, что и внутри шара; в этом случае величина сил тяготения, действующих на пробное тело со стороны шара, окажется равной нулю.
Таким образом, сколько бы мы не увеличивали радиус шара и сколько бы слоев вещества не прибавляли, в бесконечной Вселенной, равномерно заполненной веществом, величина сил тяготения, действующих на пробное тело, всегда будет равна нулю. Другими словами, величина сил тяготения, создаваемых всем веществом Вселенной, в любой ее точке равна нулю. Однако если за пределами шара, на поверхности которого лежит пробное тело, нет вещества, т.е. если все вещество Вселенной сосредоточено внутри этого шара, тогда на пробное тело, лежащее на поверхности этого тела, действует сила тяготения, пропорциональная массе заключенного в шаре вещества. Под действием этой силы пробное тело, и вообще все внешние слои вещества шара, будет притягиваться к его центру тАУ шар конечных размеров, однородно заполненный веществом, неизбежно будет сжиматься под действие сил тяготения. Этот вывод следует как из закона всемирного тяготения Ньютона, так и из общей теории относительности Эйнштейна: Вселенная конечных размеров не может существовать, так как под действием сил тяготения ее вещество должно непрерывно сжиматься к центру Вселенной.
ВлНьютон понимал, что по его теории тяготения звезды должны притягиваться друг к другу и поэтому, казалось бы.. должны упасть друг на друга, сблизившись в какой-то точке.. Ньютон говорил, что так (здесь и далее выделено мной тАУ В.П.) действительно должно было бы быть, если бы у нас было лишь конечное число звезд в конечной области пространства. Но.. если число звезд бесконечно и они более или менее равномерно распределены по бесконечному пространству, то этого никогда не произойдет, так как нет центральной точки, куда им нужно было бы падать. Эти рассуждения тАУ пример того, как легко попасть впросак, ведя разговоры о бесконечности. В бесконечной Вселенной любую точку можно считать центром, так как по обе стороны от нее число звезд бесконечно. (Тогда можно тАУ В.П.) .. взять конечную систему, в которой все звезды падают друг на друга, стремясь к центру, и посмотреть, какие будут изменения, если добавлять еще и еще звезд, распределенных приблизительно равномерно вне рассматриваемой области. Сколько бы звезд мы ни добавили, они всегда будут стремиться к центруВ» . Таким образом, чтобы не Влпопасть впросакВ», мы должны выделить из бесконечной Вселенной некоторую конечную область, убедиться в том, что в такой конечной области звезды будут падать по направлению к центру этой области, после чего распространить этот вывод на бесконечную Вселенную и заявить, что существование такой Вселенной невозможно. Вот пример того, как Вл.. на вселенную в целом..В» переносится Вл.. как нечто абсолютное такое состояние, ..которому.. может быть подвержена.. только часть материиВ» (Ф.Энгельс. Анти-Дюринг), например, отдельно взятая звезда или скопление звезд. В действительности, так как Влв бесконечной Вселенной любую точку можно считать центромВ», количество таких точек бесконечно. По направлению к какой же из этого бесконечного множества точек будут двигаться звезды? И еще: если даже вдруг обнаружится такая точка, то бесконечное количество звезд будет двигаться в направлении этой точки бесконечное время и сжатие в этой точке всей бесконечной Вселенной произойдет также за бесконечное время, т.е. никогда. Иное дело, если Вселенная конечна. В такой Вселенной существует единственная точка, которая и есть центр Вселенной тАУ это точка, из которой началось расширение Вселенной и в которой опять сосредоточится все вещество Вселенной, когда ее расширение сменится сжатием. Таким образом, именно конечная Вселенная, т.е. Вселенная, размеры которой в каждый момент времени и величина сосредоточенного в ней вещества могут быть выражена какими-то конечными числами, обречена на сжатие. Находясь в состоянии сжатия, Вселенная никогда не сможет выйти из этого состояния без какого-то внешнего воздействия. Поскольку, однако, вне Вселенной нет ни вещества, ни пространства, ни времени, единственной причиной расширения Вселенной может быть действие, выраженное словами ВлДа будет свет!В». Как написал однажды Ф.Энгельс, ВлМы можем вертеться и изворачиваться как нам угодно, но.. мы каждый раз опять возвращаемся.. к персту БожиюВ» (Ф.Энгельс. Анти-Дюринг). Однако перст Божий не может быть предметом изучения науки.
Заключение
Анализ так называемых космологических парадоксов позволяет заключить следующее.
1. Мировое пространство не является пустым, но заполнено некоторой средой, назовем ли мы эту среду эфиром или физическим вакуумом. При движении в этой среде фотоны теряют энергию пропорционально пройденному им и расстоянию, вследствие чего излучение фотонов смещается в красную часть спектра. В результате взаимодействия с фотонами температура вакуума или эфира повышается на несколько градусов выше абсолютного нуля, вследствие чего вакуум становится источником вторичного излучения, соответствующего его абсолютной температуре, что и наблюдается в действительности. На частоте этого излучения, которое действительно является фоновым излучением вакуума, все небо оказывается одинаково ярким, как это и предполагал Ж.Ф.Шезо.
2. Вопреки предположению Р.Клаузиуса, Влтепловая смертьВ» не угрожает бесконечной Вселенной, включающей бесконечное количество вещества, которое может превратиться в теплоту за бесконечно большое время, т.е. никогда. ВлТепловая смертьВ» угрожает конечной Вселенной, включающей конечное количество вещества, превращение которого в тепло может произойти за конечное время. Именно поэтому существование конечной Вселенной оказывается невозможным.
3. В бесконечной Вселенной, размеры которой не могут быть выражены никаким, сколь угодно большим числом, равномерно заполненной веществом при ненулевой его плотности, величина сил тяготения, действующих в любой точке Вселенной, равна нулю тАУ это и есть истинный гравитационный парадокс бесконечной Вселенной. Равенство нулю сил тяготения в любой точке бесконечной Вселенной, равномерно заполненной веществом, означает, что пространство в такой Вселенной всюду является Эвклидовым.
В конечной Вселенной, т.е. во Вселенной, размеры которой могут быть выражены какими-то, пусть и очень большими числами, на пробное тело, находящееся Влна краюВ» Вселенной, действует сила притяжения, пропорциональная массе заключенного в ней вещества, вследствие чего это тело будет стремиться к центру Вселенной тАУ конечная Вселенная, вещество которой равномерно распределено во всем ее ограниченном объеме, обречена на сжатие, которое никогда не сменится расширением без какого-то внешнего воздействия.
Таким образом, все возражения, или парадоксы направленные, как считают, против возможности существования бесконечной во времени и пространстве Вселенной, в действительности направлены против возможности существования именно конечной Вселенной. В действительности, Вселенная бесконечна и в пространстве, и во времени; бесконечна в том смысле, что ни размеры Вселенной, ни количество заключенного в ней вещества, ни время ее жизни не могут быть выражены никакими, сколь угодно большими числами тАУ бесконечность, она и есть бесконечность. Бесконечная Вселенная никогда не возникала ни как результат внезапного и необъяснимого расширения и дальнейшего развития некоторого ВлдоматериальногоВ» объекта, ни как результат Божественного творения.
Надо полагать, тем не менее, что приведенные выше доводы покажутся сторонникам теории Большого взрыва абсолютно неубедительными. Как считает известный ученый Х.Альвен ВлЧем меньше существует научных доказательств, тем более фанатичной делается вера в этот миф. Похоже на то, что в теперешней интеллектуальной атмосфере огромным преимуществом космологии ВлБольшого взрываВ» служит то, что она является оскорблением здравого смысла: credo, quia absurdum (верю, ибо абсурдно)В» (цитируется по ). К сожалению, с некоторых пор Влфанатичная вераВ» в ту или иную теорию является традицией: чем больше появляется доказательств научной несостоятельности таких теорий, тем более фанатичной становится вера в их абсолютную непогрешимость.
В свое время, полемизируя с известным церковным реформатором Лютером, Эразм Роттердамский писал: ВлЗдесь, я знаю, некоторые, зажав уши, конечно закричат: ВлЭразм посмел сразиться с Лютером!В» То есть муха со слоном. Если кто-нибудь захочет приписать это моему слабоумию или невежеству, то я с ним не стану спорить, только пусть даже и слабоумным тАУ пусть даже научения ради тАУ разрешат поспорить с теми, кого Бог одарил богаче.. Может быть, мое мнение меня обманывает; поэтому я хочу быть собеседником, а не судьей, исследователем, а не основоположником; я готов учиться у каждого, кто предлагает что-то более правильное и достоверное.. Если же читатель увидит, что оснастка моего сочинения равна той, которая имеется у противоположной стороны, тогда он сам взвесит и рассудит, что имеет большее значение: суждение всех просвещенных людей.., всех университетов.., или же частное мнение того или иного человека.. Я знаю, в жизни нередко случается, что большая часть побеждает лучшую. Я знаю, что при исследовании истины никогда не лишне добавить свое прилежание к тому, что было сделано преждеВ».
Этими словами мы и закончим наше краткое исследование.
Климишин И.А. Релятивистская астрономия. М.: Наука, 1983.
Хокинг С. От большого взрыва до черных дыр. М.: Мир, 1990.
Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. М.: Наука, 1983.
Гинзбург В.Л. О физике и астрофизике. Статьи и выступления. М.: Наука, 1985.
Вместе с этим смотрят.
«Открылась бездна звезд полна;
Звездам числа нет, бездне дна.»
М. В. Ломоносов, «Вечернее размышление о божием величестве…»
Эта строфа из оды гениального Ломоносова стала наиболее известной из всего творческого наследия великого ученого, поэта и философа. Написание этого философского произведения относят к 1747 году. Заметим только, что с той поры научная мысль так и не определилась с трактовкой бесконечности вселенной, оставив гипотезу Ломоносова о бесконечности вселенной недоказанной.
С того времени возникла целая отрасль фундаментальной науки космология. Но и она пока не в состоянии ответить на этот вечный вопрос, более того, чем большими сведеньями мы располагаем, тем больше перед нами возникает неразрешимых парадоксов. Научное понятие бесконечности вселенной выражается в том смысле, что ее размеры, время существования, масса вещества заключенного во вселенских объемах не могут быть выражены конечными числовыми значениями сколь угодно больших величин. Логика такого понимания бесконечности космоса выдвигает следующие два несовместимых логических вывода:
В соответствии с теорией Фридмана, конечная вселенная не может находиться в состоянии стационарности и должна либо расширяться, либо сжиматься;
Понятие расширения или сжимания вселенной в случае ее бесконечности не имеют смысла, поскольку расширяющаяся бесконечность равна сжимающейся, и возникновение вселенной в момент Большого Взрыва из объема в один нейтрон с конечной, хотя и сколь угодно большой массой опровергается ее бесконечностью по массе размеру и времени существования.
Известно, что процесс расширения вселенной доказан экспериментально на основании опытов измерения расстояний до ближайших звездных систем при помощи радиолокационного метода. Доказанным является и тот факт, что был момент возникновения космоса в результате Большого Взрыва. Определенно известно, что время есть понятие векторное и не имеющее обратной направленности. Следовательно, до этого момента время не существовало, а как следует из теории Эйнштейна пространство и время существовать друг без друга не могут. Значит, был такой момент, когда не было и пространства. Для большинства ученых – космологов этот парадокс является основанием для утверждения отсутствия бога или другой всевышней силы, явившейся толчком к возникновению вселенной. И все-таки оставим себе надежду на разрешение этого парадокса, поскольку наше понимание причинно следственных связей, а значит, и вся философия грешат необъективностью. Гениальность Ломоносова в том и состоит, что он связал в своей оде науку, философию и божественное начало, создав прецедент предвидения даже не самого будущего, но научного представления о вселенной в этом будущем.