Главная | Регистрация | Вход
...
Меню сайта
Форма входа
Категории раздела
СРОЧНО ! ВАЖНО ! [0]
ДОСТОЙНО ВНИМАНИЯ [0]
ЭТО ИНТЕРЕСНО МНЕ, МОЖЕТ И ВАМ? [0]
Поиск
Календарь
«  Ноябрь 2017  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
  12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930
Наш опрос
ХОТИТЕ ЛИ ВЫ ЖИТЬ В ЕДИНОЙ СТРАНЕ?
Всего ответов: 94
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
  • Статистика

    Онлайн всего: 1
    Гостей: 1
    Пользователей: 0
    статистика посещений сайта
    РОЖДЕНИЕ И ГИБЕЛЬ ВСЕЛЕННОЙ

    Джон ГРИББИН,
    английский астрофизик и писатель;
    автор большого числа
    научно-популярных книг
    Курьер ЮНЕСКО, 1990, июль, стр: 36-40

    СЕГОДНЯ специалисты в области космологии стоят на пороге решения извечного философского вопроса: откуда мы пришли и куда идем? Даже люди, далекие от науки, слышали о Большом взрыве, в результате которого около 15 млрд лет  назад из огненного шара возникла Вселенная. Однако есть и ученые, не знающие о новых идеях в космологии, которые связывают в единое целое возникновение Вселенной и ее гибель. Они смогли появиться благодаря двум великим достижениям физики двадцатого столетия — общей теории относительности и квантовой теории. Эти идеи развивают, например, Джейант Нарликар в Индии и Джим Хартл в Калифорнии, а также ряд советских ученых. Но наибольшая заслуга в появлении новых представлений принадлежит Стивену Хокингу профессору Кембриджского университета.

    /HISTORY/SPACE/Space_500.jpg
    Следы звезд в небе над Южным полюсом.
    Фотография с длительной экспозицией сделана в штате Новый Южный Уэльс (Австралия).


    Хокинг сейчас широко известен как автор бестселлера, рассказывающего о природе времени1 (1. Stephen W. Hawking «A Brief History of Time' "From the Big Bang to Black Holes» (Bantam Press, Transworld Pubfishers; London and New York, 1988), а также как человек, страдающий тяжелым недугом; он прикован к инвалидному креслу и может общаться с внешним миром только с помощью небольшого компьютера, с трудом набирая одной рукой буквы, из которых составляются слова и фразы. Однако еще задолго до того, как он приобрел популярность, коллеги признали Хокинга одним из наиболее  оригинальных и способных мыслителей своего времени. В течение двадцати лет он стремился ответить на вопрос, что же происходит с материей у сингулярности — точки с бесконечной плотностью и нулевым объемом, которая, согласно теории относительности, находится в центре черной дыры и из которой возникла Вселенная.

    Оказывается, Вселенная описывается теми же уравнениями, что и черная дыра, Черная дыра — это область пространства со столь высокой концентрацией материи, что создаваемое ею гравитационное поле не выпускает наружу даже свет. Ничто находящееся внутри черной дыры не может воздействовать на внешний мир, хотя наружные объекты могут падать на нее. Черная дыра образуется, когда . звезда,   масса которой значительно больше солнечной, отжив свой век, начинает сжиматься. Из. уравнений общей  теории  относительности  следует. что любая звезда, сживаясь внутри черной- дыры;с неизбежно коллапсирует в сингулярность.

    Ученые подозрительно относятся к сингулярносги и к уравнениям, которые содержат бесконечности; как правило, они считают их признаком несовершенства уравнений. Однако общая теория относительности успешно выдерживает все проверки, а поскольку сингулярности, предсказываемые - ее уравнениями, лежат только в центре черных дыр, где их нельзя увидеть, с такими представлениями ученые, хотя и неохотно, соглашаются. Хокинг же около двадцати лет назад вызвал настоящую бурю, показав, что из тех же уравнений,- согласно которым коллапсирующие звезды превращаются в сингулярности, следует, что и расширяющаяся Вселенная возникла из сингулярности.



    Обращение времени

    Мы  знаем, что Вселенная расширяется, поскольку наблюдаем отдаление от нас других галактик скоростью, пропорциональной рас-стоянию до них. Но это отнюдь не означает, что наша Галактика - Млечный Путь — находится в центре Вселенной, поскольку такое разбегание - со скоростью, пропорциональной расстоянию, — наблюдалось бы из любой точки равномерно расширяющейся Вселенной. Это открытие» сделанное еще в 20-е годы, является одним из ключевых положений Теории Большого взрыва, утверждающей, что Вселенная находилась в сверхплотном и сверхгорячем состоянии, из которого она, расширяясь, выходит вот уже 15 млрд лет.

    Если представить себе обратный ход co6ытий, то легко догадаться, что когда-то галактики были ближе друг к другу, а совсем  давно звезды всех галактик являли собой единую раскаленную массу. Однако никто всерьез не предполагал, что расширение можно «перемотать обратно»» до самой сингулярности, пока Хокинг не доказал, что.при изменении на противоположный знак времени в уравнениях, описывающих коллапс звезд, получаются уравнения, из которых с неизбежностью следует, что расширяющаяся Вселенная берет начало из сингулярности;

    В отличие от сингулярности в черной дыре сингулярность, из которой родилась Вселенная. в  определенном. смысле можно увидеть.  Но поскольку нас от   нее отделяют 15 млрд лет физиков   не   слишком тревожила   подобная "ошибка" в уравнениях.. Однако худшее было еще впереди.




    Черные дыры

    В 70-е годы Хокинг вплотную занялся поведением самих черных дыр.  Он установил; что между общей теорией относительности, термодинамикой   и квантовой   теорией,   необходимыми  для описания чёрных дыр, существует глубокая связь. В результате ему удалось свести воедино величайшие достижения физиков XIX и XX вв. Правда для этого пришлось представить на всеобщее обозрение сингулярности, находящиеся в черных дырах.

    Вот как рассуждал Хокинг. У черной дыры имеется четкая «граница», называемая горизонтом событий. Все, что лежит внутри горизонта, находится как бы в ловушке, из которой нет выхода. Все, что находится снаружи, может, обладая достаточной скоростью, вырваться из тисков гравитационного поля. Площадь поверхности вокруг черной дыры (площадь горизонта событий) характеризует ее размер и, естественно, зависит от массы, сосредоточенной внутри черной дыры.

    Дальше в дело вступает квантовая теория, в частности лежащий в основе квантового мира принцип «неопределенности». В этом мире «неопределенность» имеет совершенно конкретный смысл. Квантовая физика описывает поведение частиц, подобных электронам, в масштабах меньших, чем атомы. Здесь царствует неопределенность. Частице, например, нельзя одновременно приписать точно заданные и координату, и импульс. Проще говоря, частица знает лишь одно из двух: либо куда она направляется, либо где находится. К сожалению, в данной статье нет возможности остановиться на удивительных следствиях этого принципа.

    Принцип неопределенности справедлив на квантовом уровне и для энергии. В крохотном объеме пустого пространства, где вроде бы ничего нет, из вакуума может возникнуть мельчайший всплеск энергии, которому уравнениями квантовой теории предписывается почти мгновенно исчезнуть. Такой недолговечный всплеск энергии называют «флуктуацией вакуума». Из уравнения Эйнштейна следует, что энергия эквивалентна массе, а значит, энергия неопределенности может превратиться в пару частиц, при условии что они тут же снова исчезнут (это должна быть по крайней мере пара частиц, что обусловливается другими квантовыми законами, на которых я не буду здесь останавливаться).

    Каким бы странным ни казалось это описание вакуума как бурлящего водоворота частиц, возникающих и исчезающих каждую неуловимо малую долю секунды, оно является краеугольным камнем современной физики. А что же происходит с такими «виртуальными» частицами, когда они возникают в окрестностях черной дыры?

    Хокингу пришла в голову прекрасная мысль: допустим, что пара виртуальных частиц рождается непосредственно у границы черной дыры, почти у самого горизонта событий. Вполне вероятно, что одна частица этой пары полетит к черной дыре, а другая — от нее. Поскольку частицы могут рождаться только парами, то и исчезать (аннигилировать) они могут тоже только парами. Но представим себе, что, прежде чем настало время аннигилировать, одна из частиц пары навсегда скрылась в черной дыре, а другая осталась. Казалось бы, принцип «неопределенности» нарушается, ведь частица возникла как бы из ничего. Но Хокинг показал, что масса-энергия, необходимая для рождения оставшейся частицы, отбирается от поля тяготения черной дыры. В итоге дыра фактически теряет ничтожную часть массы и соответственно чуть-чуть уменьшается в размере.

    В результате такого процесса, происходящего на всем горизонте событий (он носит название «испарения Хокинга»), черная дыра должна медленно сжиматься, преобразуя свою массу в поток элементарных частиц. В итоге каждая черная дыра имеет характерную температуру (вот где проявляется связь с термодинамикой) и может в конце концов сжаться настолько, что горизонт событий исчезнет, оставив для обозрения сингулярность.



    «Грань» Вселенной

    Как ни трудно физикам согласиться с выводами Хокинга, они пока не могут им ничего противопоставить. А Хокинг, «обнажив» сингулярности внутри черных дыр, в последние годы делал все возможное, чтобы «спрятать» сингулярность, из которой родилась Вселенная.

    По мнению ученого, квантовая физика, устраняя границу вокруг черной дыры, может устранить и сингулярность в начале Вселенной. Он полагает, что момент «творения» есть «грань» Вселенной, граница времени. Но: «С точки зрения квантовой механики существует вероятность того, что сингулярность окажется размытой, а пространство и время смогут образовать замкнутую, не имеющую границы или края четырехмерную поверхность, подобную поверхности Земли, но с двумя дополнительными измерениями. В таком случае Вселенная образовывала бы единое целое, не требующее каких-либо граничных условий тогда не было бы и сингулярностей, в которых нарушаются законы физики».

    Эта цитата взята из очерка Хокинга «The Edge of Spacetime» («Грань пространства-времени»), вошедшего в книгу Уильяма Кауфманна «Universe» (Freeman, N. Y., 1985). Ее смысл можно довольно легко изложить общедоступным языком.

    Хокинг предлагает рассматривать четыре измерения Вселенной (три пространственных и одно временнбе) так же, как двумерную поверхность Земли. Поверхность Земли «замкнута»: она не имеет края, с которого можно было бы упасть, — то есть она неограничена, хотя и конечна. Чтобы аналогия стала яснее, представим себе, что все три пространственных измерения изображаются одной параллелью, идущей вокрут Земли с востока на запад и обратно к начальной точке. Направлению     времени соответстуют меридианы, идущие от одного полюса к другому.

    В рассматриваемом случае Северный полюс соответстует "нулевому времени» — рождению Вселенной результате   Большого   взрыва; широта  у полюса имеет нулевую величину. По мере расширения Вселенной после Большого взрыва проследим за поведением параллелей, проводимых все ближе к экватору. С течением времени (расстояние от Северного полюса увеличивается) длина параллелей растет — Вселенная расширяется. Но Северный полюс отнюдь не "грань» времени, равно как и не «край света. Это просто место, откуда все временные направления указывают «вперед», подобно тому как на  Земле  все  меридианы  от  Северного юса идут на юг.

    Пока вроде бы все в порядке. А что же произойдет за экватором?     Последовательно проводимые параллели станут все короче, «Вселенная» будет сжиматься, пока полностью не исчезнет у Южного полюса в зеркальном отражении Большого взрыва, вызвавшего ее к жизни.

    Как же соотносится эта модель Хокинга с реальной Вселенной? Согласно одной из всерьез рассматриваемых сегодня гипотез, вся Вселенная есть ни больше ни меньше как крупномасштабная флуктуация вакуума. Большинству из нас трудно представить себе, что из ничего, пусть даже на мгновение, рождается хотя бы пара частиц. Однако, перефразируя Льюиса Кэрролла, можно сказать, что ученым-космологам до завтрака без труда удается поверить в три самые невероятные вещи. Американский физик Эд Трайон указал, что, хотя продолжительность жизни пары виртуальных частиц ограничивается величиной их массы-энергии, имеется вероятность того, что вся Вселенная возникла из ничего с нулевой полной энергией. В таком случае продолжительность ее жизни неограниченна,  поскольку квантовые уравнения оказываются всегда энергетически сбалансированными.



    Вселенная, рожденная из ничего

    В основе этого изящного вывода лежит характерная особенность энергии гравитационного поля. Она всегда отрицательна по отношению к всегда положительной массе-энергии частицы. Поэтому наша Вселенная вполне могла родиться как крохотный пузырек пространства-времени, заключавший в себе всю ее массу. При этом масса-энергия Вселенной компенсировалась энергией тяготения, связанной с ее массой. Так получается только в том случае, если масса достаточно велика, чтобы создаваемое ею гравитационное поле ничего не выпускало наружу, то есть сама Вселенная являлась бы своего рода черной дырой. Сначала космологи считали, что такая «новорожденная» вселенная тут же сколлапсирует и исчезнет. Но вот недавно была разработана так называемая инфляционная теория, из которой следует, что такой крохотный сверхплотный «зародыш» материи в результате «раздувания» перерастает в известный нам Большой взрыв.

    Итак, космологи составили свое представление о том, как возникла наша Вселенная и куда она идет. Мы живем внутри гигантской черной дыры, содержащей в себе все мироздание. Рожденная из ничего (как квантовая флуктуация вакуума), она вот уже 15 млрд лет расширяется, хотя и все медленнее. Когда-то в отдаленном будущем (через несколько десятков миллиардов лет) сила притяжения неизбежно остановит расширение и повернет его вспять. В течение многих последующих десятков миллиардов лет это практически не скажется на звездах, планетах и тех формах жизни, которым небезразлично, что происходит вокруг. Однако постепенно галактики и звезды начнут сталкиваться и сливаться, пока не образуют единую аморфную массу. В конце концов Вселенная погибнет, исчезнет, подобно любой другой флуктуации вакуума. Утешением для тех, кого огорчит эфемерность нашей Вселенной, может служить тот факт, что в бесконечности пространства-времени должны быть и другие вселенные — некоторые из них существовали до нас, другие появятся после нас, а есть и такие, которые в определенном смысле существуют параллельно с нами. Sic transit gloria mundi.



    ДЖОН ГРИББИН,
    английский астрофизик и писатель; автор большого числа научно-популярных книг, включая «The Omega Point» (Corgi, London, 1988), посвященную конечной судьбе Вселенной, и (в соавторстве с профессором Мартином Рисом) «Cosmic Coincidences» (Bantam, N. Y., 1989), в которой делаются попытки определить место человечества во Вселенной. В настоящее время вместе с Кейт Чарлзуорт заканчивает книгу «The Cartoon History of Time», которая выйдет в этом году в лондонском издательстве
    Cardinal.


    Космические туманности — это гигантские сгустки газа и пыли, вихрем несущиеся в межзвездном пространстве.
    /HISTORY/SPACE/Orion_500.jpg
    туманность Орион
    /HISTORY/SPACE/Telca_500.jpg
    крабовидная туманность в созвездии Тельца.