Приветствую вас, дорогие подписчики и единомышленники и представляю очередной выпуск рассылки. Продолжаем говорить об эволюции вселенной.

Откуда возникла сингулярность?

Сингулярность возникла из вакуума.

Что такое вакуум?

Вакуум вовсе не "ничего". Не пустота. Ныне он превратился в представлении ученых в полноценную материю с необычными свойствами.

Представьте себе расстояние от Земли до Солнца. Это почти 150 миллионов километров. Расстояние от Солнечной системы до центра Галактики в два миллиарда раз больше расстояния от Земли до Солнца. А размеры наблюдаемой Вселенной в миллион раз больше расстояния от Солнца до центра нашей Галактики. И все это огромное пространство заполнено невообразимо большим количеством вещества.

Если представить все это в величинах массы, то получится следующая картина. Масса Земли составляет пятьсот девяносто семь с девятнадцатью нулями тонн. Огромная величина. Но масса Солнца больше массы Земли в триста тридцать три тысячи раз. В наблюдаемой области Вселенной суммарная масса составляет порядка десять в двадцать второй степени масс Солнца. Это огромное пространство заполнено огромным количеством вещества, масштабы которого плохо поддаются воображению.

Теперь зайдем с другой стороны. Атом во много раз меньше любого известного нам предмета. В то же время он во много раз больше ядра, находящегося в центре атома. Но именно в ядре сконцентрировано почти все атомарное вещество. Как уже говорилось, если ядро атома увеличить до размера футбольного мяча, то сам атом будет размером со стадион. А между электронами и ядром атома остается огромное пространство, не заполненное веществом.

Но это не просто пустое пространство, а особый вид материи, который физики и назвали "физическим вакуумом". Иными словами, внутри любого предмета вакуум занимает неизмеримо большее пространство, чем вещество. Таким образом, вещество является исключением в пространстве, заполненном вакуумом. А в масштабах Вселенной - даже редчайшим исключением.

Понятие "физический вакуум" появилось в науке как следствие осознания того, что вакуум не есть пустота, не есть "ничто", а наоборот, он представляет собой чрезвычайно существенное НЕЧТО, порождающее все в мире и задающее свойства веществу, из которого строится окружающий мир. В настоящее время известно, что вещество своим происхождением обязано именно вакууму как материальной субстанции, и все свойства вещества задаются свойствами физического вакуума. Изменяя свойства вакуума, можно изменять свойства вещества.

Вакуум представляет собой океан виртуальных, то есть никак не проявленных частиц. Частиц без всяких свойств. Частиц в особом, "нулевом" состоянии. Представить это непросто. Ведь если что-то никак не проявляет себя в этом мире, значит, оно не существует. Но в квантовой механике "даже если ничего нет, что-то происходит", как заметил кто-то из физиков. Виртуальные частицы все время выныривают в реальность, то есть появляются из ничего и тут же исчезают. По закону сохранения заряда возникают частицы из вакуума только парами - частица вместе с античастицей, например, электрон - позитрон, протон - антипротон. Пары возникают и сразу схлопываются.

Схлопываются они так быстро, что "увидеть" их невозможно. Но можно успеть растащить. Если приложить к вакууму сильное электромагнитное поле, то можно растащить в разные стороны возникшие электрон и позитрон, прежде чем они схлопнутся. Такие опыты были поставлены.

Был обнаружен еще один эффект, говорящий о том, что вакуум непрерывно порождает и съедает частицы. "Если вакуум действительно кипит, то электрон-позитронные пары, которые образуются вокруг реального атома, должны вносить небольшие коррективы в движение электрона по атомной орбите - экранировать заряд электрона от внешнего наблюдателя" - рассуждали физики. Эти эффекты были обнаружены экспериментально и названы лэмбовским сдвигом.

По расчетам физиков-теоретиков Ричарда Фейнмана и Джона Уилера, в вакууме, заключенном в объеме обыкновенной электрической лампочки, находится столько энергии, что можно было бы вскипятить все океаны на Земле. То есть покорение вакуума полностью решает проблемы энергетического голода.

Если вакуум порождает материю, то вакуумная флуктуация могла породить сингулярность. Ведь сингулярность имеет размеры квантовые, значит, к ней можно применить механику квантового мира.

Более подробно и популярно о микромире можно прочитать в замечательной книге английского физика-теоретика Стивена Хокинга "Краткая история времени от Большого взрыва до черных дыр". Книга хоть и описывает довольно сложные моменты мироздания, но написана доступным языком, читается легко и вполне понятна человеку со средним образованием.

Что же дальше?

Из теории Большого взрыва вытекали три предположения относительно дальнейшей судьбы мира. Согласно первому, расширение Вселенной происходит достаточно медленно, так что притяжение между галактиками постепенно замедляет и в конечном счете останавливает его. В соответствии со вторым Вселенная расширяется настолько быстро, что гравитация лишь немного замедлит разбегание галактик, но никогда не сможет остановить его. Наконец, третье говорит о том, что Вселенная расширяется как раз с такой скоростью, чтобы только избежать схлопывания. Со временем скорость разлета галактик становится все меньше и меньше, но никогда не достигает нуля.

В первом случае после остановки галактик начнется их ускоряющееся стягивание, и Вселенная опять схлопнется в сингулярность. Потом сингулярность опять взорвется новой вселенной.

Во втором случае разбег галактик будет продолжаться вечно. Звезды в конце концов погаснут, и в темном пространстве останутся холодные комки материи в виде остывших звезд и планет. Возможен и другой вариант - распадется само вещество. Это зависит от того, вечен ли протон. Раньше считалось, что протон - частица вечная. Потом у физиков-теоретиков появились предположения, что время его жизни хоть и огромно, но все-таки конечно. Проводились эксперименты - ученые искали случаи спонтанного распада протонов. Не нашли. То ли протон все же вечен, то ли время его жизни больше, чем предположили.

Если протон не вечен, вещество во Вселенной - все эти остывшие холодные куски материи через неисчислимое количество лет распадутся и остается только излучение, нейтрино и редкие электроны и позитроны. Причем одну частицу от другой будет отделять расстояние, в миллиарды раз превышающее размеры сегодняшней Вселенной. Пустая вечность, в которой нет никаких структур, а только хаос.

Но дело сейчас не в этих частностях - распадется протон или не распадется. Дело в том, что если Вселенная живет по первому сценарию, пульсирующему, бог делается ненужным. Вселенная существует как бы вечно, и ни в каком Создателе вроде бы не нуждается.

А во втором случае - бесконечного раздутия - вроде бы нуждается!

От чего зависит сценарий жизни Вселенной? Расчеты говорят: от средней плотности Вселенной. Если она больше критического значения, значит, общая масса, содержащаяся во Вселенной, такова, что ее взаимопритяжение затормозит разбег и начнется сбег галактик. Если средняя плотность меньше - разлет будет продолжаться вечно. Точная величина средней плотности Вселенной неизвестна.

Но за последние годы 20 и первые годы 21 веков появились новейшие данные, которые проясняют дальнейшую судьбу мироздания. Они свидетельствуют о том, что разлет галактик никогда не сменится сжатием. Но и вечным этот разлет не будет. Внес свою лепту радиотелескоп "Хаббл", запущенный в космос в 1990 году.

Телескопы - это машины времени. Чем они чувствительнее, тем дальше заглядывают в пространство и, соответственно, во время. От Луны до Земли излучение идет одну секунду. От Солнца - 8 минут. Мы видим Луну, какой она была секунду назад. Мы видим Солнце, каким оно было 8 минут назад. Мы видим звезду альфа Центавра такой, какой она была 4,3 года назад, потому что до нее 4,3 световых года. "Хаббл" заглянул на 12 миллиардов лет.

"Хаббл" изучал сверхновые. Сверхновые - это взорвавшиеся звезды. Иногда при коллапсе очень массивной звезды ее внешние слои могут быть выброшены в пространство колоссальным взрывом, называемым вспышкой сверхновой. Мощь этого взрыва настолько велика, что сверхновая светит ярче всех звезд целой галактики вместе взятых. Примером может служить сверхновая Крабовидной туманности. Китайские летописи относят ее к 1054 г. Хотя взорвавшаяся звезда находилась на расстоянии 5000 световых лет, она оставалась видимой для невооруженного глаза в течение нескольких месяцев и сияла столь ярко, что была различима даже днем, а ночью при ее свете можно было читать. Вспышка сверхновой в 500 световых годах от нас - в десять раз ближе Крабовидной туманности - оказалась бы в сто раз ярче и буквально превратила бы ночь в день. Чтобы почувствовать мощь подобного взрыва, представьте, что вспышка соперничала бы с сиянием Солнца, при этом звезда находилась бы в десятки миллионов раз дальше него.

Их пойманное телескопом излучение показало, что ускорение разлета галактик во Вселенной растет, вместо того, чтобы падать. Скорость расширения Вселенной составляет от 5 до 10% за миллиард лет. Но ведь гравитация должна тормозить первичный толчок Большого взрыва. И это было для астрономов неожиданным.

Оказывается, какая-то сила расталкивает Вселенную. Пространство (по сути - вакуум) пухнет, разнося галактики все дальше и дальше друг от друга. Подсчитано, что три четверти всей суммарной энергии Вселенной приходится именно на долю этой таинственной расталкивающей силы, возникающей из вакуума. Может быть, бог и есть ничто?

Физикам пришлось вспомнить об эйнштейновской лямбде - константе "космического расталкивания". Сейчас физики ее называют темной энергией. И говорят о ненулевой плотности вакуума. Ведь вакуум - не пустота. Вакуум - море непроявленных частиц. А еще в вакууме всегда есть какое-то электромагнитное поле. И, если плотность вакуума отлична от нуля, это и может производить эффект расталкивания вещества во Вселенной. А также не стоит забывать о том, что могут существовать другие, неизвестные ныне, виды материи и энергии.

Раздуванием Вселенной можно было бы объяснить, почему в ней так много вещества. В квантовой теории частицы могут рождаться из энергии в виде пар частица- античастица. Но тогда сразу возникает вопрос: откуда берется энергия? Ответ таков. Полная энергия Вселенной равна нулю. Вещество во Вселенной образовано из положительной энергии. Но все вещество само себя притягивает под действием гравитации. Два близко расположенных куска вещества обладают меньшей энергией, чем те же два куска, находящиеся далеко друг от друга, потому что для разнесения их в стороны нужно затратить энергию на преодоление гравитационной силы, стремящейся их соединить. Следовательно, энергия гравитационного ноля в каком-то смысле отрицательна. Можно показать, что в случае Вселенной, примерно однородной в пространстве, эта отрицательная гравитационная энергия в точности компенсирует положительную энергию, связанную с веществом. Поэтому полная энергия Вселенной равна нулю.

Вот один из сценариев дальнейшей жизни Вселенной с учетом вакуумного расталкивания. Он называется Теория большого разрыва, согласно которой через 22 миллиарда лет темная энергия разорвет Вселенную на элементарные частицы.

Сейчас наш мир находится в фазе своего развития, когда все более-менее спокойно. Но потом процесс пойдет по нарастающей, ускоренно. За 60 миллионов лет до Конца света Млечный путь разлетится на отдельные звезды. За три месяца до Большого разрыва темная энергия вакуума оторвет от Солнца планеты, которые разлетятся во все стороны. За месяц до конца света начнут разлетаться газовые шары звезд. Затем, за полчаса до Конца света начнут взрываться планеты. За несколько секунд до Конца света разлетятся на отдельные атомы молекулы. За 10^-19 сек до Конца света электроны посрывает со своих атомных орбит. Чуть позже развалятся атомные ядра, разлетевшись на отдельные протоны и нейтроны. Вселенная снова станет безвидна и пуста.

Этот сценарий будет реализован, если: 1) авторы теории правы в своих расчетах и предположениях; 2) данные астрономических наблюдений за сверхновыми интерпретированы правильно. А всемирно известный физик Андрей Линде так не считает. Он разработал теорию космической инфляции и полагает, что мы сейчас присутствуем при окончательной фазе ее увеличения, которая сменится сжатием.

А как же бог?

Надо сказать, представления о боге у последней волны верующих физиков и космологов сильно отличаются от традиционных. Они знают о Вселенной слишком много, чтобы их бог был похож на бога былых времен. В мир пришел новый бог.

Не ревнивец, не вседержитель, не глобальный контролер, не судья. Ему, вообще глубоко плевать на мелких козявок, копошащихся на одной из планет, болтающейся вокруг желтого карлика на окраине одной из галактик.

Это бог, когда-то запустивший Вселенную и больше не вмешивающийся в течение событий в ней. Не только физики, но и биологи отводят богу роль весьма скромную, потому что прекрасно видят и понимают законы развития. И знают, что законов природы вполне достаточно для развития Вселенной и человека в ней. Лауреат Нобелевской премии Вернер Арбер заметил: "Бог создал нечто самоорганизующееся. Он был настолько хитер, что спланировал все так, чтобы ему незачем было вмешиваться".

Итак, здесь бог не нужен. Все идет своим чередом, который раз и навсегда задан Им (если, конечно, им).

Впрочем, если даже бог и запустил Вселенную, то предвидеть, как все будет в ней развиваться, он не мог. Просто потому, что, создавая законы Вселенной, сам же создал принцип неопределенности Гейзенберга. Принцип, который лежит в основе всех мировых случайностей и принципиальных непредсказуемостей. Открытый в начале 20 века, он положил конец легендам о божественном всезнании. Создав принцип неопределенности, бог сам себя ограничил.

Открытие этого принципа означало, что мир не фатален. И что в нем просто не содержится абсолютно точной информации о нем самом. Тогдашних физиков это потрясло. Даже Эйнштейн недоумевал: "Неужели бог играет в кости?"

Это не значит, что Эйнштейн верил в бога. Эйнштейн говорил: "Я верю в бога Спинозы, который проявляет себя в закономерной гармонии бытия, но вовсе не в бога, который хлопочет о судьбах и делах людей". Богом для Эйнштейна была природа.

Спиноза - мыслитель 17 века - первым отождествил бога с природой. Естественно, такая трактовка попам понравиться не могла: слишком уж "никаким" выглядел в ней бог. Что же останется от религии, а главное, от церкви, если лишить бога возможности карать и осыпать милостями.

Современные физики пошли дальше Спинозы с Эйнштейном. Один из теоретиков Большого взрыва Вайнберг рассудил: "Если бог оцепенело застыл по ту сторону пространства и времени, если бог устраняется от всего и вся, к чему едва прикасается наука, то почему бы вообще не отказаться от такого бога? Бог и так уже изгнан наукой из всех уголков Вселенной и стоит едва различимой тенью у ее истоков. Нужно ли и дальше лицемерить и вмешивать в нашу Вселенную нечто никогда в ней не бывшее и нигде не существовавшее? Это же чистейшее лицемерие - приравнивать бога к безличным законам природы!"

Его поддерживает нобелевский лауреат Леон Ледерман: "На переднем рубеже науки еще есть уголок, в котором сохранилось место для Творца, но за последние полвека уголок этот заметно уменьшился и продолжает сужаться".

Блаженный Августин более полутора тысяч лет назад предсказывал, что работы ученых не кончатся добром для бога: "Эти упрямые начетчики и педанты не успокоятся, пока не изгонят Творца из всего мироздания".

До последнего времени для бога в мире оставалась только одна работа - запустить Вселенную, сделав сингулярность. Иначе откуда же она взялась? Однако и тут за последние десятилетия бог потерпел фиаско. Все дело в первичном вакууме и квантовой механике. Если вакуум порождает материю (те же электрон-позитронные пары), то почему бы вакуумной флуктуации не породить сингулярность? Ведь сингулярность имеет размеры квантовые, значит, к ней можно применить механику квантового мира.

Расчеты физиков показали принципиальную возможность подобного предположения. Причем это не противоречит никаким физическим законам сохранения. Потому что положительная энергия вещества Вселенной может быть скомпенсирована отрицательной энергией тяготения, так что результирующая энергия Вселенной равна нулю. Нулю равен также электрический заряд Вселенной - она в целом электронейтральна: в мире столько же электронов, сколько протонов. Правда, у Вселенной большой барионный заряд, а также лептонный, но теория и практика показывают, что строгого требования к сохранению этих зарядов не существует.

На сегодня все. До новых встреч. В следующем выпуске продолжим беседу об эволюции.

Все материалы рассылки вы можете найти на сайте "Я - атеист" по адресу http://ateist.far.ru.